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Die Erfindung geht aus von einem Lichtleiter, einer optischen Anordnung, die den Lichtleiter beinhaltet und einer Leuchte, die die optische Anordnung beinhaltet.
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Bei optischen Anordnungen mit Lichtleitern ist es von zentraler Bedeutung, dass die Einkoppelfläche des Lichtleiters so exakt wie möglich an der gewünschten Position über bzw. auf der Emitterfläche, beziehungsweise der Anlagefläche der Lichtquelle fixiert wird. Dies kann durch Positionierungselemente, beispielsweise Gitterbleche, realisiert werden, die den Lichtleiter bezüglich der Strahlungsquelle in der entsprechenden Position halten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Lichtleiter, eine optische Anordnung und eine Leuchte zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig ausgestaltet und einfach montierbar sind.
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Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Lichtleiters gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich der optischen Anordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 und hinsichtlich der Leuchte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist ein Lichtleiter oder eine Faseroptikvorgesehen. Dieser/diese kann aus (transparentem) Kunststoff wie PMMA oder Glas bzw. Quarzglas für UV-Lichtquellen hergestellt sein. Der Lichtleiter kann auch als Hohlkörper ausgeführt sein. Der Hohlkörper kann eine Innen-Verspiegelung aufweisen. Der Lichtleiter kann fest oder biegsam sein. Der Durchmesser liegt typischerweise bei einem Millimeter bis wenige Zentimeter. Der Lichtleiter kann eingangsseitig und/oder ausgangsseitig mit einer dichroitischen und/oder eine Antireflexbeschichtung beschichtet sein.
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Dieser Lichtleiter /diese Faseroptik weist um seine/ihre Einkoppelfläche, durch die die Strahlung einer Licht emittierenden Diode (LED) einkoppelbar ist, eine Einfassung auf, in der die LED montierbar bzw. anordbar ist. Hierbei kann es sich um eine einzelne LED aber auch um eine matrixartige Anordnung von LEDs handeln. Diese matrixartig angeordneten LEDs können auch einzelne, damit ebenfalls matrixartig angeordnete Lichtleiter aufweisen, so dass jeder LED ein Lichtleiter zugeordnet ist.
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Diese Einfassung kann beispielsweise bei der Herstellung des Lichtleiters aus demselben Material und/oder im selben Produktionsschritt (beispielsweise Spritzguss) hergestellt werden. Es ist aber auch denkbar, dass die Einfassung aus anderen Materialien (beispielsweise anderen Kunststoffen) nachträglich hergestellt und auf den Lichtleiter aufgebracht ist.
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Durch die Ausgestaltung der Einfassung ist es möglich, auf weitere Positionierungselemente, beispielsweise die eingangs angeführten Gitterbleche, zu verzichten. Mit anderen Worten können der Lichtleiter und die LED alleinig aufgrund der eigenen Geometrie der Einfassung in gegenseitiger Position gehalten werden.
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Durch die Einfassung kann vollständig oder zumindest teilweise verhindert werden, dass Streulicht zwischen der Einkoppelfläche des Lichtleiters und der Anlagefläche der LED austritt. Somit kann vorzugsweise kein Licht, vorzugsweise kein Streulicht, beispielsweise in einen benachbarten Lichtleiter einkoppeln. Zudem kann die Einkoppelseite des Lichtleiters größer gewählt werden als die lichtemittierende Fläche der LED. So kann kein oder im Wesentlichen kein Licht aus der LED am Lichtleiter vorbeistrahlen. Außerdem können so Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden.
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Die Einfassung kann die LED ganz oder zumindest teilweise umschließen oder umgreifen.
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Der Lichtleiter kann mit der Einkoppelfläche und einer Auskoppelfläche ausgestaltet sein. Die Einkoppelfläche und die Auskoppelfläche können etwa in einem Parallelabstand angeordnet sein.
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Mit Vorteil ist die Einfassung an der Seite, die die LED umschließt, zumindest teilweise beschichtet, insbesondere wenn zwischen der LED und dem Lichtleiter ein Luftspalt geplant ist, um günstige optische Eigenschaften zu erwirken. Denkbar sind beispielsweise matte und/oder reflektierende Beschichtungen.
