WO2019219289A1 - Leuchtelement und beleuchtungsmodul mit geringer bauhöhe - Google Patents

Leuchtelement und beleuchtungsmodul mit geringer bauhöhe Download PDF

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WO2019219289A1
WO2019219289A1 PCT/EP2019/058342 EP2019058342W WO2019219289A1 WO 2019219289 A1 WO2019219289 A1 WO 2019219289A1 EP 2019058342 W EP2019058342 W EP 2019058342W WO 2019219289 A1 WO2019219289 A1 WO 2019219289A1
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light source
reflector
luminous element
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Bernd WÖLFING
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Schott Ag
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    • F21Y2103/10—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes comprising a linear array of point-like light-generating elements
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention generally relates to a luminous element.
  • the invention relates to an elongated
  • Luminous element which is of low height and emits a homogeneous, surface light.
  • the invention further relates to a lighting module, comprising the luminous element.
  • Surface also referred to as surface light
  • a housing also referred to as a light box
  • a light source light is conducted into the interior of the housing and penetrates via at least one of the outer surfaces to the outside.
  • Such surface lights can, for example, as
  • Signboard or advertising medium Other embodiments include a light guide plate in which light is coupled from at least one side.
  • flat luminaires which are to be used not only as a backlight, but directly as a lamp.
  • LEDs light sources
  • the problem here is the one hand to achieve a high degree of homogeneity of the luminous area and the other
  • the lamps also referred to as backlight systems, can comprise a large number of LEDs distributed over the surface.
  • the height of such lighting systems and the number of light sources to be used per area are directly related to each other.
  • a flat lighting can thus be achieved by a variety of checkerboard-like, punctiform light emitting LEDs.
  • Such a lighting system describes about the DE 10 2007 044 566 Al.
  • a general disadvantage of such rear lighting is that the distance between the light sources, especially in a
  • the distance between the LEDs should not be greater than the distance to the diffuser. This means that a large number of LEDs must be provided for large areas.
  • a surface light is also described, for example, in the document DE 10 2011 013 206 A1. At this
  • Area light is provided a light box in which by means of a light source in operation light on a
  • Light mixing chamber is directed.
  • Light guide means required to allow the collimated light to emerge homogeneously from the illumination system. Therefore, it is desirable to have lighting systems which have a low overall height in comparison with a luminous area in order to be used as versatile as possible, for example also in the automotive sector or in the aviation sector, for example for cabin lighting.
  • Luminous element and a lighting module according to one of the independent claims. Preferred embodiments and further developments of the invention are to be taken from the respective subclaims.
  • the invention accordingly provides a luminous element comprising a punctiform light source, a mirror and a reflector.
  • the invention further relates to a lighting module for emitting a homogeneous light from a flat light exit window, comprising a light box with an opening defining a light exit window and at least one luminous element.
  • homogeneous light refers to a surface provided in the perception of a Observers understood the same brightness. This means, in particular, that there are no sudden changes in the brightness that are visible to the naked eye.
  • the rays emitted by the light source can be directed in a desired direction. Accordingly, ask
  • Mirror and reflector is a cooperative system for radiation control.
  • the light source serves to emit electromagnetic radiation, which is advantageous in the visible wavelength range. Therefore, instead of radiation or rays is also referred to below by light or light rays.
  • the light source is preferably arranged and arranged to radiate a predominant part of its light directly onto the mirror.
  • the predominant part of the light of the radiation source means that the mirror is arranged in the direct beam path of the light source.
  • the mirror preferably comprises a reflective surface onto which this radiation of the light source can impinge and be mirrored.
  • the mirror is in this case
  • the reflector is therefore preferably arranged in the beam path of the mirror to the mirror
  • the reflector preferably comprises a partially reflecting, preferably at least partially planar surface.
  • a flat surface for reflection of the light has the advantage that it can be simple in construction, for example by a surface coating on the flat, low-cost body to be manufactured.
  • the reflector can be formed very thin, which contributes to a very low height of the luminous element and the lighting module based thereon.
  • This flat surface therefore also makes it possible
  • the direction in which the majority of the light is emitted after reflection at the reflector surface corresponds approximately to the direction in which the
  • Light source emits its light. Starting from the
  • Direction in which the light source emits the light is the radiation pattern through the system for
  • a preferably at least partially diffuse reflection at the reflector surface is of great advantage in order to achieve a homogeneous light distribution in the beam path to the reflector.
  • suitable means for absorbing such radiation may be provided, preferably in the form of a diaphragm or by a
  • absorbent element can already absorb the light from the light source, which does not hit directly on the mirror, and thus prevent unwanted stray radiation, which to
  • Brightness differences can lead, which in turn can adversely affect the desired homogeneity.
  • a light-emitting element that is to say a light-emitting diode (LED), as the light source.
  • LED light-emitting diode
  • other forms of light sources are conceivable, for example, light from a remote light source means
  • Optical fiber are introduced.
  • light-emitting diodes are advantageous due to their low power consumption, their longevity, their small size and their easy mounting option.
  • the light source is also possible, for example with one of several light sources, for example a plurality of light-emitting diodes. These light emitting diodes may be arranged substantially along a line, wherein the light emitting diodes on the line or in a
  • the light source may intermittently have one or more
  • For the invention are advantageously bright or white
  • Luminosity and thus to achieve a sufficiently high brightness.
  • Luminosity and thus to achieve a sufficiently high brightness.
  • LEDs For white emitting LEDs, blue LEDs known to those skilled in the art can be used with a yellowish luminescent layer arranged in front of them, this layer acting as a wavelength converter. In general, such "white" LEDs
  • LEDs that produce a white hue of the mix of red, green and blue LEDs are more energy efficient than LEDs that produce a white hue of the mix of red, green and blue LEDs.
  • the opening or emission angle of the light source is not too large in order to achieve a high efficiency of the luminous element and to reduce losses as far as possible.
  • the beam angle is the angle that is included by lateral points with half maximum light intensity.
  • the mirror in the radiation steering system is the first element to which most of the light emitted by the light source falls. It is advantageous that it is concavely curved from the light source
  • the curved, concave surface of the mirror is preferably mirrored and thus provides the
  • the mirror surface is preferably arranged so that incident beams of the light source are deflected in the direction of the reflector.
  • the mirror surface is preferably arranged so that no mirrored rays can fall directly on the light exit window.
  • the inventors have found that in particular a high homogeneity of the radiated from the reflector
  • Light can be achieved when the beams are already deflected by the reflector in the beam path upstream mirror at different angles in the direction of the reflector, so that the mirror in the direction Reflector mirrored radiation is preferably not predominantly collimated.
  • the mirror may be a tilted paraboloid.
  • the light source is preferably in
  • Focus of the paraboloid Of great importance is the ratio of the focal length of the paraboloid to the size of the light-emitting surface, so in the case of an LED as the light source of the chip area, as this results in the size of the mirror.
  • the distance of the focal point from the vertex may be in a range of up to 10 mm, preferably up to 5 mm, and more preferably up to 3 mm.
  • a distance of 3 mm is very well suited when using an LED as a light source, which is arranged at the focal point of the parabola and has a chip width of 0.5 mm.
  • the beams preferably do not leave the mirror in a collimated state and are therefore preferably, at least predominantly, not parallel to one another. This has the consequence that they impinge on the reflector surface at different angles. This effect already leads to a very good homogeneity of the incident light on the reflector.
  • homogeneous light or homogeneity of the light is a homogeneous
  • the illuminance also known as luminous flux density or luminance, describes a surface-related luminous flux which strikes an illuminated object. It can be specified in the size cd / m 2 .
  • An overall homogeneity can thus be quotient of the lowest brightness by the largest one
  • values can also be expressed as a percentage of the achievable homogeneity, so that the achievable overall homogeneity of the luminous element and of the illumination module can be 70%, preferably at least 75% and particularly preferably at least 80%. In certain embodiments, values could also be achieved about 83%.
  • the total homogeneity can be used in a monitor, which is approximately 90% in white.
  • a value of from about 70%, especially from about 80% is considered homogeneous.
  • the second parameter concerns the relative local
  • Homogeneity deviation is defined as the relative change in brightness per unit length, e.g. in
  • Homogeneity deviation can be determined according to the following rule: (Brightness (p) - Brightness (p + d)) / ((Brightness (p)
  • the underlying measured values can either be measured or determined by means of suitable simulation models.
  • the local homogeneity deviation of the luminous element and the illumination module is at most 0.75% / mm, preferably at most 0.70% / mm and especially at most 0.65% / mm.
  • This value can for example be compared with a luminaire comprising LED light sources, in which the homogeneity is achieved by a distance of the LEDs of 20 mm. If this luminaire also has an overall homogeneity of 83%, but the brightness changes every 20 mm with the period of the LED arrangement, a significantly less favorable local homogeneity deviation of 2.5% / mm results.
  • the mirror surface preferably has a multiplicity of planar mirror elements set against one another, which are placed against each other as densely as possible and without gaps.
  • the individual mirror elements are even, so that the mirror surface is formed as a discontinuous mirror surface, comprising a plurality of juxtaposed planar mirror elements.
  • the number of mirror elements can vary, and in the case of planar mirror elements, the accuracy of the contour simulation with the number of mirror elements
  • Mirror elements is rising.
  • at least five or more planar mirror elements can be provided.
  • the individual mirror elements of the mirror are arranged so that they deflect the beams differently depending on the emission direction of the light source.
  • the size of the mirror elements is preferably determined as a function of the position relative to the light source so that approximately the same amount of light of the light source falls on each mirror element.
  • the size of the mirror elements depends on their respective angle with respect to the light source and may be of one
  • the mirror may comprise a base, the surface of which, pointing towards the light source, may be formed with the corresponding mirror elements or the reflecting surface contour. This surface can then, for example, with a mirror
  • the surface of the reflector can also be equipped with a surface layer or comprise a layer system which has a predetermined emission characteristic.
  • the surface of the reflector has a partly diffuse and partly specularly reflective
  • the diffuse portion is higher than the specularly reflective
  • the proportion is more diffuse
  • Radiation of the reflector between 70% and 90%, preferably between 75% and 85% and most preferably about 80%, wherein the respective remaining portion of the radiation then specular reflected, that is mirrored, can be.
  • the illumination module according to the invention for emitting a homogeneous light from a flat light exit window can be a receptacle or holder for holding the
  • lighting element may further comprise the facilities required for the operation of the luminous element, that is, for example, a heat sink or
  • Heat conductor for heat dissipation of the heat generated during operation of the light source or else corresponding
  • Light box of the lighting module advantageous from low height.
  • the height is the extent of the
  • Lighting module in one direction parallel to the
  • the light box has a height of less than 100 mm, preferably less than 60 mm, more preferably less than 40 mm and most preferably 20 mm or less.
  • Beam guidance corresponds. This expansion in the direction of the beam guidance is also referred to below as width.
  • this width of the light exit window of the light box is at least 5: 1, preferably at least 10: 1 and particularly preferably at least 20: 1. This means, that at a height of the light box, for example, 20 mm, a width of the light exit window of 400 mm or more is possible.
  • Light exit window can be 200 mm up to 2,000 mm. Lower widths are technically possible, but require very small light sources. With even greater widths over 2,000 mm, it may be more difficult to maintain a sufficient luminance.
  • the translucent element may be made of glass or plastic.
  • the translucent element equipped with additional decorative elements.
  • the translucent element may for example be colored and / or include additional decorative elements to produce a predetermined visual impression.
  • the lighting module comprises further devices which prevent the light from the light source directly onto the light exit window falls.
  • the devices can be designed to direct this light into non-critical areas of the lighting module.
  • Light emission window of the light box can penetrate to the outside.
  • the diaphragm and / or the absorbing element in such a way that no light is reflected in such a way that it impinges on the mirror at a different angle than light originating directly from the light source. This can be uneven
  • Brightness field on the mirror surface which in turn is unfavorable for the desired high homogeneity of the emitted light.
  • reflectors which are adapted to increase the brightness in the edge region of the reflector surface, where tend to impinge rather small amounts of light, and thus the homogeneity of the emitted light
  • the lighting module according to the invention may have more than one single light source, for example also a plurality of preferably arranged in series
  • Light sources This is advantageous if not only a large width of the light exit window is desired, but also a large length, ie an extension in a direction perpendicular to the beam guide.
  • the plurality of light sources are preferably arranged along a longitudinal line. Also advantageous are arranged along this line light sources arranged uniformly over the length. Conveniently, the distance between two adjacent light sources is the same. For a homogeneous light, it is advantageous if the distance between two adjacent light sources is not greater than the shortest distance of the light exit surface of the light source to a straight line which extends along the surface of the light source
  • Light emission window runs. This ensures homogeneous light distribution even in the longitudinal direction.
