WO1999040364A1

WO1999040364A1 - Beleuchtungsanordnung

Info

Publication number: WO1999040364A1
Application number: PCT/EP1999/000310
Authority: WO
Inventors: Günther SEJKORA
Original assignee: Zumtobel Staff Gmbh
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 1999-08-12
Also published as: CA2319056C; EP1051582B1; ES2205772T3; JP2002510805A; JP4331892B2; CA2319056A1; AU740362B2; US6639350B1; AU2619399A; NZ505873A; ATE247796T1; PT1051582E; EP1051582A1

Abstract

Beleuchtungsanordnung (2), wobei in einem Grundkörper (4) der Beleuchtungsanordnung (2) Profilkörper (5) aus einem lichtdurchlässigen Material ausgebildet sind, die durch Vertiefungen (6) voneinander beabstandet sind. Auf jedem Profilkörper (5) ist ein Lichtmittel (7) angebracht, welches Licht in den entsprechenden Profilkörper (5) abstrahlt. Das Licht wird von dem Profilkörper (5) intern derart zu einer Emissionsfläche des Grundkörpers (4) weitergeleitet, daß es dort innerhalb eines maximalen Abstrahlwinkelbereichs austritt, um eine Blendung eines Betrachters zu vermeiden. Als Lichtmittel (7) kann insbesondere eine flache Leuchtstofflampe verwendet werden.

Description

1 Beleuchtungsanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere eine Beleuchtungsanordnung, die in Leuchten, Bildschirmen usw. zum Einsatz kommen kann.

Beleuchtungsanordnungen der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art werden beispielsweise zugleich als Leuchtenabdeckungen verwendet. Dabei ist bereits bekannt, Abdeckungen mit auf der einer Lampe der Leuchte zugewandten Seite ausgebildeten und hervorstehenden Profilkörpern zur Lichtlenkung des Lichts der Leuchtenlampe einzusetzen, um den Abstrahlwinkel der Lichtstrahlen zur Verringerung der Blendung eines Betrachters zu begrenzen. In der GB-A-1365507 wird hierzu vorgeschlagen, die Profilkörper in Form von Pyramidenstümpfen auszubilden, welche von dem Grundkörper der Abdeckung hervorstehen, wobei die oberen Begrenzungsflächen der Pyramidenstümpfe mit einem lichtundurchlässigen Material beschichtet sind. In der US-A-3, 351,753 wird ebenfalls eine Abdeckung mit in Form von Pyramidenstümpfen ausgebildeten Profilkörpern vorgeschlagen, wobei jedoch in diesem Fall die Seitenflächen der Pyramidenstümpfe sowie die Zwischenräume zwischen den Pyramidenstümpfen mit einem lichtundurchlässigen Material beschichtet sind.

Durch diese bekannten Abdeckungen wird zwar eine geeignete Lichtlenkung erreicht, um den Abstrahlwinkel der Lichtstrahlen zu begrenzen: Aufgrund der undurchsichtigen Bereiche der Abdeckung wird jedoch der Wirkungsgrad der Leuchte verringert. In der AT- A-301/87 wurde daher eine Abdeckung für Leuchten mit ebenfalls pyramidenartigen Profilkörpern vorgeschlagen, die auf der der Lampe der Leuchte zugewandten Seite des Grundkörpers der Abdeckung matrixartig angeordnet sind und eine zu der Emissionsfläche der Abdeckung parallel verlaufende obere Begrenzungsfläche aufweisen, wobei die gesamte Abdeckung aus einem glasklaren Material besteht.

Die einzelnen Glas-Profilkörper dieser aus der AT-A-301/87 bekannten Abdeckung sind derart ausgestaltet, daß das von der Lampe der Leuchte auf die obere Begrenzungsfläche der einzelnen Profilkörper abgestrahlte Licht von den Profilkörpern zu der Emissionsfläche der Abdeckung weitergeleitet und dort innerhalb eines vorgegebenen maximalen Abstrahlwinkelbereichs abgestrahlt wird. Da jedoch diese Form von Abdeckungen bevorzugt in Verbindung mit länglichen Leuchtstofflampen verwendet wird, treten beim Einkoppeln des von der verwendeten Lampe emittierten Lichts in die Glas-Profilkörper der Abdeckung Probleme auf, da die Lampe naturgemäß nicht nur die oberen Begrenzungsflächen der einzelnen Profilkörper, sondern auch die (lichtdurchlässigen) 2

Seitenflanken der pyramidenstumpfartig ausgebildeten Profilkörper mit Licht bestrahlt. Dies führt jedoch dazu, daß der gewünschte maximale Abstrahlwinkel zur Vermeidung der Blendung eines Betrachters nicht ohne weiteres eingehalten werden kann, da das von der Lampe abgestrahlte Licht nicht nur im Inneren der einzelnen Profilkörper zu der Emissionsfläche der Abdeckung hin geleitet, sondern auch an den Seitenflächen der Profilkörper reflektiert oder gebrochen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungsanordnung mit in einem Grundkörper ausgebildeten Profilkörpern zu schaffen, bei der einerseits die zuvor beschriebene Lichteinkopplung in die einzelnen Profilkörper erleichtert und andererseits ein hoher optischer Wirkungsgrad, vorzugsweise mit ausreichender Entblendung, realisiert ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Beleuchtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die ihrerseits zu einer möglichst rationellen und serienmäßigen Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung bzw. einem bestmöglichen optischen Wirkungsgrad mit bestmöglicher Entblendung beitragen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist unmittelbar auf jedem Profilkörper der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung (insbesondere auf der oberen Begrenzungsfläche eines jeden Profilkörpers) ein Lichtmittel angebracht, welches Licht in den entsprechenden Profilkörper abstrahlt. Die Profilkörper bestehen aus einem lichtdurchlässigen Material und leiten in ihrem Inneren das von den Lichtmitteln emittierte Licht zu der Emissionsfläche der Beleuchtungsanordnung hin, wo das Licht der Lichtmittel abgestrahlt wird. Dabei sind die einzelnen Profilkörper vorzugsweise derart ausgestaltet, daß die Beleuchtungsanordnung an jedem beliebigen Punkt ihre Emissionsfläche das Licht der Lichtmittel innerhalb eines vorgegebenen maximalen Abstrahlwinkelbereichs von beispielsweise 60°-70° abstrahlt, um eine Blendung eines Betrachters durch zu flach abgestrahltes Licht zu vermeiden.