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Die Einfassung am Lichtleiter kann entweder als offene oder geschlossene Umrahmung ausgestaltet sein. Die Einkoppelfläche des Lichtleiters kann insbesondere rechteckig ausgestaltet sein, allerdings sind auch runde oder hexagonale Anordnungen denkbar. Möglich für die Einfassung ist eine U-Form für eine offene Einfassung, die die LED an drei Seiten umschließt. Dabei können ein Schenkel und ein Basisabschnitt der U-Form etwa rechtwinklig zueinander angeordnet sein. Möglich ist auch eine geschlossene Form, die die LED vollständig umschließt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Tiefe der Einfassung am Lichtleiter geringer sein, als die Dicke der LED. Denkbar ist auch, dass die Tiefe der Einfassung größer ist, als die Dicke der LED. Dadurch kann die LED vollständig in die Einfassung eingesetzt sein. Mit anderen Worten kann die Einfassung des Lichtleiters derart ausgestaltet sein, dass sie auch bei kritischen Temperaturen nicht über die LED rutschen kann. Kritische Temperaturen sind Temperaturen, bei denen der (negative) Koeffizient der thermischen Expansion (coefficient of thermal expansion, CTE) der Einfassung besonders groß ist. Bei Silikon ist dies beispielsweise bei niedrigen Temperaturen der Fall.
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Bevorzugterweise ist die Einfassung, insbesondere die vollständig die LED umschließende Einfassung, mit einer, insbesondere an der Seite, vorgesehenen Einführschräge ausgestaltet, um die Montage der LED zu erleichtern.
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Die Form des Lichtleiters kann beliebig gewählt werden. Sie kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass sich der Lichtleiter, ausgehend von der Einkoppelfläche hin zur Auskoppelfläche, verbreitert. Allerdings kann sich die Form des Lichtleiters auch ändern (beispielsweise von rund zu hexagonal).
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Erfindungsgemäß ist weiterhin eine optische Anordnung mit einem Lichtleiter, insbesondere gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte, und zumindest einer LED vorgesehen, in der die LED in eine Einfassung eines Lichtleiters montierbar ist.
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Eine Licht emittierende Diode (LED) oder Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehausten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips („CoB“ = Chip on Board), der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein . Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter.
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Es ist denkbar, dass die Einkoppelfläche des Lichtleiters zumindest teilweise oder vollständig auf der Auskoppelfläche der LED anliegt. Dadurch kann die optische Effizienz der Anordnung gesteigert werden, da das gesamte, von der LED emittierte Licht in den Lichtleiter einkoppeln kann.
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Es ist weiterhin denkbar, die Einkoppelfläche des Lichtleiters und die Anlagefläche der LED gegeneinander verspannt zu montieren, so dass wenig, oder gar kein Streulicht aus dem Lichtleiter auskoppeln kann. Weiterhin kann dadurch verhindert werden, dass sich die Einkoppelfläche des Lichtleiters bei Temperaturschwankungen, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen, als die Auslegungstemperatur der Optik, von der Anlagefläche der LED abhebt. Die Vorspannung kann durch ein Vorspannelement und/oder einen Vorspannmechanismus am Lichtleiter und/oder an der LED ausgeführt sein.
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Die optische Anordnung kann derart ausgelegt sein oder der Vorspannmechanismus kann bewerkstelligen, dass die LED und der Lichtleiter in dem relevanten Temperaturbereich ihres Einsatzzwecks gegeneinander verspannt verbleiben und/oder zumindest die LED in der Einfassung des Lichtleiters verbleibt.
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Vorzugsweise kann als Lichtquelle für die Anordnung beispielsweise eine sogenannte Chip-Scale Package (CSP) oder Chip Size Package LED verwendet werden. Bei einer derartigen LED kann die, in die gleiche Richtung wie die Auskoppelfläche weisende, Gehäuseseite eines Gehäuses der LED größer sein, beispielsweise 20 Prozent, als die Auskoppelfläche der LED. Hierdurch ist die Auskoppelfläche von einem Rand des Gehäuses umfasst. Dafür kann vorzugsweise ein Lichtleiter verwendet werden, dessen Einfassung die Lichtquelle vollständig umschließt.
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In einer alternativen Ausführung können LEDs verwendet werden, die zumindest an drei Stellen einen vergleichsweise geringen Rand aufweisen, beispielsweise OSLON Compact® LEDs. Deren Auskoppelfläche kann zumindest abschnittsweise von keinem oder einem vergleichsweise dünnen Rand der Einfassung umgriffen sein. Ist die Auskoppelfläche der LED beispielsweise etwa viereckig ausgestaltet, so ist denkbar, dass beispielsweise an drei Seiten kein Rand oder ein vergleichsweise dünner Rand vorgesehen ist. Hierfür kann ein Lichtleiter verwendet werden, dessen Einfassung die Lichtquelle nur teilweise - insbesondere an den drei Seiten - umschließt.
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Denkbar ist auch, mehrere LEDs in einem gemeinsamen Gehäuse vorzusehen.
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Die LED kann beispielsweise kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig in der Einfassung fixiert sein.