  • width and length of the light exit window are merely selected in order to respectively increase the different extents of the light exit window in relation to the further components of the illumination module
  • Light emission window can be.
  • An illumination module according to the invention can comprise, for example, a light exit window with a width of 400 mm and a length of 500 mm with a height of 20 mm. In this lighting module can be about 50 Light sources laterally offset from the
  • Light exit window to be arranged in the longitudinal direction.
  • Lighting modules provided, wherein the one
  • Light box Z collisions Preferably, these end faces each comprise the light exit window, so that the two light exit windows Z can collide and virtually a common, then twice as wide
  • the width of the light emission window can be doubled, so that widths in a range of more than 500 mm up to 1,000 mm or even beyond are possible.
  • Light emission window can be a common
  • the light sources can then each be arranged along the outside of the light boxes.
  • the invention makes it possible to build very flat
  • Lighting options conceivable, for example, a use as a backlight for advertising, information or display panels.
  • Fig. 1 shows schematically a section of a
  • Illumination module with a luminous element in cross section
  • Fig. 2 schematically shows a section of a
  • Illuminating module according to FIG. 1 in cross-section with a large number of marked light beams
  • Fig. 3 shows schematically the radiation course
  • FIG. 4 schematically shows a lighting module according to FIG. 1 in FIG.
  • FIG. 5 shows a schematic cross-section of a view with two illumination modules of FIG. 1 arranged in mirror image relative to one another
  • Fig. 6 the result of a measurement of the luminance along the width of the light exit window of a lighting module according to the invention with a parabolic mirror
  • 7 shows the result of a measurement of the luminance along the width of the light emission window of a further illumination module according to the invention with a non-parabolic mirror
  • FIG. 8 shows schematically a lighting module in cross-section with a non-parabolic mirror according to the measurement from FIG. 7, FIG.
  • Fig. 11 is a comparison of different geometrical dimensions
  • Fig. 12 shows a further comparison of different
  • FIG. 1 shows schematically a section of a
  • Illumination module with a luminous element in cross section.
  • this schematic representation is alone the
  • Holding means for attaching and holding the components as well as other devices of the marked as a whole in the illustration by the reference numeral 1
  • Lighting module has been omitted. So are
  • the luminous element is in this representation in the
  • Lighting module 1 integrated.
  • it can also be manufactured as a separate component and in the
  • Lighting module to be installed.
  • the luminous element comprises a punctiform light source 10, a mirror 20 and a reflector 30.
  • Illumination module 1 is given a coordinate system.
  • the direction indicated by “x” denotes the width
  • the direction indicated by “y” denotes the length
  • the direction designated by “z” denotes the height of the
  • the illumination module 1 shown in the example comprises a light box 100 with an opening 101 defining a light exit window. Only a small section of the illumination module 1 is shown, which shows the illumination module 1
  • the Light source includes.
  • the lighting module 1 is in the Capable of producing a homogeneous light from the plane
  • the brightness of the emitted light of the light source 10 is homogeneous over the area defined by the opening 101, which means in particular that it does not jump
  • mirror 20 and the reflector 30 of the luminous element With the mirror 20 and the reflector 30 of the luminous element, the rays emitted by the light source 10 can be directed in a desired direction. Accordingly, mirror 20 and reflector 30 constitute a cooperative system for radiation control. Light source 10 emits light during operation.
  • the light source 10 is set up so that it radiates a predominant part of its light directly onto the mirror 20.
  • the reference numeral 11 indicates that direction of the radiation in which the intensity is highest.
  • the radiation of the light source 10 is further emitted in accordance with Lambert's law, which is advantageous in order to produce the most homogeneous possible illumination, as a function of the
  • Beam angle a precisely determinable amount of light per
  • Angular segment is emitted.
  • the predominant part of the light of the light source 10 falls on the mirror 20 arranged directly in the beam path.
  • the mirror 20 is in this case relative to the light source 10 and to the reflector 30 arranged that a large part of the light received by the light source is deflected after reflection in the direction of the reflector 30.
  • the reflector 30 is therefore arranged relative to the mirror 20 such that a majority of the mirror 20
  • the reflector 30 comprises for this purpose a planar, partially reflecting surface 31.
  • this surface 31 comprises at least one layer, which is particularly simple and with predetermined optical
  • the reflector 30 is therefore very thin
  • the surface 31 of the reflector 30 reflects the incident light of the light source 10 in operation at least partially diffusely in the direction of the light exit window 101.
  • the main direction in which the majority of the light of the light source 10 radiates after reflection on the reflector surface 31, approximately corresponds to the direction in which the light source 10 emits its light.
  • the radiation path through the system for radiation deflection is approximately z-shaped.
  • a light beam 13a, 13b, 13c is illustrated, which illustrates the approximately z-shaped radiation steering in the direction of the width of the illumination element 1.
  • the reference numeral 13a is a light beam
  • the light source 10 is formed in the example as white-emitting light emitting diode (LED). Of course, it is also possible to use different colored LEDs or other light sources, such as optical fibers.
  • LED white-emitting light emitting diode
  • the light source 10 further has an example in the example
  • Beam angle of 120 ° Beam angle of 120 °. Larger radiation angles are rather unfavorable, since then larger portions of the emitted light no longer impinge directly on the mirror 20.
  • an optical element for focusing the beams (not shown), for example a converging lens.
  • the mirror 20 includes a curved, concave surface 21, which faces the light source 10. This surface is mirrored and thus provides the mirror surface. To get a high homogeneity of the radiated
  • Light source 10 undergoes a deflection, which in the direction of the reflector 30 and thus away from the
  • Light exit window 101 leads.
  • the mirror surface is designed so that
  • the mirror 20 is a 2 ° tilted paraboloid, so a kind of parabolic mirror, which does not collimate the light in the direction of the axis, but tilted by 1 ° thereto. As a result, the light is not mirrored parallel to the reflector 30, but runs from the mirror at 2 ° towards him.
  • the light source 10 is in this example in the focal point B of the non-tilted paraboloid, so the mirror 320.
  • the focal point B of the parabola is about 3 mm away from the apex of the paraboloid.
  • the light source 10 has a chip width of 0.5 mm, which dimension relates to the extent in the direction "x".
  • the mirror surface has, at least approximately, a shape as a paraboloid.
  • the mirror surface is still like that
  • Reflektors is therefore rather large. From the mirror 20 mirrored rays have a
  • Divergence is mainly due to chip width of the LED and is in the 0 ° direction in the current example +/- 2.4 ° when using an LED as a light source with 0.5 mm chip width.
  • the divergence is +/- 4.8 °.
  • the divergence reduces to about +/- 1 ° for a 0.5 mm LED or +/- 2 ° for a 1 mm wide LED.
  • the size of the mirror is selected depending on the chip width and the divergence such that the divergence is not too large.
  • Reflector surface 31 causes a very good homogeneity of the light is given on the reflector surface 31.
  • the impact angle indicated in the illustration as an angle, is between 89.5 ° and 20 °, preferably between 89 ° and 30 ° and particularly preferably between 89 ° and 35 °.
  • the imaged light beam 13b strikes, for example, at an angle of about 30 °
  • Radiation reflected by the reflector surface 31 is radiated in a direction at least approximately corresponding to the emission direction of the light source 10.
  • the chip area of the LED and the reflector surface 31 are particularly favorable at least approximately parallel to each other. That of the
  • Reflector 30 radiated light is homogeneous in the context of the invention.
  • the overall homogeneity of the illustrated illumination module 1, that is to say the quotient of the lowest brightness and the greatest brightness, stated in percent, is 83% in the exemplary embodiment shown and thus corresponds to the requirements for homogeneity.
  • the local homogeneity deviation ie the relative
  • Change in the brightness per unit length is in the illustrated embodiment at most 0.75% / mm.
  • the mirror surface in the embodiment has for this purpose a number of 25 juxtaposed, planar
  • Mirror 20 are arranged so that they deflect the radiation differently depending on the emission direction of the light source 10.
  • the size of the mirror elements is selected so that approximately the same amount of light of the light source 10 falls on each mirror element. This leads to a
  • Mirror with a different number of mirror elements or the concave, preferably at least approximately parabolic mirror surface continuously To design, for example, by editing the surface with appropriate finishing tools.
  • the light source 10 is located near the focal point B of the mirror 20, as long as the concave mirror surface 20 constructed from the mirror elements would be compared to a paraboloid.
  • the light source 10 can also, if it is structurally useful, be positioned elsewhere, for example offset upwards.
  • the light source 10 can for example sit on a base connected to the light box, which also serves as a heat sink.
  • Mirror 20 may also include a socket in which the mirror elements are facing the light source
  • this is provided with a reflective surface coating, in the example a
  • Mirror surface is at least 80 °, preferably at least 90%, more preferably at least 95% to keep losses low and high efficiency of
  • the surface 31 of the reflector 30 is also provided with a surface layer.
  • a surface layer In the example, it is a metallic layer system with a
  • the proportion of the diffusely reflected radiation of the reflector is between 70% and 90%, preferably between 75% and 85% and most preferably 80%. The remaining portion of the radiation is reflected speculatively.
  • the light box 100 of the lighting module 1 is of low overall height. A low height is of great
  • Lighting module for example, to cramped under
  • the achievable height is limited by the requirements of the radiation steering in order to obtain a homogeneous luminous surface.
  • the system according to the invention for radiation control was particularly in view of a low height at
  • the section shown in FIG. 1 comprises only a very small proportion in relation to the width of the light box, so that the actual size ratios of the Illumination module 1 of FIG. 1 can not be completely removed.
  • the light exit window which is only indicated in FIG. 1 has, for example, an extension in the direction "x", that is to say a width of approximately 400 mm
  • Light box is only 20 mm. This results in a ratio of the width of the light exit window 101 to the height of the light box of 20: 1. According to the invention, this ratio can be at least 5: 1, preferably at least 10: 1.
  • the opening of the light box forming the light exit window 101 is closed by a light-transmitting element 102, which likewise is shown only schematically in a section in the illustration.
  • the opening of the light box is thereby closed, so that no dirt or moisture can penetrate into the light box.
  • the translucent element is a glass. In addition to glass, plastic materials are also possible.
  • the translucent element is equipped with additional decorative elements.
  • the translucent element may for example be colored and / or comprise additional decorative elements. Direct imprints are also possible.
  • Light source 10, mirror 20 and light exit window 101 of the lighting module 1 are so to each other
  • an absorbing element 40 is provided, which prevents laterally emitted light of the
  • Light source 10 can escape. Such a light beam is in the illustration with the reference numeral 14a
  • This light beam 14a is prevented from leaking directly through the light emission window 101 by the absorbing member 40.
  • a further absorbing element 41 is also provided, which absorbs part of the light radiation reflected by the mirror 20. In this way it is possible to produce a broad, homogeneous light field already on the reflector surface 31. It is conceivable to provide the absorbing elements 40, 41 with a reflective surface to there
  • Mirror surface 21 leads to lighter areas, which then also transferred to the reflector surface 31 and ultimately lead to a poorer homogeneity.
  • Lighting module 1 can also have a larger in
  • Illumination module 1 a plurality of light sources 10, which are arranged along a longitudinal line.
  • the light sources 10 are arranged uniformly along the line over the length, wherein the distance between two adjacent light sources 10 is the same.
  • the length that is to say the extent in the direction "y"
  • the light exit window 101 indicated in the example in FIG. 1 has a length of 500 mm the
  • Illumination module 1 comprises a light source 10 per cm length of the light exit window 101. This ratio has proved to be favorable to produce a homogeneous light in the longitudinal direction. Of course, larger and smaller dimensions in the longitudinal direction are possible.
  • the distance between two adjacent light sources 10 is not greater than the shortest distance of the light exit surface of the light source 10 to a straight line which extends along the surface of the light exit window 101. This also ensures a longitudinal direction
  • Fig. 2 shows schematically a section of a
  • Illumination module 1 according to Fig. 1 in cross section with a plurality of drawn light beams, wherein the
  • Light source 10 is indicated and the associated mirrored light beam 13b. It can be clearly seen in the illustration that the mirrored light beams are not collimated, but run at different angles.
  • the reference numeral 13d denotes a light beam which impinges on the diaphragm 40.
  • FIG. 3 schematically shows the course of the radiation by way of example for a light beam 13a, which is mirrored on the mirror 20, in an overall view.
  • FIG. 4 shows schematically a lighting module 1 according to FIG.
  • the Reflector 30 and the light exit window 101 arranged plane-parallel to each other, wherein the reflector 30 has approximately the same extent as the light exit window 101st
  • Fig. 5 shows schematically a view of a
  • Lighting device comprising two mirror-image mutually arranged lighting modules 1, in cross section.
  • the two lighting modules 1 collide at the end faces of the light box 100 together.