Die einzelnen Profilkörper können beispielsweise pyramidenstumpfartig oder länglich in Form von Streifen ausgebildet sein. Als Lichtmittel kommt beispielsweise eine diffus leuchtende Schicht aus organischen oder anorganischen Halbleitermateralien infrage, wobei in diesen Halbleitermaterialien durch Anlegen einer elektrischen Spannung eines Elektrolumineszenz angeregt wird. 3

Die Profilkörper der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung sind durch in dem Grundkörper der Abdeckung ausgebildete Vertiefungen voneinander getrennt, wobei diese Vertiefungen insbesondere V-förmig sein können. Die Flanken dieser Vertiefungen bzw. die Seitenflanken der Profilkörper können gerade oder gekrümmt sein. Vorteilhafterweise sind die Seitenflanken der Profilkörper an ihrer Innenseite verspiegelt, so daß das Licht innerhalb der Profilkörper vollständig reflektiert wird. Dieselbe Wirkung kann durch eine Auslegung der einzelnen Profilkörper derart erzielt werden, daß abhängig von dem Brechungsindex der Profilkörper das Licht auf die Innenseiten der Seitenflanken der Profilkörper ausschließlich unter einen total reflektierenden Winkel fällt.

Gemäß einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel sind die einzelnen Profilkörper in einer Folie ausgebildet, welche auf einem Träger einer Leuchte befestigt, insbesondere aufgeklebt wird.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die auf die Profilkörper aufgebrachten Lichtmittel die Lichtquelle für die entsprechende Beleuchtungsanordung darstellen. Sind die Lichtmittel in Form von Leuchtschichten ausgebildet, kann dementsprechend eine sehr flache Beleuchtungsanordnung realisiert werden. Da die Lichtmittel direkt auf die Profilkörper aufgebracht sind, tritt bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung in der Praxis das eingangs beschriebene Problem der Lichteinkopplung nicht auf. Da eine Leuchte mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung ohne Lampe und ohne Lampenfassungen auskommt, ist kein Lampenwechsel erforderlich. Eine derartige Leuchte weist abhängig von dem jeweils verwendeten Lichtmittel eine hohe Lebensdauer auf.

Die erfmdungsgemäße Beleuchtungsanordnung kann insbesondere in Kombination mit einer oder mehreren flachen Leuchtstofflampen verwendet werden, die als Lichtmittel dienen und direkt auf den oberen Begrenzungsflächen der Profilkörper aufliegen. Auf diese Weise können die zuvor beschriebenen Vorteile der vorliegenden Erfindung mit den Vorteilen derartiger Leuchtstofflampen, wie z.B. flache Ausgestaltung und konstant hohe Leuchtdichte, kombiniert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Leuchte mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung in Form einer Abdeckung, 4

Fig. 2a und 2b zeigen Querschnittsansichten der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung gemäß einem ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung, wobei in Fig. 3 zwei unterschiedliche Varianten dargestellt sind,

Fig. 4a und 4b zeigen vergrößerte Darstellungen eines Profilkörpers der in Fig. 2a bzw. 2b dargestellten Beleuchtungsanordnungen zur Erläuterung des Strahlenverlaufs innerhalb dieses Profilkörpers, und

Fig. 5a und 5b zeigen Querschnittsansichten der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung gemäß einem dritten und vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigte eine perspektivische Ansicht einer länglich ausgebildeten Leuchte, bei der die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung als Abdeckung verwendet wird. Wie aus FigJ ersichtlich ist, ist in der Leuchte 1 eine Beleuchtungsanordnung bzw. Abdeckung 2 derart in einem Gehäuse 9 gehalten, daß die Emissionsfläche der Abdeckung 2 nach unten gerichtet ist. Die Emissionsfläche der Abdeckung 2 ist vorzugsweise eben ausgebildet. Die Abdeckung 2 und die darin ausgebildeten (und in Fig. 1 nicht sichtbaren) Profilkörper sind derart ausgestaltet, daß von der Emissionsfläche der Abdeckung 2 an jedem beliebigen Punkt P Licht lediglich innerhalb eines bestimmten maximalen Abstrahlwinkels (Abblendwinkels) y_^ abgestrahlt wird. Die austretenden Lichtstrahlen begrenzen dementsprechend einen Kegelmantel 3. Die in Fig. 1 bezüglich des Punktes P dargestellten Verhältnisse treffen analog für sämtliche andere Punkte der Emissionsfläche der -Leuchtenabdeckung 2 zu.