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Erfindungsgemäß ist eine Leuchte, insbesondere als Scheinwerfer oder Heckleuchte eines Fahrzeugs, vorgesehen, die die optische Anordnung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte beinhaltet.
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Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des Fahrzeugscheinwerfers in einem Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen oder Kraftrad. Denkbar ist, die Leuchte auch für Effektlichtbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung, Horticulture etc. einzusetzen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
- 1a in einer perspektivischen Darstellung, einen Lichtleiter mit einer LED gemäß einer ersten Ausführungsform im nichtmontierten Zustand.
- 1b in einer perspektivischen Darstellung, den Lichtleiter und die LED aus 1a im montiertem Zustand.
- 2a in einer perspektivischen Darstellung, einen Lichtleiter mit einer LED gemäß einer weiteren Ausführungsform im nichtmontierten Zustand.
- 2b in einer perspektivischen Darstellung, den Lichtleiter und die LED aus 2a im montiertem Zustand.
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Die 1a zeigt einen Lichtleiter 1 mit einer geschlossenen Einfassung 2, mit einer Einkoppelfläche 4 und einer Auskoppelfläche 6 und einer LED 8 mit einer Auskoppelfläche 10. Der Lichtleiter 1 hat ein etwa kegelstumpfförmiges Gehäuse mit einer etwa rechteckigen Querschnittsfläche, die sich von der Ein- zur Auskoppelfläche 4,6 vergrößert. Eine Innenfläche 12 der Einfassung 2 kann beschichtet sein. Die LED 8 ist eine Chip Size Package LED, welche eine vergleichsweise geringe Dicke A aufweist.
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Die Ein- und Auskoppelfläche 4,6 sind jeweils stirnseitig des Gehäuses des Lichtleiters 1 ausgebildet. Die rahmenartige Einfassung 4 kragt etwa senkrecht von der Einkoppelfläche 4 weg.
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In 1b ist die montierte Anordnung 16 der Bauteile aus 1a dargestellt. Dabei wird die LED 8 vollständig von der Einfassung 2 des Lichtleiters 1 umschlossen. Eine Außenmantelfläche 19, siehe 1a, der LED 8 liegt im eingesetzten Zustand zumindest im Wesentlichen an der Innenfläche 12 der Einfassung 2 an. Es ist denkbar, die LED 8 in Richtung quer zur Einkoppelfläche 4 kraftschlüssig über ihre Außenmantelfläche 19 in der Einkoppelfläche 2 zu haltern. Schematisch ist eine Leuchte 18 durch eine Strichlinie dargestellt, die die Anordnung 16 enthält.
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2a zeigt einen Lichtleiter 20 gemäß einer alternativen Ausführung mit einer offenen Einfassung 22, mit der Ein- und der Auskoppelfläche 4,6 und eine passende LED 24 mit einer Auskoppelfläche 26. Der Lichtleiter 20 hat ebenfalls eine rechteckige Querschnittsfläche, die sich von der Ein- 4 zur Auskoppelfläche 6 vergrößert. An der Seite der Einkoppelfläche 4, hat der Lichtleiter 20 die offene Einfassung 22. Die passende LED 24, die an drei Seiten einen geringen Package Rand aufweist, hat eine größere Dicke B, als die in 1a aufgeführte LED 8. Die Innenfläche 30 der Einfassung 22 kann ebenfalls beschichtet sein.
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In 2b ist eine montierte Anordnung 32 der Bauteile aus 2a dargestellt. Dabei wird die LED 24 dreiseitig von der offenen Einfassung 22 des Lichtleiters 20 umgriffen. Die Innenfläche 30, siehe 2a, der Einfassung 22 kann im Wesentlichen vollständig an einer Außenmantelfläche 31 der LED 24 anliegen. Die LED 24 kann kraftschlüssig durch sich etwa parallel erstreckende Schenkel der Einfassung 22 gehaltert sein. Schematisch ist eine Leuchte 18 durch eine Strichlinie dargestellt, die die Anordnung 32 enthält.
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Offenbart ist ein Lichtleiter mit einer Ein- und einer Auskoppelfläche für die Durchstrahlung einer Licht emittierenden Diode (LED), der an der Seite der Einkoppelfläche eine Umrandung hat, welche die LED aufnehmen kann und diese formschlüssig, teilweise oder vollständig, umschließt.
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Bezugszeichenliste
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- Lichtleiter
- 1,20
- Einfassung
- 2,22
- Einkoppelfläche
- 4
- Auskoppelfläche
- 6
- LED
- 8,24
- Auskoppelfläche
- 10,26
- Innenfläche
- 12,30
- Anordnung
- 16,32
- Leuchte
- 18
- Außenmantelfläche
- 19,31
- Dicke
- A,B