  • Light emission window 101 defining openings of the two light boxes 100 to each other, so that the two
  • Light emission window 101 along a common edge Z collide and provide a common light emission window of double the width.
  • a common translucent element such as a
  • FIG. 6 shows the result of a measurement of the luminance along the width of the light exit window using the example of a lighting module 1 with a 400 mm wide
  • Light emission window and a parabolic mirror 20 Shown are the luminance and the
  • the luminance given here corresponds to the luminance and, in the context of this invention, describes the surface-related luminous flux which strikes an illuminated object.
  • the luminance is given in the size cd / m 2 .
  • the local homogeneity deviation is given in the size% / mm and represents the relative change in the brightness per
  • Length unit is.
  • the measured total homogeneity is about 90%.
  • Homogeneity deviation is about 0.6% / mm.
  • Homogeneity deviation in the dimension mm -1 corresponds to a homogeneity deviation in the dimension (% / mm) after multiplication by 100.
  • Lighting module 1 is about 38%.
  • Embodiment to call the measured brightness as homogeneous The most slight fluctuations of the
  • Luminance are not considered to the human eye
  • the embodiment shown makes it possible in a particularly simple manner, the width of the light emission window significantly increase without the same time
  • FIG. 7 shows the result of a measurement of the luminance along the width of the light emission window using the example of a further illumination module 1 according to the invention with a 400 mm wide light exit window and a non-parabolic mirror 20.
  • Total homogeneity is also about 90%.
  • the local homogeneity deviation is about 0.75% / mm and is thus slightly less favorable than in the parabolic mirror embodiment.
  • Lighting module 1 is slightly higher at about 44%. This is also in this embodiment, the
  • Fig. 8 shows schematically a lighting module 1 in
  • Fig. 9 shows the result of a comparison simulation of the luminance along the width of a light emission window when using a number of 25 LED light sources as direct illumination.
  • the brightness, ie the luminance, is therefore significantly higher than in the preceding
  • the measured total homogeneity of this arrangement is about 90%.
  • the local homogeneity deviation is
  • Brightness differences of this arrangement are visible to the naked eye, in particular due to the stripe pattern.
  • Fig. 10 also shows purely schematically the
  • LED light sources 210 are shown whose spacing is selected such that a
  • Fig. 11 shows a comparison of different
  • the picture shows a tilted parabolic mirror, a parabolic mirror and a tilted parabolic mirror with non-parabolic outlet.
  • parabolic outlet has the advantage that a greater distance to the light source 10, so for example to the LED, is given. Therefore, this arrangement is less sensitive to tolerances. In the juxtaposition is the
  • FIG. 12 shows a further comparison of different mirror shapes in a reference system in which the light source is again arranged in position (0, 0). Shown are a parabolic mirror 320, a 2 ° tilted parabolic mirror 20 and mirror 220 with higher focal length and additional bend at the outlet. This embodiment is characterized by a lower tolerance sensitivity as well as a higher efficiency. Furthermore, it can cause a better illumination of the reflector very close to the mirror.
  • the present invention thus makes it possible to provide particularly flat-mounted lighting modules, which simultaneously over comparatively large
  • Radiation control according to the invention the light occurs very homogeneous from the light exit window.
  • the lighting module for interior lighting, for example as cabin interior lighting in commercial aircraft.
  • Lighting options conceivable, for example, a use as a backlight for advertising, information or display panels.

Landscapes

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Abstract

Leuchtelement, umfassend eine vorzugsweise linienförmige Lichtquelle (10), einen Spiegel (20) und einen Reflektor (30), vorzugsweise zumindest abschnittweise mit einer ebenen Oberfläche, wobei die Lichtquelle (10) eingerichtet ist, einen überwiegenden Teil ihres Lichtes direkt auf den Spiegel (20) abzustrahlen, wobei der Spiegel (20) das von der Lichtquelle (10) empfangene Licht in Richtung auf den Reflektor (30) spiegelt, und wobei der Reflektor (30) vorzugsweise eine teilreflektierende Oberfläche (31) umfasst und dieses Licht zumindest teilweise diffus in einer Richtung reflektiert, deren Hauptrichtung annähernd der Richtung entspricht, in die die Lichtquelle (10) ihr Licht abstrahlt. Beleuchtungsmodul (1) zur Abgabe eines homogenen Lichtes aus einem flächigen Lichtaustrittsfenster (101), umfassend einen Lichtkasten (100) mit einer ein Lichtaustrittsfenster (101) definierenden Öffnung und zumindest ein Leuchtelement.

Description

Leuchtelement und Beleuchtungsmodul mit geringer Bauhöhe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein ein Leuchtelement. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein längliches
Leuchtelement, welches von geringer Bauhöhe ist und ein homogenes, flächiges Licht abgibt. Die Erfindung betrifft ferner ein Beleuchtungsmodul, aufweisend das Leuchtelement.
Der Markt für Leuchten und Beleuchtungseinrichtungen unterliegt einer rasanten technologischen Entwicklung und ist in hohem Maße sensibel hinsichtlich der Abmessungen, der Qualität des abgegebenen Lichts mit Blick auf die jeweiligen Verwendungen und der Herstellungskosten.
Leuchten mit einer vergleichsweise großen leuchtenden
Fläche, auch als Flächenleuchte bezeichnet, zeichnen sich dadurch aus, dass das Licht über eine vorgegebene Fläche möglichst gleichmäßig abgegeben wird. Im Allgemeinen verfügen derartige Leuchten über ein Gehäuse, auch als Lichtkasten bezeichnet, wobei mittels einer Lichtquelle Licht in das Innere des Gehäuses geleitet wird und über zumindest eine der Außenoberflächen nach außen dringt.
Derartige Flächenleuchten können beispielsweise als
Hinweistafel oder Werbeträger verwendet werden. Andere Ausführungsformen umfassen eine Lichtleitplatte, bei der von zumindest einer Seite aus Licht eingekoppelt wird. Zusätzliche Anforderungen gibt es an flächige Leuchten, welche nicht nur als Hintergrundbeleuchtung, sondern direkt als Lampe verwendet werden sollen.
Hinzu kommt, dass als Lichtquelle zunehmen Leuchtdioden (LEDs) zum Einsatz kommen. Dies ist insbesondere dort der Fall, wo einerseits ein niedriger Energieverbrauch oder andererseits besondere Gestaltungsmöglichkeiten gesucht werden .
So ist es allgemein bekannt, eine Vielzahl von einzelnen LEDs in einer Lampe gemeinsam unterzubringen, um entweder die Lichtstärke zu erhöhen oder eine flächige oder
allgemein eine ausgedehnte Lichtfläche darzustellen. Im Allgemeinbeleuchtungsbereich sind hier beispielsweise
Deckenpaneele in Großraumbüros zu nennen, die bislang mit Leuchtstoffröhren realisiert wurden, und nun mehr und mehr durch LEDs ersetzt werden.
Auch im Automobilbereich oder gerade im Luftfahrtbereich, beispielsweise im Bereich der Innenbeleuchtung der Kabinen von Verkehrsflugzeugen, sind derartige flächigen Leuchten mit LED Lichtquellen von hohem Interesse.
Problematisch sind hier zum einen das Erreichen einer hohen Homogenität der Leuchtfläche und zum anderen die
Abmessungen des Beleuchtungssystems, da beispielsweise im Kabinenbereich von Verkehrsflugzeugen der Platz sehr beengt ist . Die auch als Backlight-System bezeichneten Lampen können sehr viele über die Fläche verteilte LEDs umfassen. Die Bauhöhe derartiger Leuchtsysteme und die Anzahl der pro Fläche zu verwendender Lichtquellen hängen allerdings direkt miteinander zusammen. Eine flächige Beleuchtung lässt sich demnach erreichen durch eine Vielzahl von schachbrettartig angeordneten, punktförmig Licht abgebenden LEDs .
Ein derartiges Beleuchtungssystem beschreibt etwa die DE 10 2007 044 566 Al. Ein genereller Nachteil einer derartigen, rückseitigen Beleuchtung liegt darin, dass der Abstand zwischen den Lichtquellen, insbesondere bei einer
Verwendung von LEDs als Lichtquelle, zueinander recht gering sein muss, um eine gute Homogenität zu erreichen.
Der Abstand zwischen den LEDs sollte dabei nicht größer sein als der Abstand zu dem Diffusor. Dies bedeutet, dass eine große Zahl von LEDs vorzusehen ist bei großen Flächen.
Eine Flächenleuchte ist beispielsweise auch in dem Dokument DE 10 2011 013 206 Al beschrieben. Bei dieser
Flächenleuchte ist ein Lichtkasten vorgesehen, in dem mittels einer Lichtquelle im Betrieb Licht auf eine
Lichtmischkammer gerichtet wird.
Einen weiteren Aufbau eines länglichen Beleuchtungssystems zeigt die DE 10 2010 001 204 Al. Hier wird Licht einer Leuchtdiode auf einen Reflektor gerichtet und verlässt diesen kollimiert. Von daher sind weitere komplexe
Lichtlenkmittel erforderlich, um das kollimierte Licht homogen aus dem Beleuchtungssystem austreten zu lassen. Wünschenswert sind daher Beleuchtungssysteme, die eine geringe Bauhöhe im Vergleich zu Leuchtfläche aufweisen, um möglichst vielseitig verwendet werden zu können, etwa auch im Automobilbereich oder im Luftfahrbereich, beispielsweise zur Kabinenbeleuchtung.
Zum anderen ist es aber auch wünschenswert, wenn möglichst wenige Lichtquellen und einfach herzustellende Reflektoren verbaut werden, um die Komplexität und damit die
Herstellkosten zu verringern und die
Ausfallwahrscheinlichkeit zu reduzieren.
Überraschend einfach wird diese Aufgabe durch ein
Leuchtelement und ein Beleuchtungsmodul gemäß einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Leuchtelement, umfassend eine punktförmige Lichtquelle, einen Spiegel und einen Reflektor.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Beleuchtungsmodul zur Abgabe eines homogenen Lichtes aus einem flächigen Lichtaustrittsfenster, umfassend einen Lichtkasten mit einer ein Lichtaustrittsfenster definierenden Öffnung und zumindest ein Leuchtelement.
Unter dem Begriff homogenes Licht wird im Folgenden eine über eine vorgesehene Fläche in der Wahrnehmung eines Betrachters gleiche Helligkeit verstanden. Dies bedeutet insbesondere, dass es keine sprunghaften Änderungen der Helligkeit gibt, welche mit bloßem Auge erkennbar sind.
Mit dem Spiegel und dem Reflektor des Leuchtelements können die von der Lichtquelle abgegebenen Strahlen in eine gewünschte Richtung gelenkt werden. Demgemäß stellen
Spiegel und Reflektor ein zusammenwirkendes System zur Strahlungslenkung dar. Die Lichtquelle dient dabei der Emission elektromagnetischer Strahlung, von Vorteil im sichtbaren Wellenlängenbereich. Von daher wird anstelle von Strahlung oder Strahlen nachfolgend auch von Licht oder Lichtstrahlen gesprochen.
Die Lichtquelle ist dabei vorzugsweise dazu eingerichtet und angeordnet, einen überwiegenden Teil ihres Lichtes direkt auf den Spiegel abzustrahlen. Der überwiegende Teil des Lichtes der Strahlungsquelle bedeutet, dass der Spiegel im direkten Strahlengang der Lichtquelle angeordnet ist.
Der Spiegel umfasst dazu vorzugsweise eine reflektierende Oberfläche, auf welche diese Strahlung der Lichtquelle auftreffen und gespiegelt werden kann.
Im Sinne der Erfindung ist der Spiegel dabei derart
angeordnet, dass er das von der Lichtquelle empfangene Licht in Richtung auf den Reflektor möglichst verlustfrei spiegeln kann. Der Reflektor ist demnach vorzugsweise im Strahlengang des Spiegels angeordnet, um am Spiegel
gespiegeltes Licht der Lichtquelle zu empfangen. Dazu umfasst der Reflektor vorzugsweise eine teilreflektierende, vorzugsweise zumindest abschnittweise ebene Oberfläche. Eine ebene Oberfläche zur Reflektion des Lichts hat den Vorteil, dass sie einfach aufgebaut sein kann, beispielsweise durch eine Oberflächenbeschichtung auf dem ebenen, kostengünstig zu fertigenden Grundkörper.
Hierdurch kann der Reflektor sehr dünn ausgebildet sein, was zu einer sehr geringen Bauhöhe des Leuchtelements und des hierauf beruhenden Beleuchtungsmoduls beiträgt. Diese ebene Oberfläche ermöglicht es daher auch, das
Beleuchtungsmodul mit einer großen räumlichen Ausdehnung in eine Richtung bei gleichzeitig geringer Bauhöhe zu
realisieren .