Fig. 3 zeigte eine perspektivische Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung bzw. Abdeckung 2. Genauer gesagt zeigt Fig. 3 eine Draufsicht auf die dem -Leuchtengehäuse zugewandte Oberfläche der Abdeckung 2. Die Abdeckung 2 besitzt eine Vielzahl von Profilkörpern 5, die auf bzw. in einem Grundkörper 4 der Abdeckung 2 ausgebildet sind. Die einzelnen Profilkörper 5 sind durch Vertiefungen 6 voneinander beabstandet. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, können die Profilkörper 5 beispielsweise die Form von Pyramidenstümpfen oder länglichen Streifen aufweisen. Sind die Profilkörper 5 in Form von Pyramidenstümpfen ausgebildet, können die Profilkörper 5 gleichmäßig in Reihen und Zeilen, d.h. matrixartig, angeordnet sein, so 5 daß die Vertiefungen 6 zwischen den einzelnen Pyramidenstümpfen 5 ein Gitter bilden. Sind die Profilkörper 5 streifenförmig ausgebildet, sind diese bevorzugt zueinander parallel angeordnet, so daß auch die dazwischen angeordneten Vertiefungen zueinander parallel verlaufen.

Fig. 2a und 2b zeigen beispielhafte Querschnittsansichten der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung entlang der in Fig. 3 dargestellten strichpunktierten Schnittlinie. Dabei sind in Fig. 2a und 2b die Seitenflanken der einzelnen Profilkörper unterschiedlich ausgebildet.

Den in Fig. 2a und 2b dargestellten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß die einzelnen Profilkörper 5 durch im wesentlichen V-förmig verlaufende Vertiefungen 6 getrennt sind. Die Seitenflanken der einzelnen Profilkörper 5 fallen relativ steil ab. An die Unterseite des Grundkörpers 4, die die Emissionsfläche der Abdeckung 2 darstellt, schließt sich ein im wesentlichen planparalleler Abschnitt an, der den Strahlenverlauf im wesentlichen nicht beeinflußt und dadurch gebildet ist, daß die einzelnen V-förmigen Einschnitte 6 nicht vollständig bis zu der Unterseite des Grundkörpers 4 durchgezogen werden können.

Die Profilkörper 5 sind vorzugsweise einstückig mit dem Grundkörper 4 aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigt. Der gesamte Grundkörper 4 einschließlich der Profilkörper 5 kann beispielsweise aus Acrylglas bestehen. Vorteilhafterweise kann jedoch der Grundkörper 4 auch in Form einer lichtdurchlässigen Kunststoff-Folie ausgestaltet sein, in welcher die einzelnen Profilkörper 5 analog zu der bekannten Glas- Profilkörperausführungsform ausgebildet sind. Diese Kunststoff-Folie wird dann einfach an einem rechteckigen Träger der Leuchte befestigt, beispielsweise aufgeklebt. Durch die Verwendung des Kunststoffmaterials kann die Herstellung des Grundkörpers 4 sowie die Ausbildung der Profilkörper 5 in dem Grundkörper 4 erleichtert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nunmehr auf jedem Profilkörper 5 ein Lichtmittel 7 angebracht. Vorzugsweise wird das Lichtmittel 7 durch eine relativ dünne Leuchtschicht gebildet, die unmittelbar auf die obere Begrenzungsfläche eines jeden Profilkörpers 5 aufgetragen wird und eine Dicke < 1mm aufweisen kann. Jedes Lichtmittel 7 strahlt Licht unmittelbar in das Innere des entsprechenden Profilkörpers 5 ab. Die Profilkörper 5 sind vorzugsweise derart ausgestaltet, daß das Licht an der Innenseite ihrer Seitenflanken vollständig reflektiert und zu der Unterseite des Grundkörpers 4, d.h. zu der Emissionsfläche der Abdeckung 2 hin geleitet wird. Des weiteren erfüllen die einzelnen Profilkörper 5 geometrische Rahmenbedingungen, um den in Fig. 1 gezeigten maximalen 6

Abstrahlwinkel γ_max einhalten zu können. Die Leuchtschicht 7 kann beispielsweise aus einem anorganischen oder organischen Halbleitermaterial bestehen und durch Siebdruck auf die einzelnen Profilkörper 5 aufgebracht werden.

Wie in Fig. 2a gezeigt ist, können die Seitenflanken der Profilkörper 5 bzw. der V- förmigen Vertiefungen 6 gerade verlaufen. Statt dessen ist jedoch auch der in Fig. 2b gezeigte gebogen bzw. gekrümmte Verlauf dieser Seitenflanken möglich.

Wie bereits erwähnt worden ist, können als Lichtmittel 7 für die in Fig. 2a und 2b dargestellten Profilkörper 5 beispielsweise organische oder anorganische Halbleitermaterialien verwendet werden. Abhängig von dem jeweils verwendeten Material werden diese Materialien durch Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung zum Leuchten angeregt (Elektrolumineszenz). Entsprechende elektrolumineszente Folien oder Platten sind bereits bekannt.

