DE102007040113A1 - Light for illuminating surfaces has an LED source with a shaped optic coupling into a light guide for an even light distribution - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Flächenleuchte und einen flächigen Lichtleiter zur flächigen Abstrahlung von Licht. Eines der technischen Probleme bei der flächigen Abstrahlung von Licht, etwa bei der Hintergrundbeleuchtung von Displays, ist eine möglichst gleichförmige Ausleuchtung.The The invention relates to a surface light and a flat Light guide for surface radiation of light. One the technical problems with the surface radiation of light, such as in the backlight of displays, is as uniform a lighting as possible.
In
der
Eine
Leuchte speziell zur Ausleuchtung schwacher, enger Raumbereiche
zeigt die
Die
Ein
Videodisplaysystem für einen Fernsehbildschirm zeigt die
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Flächenleuchte mit einer besonders gleichmäßigen Ausleuchtung und gleichzeitig einer hohen Lichtausbeute. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines flächigen Lichtleiters, durch den eine besonders gleichmäßige flächige Lichtabstrahlung bei gleichzeitig hoher Lichtausbeute möglich ist.task The invention is the indication of a surface light with a particularly uniform illumination and at the same time a high light output. Another object of the invention is the Specification of a planar light guide through which a special even surface light emission at the same time high light output is possible.
Erfindungsgemäß wird die auf eine Flächenleuchte gerichtete Aufgabe gelöst durch eine Flächenleuchte mit einem eine Lichtleiterfläche aufweisenden Lichtleiter zur flächigen Abstrahlung von Licht, einer Lichtquelle und einem Einkopplungsbereich, in dem Licht aus der Lichtquelle durch einen Rand des Lichtleiters in den Lichtleiter einkoppelbar ist, wobei der Rand im Einkopplungsbereich geometrisch mit einer Einkopplungsform so gestaltet ist, dass ein kegelförmiger Teilstrahl des eintretenden Lichtes in solchen Ausbreitungsrichtungen, die in der Fläche des Lichtleiters liegen, aufgeweitet wird und in Ausbreitungsrichtungen, die senkrecht zur Fläche des Lichtleiters liegen gebündelt wird.According to the invention solved the task directed to a surface light task through a surface light with a light guide surface having light guide for the surface radiation of light, a light source and a Einkopplungsbereich, in the light off the light source through an edge of the light guide in the light guide einkoppelbar, wherein the edge in the coupling region geometric is designed with a coupling shape that is a cone-shaped Partial beam of the incoming light in such propagation directions, which lie in the surface of the light guide, widened is and in directions of propagation perpendicular to the surface of the Light guide are bundled.
Die Erfindung nutzt die geometrischen Eigenschaften des Lichtleiters im Einstrahlbereich so, dass sich eine kombinierte optische Wirkung ergibt. Dabei werden zwei an sich widersprüchliche Forderungen vereint: Einerseits muss das Licht einer Lichtquelle, welches üblicherweise kegelförmig auf den Lichtleiter auftrifft, möglichst breit aufgefächert werden, um eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung im Lichtleiter zu erreichen. Andererseits soll aber Licht möglichst gut in den Lichtleiter hineingebündelt werden. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass diese widersprüchlichen Anforderungen geometrisch in zwei Ebenen zerlegt werden können. Dabei wird in einer Ebene parallel zur flächigen Ausdehnung des Lichtleiters der Rand im Eintrittsbereich des Lichtes so gestaltet, dass sich die gewünschte, möglichst breite Aufteilung des einfallenden Lichtstrahles ergibt. Andererseits wird in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene der Lichtleiterrand so gestaltet, dass sich eine Bündelung des einfallenden Lichtes in den Lichtleiter hinein ergibt. Eine Bündelung bedeutet eine Reduzierung der Divergenz des einfallenden Lichtstrahles und nicht notwendig eine Konzentration auf einen Brennpunkt. Insbesondere ist auch die Parallelisierung eines divergenten Lichtstrahls eine Bündelung.The Invention uses the geometric properties of the light guide in the Einstrahlbereich so that a combined optical effect results. There are two contradictory claims united: On the one hand, the light of a light source, which is usually cone-shaped impinges on the light guide, if possible be fanned out to a uniform as possible To achieve illumination in the light guide. On the other hand, but light be bundled as well as possible in the light guide. The invention is based on the recognition that these contradictory Requirements can be decomposed geometrically into two levels. In this case, in a plane parallel to the surface extension designed by the light guide the edge in the entrance area of the light that the desired, broadest possible distribution of the incident light beam. On the other hand, in one Direction perpendicular to this plane of the light guide edge designed so that is a bundling of the incident light in the light guide into it. Bundling means a reduction the divergence of the incident light beam and not necessary a focus on a focal point. In particular, is also the Parallelization of a divergent light beam bundling.