Die Richtung, in die der überwiegende Teil des Lichts nach Reflektion an der Reflektor-Oberfläche abgestrahlt wird, entspricht dabei annähernd der Richtung, in die die
Lichtquelle ihr Licht abstrahlt. Ausgehend von der
Richtung, in die die Lichtquelle das Licht abstrahlt, ist der Strahlungsverlauf durch das System zur
Strahlungslenkung annähernd z-förmig.
Eine vorzugsweise zumindest teilweise diffuse Reflektion an der Reflektor-Oberfläche ist dabei von großem Vorteil, um eine homogene Lichtverteilung im Strahlengang nach dem Reflektor zu erreichen.
Um unerwünschte Streustrahlung zu vermeiden, welche die homogene Abstrahlung von der Reflektor-Oberfläche ungünstig beeinflussen könnte, können geeignete Einrichtungen zur Absorption derartiger Strahlung vorgesehen sein, vorzugsweise in Form einer Blende oder durch ein
absorbierendes Element. Diese Einrichtungen können bereits dasjenige Licht der Lichtquelle, welches nicht direkt auf den Spiegel trifft, absorbieren und somit unerwünschte Streustrahlung verhindern, welche zu
Helligkeitsunterschieden führen kann, was sich wiederum ungünstig auf die gewünschte Homogenität auswirken kann.
Im Sinne der Erfindung bietet es sich an, als Lichtquelle ein Licht-emittierendes Element, also eine Leuchtdiode (LED), zu verwenden. Selbstverständlich sind auch andere Formen von Lichtquellen denkbar, beispielsweise kann Licht von einer entfernt angeordneten Lichtquelle mittels
Lichtleitfaser herangeführt werden. Leuchtdioden sind allerdings aufgrund ihres geringen Stromverbrauchs, ihrer Langlebigkeit, ihrer kleinen Bauweise und ihrer einfachen Montagemöglichkeit von Vorteil.
Es sind auch andere Anordnungen der Lichtquelle möglich, etwa bei einer mehrerer Lichtquellen, beispielsweise mehrerer Leuchtdioden. Diese Leuchtdioden können etwa im Wesentlichen entlang einer Linie angeordnet sein, wobei die Leuchtdioden auf der Linie oder auch in einer
zweidimensionalen Anordnung regelmäßig oder unregelmäßig verteilt entlang der Linie angeordnet sein. Die Lichtquelle kann beispielsweise intermittierend eine oder mehrere
Leuchtdioden entlang oder mit nahem Abstand zu der Linie diskret beabstandet oder kontinuierlich, etwa wellenförmig, beabstandet angeordnet, umfassen. Für die Erfindung werden vorteilhaft hell bzw. weiß
leuchtende Lichtquellen ausgewählt, um eine hohe
Leuchtkraft und damit eine genügend große Helligkeit zu erreichen. Vorzugsweise werden daher weiß strahlende
Lichtquellen eingesetzt. Für weiß abstrahlende LEDs können dabei dem Fachmann bekannte blaue LEDs mit einer davor angeordneten gelblichen Lumineszenzschicht eingesetzt werden, wobei diese Schicht als Wellenlängen-Konverter wirkt. Im Allgemeinen sind derartige „weiße" LEDs
energieeffizienter als LEDs, die einen weißen Farbton aus der Mischung von roten, grünen und blauen LEDs erzeugen.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, einen anderen Farbton des Leuchtelements durch eine entsprechende Auswahl von Lichtquellen anderer Farbe, also beispielsweise einen rötlichen Farbton durch die Verwendung einer roten LED, zu erhalten .
Um einen großen Teil des von der Lichtquelle abgegebenen Lichts nutzen zu können, ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Öffnungs- bzw. Abstrahlwinkel der Lichtquelle nicht zu groß ist, um eine hohe Effizienz des Leuchtelements zu erreichen und Verluste möglichst zu reduzieren. Der Begriff Effizienz meint im Sinne der Erfindung den auf das
Lichtaustrittsfenster auftreffenden Lichtstrom der
Lichtquelle. Der Abstrahlwinkel ist dabei der Winkel, der von seitlichen Punkten mit halber Maximal-Lichtstärke eingeschlossen wird.
Im Allgemeinen sind daher Lichtquellen mit einem
Abstrahlwinkel von nicht mehr als 120°, bevorzugt nicht mehr als 90° und besonders bevorzugt nicht mehr als 60° zu bevorzugen. Besonders gute Erfahrungen wurden
beispielsweise mit einer LED-Lichtquelle mit einem 90° Abstrahlwinkel gemacht. Es ist auch möglich, ergänzend ein optisches Element zur Strahlformung vorzusehen,
beispielsweise eine Sammellinse, um die Strahlen zu
bündeln .
Der Spiegel stellt in dem System zur Strahlungslenkung das erste Element dar, auf den der überwiegende Teil des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes fällt. Von Vorteil ist er von der Lichtquelle aus gesehen konkav gekrümmt
ausgebildet. Die gekrümmte, konkave Oberfläche des Spiegels ist vorzugsweise verspiegelt und stellt damit die
Spiegelfläche zur Verfügung. Dabei ist die Spiegelfläche vorzugsweise so angeordnet, dass auftreffende Strahlen der Lichtquelle in Richtung auf den Reflektor umgelenkt werden.
Um eine hohe Homogenität des abgestrahlten Lichtes im
Lichtaustrittsfenster zu erhalten, ist die Spiegelfläche dabei vorzugsweise so angeordnet, dass keine gespiegelten Strahlen direkt auf das Lichtaustrittsfenster fallen können .
Die Erfinder haben herausgefunden, dass insbesondere dann eine hohe Homogenität des vom Reflektor abgestrahlten
Lichtes erreicht werden kann, wenn die Strahlen bereits von dem dem Reflektor im Strahlengang vorgelagerten Spiegel in unterschiedlichen Winkeln in Richtung auf den Reflektor umgelenkt werden, so dass die vom Spiegel in Richtung Reflektor gespiegelte Strahlung vorzugsweise überwiegend nicht kollimiert ist.
Bei dem Spiegel kann es sich um ein gekipptes Paraboloid handeln. Die Lichtquelle liegt dabei vorzugsweise im
Brennpunkt des Paraboloides . Von hoher Bedeutung ist das Verhältnis der Brennweite des Paraboloids zur Größe der Licht-emittierenden Fläche, also im Fall einer LED als Lichtquelle der Chipfläche, da sich hieraus die Größe des Spiegels ergibt.
Der Abstand des Brennpunktes vom Scheitelpunkt, also die Brennweite, kann in einem Bereich von bis zu 10 mm, bevorzugt bis zu 5 mm und in besonders bevorzugt bis zu 3 mm liegen. Ein Abstand von 3 mm ist beispielsweise sehr gut geeignet bei der Verwendung einer LED als Lichtquelle, welche im Brennpunkt der Parabel angeordnet ist und über eine Chipbreite von 0,5 mm verfügt.
Dieses Verhältnis von Brennweite zu Breite sollte
mindestens gewährleistet sein, um eine ausreichende
Kollimierung der Strahlung zu erzielen. Bei einem deutlich kleineren Verhältnis von Brennweite zur Größe der Licht emittierenden Fläche, im Beispiel der Chipgröße, kann keine ausreichende Kollimierung mehr erzielt werden. Zudem wird die Optik auch anfälliger für kleine Fehler in der
Positionierung oder Kontur. Eine größere Brennweite bringt jedoch keinen Vorteil, da die Größe des Spiegels sich mit der Brennweite skaliert und damit das Leuchtelement mehr
Bauraumtiefe erfordern würde. Im Sinne der Erfindung verlassen die Strahlen also den Spiegel vorzugsweise nicht kollimiert und sind demzufolge vorzugsweise, zumindest überwiegend, nicht parallel zu einander. Dies hat zur Folge, dass sie in unterschiedlichen Winkeln auf die Reflektor-Oberfläche auftreffen. Dieser Effekt führt bereits zu einer sehr guten Homogenität des auf den Reflektor auftreffenden Lichtes.
Im Sinne der Erfindung wird unter dem Begriff homogenes Licht oder Homogenität des Lichts eine homogene
Beleuchtungsstärke verstanden. Die Beleuchtungsstärke, auch als Lichtstromdichte oder Luminanz bekannt, beschreibt dabei einen flächenbezogenen Lichtstrom, der auf ein beleuchtetes Objekt trifft. Sie kann in der Größe cd/m2 angegeben werden.
Die geforderte Homogenität im Sinne der vorliegenden
Erfindung kann durch die folgenden zwei Parameter
beschrieben werden. Eine Gesamthomogenität lässt sich also Quotient der geringsten Helligkeit durch die größte
Helligkeit definieren. Im Idealfall, wenn die Helligkeit überall gleich ist, beträgt die Gesamthomogenität daher 1. Im ungünstigsten Fall, wenn der hellste Bereich wesentlich heller ist als der dunkelste, nähert sich die
Gesamthomogenität dem Wert Null an.
Erfindungsgemäß konnten Leuchtelemente mit einer
Gesamthomogenität von wenigstens 0,7, bevorzugt von
wenigstens 0,75 und besonders bevorzugt von wenigstens 0,8 erreicht werden. Diese Werte können auch als Prozentwert der erreichbaren Homogenität ausgedrückt werden, so dass die erreichbare Gesamthomogenität des Leuchtelements und des Beleuchtungsmoduls bei 70 %, bevorzugt bei wenigstens 75 % und besonders bevorzugt bei wenigstens 80 % liegen kann. Bei bestimmten Ausführungsformen konnten auch Werte darüber, etwa 83 % erreicht werden.
Zum Vergleich kann die Gesamthomogenität bei einem Monitor herangezogen werden, welche im Weißen bei ca. 90 % liegt. Ein Wert von ab etwa 70 %, insbesondere ab etwa 80 % wird als homogen erachtet.
Der zweite Parameter betrifft die relative lokale
Homogenitätsabweichung und wird als relative Änderung der Helligkeit pro Längeneinheit definiert, also z.B. in
Prozent pro Millimeter. Eine geringe lokale
Homogenitätsabweichung ist wichtig, da das Auge
insbesondere für Helligkeitsänderungen sensibel ist, die auf einer kurzen Distanz stattfinden. Diese
Homogenitätsabweichung kann ermittelt werden nach folgender Regel: (Helligkeit (p) - Helligkeit (p+d) ) / ( (Helligkeit (p)
+ Helligkeit (p+d) * d) ,
wobei „p" einen ersten Messpunkt angibt und mit „d" der Abstand zu einem zweiten Messpunkt bezeichnet wird. In Rahmen der vorliegenden Erfindung wird d = 1 mm angenommen. Die maximale relative lokale Änderung ist demnach das
Maximum der Absolutwerte der relativen lokalen Änderung.
Die zugrundeliegenden Messwerte können entweder gemessen oder mittels geeigneter Simulationsmodelle ermittelt werden . Die lokale Homogenitätsabweichung des Leuchtelements und des Beleuchtungsmoduls beträgt höchstens 0,75 %/mm, bevorzugt höchstens 0,70 %/mm und besonders höchstens 0,65 %/mm. Dieser Wert kann zum Beispiel mit einer Leuchte umfassend LED-Lichtquellen verglichen werden, in der die Homogenität durch einen Abstand der LEDs von 20 mm erzielt wird. Wenn diese Leuchte ebenfalls eine Gesamthomogenität von 83 % aufweist, die Helligkeit sich aber mit der Periode der LED-Anordnung alle 20 mm ändert, ergibt sich eine deutlich ungünstigere lokale Homogenitätsabweichung von 2,5 %/mm.
Von Vorteil ist die Anordnung des Systems zur
Strahlungslenkung, also die Anordnung der Spiegelfläche relativ zu der Reflektor-Oberfläche, daher so gewählt, dass die gespiegelten Strahlen in einem vorbestimmten, eher flachen Winkel auf die Reflektor-Oberfläche auftreffen. Der Winkel zwischen den auftreffenden Strahlen zur
Oberflächennormalen des Reflektors ist daher eher groß.
Vorteilhaft ist es, wenn dieser Winkel zwischen der
Richtung auftreffender, gespiegelter Strahlen und der
Oberflächennormalen des Reflektors zwischen 89,5° und 20° liegt, bevorzugt zwischen 89° und 30° und besonders
bevorzugt zwischen 89°und 35°.