So kann das Lichtmittel 7 beispielsweise durch eine Elektrolumineszenz-Leuchtschicht mit in einem Dielektrikum angeordneten Leuchtkristallen gebildet sein, wobei an die Leuchtschicht über ITO-Elektroden (Indium-Zinn-Oxid) eine elektrische Spannung zum Anregen der Elektrolumineszenz angelegt wird. Derartige Elektrolumineszenz- Leuchtschichten können eine Dicke < 1mm aufweisen. Des weiteren kann als Leuchtschicht ein Polymerfilm verwendet werden, an den ebenfalls über ITO-Elektroden eine elektrische Spannung angelegt wird. Beim Anlegen der elektrischen Spannung werden positive Ladungsträger (Löcher) und negative Ladungsträger (Elektronen) injiziert, wobei diese unterschiedlichen Ladungsträger unter Aussenden von Lichtstrahlen rekombinieren. Der Polymerfilm kann beispielsweise aus PPV bestehen und eine Dicke < lμm aufweisen. Als Leuchtschicht kann auch eine Anordnung von übereinander angeordneten lichtemittierenden Schichten verwendet werden, die jeweils Licht unterschiedlicher Wellenlängen abstrahlen, so daß von der Leuchtschicht insgesamt Weißlicht abgegeben wird. Allgemein werden gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Lichtmittel eingesetzt, welche diffuses Licht emittieren.

Wie bereits zuvor erläutert worden ist, müssen die einzelnen Profilkörper bestimmte geometrische Rahmenbedingungen einhalten, damit - wie in Fig. 1 gezeigt ist - von der Emissionsfläche der Beleuchtungsanordnung bzw. Abdeckung 2 Lichtstrahlen zur Vermeidung einer Blendung eines Betrachters ausschließlich im Bereich 0° < γ_max abgestrahlt werden. Diese geometrischen Rahmenbedingungen sind insbesondere von dem Brechungsindex des in Fig. 2 gezeigten Lichtmittels 2, dem Brechungsindex des Materials der Profilkörper 5 sowie dem gewählten maximalen Abstrahlwinkel (Abblendwinkel) γ_max abhängig. Bevorzugt wird als maximaler Abstrahlwinkel γ_max ein Winkel von 60° gewählt. Allgemein sind jedoch maximale Abstrahlwinkel γ_max im Bereich 60°-70° ausreichend.

Die geometrischen Rahmenbedingungen für die jeweils verwendeten Profilkörper sollen nachfolgend anhand Fig. 4a und 4b näher erläutert werden. Die Fig. 4a und 4b zeigen 2D- Projektionen der in den Fig. 2a bzw. 2b dargestellten Profilkörper 5 mit darauf aufgebrachten Leuchtschichten 7.

Wie in Fig. 4a gezeigt ist, werden von der Leuchtschicht 7 Lichtstrahlen in das Innere des entsprechenden Profilköφers 5 emittiert. Diese Strahlen können den Profilköφer 5 ohne

Reflexion an den Seitenflanken 8 des Profilköφers 5 verlassen, was in Fig. 4a durch den linken Strahlverlauf angedeutet ist. Ebenso ist jedoch auch möglich, daß bestimmte von der Leuchtschicht 7 emittierte Lichtstrahlen an einer Seitenflanke 8 des Profilköφers 5 reflektiert und erst danach an der Unterseite des Profilköφers 5 abgestrahlt werden, was in Fig. 4a durch den rechten Strahlverlauf angedeutet ist. In jedem Fall werden die von der

Leuchtschicht 7 emittierten Lichtstrahlen zwei Mal gebrochen, nämlich einmal an der

Grenzfläche zwischen der Leuchtschicht 7 und dem Profilköφer 5 und ein zweites Mal an der Unterseite des Profilköφers 5, wenn die Lichtstrahlen den Profilköφer 5 wieder verlassen und emittiert werden. Im folgenden sei davon ausgegangen, daß n_L den Brechungsindex der Leuchtschicht 7 und n_s den Brechungsindex des Strukturblocks bzw.

Profilköφers 5 bezeichnet.

Die Lichtlenkung innerhalb des Profilköφers 5 bzw. die Lichtemission von dem Profilköφer 5 soll im wesentlichen zwei Bedingungen erfüllen. Zum einen soll kein von der Leuchtschicht 7 in dem Profilköφer 5 emittierter Lichtstrahl seitlich aus dem Profilköφer 5 herausgebrochen werden, d.h. die Lichtstrahlen der Leuchtschicht 7 sollen entweder ohne Reflexion an den Seitenflanken 8 des Profilköφers 5 an der Unterseite des Profilköφers 5 heraustreten oder aber an den Seitenflanken 8 des Profilköφers 5 total reflektiert werden. Des weiteren soll kein Lichtstrahl die untere Fläche des Profilköφers 5 mit einem Winkel verlassen, der größer als ein gewünschter maximaler Abstrahl- bzw. Abblendwinkel γ_max ist. Vorteilhafterweise beträgt dieser maximale Abstrahlwinkel γ_max 60°, um beispielsweise bei Verwendung der Beleuchtungsanordnung zur Raumbeleuchtung eine optimale Entblendung zu erzielen.

Wie bereits zuvor erläutert worden ist, werden die von der Leuchtschicht 7 emittierten Lichtstrahlen beim Übergang in den Profilköφer 5 abhängig von dem Brechungsindex n_L der Leuchtschicht 7 sowie dem Brechungsindex n_s des Strukturblocks bzw. Profilköφers 5 8 gebrochen. Dabei besteht gemäß dem Brechungsgesetz zwischen dem Einfallswinkel ß und dem Ausfallswinkel δ folgender Zusammenhang:

sin ß n_s = — (1) sin δ n

Allgemein werden Lichtstrahlen beim Übergang in ein optisch dichteres Medium zum Lot hin gebrochen, während die Lichtstrahlen beim Übergang in ein optisch dünneres Medium vom Lot weg gebrochen werden. Dies bedeutet im vorliegenden Fall, daß die von der Leuchtschicht 7 emittierten Lichtstrahlen für n_s > n_L in den Strukturblock bzw. Profilköφer 5 hinein, d.h. zu dem Lot hin gebrochen werden, während die Lichtstrahlen für n_s < n_L vom Lot weg gebrochen werden.