Vorzugsweise ist die Einkopplungsform des Lichtleiterrandes in eine Ebene parallel zur Lichtleiterfläche in die Fläche hineingekrümmt und senkrecht zur Lichtleiterfläche konvex gewölbt.Preferably is the Einkopplungsform the light guide edge in a plane parallel curved into the surface to the light guide surface and convexly curved perpendicular to the light guide surface.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Einkopplungsform des Lichtleiterrandes ein hyperbolisches Paraboloid ist, dass im Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur Lichtleiterfläche eine parabolische und parallel zur Lichtleiterfläche eine hyperbolische Form aufweist. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich für einen kegelförmigen Teilstrahl des einfallenden Lichtes eine etwa parallel zur Lichtleiterfläche verlaufende Beugung in den Lichtleiter hinein. Damit wird eine besonders hohe Lichtausbeute erzielt. Gleichzeitig wird durch die im Querschnitt parallel zur Lichtleiterfläche hyperbolisch gestaltete Einkopplungsform erreicht, dass das einfallende Licht gleichmäßig in den Lichtleiter gebeugt wird.Especially preferred is an embodiment in which the Einkopplungsform of the light guide edge is a hyperbolic paraboloid, that in cross section in a direction perpendicular to the light guide surface a parabolic and parallel to the light guide surface a hyperbolic Form has. By this configuration results for a conical sub-beam of incident light an approximately parallel to the light guide surface extending diffraction into the light guide. This is a particularly high light output achieved. At the same time by the in cross section parallel to Fiber optic surface hyperbolic designed coupling-in form Achieves that the incident light evenly is bent into the light guide.
Bevorzugtermaßen weist die Flächenleuchte mindestens zwei Lichtquellen mit einem jeweils der Lichtquelle zugeordneten Einkopplungsbereich auf. Denkbar ist auch, dass eine konventionelle Einstrahlung aus punktförmigen Lichtquellen in einen geraden oder nur in einer Ebene geformten Lichtleiterrand kombiniert wird mit einer Einstrahlung über eine Einkopplungsform des Lichtleiterrandes wie oben beschrieben. Hier durch könnte etwa gezielt an kritischen Stellen eine Vergleichmäßigung der Ausleuchtung erreicht werden.preferred dimensions the area light has at least two light sources a respectively associated with the light source Einkopplungsbereich. Conceivable is also that a conventional irradiation of punctate Light sources in a straight or only in one plane shaped Fiber optic edge is combined with a radiation over a coupling form of the light guide edge as described above. Here by could be targeted at critical points one Homogenization of illumination can be achieved.
Vorzugsweise ist die Flächenleuchte zur Hinterleuchtung eines elektrischen Wandschalters einer Gebäudeinstallation ausgebildet.Preferably is the surface light for backlighting an electrical Wall switch a building installation trained.
Bevorzugtermaßen ist die Flächenleuchte zur Beleuchtung eines Displays, etwa eines Computerbildschirms, ausgebildet.preferred dimensions is the surface light for lighting a display, about a computer screen, trained.
Bevorzugtermaßen ist die Lichtquelle eine Leuchtdiode. Weiter bevorzugt ist die Lichtquelle über einen weiteren Lichtleiter gebildet, dass heißt das Ende des weiteren Lichtleiters bildet die Lichtquelle.preferred dimensions the light source is a light emitting diode. More preferably, the light source via formed another light guide, that is, the end the further light guide forms the light source.
Die auf einen Lichtleiter gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen flächigen Lichtleiter mit einem Rand, der in einem Einkopplungsbereich zur Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle eine Einkopplungsform so aufweist, dass ein kegelförmiger Teilstrahl des eintretenden Lichtes in solchen Ausbreitungsrichtungen, die in der Fläche des Lichtleiters liegen, aufgeweitet wird, und in Ausbreitungsrichtung, die senkrecht zur Fläche des Lichtleiters liegen, gebündelt wird.The directed to a light guide task is achieved according to the invention by a planar light guide with an edge in a coupling-in area for coupling light from a light source has a coupling shape such that a cone-shaped Partial beam of the incoming light in such propagation directions, which lie in the surface of the light guide, widened is, and in the propagation direction, perpendicular to the surface lie of the light guide, is bundled.
Die Vorteile eines solchen flächigen Lichtleiters entsprechen den Vorteilen, wie sie oben zur Flächenleuchte beschrieben wurden.The Advantages of such a planar light guide correspond the advantages as described above for the surface lamp were.
Bevorzugtermaßen ist die Einkopplungsform in einer Ebene parallel zur Lichtleiterfläche in die Fläche hineingekrümmt und weist senkrecht zur Lichtleiterfläche eine konvexe Wölbung auf.preferred dimensions is the coupling-in form in a plane parallel to the light guide surface curved into the surface and points vertically to the light guide surface on a convex curvature.
Vorzugsweise ist die Einkopplungsform ein hyperbolisches Paraboloid, das im Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur Lichtleiterfläche eine parabolische und parallel zur Lichtleiterfläche eine hyperbolische Form aufweist.Preferably the coupling-in form is a hyperbolic paraboloid, which in cross-section in a direction perpendicular to the light guide surface a parabolic and parallel to the light guide surface a hyperbolic Form has.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen, teilweise schematisch und nicht maßstäblich:The Invention will become more apparent by way of example with reference to the drawings described. They show, partly schematic and not to scale:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - WO 90/10357 A [0005] - WO 90/10357 A [0005]
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