Die Spiegelfläche verfügt hierzu vorzugsweise über eine Vielzahl von aneinandergesetzten, ebenen Spiegelelementen, die möglichst dicht und spaltfrei aneinandergesetzt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen Spiegelelemente dabei eben, so dass die Spiegelfläche als eine diskontinuierliche Spiegelfläche ausgebildet ist, umfassend eine Vielzahl von aneinandergesetzten, ebenen Spiegelelementen. Die Anzahl der Spiegelelemente kann variieren, wobei im Fall von ebenen Spiegelelemente die Genauigkeit der Konturnachbildung mit der Anzahl der
Spiegelelemente steigt. So können etwa wenigstens fünf oder mehr ebene Spiegelelemente vorgesehen sein.
Ausführungsformen mit beispielsweise 20 bis 30
Spiegelelementen vermögen es aber, die gewünschte Kontur noch feiner abzubilden.
Die einzelnen Spiegelelemente des Spiegels sind dabei so angeordnet, dass sie jeweils die Strahlen unterschiedlich umlenken in Abhängigkeit von der Abstrahlrichtung der Lichtquelle .
Die Größe der Spiegelelemente ist dabei in Abhängigkeit von der Position relativ zur Lichtquelle vorzugsweise so festgelegt, dass auf jedes Spiegelelement annähernd die gleiche Lichtmenge der Lichtquelle fällt. Damit hängt die Größe der Spiegelelemente von ihrem jeweiligen Winkel in Bezug auf die Lichtquelle ab und kann von einem
Spiegelelement zu einem benachbarten Spiegelelement
variieren .
Es ist auch möglich, die Kontur der Spiegelfläche
kontinuierlich abzubilden, wobei die vorgesehene Kontur durch geeignete Formgebungsverfahren erzeugt wird. Es ist nicht erforderlich, dass die Lichtquelle direkt im Bereich des Brennpunktes liegt.
Der Spiegel kann beispielsweise einen Sockel umfassen, dessen im Einbau zur Lichtquelle hinweisende Oberfläche mit den entsprechenden Spiegelelementen oder der spiegelnden Oberflächenkontur ausgebildet sein kann. Diese Oberfläche kann dann beispielsweise mit einer spiegelnden
Oberflächenbeschichtung versehen sein.
Ebenso kann auch die Oberfläche des Reflektors mit einer Oberflächenschicht ausgestattet sein bzw. ein Schichtsystem umfassen, welches eine vorbestimmte Abstrahlcharakteristik aufweist. Von Vorteil weist die Oberfläche des Reflektors eine teils diffus und teils spekular reflektierende
Abstrahlcharakteristik auf. Vorzugsweise ist dabei der diffuse Anteil höher als der spekular reflektierende
Anteil, was zu einer besseren Homogenität des abgestrahlten Lichtes führt.
Bei einer Ausführungsform beträgt der Anteil diffuser
Strahlung des Reflektors zwischen 70 % und 90 %, bevorzugt zwischen 75 % und 85 % und ganz besonders bevorzugt etwa 80 %, wobei der jeweilige restliche Anteil der Strahlung dann spekular reflektiert, also gespiegelt, werden kann.
Im Allgemeinen ist ein hoher Anteil an diffuser Strahlung, auch über 80 % oder sogar über 90 %, günstig zum Erreichen einer großen Homogenität des Leuchtelements. Das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul zur Abgabe eines homogenen Lichtes aus einem flächigen Lichtaustrittsfenster kann eine Aufnahme oder Halterung zum Haltern des
Leuchtelements umfassen. Hierzu kann es ferner die zum Betrieb des Leuchtelements erforderlichen Einrichtungen umfassen, also beispielsweise einen Kühlkörper oder
Wärmeleiter zur Wärmeabfuhr der im Betrieb der Lichtquelle entstehenden Wärme, oder aber auch entsprechende
elektrische Anschlüsse oder Steuereinheiten.
Um ein breites Anwendungsgebiet zu eröffnen, ist der
Lichtkasten des Beleuchtungsmoduls vorteilhaft von geringer Bauhöhe. Als Höhe wird dabei die Ausdehnung des
Beleuchtungsmoduls in einer Richtung parallel zur
Oberflächennormalen der durch das Lichtaustrittsfenster definierten Öffnung. Vorzugsweise weist der Lichtkasten eine Höhe von weniger als 100 mm, bevorzugt von weniger als 60 mm, besonders bevorzugt weniger als 40 mm und ganz besonders bevorzugt 20 mm oder weniger auf.
Trotz der geringen Bauhöhe ermöglicht das Beleuchtungsmodul in überraschender Weise eine große Ausdehnung des
Lichtaustrittsfensters in einer Richtung, die der
Strahlführung entspricht. Diese Ausdehnung in Richtung der Strahlführung wird nachfolgend auch als Breite bezeichnet.
Demgemäß ergibt sich ein besonders günstiges Verhältnis dieser Breite des Lichtaustrittsfensters des Lichtkastens zur Höhe des Lichtkastens. Dieses Verhältnis liegt dabei bei wenigstens 5:1, bevorzugt bei wenigstens 10:1 und besonders bevorzugt bei wenigstens 20:1. Dies bedeutet, dass bei einer Bauhöhe des Lichtkastens von beispielsweise 20 mm eine Breite des Lichtaustrittsfensters von 400 mm oder mehr möglich ist.
Hierdurch ist es möglich, ein im Vergleich zur Höhe
besonders breites Beleuchtungsmodul mit einem besonders breiten Lichtaustrittsfenster bereitzustellen. Die Breite des seitlich neben der Lichtquelle liegenden
Lichtaustrittsfensters kann dabei 200 mm bis hin zu 2.000 mm betragen. Geringere Breiten sind zwar technisch möglich, erfordern aber sehr kleine Lichtquellen. Bei noch größeren Breiten über 2.000 mm kann es schwieriger werden, eine hinreichende Leuchtdichte einzuhalten.
Die das Lichtaustrittsfenster bildende Öffnung des
Lichtkastens ist in vorteilhafter Weise mit einem
lichtdurchlässigen Element verschlossen. Dies kann
verhindern, dass Schmutz oder Feuchtigkeit in den
Lichtkasten eindringen. Das lichtdurchlässige Element kann aus Glas oder Kunststoff gefertigt sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das
lichtdurchlässige Element mit zusätzlichen dekorativen Elementen ausgestattet. Hierzu kann das lichtdurchlässige Element beispielsweise farbig gestaltet sein und/oder zusätzliche Dekorelemente umfassen, um einen vorbestimmten optischen Eindruck hervorzurufen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Beleuchtungsmodul weitere Einrichtungen umfasst, welche verhindern, das Licht von der Lichtquelle direkt auf das Lichtaustrittsfenster fällt. Dabei können die Einrichtungen ausgebildet sein, dieses Licht in unkritische Bereiche des Beleuchtungsmoduls zu lenken. Vorzugsweise kann aber mit einer Blende und/oder einem absorbierenden Element gearbeitet werden. Blende und/oder absorbierendes Element sind dabei vorzugsweise so angeordnet, dass sie einen direkten Strahlengang von der Lichtquelle auf das Lichtaustrittsfenster verhindern, so dass kein Licht der Lichtquelle direkt durch das
Lichtaustrittsfenster des Lichtkastens nach außen dringen kann .
Ferner ist es ebenfalls von Vorteil, die Blende und/oder das absorbierende Element dergestalt anzuordnen, dass kein Licht derart reflektiert wird, dass es unter einem anderen Winkel als direkt aus der Lichtquelle stammendes Licht auf den Spiegel auftrifft. Dies kann zu einem ungleichen
Helligkeitsfeld auf der Spiegeloberfläche führen, was wiederum ungünstig für die gewünschte hohe Homogenität des abgestrahlten Lichtes ist.
Umgekehrt kann es auch sinnvoll sein, zusätzliche
Reflektoren vorzusehen, welche dafür eingerichtet sind, im Randbereich der Reflektor-Oberfläche, wo tendenziell eher geringere Lichtmengen auftreffen, die Helligkeit zu erhöhen und damit die Homogenität des abgestrahlten Lichtes
verbessern .
Das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul kann über mehr als eine einzige Lichtquelle verfügen, beispielsweise auch über eine Vielzahl von vorzugsweise in Reihe angeordneter
Lichtquellen. Dies ist dann vorteilhaft, wenn nicht nur eine große Breite des Lichtaustrittsfensters gewünscht ist, sondern auch eine große Länge, also eine Ausdehnung in einer Richtung senkrecht zur Strahlführung.
Bei einer derartigen Ausführungsform ist die Vielzahl der Lichtquellen vorzugsweise entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Linie angeordnet. Ebenso von Vorteil sind die entlang dieser Linie angeordneten Lichtquellen gleichmäßig über die Länge angeordnet. Dabei ist günstigerweise der Abstand zweier benachbarter Lichtquellen gleich. Für eine homogenes Licht ist es von Vorteil, wenn der Abstand zweier benachbarter Lichtquellen nicht größer ist als der kürzeste Abstand der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle zu einer Geraden, welche entlang der Fläche des
Lichtaustrittsfensters verläuft. Dies sorgt für eine auch in Längsrichtung homogene Lichtverteilung.
Es ist dem Fachmann offensichtlich, dass die Bezeichnungen Breite und Länge des Lichtaustrittsfensters lediglich gewählt sind, um die unterschiedlichen Ausdehnungen des Lichtaustrittsfensters jeweils in ihrem Bezug zu den weiteren Bauelementen des Beleuchtungsmoduls zu
beschreiben. Dies bedeutet, dass die Breite des
Lichtaustrittsfensters auch größer als die Länge des
Lichtaustrittsfensters sein kann.
Ein erfindungsgemäßes Beleuchtungsmodul kann beispielsweise ein Lichtaustrittsfenster mit einer Breite von 400 mm und einer Länge von 500 mm umfassen bei einer Bauhöhe von 20 mm. Bei diesem Beleuchtungsmodul können etwa 50 Lichtquellen seitlich versetzt von dem
Lichtaustrittsfenster in Längsrichtung angeordnet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind zwei
Beleuchtungsmodule vorgesehen, wobei das eine
spiegelverkehrt zu dem anderen angeordnet ist und wobei beide Beleuchtungsmodule an den Stirnseiten des
Lichtkastens Zusammenstößen. Vorzugsweise umfassen diese Stirnseiten jeweils das Lichtaustrittsfenster, so dass die beiden Lichtaustrittsfenster Zusammenstößen können und quasi ein gemeinsames, dann doppelt so breites
Lichtaustrittsfenster bilden. Auf diese Weise kann
besonders einfach die Breite des Lichtaustrittsfensters verdoppelt werden, so dass auch Breiten in einem Bereich von mehr als 500 mm bis hin zu 1.000 mm oder sogar noch darüber hinaus möglich sind. Zur Abdeckung des
Lichtaustrittsfensters kann ein gemeinsames
lichtdurchlässiges Element vorgesehen sein, so dass für den Betrachter keine Nahtstelle sichtbar ist. Die Lichtquellen können bei dieser Ausführungsform dann jeweils entlang der Außenseite der Lichtkästen angeordnet sein.
Die Erfindung ermöglicht es, besonders flach bauende
Beleuchtungsmodule zur Verfügung zu stellen, welche
gleichzeitig über vergleichsweise große
Lichtaustrittsfenster verfügen.
Dies ermöglicht es beispielsweise, das Beleuchtungsmodul für eine Kabineninnenbeleuchtung in Verkehrsflugzeugen vorzusehen . Selbstverständlich sind viele weitere
Beleuchtungsmöglichkeiten denkbar, beispielsweise auch eine Verwendung als Hintergrundbeleuchtung für Werbeträger, Hinweis- oder Schautafeln.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Ausschnitt eines
Beleuchtungsmoduls mit einem Leuchtelement im Querschnitt,
Fig . 2 schematisch einen Ausschnitt eines
Beleuchtungsmoduls nach Fig. 1 im Querschnitt mit einer Vielzahl von eingezeichneten Lichtstrahlen,
Fig . 3 zeigt schematisch den Strahlungsverlauf
exemplarisch für einen Lichtstrahl in einer
Gesamtbetrachtung,
Fig. 4 schematisch ein Beleuchtungsmodul nach Fig. 1 im
Querschnitt mit einer Vielzahl von
eingezeichneten Lichtstrahlen,
Fig . 5 schematisch eine Ansicht mit zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Beleuchtungsmodulen nach Fig. 1 im Querschnitt,
Fig . 6 das Ergebnis einer Messung der Luminanz entlang der Breite des Lichtaustrittsfensters eines erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls mit einem parabolischen Spiegel, Fig. 7 das Ergebnis einer Messung der Luminanz entlang der Breite des Lichtaustrittsfensters eines weiteren erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls mit einem nicht-parabolischen Spiegel,
Fig. 8 schematisch ein Beleuchtungsmodul im Querschnitt mit einem nicht-parabolischen Spiegel gemäß der Messung aus Fig. 7,
Fig. 9 das Ergebnis einer Vergleichssimulation der
Luminanz entlang der Breite eines
Lichtaustrittsfensters bei einer Verwendung einer Anzahl von 25 LED-Lichtquellen als direkte
Beleuchtung,
Fig. 10 rein schematisch die der Vergleichssimulation aus
Fig. 9 zugrundeliegende Anordnung der LED- Lichtquellen
Fig. 11 einen Vergleich unterschiedlicher geometrischer
Ausbildungen der Spiegel in Bezug auf die
Lichtquelle, und
Fig. 12 eine weitere Gegenüberstellung unterschiedlicher
Spiegelformen .