Gilt n_s < n_L, erfolgt ab einem bestimmten maximalen Einfallswinkel ß_max eine Totalreflexion des von der Leuchtschicht 7 emittierten Lichtstrahls an der Grenzfläche zu dem Profilköφer 5, wobei gilt :

n_s sin ß_max = — (2)

»L

Dies bedeutet, daß in diesem Fall auf die Grenzschicht zu dem Profilköφer 5 auftreffende Strahlen, welche zu dem Lot einen Einfallswinkel zwischen ß_nax und 90° einschließen, total reflektiert werden.

Demzufolge kann der Winkel δ gemäß der Formel (1) den folgenden maximalen Wert annehmen:

n_L δma_x = aresin — (3) n_s

Selbstverständlich gelten die obigen Überlegungen auch für die Brechung der Lichtstrahlen an der Unterseite des Profilköφers 5, wobei jedoch in diesem Fall zu berücksichtigen ist, daß für den Brechungsindex n der Luft gilt n = 1.

Wie bereits zuvor erläutert worden ist, sollen auf die Innenflächen der Seitenflanken 8 des

Profilköφers 5 auftreffenden Lichtstrahlen total reflektiert werden. Dies kann beispielsweise durch eine (lichtundurchlässige) Verspiegelung der Innenflächen der Seitenflanken 8 erzielt werden, so daß keine Lichtstrahlen seitlich aus dem Profilköφer 8 herausgebrochen werden können. Statt dessen kann jedoch auch eine Totalreflexion analog zu der oben angegebenen Formel (2) dadurch erzielt werden, wenn gewährleistet ist, daß die Lichtstrahlen auf die Seitenflächen 8 unter einem Winkel ε auftreffen, bei dem nach dem Reflexionsgesetz die Lichtstrahlen vollständig in den optisch dichteren Profilköφer 5 reflektiert werden, d.h. die Lichtstrahlen müssen mit einem Winkel ε > ε_min auftreffen, wobei gilt:

1 1 sin ε_min = — bzw. ε_min = aresin — (4) n_s n_s

Abhängig von den zuvor erläuterten Voraussetzungen können nunmehr die geometrischen Abmessungen des in Fig. 4a bzw. 4b dargestellten Profilköφers 5 berechnet werden, wobei diese Abmessungen insbesondere abhängig von den vorgegebenen Brechungsindizes n_L und n_s sowie dem gewünschten maximalen Ausblendwinkel ß_max sind. Dabei wird gemäß Fig. 4a und 4b davon ausgegangen, daß das Strukturelement bzw. der Profilköφer 5 symmetrisch zu der y-Achse angeordnet ist und die Unterseite des Profilköφers 5 die x- Achse bildet. Des weiteren sei der Profilköφer 5 derart ausgestaltet, daß die Seitenflanken 8 von oben nach unten nach außen geneigt verlaufen. Im folgenden bezeichnet y_h die Höhe des Profilköφers 5, 2x; die Breite der oberen Begrenzungsfläche und 2x_a die Breite der unteren Begrenzungsfläche des Profilköφers 5.

Bezüglich der in Fig. 4a gezeigten Profilköφerform interessiert neben den Werten für x_;, x_a und y_h insbesondere auch der Neigungswinkel α der Seitenflanken 8 des Profilköφers 5. Aufgrund der gewünschten Totalreflexion an den Seitenflanken 8 des Profilköφers 5 ergibt sich durch Auswertung der oben angegebenen bekannten Zusammenhänge folgende Bedingung für den Neigungswinkel α:

1 n_L α < 90° - aresin — + 90° - aresin — (5) n_s n_s

Da die in dem Profilköφer 5 nicht von den Seitenflanken 8 reflektierte Lichtstrahlen an der Unterseite maximal mit dem vorgegebenen Winkel γ_max austreten sollen, ergeben sich zudem die folgenden Zusammenhänge: 10

1 1 n_L α < - ( 90° + aresin ( — * sinγ_max ) + 90° - aresin — ) (6)

2 n_s n_s

1 1 α > 90° - - aresin ( — * sinγ_max ) (7)

2 n_s

Aus den Formeln (5) - (7) kann ein geeigneter Neigungswinkel α bestimmt und ein gewünschter Wert Xj vorgegeben werden. Davon abhängig kann schließlich die Höhe y_h des Profilköφers 5 gemäß folgender Gleichung bestimmt werden:

1 1 y_h = 2 * cot (aresin ( — * sinγ_max ) ) * Xj / (1-cot (aresin ( — * sinγ_max )) / tanα ) (8) n_s n_s

Dieselbe Vorgehensweise ist im Prinzip für den in Fig. 4b gezeigten Profilköφerverlauf möglich. Dabei wird jedoch aufgrund des gekrümmten Verlaufs der Seitenflanken 8 des Profilköφers 5 davon ausgegangen, daß die Seitenflanken 8 gemäß einer vorgegebenen Funktion f(x) verlaufen, d.h. es gilt:

y = f(x) für alle | x | > x_; (9)

Dabei wird im folgenden davon ausgegangen, daß geeignete Werte für Xj und y_h neben dem Verlauf f(x) vorgegeben sind und davon abhängig lediglich der Wert x_a zu bestimmen ist.