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen um der Klarheit willen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren
Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht gezeichnet. Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines
Beleuchtungsmoduls mit einem Leuchtelement im Querschnitt. Bei dieser schematischen Darstellung ist allein der
Übersichtlichkeit halber auf die Darstellung von
Haltemitteln zum Befestigen und Haltern der Bauelemente sowie auf sonstige Einrichtungen des in der Darstellung als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten
Beleuchtungsmoduls verzichtet worden. So sind
beispielsweise auch keine elektrischen Kontaktierungen oder Kühlkörper eingezeichnet.
Das Leuchtelement ist in dieser Darstellung in das
Beleuchtungsmodul 1 integriert. Selbstverständlich kann es auch als separates Bauteil gefertigt und in das
Beleuchtungsmodul eingebaut werden. Das Leuchtelement umfasst eine punktförmige Lichtquelle 10, einen Spiegel 20 und einen Reflektor 30.
Zur Veranschaulichung der Ausdehnungen des
Beleuchtungsmoduls 1 ist ein Koordinatensystem angegeben. Hierbei bezeichnet die mit „x" angegebene Richtung die Breite, die mit „y" gekennzeichnete Richtung die Länge und die mit „z" bestimmte Richtung die Höhe des
Beleuchtungsmoduls .
Das im Beispiel gezeigte Beleuchtungsmodul 1 umfasst einen Lichtkasten 100 mit einer ein Lichtaustrittsfenster definierenden Öffnung 101. Abgebildet ist nur ein kleiner Ausschnitt des Beleuchtungsmoduls 1, welcher die
Lichtquelle umfasst. Das Beleuchtungsmodul 1 ist in der Lage, ein homogenes Licht aus dem flächigen
Lichtaustrittsfenster abzugeben. Die Helligkeit des abgegebenen Lichtes der Lichtquelle 10 ist dabei über die durch die Öffnung 101 definierte Fläche homogen, was insbesondere bedeutet, dass es keine sprunghaften
Änderungen der Helligkeit gibt. Ein Betrachter vermag also mit bloßem Auge keine Unterschiede in der Helligkeit zu erkennen .
Mit dem Spiegel 20 und dem Reflektor 30 des Leuchtelements können die von der Lichtquelle 10 abgegebenen Strahlen in eine gewünschte Richtung gelenkt werden. Demgemäß stellen Spiegel 20 und Reflektor 30 ein zusammenwirkendes System zur Strahlungslenkung dar. Die Lichtquelle 10 emittiert dabei im Betrieb Licht.
Die Lichtquelle 10 ist im Beispiel so eingerichtet, dass sie einen überwiegenden Teil ihres Lichtes direkt auf den Spiegel 20 abstrahlt. Im Beispiel ist mit dem Bezugszeichen 11 diejenige Richtung der Strahlung angegeben, in der die Intensität am höchsten ist. Im Beispiel wird die Strahlung der Lichtquelle 10 ferner gemäß dem Lambertschen Gesetz abgegeben, was von Vorteil ist, um eine möglichst homogene Beleuchtung zu erzeugen, da in Abhängigkeit von dem
Abstrahlwinkel eine genau bestimmbare Lichtmenge pro
Winkelsegment emittiert wird.
Bei dieser Ausführungsform fällt der überwiegende Teil des Lichtes der Lichtquelle 10 auf den direkt im Strahlengang angeordneten Spiegel 20. Der Spiegel 20 ist dabei relativ zur Lichtquelle 10 und zu dem Reflektor 30 derart angeordnet, dass ein Großteil des von der Lichtquelle empfangene Lichtes nach erfolgter Spiegelung in Richtung auf den Reflektor 30 abgelenkt wird.
Der Reflektor 30 ist daher relativ zum Spiegel 20 derart angeordnet, dass ein Großteil der von dem Spiegel 20
Strahlung auf ihn auftrifft. Der Reflektor 30 umfasst dazu eine ebene, teilreflektierende Oberfläche 31. Im Beispiel umfasst diese Oberfläche 31 zumindest eine Schicht, welche besonders einfach und mit vorbestimmten optischen
Eigenschaften auf einen flachen Grundkörper aufgebracht werden kann. Der Reflektor 30 ist daher sehr dünn
ausgebildet, was vorteilhaft zu einer sehr geringen Bauhöhe des Beleuchtungsmoduls 1 beiträgt.
Die Oberfläche 31 des Reflektors 30 reflektiert das auftreffende Licht der Lichtquelle 10 im Betrieb zumindest teilweise diffus in Richtung des Lichtaustrittsfensters 101.
Die Hauptrichtung, in die der überwiegende Teil des Lichts der Lichtquelle 10 nach Reflektion an der Reflektor- Oberfläche 31 strahlt, entspricht annähernd der Richtung, in die die Lichtquelle 10 ihr Licht abstrahlt. Ausgehend von der Richtung, in die die Lichtquelle 10 das Licht abstrahlt, ist der Strahlungsverlauf durch das System zur Strahlungslenkung annähernd z-förmig. Rein beispielhaft ist ein Lichtstrahl 13a, 13b, 13c abgebildet, welcher die annähernd z-förmige Strahlungslenkung in Richtung der Breite des Beleuchtungselements 1 verdeutlicht. Mit dem Bezugszeichen 13a ist dabei ein Lichtstrahl
bezeichnet, welcher direkt von der Lichtquelle 10 abgegeben wird. 13b kennzeichnet diesen Lichtstrahl nach der
Spiegelung an dem Spiegel 20 und mit 13c ist schließlich der an dem Reflektor 30 reflektierte Lichtstrahl
gekennzeichnet, welcher in Richtung Lichtaustrittsfenster 101 weist.
Die Lichtquelle 10 ist im Beispiel als weiß strahlende Leuchtdiode (LED) ausgebildet. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, andersfarbige LEDs oder auch andere Lichtquellen, beispielsweise Lichtleitfasern, einzusetzen.
Die Lichtquelle 10 weist im Beispiel ferner einen
Abstrahlwinkel von 120° auf. Größere Abstrahlwinkel sind eher unvorteilhaft, da dann größere Anteile des emittierten Lichtes nicht mehr direkt auf den Spiegel 20 auftreffen. Es ist allerdings möglich, ergänzend ein optisches Element zur Bündelung der Strahlen (nicht abgebildet) , beispielsweise eine Sammellinse, vorzusehen.
Der Spiegel 20 umfasst eine gekrümmte, konkave Oberfläche 21, welche zur Lichtquelle 10 hinweist. Diese Oberfläche ist verspiegelt und stellt damit die Spiegelfläche zur Verfügung. Um eine hohe Homogenität des abgestrahlten
Lichtes im Lichtaustrittsfenster zu erhalten, ist die
Spiegelfläche dabei so angeordnet, dass keine gespiegelten Strahlen direkt auf das Lichtaustrittsfenster fallen können. Dies kann dadurch sichergestellt werden, dass jeder auf die Spiegelfläche auftreffende Lichtstrahl der
Lichtquelle 10 eine Ablenkung erfährt, welche in Richtung des Reflektors 30 und damit weg von dem
Lichtaustrittsfenster 101 führt.
Dabei ist die Spiegelfläche so ausgebildet, dass
auftreffendes Licht in unterschiedlichen Winkeln in
Richtung auf den Reflektor 30 abgelenkt wird. Hierdurch sind die vom Spiegel abgelenkten Strahlen 13b nicht
kollimiert .
Bei dem Spiegel 20 handelt es sich um ein um 2° gekipptes Paraboloid, also eine Art Parabolspiegel, der das Licht nicht in Richtung der Achse kollimiert, sondern um 1° gekippt hierzu. Dadurch wird das Licht nicht parallel zum Reflektor 30 gespiegelt, sondern läuft vom Spiegel aus unter 2° auf ihn zu. Die Lichtquelle 10 liegt in diesem Beispiel im Brennpunkt B des nicht-gekippten Paraboloides , also des Spiegels 320. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Brennpunkt B der Parabel etwa 3 mm entfernt vom Scheitelpunkt des Paraboloids. Die Lichtquelle 10 weist im Beispiel eine Chipbreite von 0,5 mm auf, wobei dieses Maß die Ausdehnung in Richtung „x" betrifft.
Die Spiegelfläche weist, zumindest annähernd, eine Form als Paraboloid auf. Die Spiegelfläche ist weiterhin so
gestaltet, dass die gespiegelten Strahlen in
unterschiedlichen, eher flachen Winkeln auf die Reflektor- Oberfläche auftreffen. Der Winkel zwischen den
auftreffenden Strahlen zur Oberflächennormalen des
Reflektors ist daher eher groß. Von dem Spiegel 20 gespiegelte Strahlen weisen eine
Divergenz auf, d.h. ein Verlust der Richtungskontrolle bei der Reflexion. Eine zu große Divergenz ist ungünstig, da in diesem Fall nicht mehr alle Strahlen gerichtet auf den Reflektor gelenkt werden können. Im Ausführungsbeispiel ist diese Divergenz durch den Winkel d angegeben. Diese
Divergenz ist hauptsächlich bedingt durch Chipbreite der LED und beträgt in 0° Richtung im aktuellen Beispiel +/- 2,4° bei Verwendung einer LED als Lichtquelle mit 0,5 mm Chipbreite. Für eine LED mit einer Chipbreite von 1,0 mm liegt die Divergenz bei +/- 4,8°. In 30° Richtung reduziert sich die Divergenz auf etwa +/- 1° für eine 0,5 mm LED bzw. +/- 2° für eine 1 mm breite LED. Die Größe des Spiegels wird in Abhängigkeit von der Chipbreite und der Divergenz derart ausgewählt, dass die Divergenz nicht zu groß ist.
Das Auftreffen in unterschiedlichen Winkeln auf die
Reflektor-Oberfläche 31 führt dazu, dass auf der Reflektor- Oberfläche 31 eine sehr gute Homogenität des Lichtes gegeben ist. Der Auftreff-Winkel , in der Darstellung als Winkel gekennzeichnet, beträgt zwischen 89,5° und 20°, bevorzugt zwischen 89° und 30° und besonders bevorzugt zwischen 89°und 35°. Der abgebildete Lichtstrahl 13b trifft beispielsweise in einem Winkel von etwa 30° auf die
Reflektor-Oberfläche 31 auf.
Von der Reflektor-Oberfläche 31 reflektierte Strahlung wird in eine Richtung abgestrahlt, die zumindest annähernd der Abstrahlrichtung der Lichtquelle 10 entspricht. Im Fall einer LED als Lichtquelle liegen daher besonders günstig die Chipfläche der LED und die Reflektor-Oberfläche 31 zumindest annähernd parallel zu einander. Das von dem
Reflektor 30 abgestrahlte Licht ist dabei homogen im Sinne der Erfindung.
Die Gesamthomogenität des abgebildeten Beleuchtungsmoduls 1, also der Quotient der geringsten Helligkeit und der größten Helligkeit, angegeben in Prozent, liegt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel bei 83 % und entspricht damit den Anforderungen für die Homogenität.
Die lokale Homogenitätsabweichung, also die relative
Änderung der Helligkeit pro Längeneinheit, liegt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel bei höchstens 0,75 %/mm.
Die Spiegelfläche im Ausführungsbeispiel verfügt hierzu über eine Anzahl von 25 aneinandergesetzten, ebenen
Spiegelelementen. Die einzelnen Spiegelelemente des
Spiegels 20 sind dabei so angeordnet, dass sie jeweils die Strahlen unterschiedlich umlenken in Abhängigkeit von der Abstrahlrichtung der Lichtquelle 10.
Die Größe der Spiegelelemente ist dabei so ausgewählt, dass auf jedes Spiegelelement annähernd die gleiche Lichtmenge der Lichtquelle 10 fällt. Dies führt dazu, dass ein
Großteil der Spiegelelemente eine annähernd gleiche
Lichtmenge erhält. Damit ist die Helligkeitsverteilung des auftreffenden Lichtes auf der Spiegelfläche bereits sehr homogen. Selbstverständlich ist es auch möglich, den
Spiegel mit einer anderen Anzahl an Spiegelelementen auszustatten oder die konkave, vorzugsweise zumindest annähernd parabolische Spiegelfläche kontinuierlich auszugestalten, etwa durch Bearbeiten der Oberfläche mit entsprechenden Feinbearbeitungswerkzeugen .