Aus dem Erfordernis betreffend die Totalreflexion an den Seitenflanken 8 des Profilköφers 5 ergibt sich folgende Bedingung:

i y_h-f(^χ)

I aretan f (x) | < 90°-arcsin — + aretan ( | | ) für alle x e [x^xj (10) n_s X_j + x

Für die Entblendungsbedingung der an den Seitenflanken 8 des Profilköφers 5 reflektierten Lichtstrahlen ergeben sich folgende Bedingungen: 11

1 y_h-f(x) 1

I aretan f (x) | < - ( 90° + aretan ( | | ) + aresin ( — * sinγ_max ))) (11)

2 Xj 4- x n_s für alle x e [x_;;xj

ι y_h-f(^χ) 1

I aretan f(x) | > - ( 90° +arctan ( | | ) - aresin ( — * sinγ_max )) (12)

2 X; + x n_s für alle x e [x^xj

Schließlich ergibt sich für die Entblendungsbedingung bezüglich der den Profilköφer 5 ohne Reflexion an den Seitenflanken 8 durchlaufenden Lichtstrahlen die folgende Bedingung:

1 y_h > tan ( 90°- aresin ( — * sinγ_max )) * (x_a + x_;) (13) n_s

Abhängig von den vorgegebenen Werten für x_; und y_h ist nunmehr die ebenfalls vorgegebene Funktion f(x) für alle x mit | x | > Xj unter Beachtung der oben angegebenen Bedingungen (10)-(12) zu entwickeln, bis ein Wert für x_a gefunden wird, der die Bedingung gemäß Formel (13) zu erfüllt.

Fig. 5a und Fig. 5b zeigen weitere Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, wobei als Lichtquelle bzw. Lichtmittel 7 eine flache Leuchtstofflampe verwendet wird.

Flache Leuchtstofflampen sind neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der Flächenstrahler. Unter Bezugnahme auf Fig. 5a umfassen derartige flache Leuchstofflampen einen Köφer 11 aus einem lichtdurchlässigen oder transparenten Material, insbesondere einen Glasköφer, dessen Innenraum 9 mit einem bestimmten Gas, z.B. Xenon, gefüllt ist. Über in dem Glasköφer 2 angeordnete Eletroden 10 wird eine geeignete Spannung U₀ angelegt, die die Gasmoleküle im Innenraum 9 des Glasköφers 2 anregt. Beim Zerfall dieser angeregten Gasmoleküle entsteht eine kurzwellige UV-Strahlung, die mit Hilfe eines entsprechenden Leuchstoffes 15, mit dem die Emissionsfläche des Glasköφers 2 beschichtet ist, in sichtbares Licht umgewandelt und abgestrahlt wird. Die Effizienz der Strahlungserzeugung kann zudem dadurch verbessert werden, daß zwischen dem Entladungs- oder Innenraum 9 des Glasköφers 2 und mindestens einer der Elektroden 10 eine Isolierung 13 angeordnet und/oder eine gezielt gewählte gepulste Spannung U₀ angelegt wird. 12

Derartige Leuchstofflampen können aufgrund ihrer flachen Ausgestaltung und ihrer gleichmäßigen und hohen Leuchdichte in verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen, insbesondere als Hintergrundbeleuchtung für (LCD-) Bildschirme.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, mindestens eine derartige flache Leuchstofflampe als Lichtmittel 7 für die Profilköφer 5 der Beleuchtungsanordnung 2 zu verwenden. Insbesondere kann jeweils eine entsprechend klein ausgebildete flache Leuchstofflampe 7 auf die obere Begrenzungsfläche eines Profilköφers 5 aufgebracht werden. Der Übersichtlichkeit halber sind jedoch in Fig. 5a und Fig. 5b Ausführungsbeispiele dargestellt, wobei eine derartige flache Leuchstofflampe als gemeinsames Lichtmittel 7 für mehrere Profilköφer 5 dient und unmittelbar auf den oberen Begrenzungsflächen der entsprechenden Profilköφer 5 angeordnet ist.

Wie in Fig. 5a gezeigt ist, ist somit die erfindungsgemäße Glasblockrasterstruktur (vgl. Fig. 3) mit einem Grundköφer 4 aus einem lichtdurchlässigen Material und mehreren in dem Grundköφer 4 ausgebildeten (beispielsweise pyramidenartigen) Profilköφern 4, die durch Vertiefungen 6 voneinander beabstandet sind, direkt hinter der Emissions- oder Lichtaustrittsfläche der flachen Leuchtstofflampe 7 angeordnet. Um die bereits zuvor erläuterte Problematik des seitlich auf die Seitenflanken der Profilköφer 5 auftreffenden Lichts zu lösen, ist gemäß dem in Fig. 5a gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, die in dem Glasköφer 11 der flachen Leuchstofflampe 7 angebrachte Leuchstoffschicht 15 entsprechend den Vertiefungen 6 zwischen den Profilköφern derart zu unterbrechen, daß das von der Leuchstofflampe emittierte Licht von der Leuchstoffschicht 15 nur an denjenigen Bereichen in sichtbares Licht umgewandelt und abgestrahlt wird, wo die oberen Begrenzungsflächen der Profilköφer 5 an der Emissionsfläche der Leuchstofflampe 7 anliegen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß eine gitternetzartige, lichtundurchlässige Schicht 12 auf der Emissionsfläche des Glasköφers 11 befestigt, insbesondere aufgeklebt oder aufgedruckt, wird, so daß die oberen Begrenzungsflächen der Profilköφer 5 die Zwischenräume des Gitternetzes aus dem zuvor erwähnten lichtundurchlässigen Material 12 überdecken und direkt an der Emissionsfläche des Glasköφers 11 anliegen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das von der Leuchstoffschicht abgestrahlte sichtbare Licht ausschließlich in die oberen Begrenzungsflächen der Profilköφer 5 eintreten kann.