In der dargestellten Ausführungsform ist die Lichtquelle 10 in der Nähe des Brennpunktes B des Spiegels 20 angeordnet, sofern man die aus den Spiegelelementen aufgebaute konkave Spiegelfläche 20 mit einem Paraboloid vergleichen würde.
Die Lichtquelle 10 kann aber auch, sofern es baulich sinnvoll ist, an anderer Stelle positioniert werden, beispielsweise nach oben versetzt. Die Lichtquelle 10 kann beispielsweise auf einem mit dem Lichtkasten verbundenen Sockel sitzen, welcher gleichzeitig als Wärmesenke dient.
Der in der Darstellung nur schematisch eingezeichnete
Spiegel 20 kann ebenso einen Sockel umfassen, bei dem die Spiegelelemente auf der zur Lichtquelle weisenden
Oberfläche 21 ausgebildet sind. Um die spiegelnde
Oberfläche 21 zu erhalten, ist diese mit einer spiegelnden Oberflächenbeschichtung versehen, im Beispiel eine
metallische, aluminiumbasierte Schicht. Ebenso können auch metallische Spiegelelemente vorgesehen sein, welche eine hohe Reflektion erlauben. Der Reflexionsgrad der
Spiegelfläche liegt bei wenigstens 80°, bevorzugt bei wenigstens 90%, besonders bevorzugt bei wenigstens 95%, um Verluste gering zu halten und eine hohe Effizienz des
Leuchtelements zu erreichen.
Ebenso ist auch die Oberfläche 31 des Reflektors 30 mit einer Oberflächenschicht ausgestattet. Im Beispiel handelt es sich um ein metallisches Schichtsystem mit einer
vorbestimmten Abstrahlcharakteristik, bei der ein diffus reflektierender und ein spekular reflektierender Anteil vorhanden sind. Im Beispiel liegt der Anteil der diffus reflektierten Strahlung des Reflektors zwischen 70% und 90%, bevorzugt zwischen 75% und 85% und ganz besonders bevorzugt bei 80%. Der restliche Anteil der Strahlung wird spekular reflektiert. Die Oberfläche des Reflektors
erscheint eher weiß. Es kann sich dabei z.B. um eine lackierte oder folierte Oberfläche handeln. Es kann sich auch um einen weißen Kunststoff mit einer entsprechenden Oberflächenrauhigkeit handeln.
Der Lichtkasten 100 des Beleuchtungsmoduls 1 ist von geringer Bauhöhe. Eine geringe Bauhöhe ist von großem
Vorteil in Bezug auf die Einsatzmöglichkeiten des
Beleuchtungsmoduls, beispielsweise, um unter beengten
Platzverhältnissen eine flächige, homogene Beleuchtung zu realisieren. Je niedriger die Bauhöhe ausfällt, desto vielfältiger sind daher die Einsatzmöglichkeiten.
Andererseits wird die erreichbare Bauhöhe limitiert durch die Erfordernisse der Strahlungslenkung, um eine homogene leuchtende Fläche zu erhalten.
Das erfindungsgemäße System zur Strahlungslenkung wurde insbesondere mit Blick auf eine geringe Bauhöhe bei
gleichzeitig vergleichsweise großem Lichtaustrittsfenster konzipiert, wobei weiterhin auf eine geringe Anzahl von Lichtquellen und eine homogene Abstrahlung geachtet wurde.
Der in Fig. 1 dargestellte Ausschnitt umfasst in Bezug auf die Breite des Lichtkastens nur einen sehr geringen Anteil, so dass die tatsächlichen Größenverhältnisse des Beleuchtungsmoduls 1 der Fig. 1 nicht vollständig zu entnehmen sind.
Das in der Fig. 1 nur angedeutete Lichtaustrittsfenster weist beispielsweise eine Ausdehnung in Richtung „x", also eine Breite, von etwa 400 mm auf. Die Bauhöhe des
Lichtkastens beträgt dabei lediglich 20 mm. Hieraus ergibt sich ein Verhältnis von Breite des Lichtaustrittsfensters 101 zur Höhe des Lichtkastens von 20:1. Erfindungsgemäß kann dieses Verhältnis bei wenigstens 5:1, bevorzugt bei wenigstens 10:1 liegen.
Demnach sind auch Ausführungsformen denkbar, die bei einer größeren Höhe des Lichtkastens deutlich breitere
Ausdehnungen des Lichtaustrittsfensters ermöglichen. So ist es vorstellbar, bei einer Bauhöhe von nur 40 mm eine Breite des Lichtaustrittsfensters von mehr als 400 mm bis hin zu 800 mm zu realisieren.
Die das Lichtaustrittsfenster 101 bildende Öffnung des Lichtkastens ist mit einem lichtdurchlässigen Element 102 verschlossen, welches in der Darstellung ebenfalls nur schematisch in einem Ausschnitt gezeigt ist. Die Öffnung des Lichtkastens ist dadurch geschlossen, so dass kein Schmutz oder Feuchtigkeit in den Lichtkasten eindringen können. Im Beispiel ist das lichtdurchlässige Element ein Glas. Neben Glas sind auch Kunststoffmaterialien möglich.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist daher der
Lichtkasten 100 mit dem lichtdurchlässigen Element 102 allseitig gegen das Eindringen von Tropfwasser geschützt, so dass auch Verwendungen im Außenbereich möglich sind, beispielsweise zur Hinterleuchtung von Hinweistafein oder Werbeträgern .
In einer nochmaligen Weiterbildung der Erfindung ist das lichtdurchlässige Element mit zusätzlichen dekorativen Elementen ausgestattet. Hierzu kann das lichtdurchlässige Element beispielsweise farbig gestaltet sein und/oder zusätzliche Dekorelemente umfassen. Auch direkte Aufdrucke sind möglich.
Lichtquelle 10, Spiegel 20 und Lichtaustrittsfenster 101 des Beleuchtungsmoduls 1 sind dabei so zueinander
angeordnet, dass kein Licht von der Lichtquelle 10 direkt auf das Lichtaustrittsfenster 101 auftrifft. Im Beispiel ist daher ein absorbierendes Element 40 vorgesehen, welches verhindert, dass seitlich abgestrahltes Licht der
Lichtquelle 10 austreten kann. Ein derartiger Lichtstrahl ist in der Darstellung mit dem Bezugszeichen 14a
gekennzeichnet. Dieser Lichtstrahl 14a wird durch das absorbierende Element 40 an einem direkten Austritt durch das Lichtaustrittsfenster 101 gehindert. Direkt
austretendes Licht würde zu deutlich helleren Bereichen führen, so dass eine Homogenität nicht mehr gegeben ist. Ebenso ist es auch möglich, eine Blende vorzusehen.
Im Beispiel ist ferner ein weiteres absorbierendes Element 41 vorgesehen, welches einen Teil der am Spiegel 20 reflektierten Lichtstrahlung absorbiert. Auf diese Weise ist es möglich, ein breites, homogenes Lichtfeld bereits auf der Reflektor-Oberfläche 31 zu erzeugen. Denkbar ist es, die absorbierenden Elemente 40, 41 mit einer spiegelnden Oberfläche zu versehen, um dort
auftreffendes Licht zusätzlich auf den Spiegel zu lenken und damit die Effizienz des Beleuchtungsmoduls 1 zu
steigern. Erfindungsgemäß wird allerdings davon eher abgesehen, dass dieses zusätzliche Licht auf der
Spiegeloberfläche 21 zu helleren Bereichen führt, welche sich dann auch auf die Reflektor-Oberfläche 31 übertragen und letztendlich zu einer schlechteren Homogenität führen.
Das im Querschnitt gezeigte erfindungsgemäße
Beleuchtungsmodul 1 kann auch über eine größere in
länglicher Ausdehnung, in der Darstellung mit „y"
gekennzeichnet, verfügen. Von daher ist lediglich eine einzige Lichtquelle 10 eingezeichnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das
Beleuchtungsmodul 1 eine Vielzahl von Lichtquellen 10, welche entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Linie angeordnet sind. Die Lichtquellen 10 sind dabei entlang der Linie gleichmäßig über die Länge angeordneten, wobei der Abstand zweier benachbarter Lichtquellen 10 gleich ist.
Die Länge, also die Ausdehnung in Richtung „y", kann unterschiedlich gewählt sein. Das in der Fig. 1 im Beispiel angedeutete Lichtaustrittsfenster 101 weist eine Länge von 500 mm auf. Bei dieser Länge sind entlang der Längsrichtung etwa 50 Lichtquellen 10 angeordnet, d.h. das
Beleuchtungsmodul 1 umfasst eine Lichtquelle 10 pro cm Länge des Lichtaustrittsfenster 101. Dieses Verhältnis hat sich als günstig herausgestellt, um auch in Längsrichtung ein homogenes Licht zu erzeugen. Selbstverständlich sind auch größere und kleinere Ausdehnungen in Längsrichtung möglich .
Um ein homogenes Licht aus dem Lichtaustrittsfenster emittieren zu können, ist der Abstand zweier benachbarter Lichtquellen 10 nicht größer als der kürzeste Abstand der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle 10 zu einer Geraden, welche entlang der Fläche des Lichtaustrittsfensters 101 verläuft. Dies sorgt für eine auch in Längsrichtung
homogene Lichtverteilung.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines
Beleuchtungsmoduls 1 nach Fig. 1 im Querschnitt mit einer Vielzahl von eingezeichneten Lichtstrahlen, wobei der
Übersichtlichkeit halber nur ein Lichtstrahl 13a der
Lichtquelle 10 gekennzeichnet ist sowie der hierzu gehörige gespiegelte Lichtstrahl 13b. Es ist in der Darstellung deutlich zu erkennen, dass die gespiegelten Lichtstrahlen nicht kollimiert sind, sondern in unterschiedlichen Winkeln verlaufen. Mit dem Bezugszeichen 13d ist ein Lichtstrahl gekennzeichnet, welcher auf die Blende 40 auftrifft.
Fig. 3 zeigt schematisch den Strahlungsverlauf exemplarisch für einen Lichtstrahl 13a, welcher an dem Spiegel 20 gespiegelt wird, in einer Gesamtbetrachtung.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Beleuchtungsmodul 1 nach Fig.
1 im Querschnitt mit einer Vielzahl von eingezeichneten Lichtstrahlen. In der abgebildeten Ausführungsform sind der Reflektor 30 und das Lichtaustrittsfenster 101 planparallel zueinander angeordnet, wobei der Reflektor 30 in etwa die gleiche Ausdehnung aufweist wie das Lichtaustrittsfenster 101.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Ansicht einer
erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung, umfassend zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Beleuchtungsmodule 1, im Querschnitt. Die beiden Beleuchtungsmodule 1 stoßen dabei an den Stirnseiten des Lichtkastens 100 zusammen.
Bei dieser Anordnung liegen die beiden das
Lichtaustrittsfenster 101 definierenden Öffnungen der beiden Lichtkästen 100 aneinander, so dass die beiden
Lichtaustrittsfenster 101 entlang einer gemeinsamen Kante Zusammenstößen und ein gemeinsames Lichtaustrittsfenster von doppelter Breite bereitstellen .
Es kann auch in einer Weiterbildung der Erfindung ein gemeinsames lichtdurchlässiges Element, etwa ein
Abdeckglas, vorgesehen sein, welches die jeweiligen
Öffnungen beider Lichtkästen gemeinsam verschließt. Auf diese Weise ist die bauliche Trennung für einen Betrachter kaum wahrnehmbar.
Fig. 6 zeigt das Ergebnis einer Messung der Luminanz entlang der Breite des Lichtaustrittsfensters am Beispiel eines Beleuchtungsmoduls 1 mit einem 400 mm breiten
Lichtaustrittsfenster und einem parabolischen Spiegel 20. Dargestellt sind die Luminanz und die
Homogenitätsabweichung in Abhängigkeit der Position entlang der Breite des Lichtaustrittsfensters. Die in der Graphik angegebenen Luminanz entspricht dabei der Leuchtdichte und beschreibt im Rahmen dieser Erfindung den flächenbezogenen Lichtstrom, der auf ein beleuchtetes Objekt trifft. Die Luminanz ist in der Größe cd/m2 angegeben. Die lokale Homogenitätsabweichung ist in der Größe %/mm angegeben und stellt die relative Änderung der Helligkeit pro
Längeneinheit dar.
Es zeigt sich eine sehr gute Homogenität der Luminanz sowohl im mittleren Bereich des Lichtaustrittsfensters als auch hin zu den sich beidseitig anschließenden
Randbereichen .
Demnach ist auch eine gute Homogenität in denjenigen
Bereichen gegeben, welche nahe der Lichtquelle 10 liegen, sowie auch in denjenigen Bereichen, welche weit entfernt von der Lichtquelle 10 angeordnet sind. Die gemessene Gesamthomogenität liegt bei etwa 90 %. Die lokale
Homogenitätsabweichung liegt bei etwa 0,6 %/mm. Eine
Homogenitätsabweichung in der Maßangabe mm-1 entspricht dabei einer Homogenitätsabweichung in der Maßangabe (%/mm) nach Multiplikation mit 100. Die Effizienz des
Beleuchtungsmoduls 1 liegt bei etwa 38 %.
Damit ist erfindungsgemäß in dem abgebildeten
Ausführungsbeispiel die gemessene Helligkeit als homogen zu bezeichnen. Die allenfalls leichten Schwankungen der
Luminanz sind für das menschliche Auge nicht als
Helligkeitsschwankung wahrnehmbar .
Die gezeigte Ausführungsform ermöglicht es in besonders einfacher Weise, die Breite des Lichtaustrittsfensters deutlich zu vergrößern, ohne dass gleichzeitig die
geometrisch bedingte Bauhöhe des Lichtkastens 100 anwächst. Auf diese Weise sind Breiten des Lichtaustrittsfensters von 800 mm und mehr bis hin zu 2.000 mm möglich, wobei die Bauhöhe des Lichtkastens weiterhin sehr gering, im Beispiel bei etwa 20 mm, gehalten werden kann.
Fig. 7 zeigt das Ergebnis einer Messung der Luminanz entlang der Breite des Lichtaustrittsfensters am Beispiel eines weiteren erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls 1 mit einem 400 mm breiten Lichtaustrittsfenster und einem nicht parabolischen Spiegel 20.
Es zeigt sich ebenfalls eine sehr gute Homogenität der Luminanz sowohl im mittleren Bereich des
Lichtaustrittsfensters als auch hin zu den sich beidseitig anschließenden Randbereichen. Die gemessene
Gesamthomogenität liegt ebenfalls bei etwa 90 %. Die lokale Homogenitätsabweichung liegt bei etwa 0,75 %/mm und ist damit leicht ungünstiger als bei dem Ausführungsbeispiel mit parabolischem Spiegel. Die Effizienz des
Beleuchtungsmoduls 1 liegt dagegen leicht höher bei etwa 44 %. Damit ist auch in diesem Ausführungsbeispiel die
gemessene Helligkeit als homogen zu bezeichnen. In diesem Ausführungsbeispiel, welches rein schematisch in Fig. 8 gezeigt ist, wurde ein ebener Reflektor ohne zusätzliche Blenden eingesetzt.
Fig. 8 zeigt schematisch ein Beleuchtungsmodul 1 im
Querschnitt mit einem nicht-parabolischen Spiegel 120 und einer Vielzahl von eingezeichneten Lichtstrahlen, wobei der Übersichtlichkeit halber nur ein Lichtstrahl 13a von der Lichtquelle 10 sowie ein von dem nicht-parabolischen
Spiegel 120 gespiegelter Lichtstrahl 13b gekennzeichnet ist .
Fig. 9 zeigt das Ergebnis einer Vergleichssimulation der Luminanz entlang der Breite eines Lichtaustrittsfensters bei einer Verwendung einer Anzahl von 25 LED-Lichtquellen als direkte Beleuchtung. Die Helligkeit, also die Luminanz, ist daher deutlich höher als bei den vorstehend
diskutierten erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen.
Die gemessene Gesamthomogenität dieser Anordnung liegt bei etwa 90 %. Die lokale Homogenitätsabweichung liegt
allerdings nur bei etwa 1,2 %/mm und ist damit um einen Faktor 2 schlechter als bei den vorstehend gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Zudem treten diese lokalen Homogenitätsabweichungen als periodisches
Streifenmuster regelmäßig auf. In der Darstellung gut zu erkennen sind die deutlichen Schwankungen in der Luminanz, welche direkt mit den darüber angeordneten LED-Lichtquellen korrespondieren. Damit kann zwar eine höhere Helligkeit insgesamt erreicht werden, eine vergleichbar gute
Homogenität ist aber nicht mehr gegeben. Die
Helligkeitsunterschiede dieser Anordnung sind mit bloßem Auge, insbesondere aufgrund des Streifenmusters, erkennbar.
Als weiterer Nachteil einer direkten LED-Beleuchtung ergibt sich, dass bei nicht ausreichender Streuwirkung des
lichtdurchlässigen Elementes die einzelnen LED-Punkte in der Durchsicht erkennbar sind. Um diesen Effekt zu vermeiden, ist ein sehr stark streuendes Element
erforderlich, was wiederum die Effizienz einer derartigen Vorrichtung deutlich reduziert.
Fig. 10 zeigt ebenfalls rein schematisch die der
Vergleichsmessung aus Fig. 9 zugrundeliegende Anordnung der LED-Lichtquellen . Im Beispiel sind LED-Lichtquellen 210 gezeigt, deren Abstand so gewählt ist, dass sich eine
Gesamthomogenität von 90 % ergibt. Dargestellt ist eine linienförmige Anordnung der LED-Lichtquellen 210, welche einen Abstand von 18 mm zueinander haben.
Fig. 11 zeigt einen Vergleich unterschiedlicher
geometrischer Ausbildungen der Spiegel. Gegenübergestellt sind in der Abbildung ein gekippter Parabolspiegel, ein Parabolspiegel sowie ein gekippter Parabolspiegel mit nicht parabolischem Auslauf.
Ein gekippter parabolischer Spiegel mit einem nicht
parabolischem Auslauf weist den Vorteil auf, dass ein größerer Abstand zu der Lichtquelle 10, also beispielsweise zu der LED, gegeben ist. Daher ist diese Anordnung weniger toleranzempfindlich. In der Gegenüberstellung ist die
Lichtquelle an Position (0, 0) angeordnet.
Fig. 12 schließlich zeigt eine weitere Gegenüberstellung unterschiedlicher Spiegelformen in einem Bezugssystem, bei welchen die Lichtquelle wiederum in Position (0, 0) angeordnet ist. Abgebildet sind ein Parabolspiegel 320, ein um 2° gekippter Parabolspiegel 20 sowie Spiegel 220 mit höherer Brennweite und zusätzlicher Biegung am Auslauf. Diese Ausführungsform ist durch eine geringere Toleranzempfindlichkeit sowie eine höhere Effizienz gekennzeichnet. Ferner kann sie eine bessere Beleuchtung des Reflektors sehr nah am Spiegel bewirken.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es somit, besonders flach bauende Beleuchtungsmodule zur Verfügung zu stellen, welche gleichzeitig über vergleichsweise große
Lichtaustrittsfenster verfügen. Aufgrund der
erfindungsgemäßen Strahlungslenkung tritt das Licht dabei sehr homogen aus dem Lichtaustrittsfenster aus.
Dies ermöglicht es beispielsweise, das Beleuchtungsmodul zur Innenbeleuchtung, etwa als Kabineninnenbeleuchtung in Verkehrsflugzeugen, vorzusehen.
Selbstverständlich sind viele weitere
Beleuchtungsmöglichkeiten denkbar, beispielsweise auch eine Verwendung als Hintergrundbeleuchtung für Werbeträger, Hinweis- oder Schautafeln.

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtelement, umfassend eine vorzugsweise
linienförmige Lichtquelle (10), einen Spiegel (20) und einen Reflektor (30), vorzugsweise zumindest abschnittweise mit einer ebenen Oberfläche, wobei die Lichtquelle (10) eingerichtet ist, einen überwiegenden Teil ihres Lichtes direkt auf den Spiegel (20) abzustrahlen, wobei der Spiegel (20) das von der Lichtquelle (10) empfangene Licht in Richtung auf den Reflektor (30) spiegelt, und wobei der Reflektor (30) vorzugsweise eine
teilreflektierende Oberfläche (31) umfasst und dieses Licht zumindest teilweise diffus in einer Richtung reflektiert, deren Hauptrichtung annähernd der Richtung entspricht, in die die Lichtquelle (10) ihr Licht abstrahlt.
2. Leuchtelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (10) zumindest eine Leuchtdiode (LED) umfasst .
3. Leuchtelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlwinkel der Lichtquelle (10) nicht mehr als 120° beträgt, bevorzugt nicht mehr als 90° und besonders bevorzugt nicht mehr als 60°.
4. Leuchtelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (10) ein optisches Element zur
Strahlformung umfasst, vorzugsweise eine
Samme11inse .
5. Leuchtelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (20) eine von der Lichtquelle (10) aus gesehen gekrümmt konkav ausgebildete Spiegelfläche (21) umfasst, vorzugsweise in Form eines Paraboloids oder ähnlich einem Paraboloid, und/oder mit einer zusätzlichen Biegung am Auslauf.
6. Leuchtelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Spiegelfläche (21) auftreffende Strahlen der
Lichtquelle (10) auf den Reflektor (30) umgelenkt werden .
7. Leuchtelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Strahlen in unterschiedlichen Winkeln in Richtung auf den Reflektor (30) umgelenkt werden, so dass die den Spiegel (20) verlassende Strahlung nicht kollimiert ist.
8. Leuchtelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (20) so ausgebildet ist, dass die gespiegelten Strahlen in einem Winkel zur Oberflächennormalen des Reflektors (30) zwischen 89,5° und 20°, bevorzugt zwischen 89° und 30° und besonders bevorzugt zwischen 89°und 35° auf die Oberfläche des Reflektors (30) auftreffen.
9. Leuchtelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (20) eine Vielzahl von aneinandergesetzten, ebenen Spiegelelementen umfasst, welche jeweils Strahlen unterschiedlich umlenken in Abhängigkeit von der Abstrahlrichtung der Lichtquelle (10).
10. Leuchtelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Reflektor (30) an der Oberfläche ein Schichtsystem umfasst, welches eine teils diffuse und teils spekular reflektierende Abstrahlcharakteristik aufweist, wobei vorzugsweise die Strahlung an der Oberfläche des Reflektors (30) zwischen 70% und 90%, bevorzugt zwischen 75% und 85% und besonders bevorzugt zu 80% diffus abgestrahlt wird, und wobei der Restanteil der Strahlung spekular reflektiert wird .
11. Leuchtelement nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Reflektor Licht homogen abgibt, wobei die
Gesamthomogenität bei wenigstens 70 %, bevorzugt bei wenigstens 75 % und besonders bevorzugt bei wenigstens 80 % liegt und/oder wobei die lokale Homogenitätsabweichung höchstens 0,75 %/mm, bevorzugt höchstens 0,70 %/mm und besonders
höchstens 0,65 %/mm beträgt
12. Beleuchtungsmodul (1) zur Abgabe eines homogenen Lichtes aus einem flächigen Lichtaustrittsfenster (101), umfassend einen Lichtkasten (100) mit einer ein Lichtaustrittsfenster (101) definierenden
Öffnung und zumindest ein Leuchtelement,
vorzugsweise nach einem der vorsehenden Ansprüche.
13. Beleuchtungsmodul (1) nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtkasten (100) eine Höhe von weniger als 100 mm, bevorzugt von weniger als 60 mm, besonders bevorzugt weniger als 40 mm und ganz besonders bevorzugt 20 mm oder weniger aufweist.
14. Beleuchtungsmodul (1) nach einem der beiden
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Ausdehnung des Lichtkastens (100) in Richtung der Strahlführung zur Bauhöhe des Lichtkastens (100) bei wenigstens 5:1, bevorzugt bei wenigstens 10:1 und besonders bevorzugt bei wenigstens 20:1 liegt.
15. Beleuchtungsmodul (1) nach einem der drei
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Lichtaustrittsfensters (101) zwischen 200 mm und 2.000 mm beträgt.
16. Beleuchtungsmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtaustrittsfenster (101) ein lichtdurchlässiges Element umfasst, vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff.
17. Beleuchtungsmodul (1) nach dem vorstehenden
Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das
lichtdurchlässige Element farbig gestaltet ist und/oder Dekorelemente umfasst.
18. Beleuchtungsmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blende und/oder ein absorbierendes Element vorgesehen ist, um eine direkte Strahlung von der Lichtquelle (10) auf das Lichtaustrittsfenster (101) zu verhindern.
19. Beleuchtungsmodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Vielzahl von Lichtquellen (10) vorgesehen ist, welche entlang einer Längsrichtung entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Linie angeordnet sind.
20. Beleuchtungsmodul (1) nach dem vorstehenden
Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zweier benachbarter Lichtquellen (10) gleich ist, und wobei dieser Abstand zweier benachbarter
Lichtquellen (10) nicht größer ist als der kürzeste Abstand der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle (10) zu einer Geraden, welche entlang der Fläche des Lichtaustrittsfensters (101) verläuft.
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