Der Wirkungsgrad der Beleuchtungsanordnung 2 kann weiterhin dadurch verbessert werden, daß die gesamte Lichtaustrittsfläche der flachen Leuchtstofflampe 7 mit einem dem Fachmann bekannten Material beschichtet wird, welches UV-Licht reflektiert. Eine 13 entsprechende Beleuchtungsanordnung ist in Fig. 5b dargestellt, wobei diese das UV-Licht reflektierende Schicht 14 insbesondere zwischen der Leuchtstoff Schicht 15 und der Lichtaustritts- oder Emissionsfläche der flachen Leuchtstofflampe 7 angeordnet ist. Ansonsten entspricht der Aufbau der in Fig. 5b gezeigten Beleuchtungsanordnung dem der in Fig. 5a dargestellten Beleuchtungsanordnung.

Die in Fig. 5a und Fig. 5b gezeigten Ausführungsformen können auch derart abgewandelt werden, daß der Glasköφer 11 der flachen Leuchstofflampe 7 im Bereich des Lichtaustritts derart ausgebildet ist, daß er selbst die Struktur des Glasblockrasters besitzt, d.h. die Profilköφer 5 (und der Grundköφer 4) sind in diesem Fall einteilig mit dem Glasköφer 2 der flachen Leuchtstofflampe 7 ausgebildet.

Auch die Profilköφer 4 der in Fig. 5a und 5b gezeigten Ausführungsbeispiele weisen vorteilhafterweise die bereits zuvor erläuterten Eigenschaften hinsichtlich einer möglichst effektiven Lichtlenkung und Entblendung auf.

Ergänzend zu den obigen Ausführungen ist zu bemerken, daß die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung beispielsweise zur Hintergrundbeleuchtung von Bildschirmen in Frage kommt, wobei der Wirkungsgrad und die Entblendung insbesondere dadurch verbessert werden können, daß jedem Bildpunkt bzw. Pixel des Bildschirm ein Profilköφer 4 zugeordnet ist.

Des weiteren können die Profilköφer 5 beispielsweise auch derart ausgestaltet sein, daß ihr "Entblendungswinkel" γ_max 90° beträgt, wobei in diesem Fall sichergestellt werden kann, daß die gesamte Strahlung aus der das entsprechende Lichtmittel 7 umgebenden Hülle austreten kann, um den Wirkungsgrad zu steigern. Dies trifft insbesondere auf Lichtmittel 7 in Form von Elektrolumineszenzlampen zu, deren Substrat auf Glasplatten als Trägermaterial aufgebracht ist, da bei derartigen Elektrolumineszenzlampen bis zu 50 % der erzeugten Lichtstrahlung üblicherweise so flach in die Glasplatten eintritt, daß es aufgrund von Totalreflexion nicht mehr austreten kann.

Schießlich kann die erfmdungsgemäße Beleuchtungsanordnung beispielsweise auch in Singalanlagen bzw. deren Signallichtern, wie z.B. Ampeln oder Bremsleuchten, zum Einsatz kommen, wobei in diesem Fall die Profilköφer 5 zum Schutz von Verkehrsteilnehmern usw. derart ausgestaltet sein sollten, daß ihr Entblendungswinkel γ_max 30° beträgt.

Claims

14Ansprüche

1. Beleuchtungsanordnung (2), mit Lichtmitteln (7) zum Abstrahlen von Licht, mit einem Grundköφer (4), und mit in dem Grundköφer (4) ausgebildeten Profilköφern (5) aus einem lichtdurchlässigen Material, welche durch Vertiefungen (6) voneinander beabstandet sind und das von den Lichtmitteln (7) abgestrahlte Licht zu einer Emissionsfläche des Grundköφers (4) leiten und dort abstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Profilköφer (5) ein Lichtmittel (7) angebracht ist, welches Licht in den entsprechenden Profilköφer (5) abstrahlt.

2. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtmittel (7) diffuses Licht in den entsprechenden Profilköφer (5) abstrahlt.

3. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lichtmittel (7) in Form einer Leuchtschicht auf die obere Begrenzungsfläche des entsprechenden Profilköφers (5) aufgebracht ist.

4. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leuchtschicht (7) eine Dicke < 1mm aufweist.

5. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmittel (7) derart ausgestaltet sind, daß sie bei Anlegen einer elektrischen Spannung Licht emittieren.

6. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmittel (7) ein organisches oder anorganisches Halbleitermaterial als lichtermittierendes Material aufweisen. 15

7. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmittel (7) ein Polymermaterial als lichtemittierendes Material aufweisen.

8. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmittel (7) mindestens eine flache Leuchtstofflampe umfassen, die auf der oberen Begrenzungsfläche der Profilköφer (5) angeordnet ist.

9. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Profilköφer (5) eine flache Leuchtstofflampe als Lichtmittel (7) angeordnet ist.

10. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die flache Leuchtstofflampe (7) einen Köφer (11) mit einer

Lichtemissionsfläche aufweist, der einen mit bestimmten Gasmolekülen gefüllten Innenraum (9) umfaßt, in dem durch Anlegen einer elektrischen Spannung die

Gasmoleküle angeregt werden können und bei ihrem Zerfall eine UV-Strahlung freisetzen, und daß die flache Leuchtstofflampe (7) eine benachbart zu der Lichtemissionsfläche angeordnete Leuchstoffschicht (15) aufweist, welche die bei einem Zerfall der Gasmoleküle freigesetzte UV-Strahlung in sichtbares Licht umwandelt, so daß das sichtbare Licht durch die Lichtemissionsfläche in den bzw. die entsprechenden

Profilköφer (5) abgestrahlt wird.

11. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die flache Leuchtstofflampe als gemeinsames Lichtmittel (7) auf der oberen Begrenzungsfläche mehrerer Profilköφer (5) angebracht ist, und daß Lichtbegrenzungsmittel (12) vorgesehen sind, um die Abstrahlung des sichtbaren Lichts von der Leuchtstoffschicht (15) ausschließlich in die entsprechenden Profilköφer (5) sicherzustellen.

12. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, 16 daß die Lichtbegrenzungsmittel eine an der Lichtemissionsfläche der flachen Leuchtstofflampe (7) angeordnete lichtundurchlässige Schicht (12) mit Lichtaustrittsöffnungen umfassen, wobei die Lichtaustrittsöffnungen derart angeordnet sind, daß jede Lichtaustrittsöffnung von einem entsprechenden Profilköφer bedeckt wird.

13. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtemissionsfläche der flachen Leuchtstofflampe (7) die Profilköφer (5) aufweist, wobei die Profilköφer (5) einteilig mit der Lichtemissionsfläche ausgebildet sind.

14. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Leuchtstoffschicht (15) und der Lichtemissionsfläche der flachen

Leuchtstofflampe (7) eine UV-Licht reflektierende Schicht (14) angeordnet ist.

15. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilköφer (5) länglich in Form von Streifen und zueinander parallel ausgebildet sind.

16. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilköφer (5) in Form eines Pyramidenstumpfes ausgebildet und derart angeordnet sind, daß sie durch gitterartig verlaufende Vertiefungen (6) voneinander beabstandet sind.

17. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (6) zwischen den Profilköφern (5) im wesentlichen V-förmig sind.

18. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilköφer (5) seitliche Flanken (8) aufweisen, welche von dem jeweiligen Lichtmittel (7) zu den Grundköφer (4) hin nach außen geneigt verlaufen. 17

19. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Flanken (8) gerade oder gekrümmt verlaufen.

20. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Profilköφer (5) derart ausgestaltet ist, daß das in sein Inneres abgestrahlte Licht des entsprechenden Lichtmittels (7) vollständig innerhalb des Profilköφers (5) an den seitlichen Flanken (8) reflektiert wird.

21. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Flanken (8) jedes Profilköφers (5) an ihrer Innenseite lichtundurchlässig verspiegelt sind.

22. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilköφer (5) das Licht der Lichtmittel (7) über eine im wesentlichen ebene Emissionsfläche des Grundköφers (5) abstrahlen.

23. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilköφers (5) derart ausgestaltet sind, daß sie das Licht der Lichtmittel (7) innerhalb eines bestimmten maximalen Abstrahlwinkelbereichs (y^,. ) bezüglich der Flächenno-rmalen der Emissionsfläche des Grundköφers (4) abstrahlen.

24. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Abstrahlwinkel (y^) 60° bis 70° bezüglich der

Flächennormalen der Emissionsfläche des Grundköφers (4) beträgt.

25. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Abstrahlwinkel (y^) 90° bezüglich der Flächennormalen der

Emissionsfläche des Grundköφers (4) beträgt.

26. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 23, 18 dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Abstrahlwinkel (y„,-_x) 30° bezüglich der Flächennormalen der Emissionsfläche des Grundköφers (4) beträgt.

27. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundköφer (4) durch eine Kunststoff-Folie aus lichtdurchlässigem Material gebildet ist.

28. Verwendung einer Beleuchtungsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche in einer Leuchte (1), wobei die Leuchte ein Gehäuse (9) aufweist, welches die Beleuchtungsanordnung

(2) hält, wobei der Grundköφer (4) zugleich als Abdeckung der Leuchte (1) dient, und wobei die auf den Profilköφern (5) der Beleuchtungsanordnung (2) angebrachten

Lichtmittel (7) als Lichtquelle der Leuchte (1) dienen.

29. Verwendung einer Beleuchtungsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Bildschirm, wobei die Beleuchtungsanordnung zur Beleuchtung des Bildschirms dient.

30. Verwendung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Profilköφer (5) der Beleuchtungsanordnung (2) einem Bildpunkt des Bildschirms zugeordnet ist.

31. Verwendung einer Beleuchtungsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Signalleuchte, wobei die auf den Profilköφern (5) der Beleuchtungsanordnung (2) angebrachten Lichtmittel (7) als Lichtquelle der Signalleuchte (1) dienen, und wobei die Profilköφer (5) der Beleuchtungsanordnung derart ausgestaltet sind, daß sie das Licht innerhalb eines bestimmten maximalen Abstrahlwinkelbereichs (γ_max ) von 30° bezüglich der Flächennormalen der Emissionsfläche des Grundköφers (4) der Beleuchtungsanordnung (2) abstrahlen.