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Die
Erfindung betrifft eine Leuchteneinheit mit wenigstens einem Leuchtelement
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Leuchtdioden
erscheinen hinter transmittierenden, opalen Lichtscheiben punktförmig, wenn
sie in geringem Abstand zu der Lichtscheibe montiert sind. Zum einen
ist die Abstrahlcharakteristik der Leuchtdioden zumeist nicht nach
dem bekannten Lambertschen Gesetz ausgebildet und somit je nach Winkel
in ihrer Leuchtstärke
unterschiedlich. Zum anderen nimmt die Entfernung der Leuchtdiode
mit von der optischen Achse größer werdenden
Winkeln zur opalen Fläche
hin zu und die Beleuchtungsstärke
sowie daraus resultierende Leuchtdichte im Quadrat ab. Soll bei
einer Leuchteneinheit die hinterleuchtete Fläche der Lichtscheibe ohne Reflektor
homogen erscheinen, müssen
die Leuchtdioden entsprechend nahe zusammengesetzt werden, so dass
das Auge des Betrachters die Leuchtdichteunterschiede nicht auflösen kann.
Entsprechend hoch ist der Materialeinsatz an Leuchtelementen, und
der Aufwand und die Kosten für
deren elektrische Versorgung steigen.
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Aus
der
DE 202 00 571
U1 ist eine Fahrzeugleuchte bekannt, die zwischen Leuchtelement
und Lichtscheibe eine prismenartige Vorrichtung aufweist, mit der
das vom Leuchtelement abgestrahlte Licht unter bestimmten Winkeln
von seiner Hauptabstrahlrichtung ablenkbar ist.
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Aus
der gattungsbildenden
DE
103 14 357 A1 ist eine Leuchteneinheit mit einem Leuchtelement bekannt,
dessen Licht durch eine Lichtscheibe nach außen tritt. Das Licht des Leuchtelements
wird durch eine an der Rückseite
der Lichtscheibe eingearbeitete Struktur, z. B. eine Fresnel-Optik,
seitlich abgelenkt. Das Leuchtelement kann daher bezüglich ihrer Hauptabstrahlrichtung
parallel zur Normalen der Lichtscheibe platzsparend angeordnet werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Leuchteneinheit anzugeben, bei der eine
verbesserte Homogenisierung der Leuchtdichte einer hinterleuchteten Lichtscheibe
möglich
ist, hinter der Leuchtelemente relativ entfernt voneinander angeordnet
sein können.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Günstige
Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
weiteren Ansprüchen
und der Beschreibung.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit
mit wenigstens einem Leuchtelement und einer von dem wenigstens
einen Leuchtelement hinterleuchteten Lichtscheibe ist zwischen dem
Leuchtelement und einer Austrittseite der Lichtscheibe wenigstens
ein Mittel in einer Abstrahlrichtung des Leuchtelements vorgesehen,
mit dem eine Leuchtstärke
des Leuchtelements in seinem Leuchtkegel in der Abstrahlrichtung
abschwächbar
ist. Vorteilhaft kann die von außen durch einen Betrachter
wahrnehmbare Leuchtstärke
des Leuchtelements homogenisiert werden. Sind mehrere Leuchtelemente
vorgesehen, weist die Leuchteneinheit eine flächig ausgeleuchtete Lichtscheibe
ohne wesentliche Intensitätsunterschiede
auf. Bei einem einzelnen Leuchtelement bildet sich dementsprechend
ein relativ homogener Leuchtfleck auf bzw. in einer Lichtscheibe
aus. Bei einer Aneinanderreihung mehrerer solcher Leuchtelemente
und Mittel ergibt sich, auch bei relativ geringem Abstand zwischen
Leuchtelement und Lichtscheibe und selbst bei deutlich beabstandet
voneinander angeordneten Leuchtelementen eine Abschwächung von
lokalen Leuchtstärkemaxima
und damit eine Homogenisierung der Helligkeit der von dem Leuchtelement
oder den Leuchtelementen hinterleuchteten Lichtscheibe. Besonders
vorteilhaft gilt dies, wenn LEDs als Leuchtelemente eingesetzt werden.
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Vorzugsweise
kann das Mittel wenigstens teiltransparent sein. Das Mittel kann
das Licht des Leuchtelements streuen und/oder absorbieren. Dadurch
kann ein zu großer
integraler Intensitätsverlust vermieden
werden.
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Zweckmäßigerweise
entspricht die Abstrahlrichtung derjenigen eines Leuchtstärkenmaximums des
Leuchtelements. Damit kann insgesamt eine relativ hohe Lichtausbeute
erreicht werden bei gleichzeitiger Homogenisierung der Abstrahlung
der Leuchteneinheit nach außen.
Das Leuchtstärkenmaximum
kann in seiner Abstrahlrichtung abgeschwächt werden, während im
Lichtkegel, der vom Leuchtelement ausgesendet wird, andere Abstrahlrichtungen
in ihrer Leuchtstärke
wenig oder gar nicht beeinflusst werden. Üblicherweise entspricht die
Abstrahlrichtung des Leuchtstärkenmaximums
des Leuchtelements einer optischen Achse senkrecht zur Austrittsfläche der
Lichtscheibe. Bei komplexeren Geometrien der Lichtscheibe und/oder
der Leuchteneinheit können
auch davon abweichende Abstrahlrichtungen des Leuchtstärkenmaximums
gegeben sein. Dies lässt
sich durch eine geeignete Anordnung und/oder Auswahl des oder der
Mittel(s) zur Abschwächung
ausgleichen.
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Eine
einfach herstellbare Ausgestaltung der Leuchteneinheit gelingt,
wenn die Lichtscheibe in der Abstrahlrichtung des Leuchtstärkenmaximums
als Mittel eine linsenartige Verdickung aufweist. Sind mehrere Leuchteneinheiten
vorgesehen, kann zweckmäßigerweise
für jedes
Leuchtelement eine derartige Verdickung vorgesehen sein. Die Verdickung
kann monolithisch mit der Lichtscheibe hergestellt, beispielsweise
gegossen werden. Denkbar sind auch andere Befestigungsarten wie
Anschmelzen, Ankleben oder dergleichen.
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Weist
die Lichtscheibe in der Abstrahlrichtung des Leuchtstärkenmaximums
als Mittel eine Oberflächenstruktur
auf, kann die Abschwächung
der außen
wahrnehmbaren Leuchtstärke
durch teilweise Absorption der Strahlung des Leuchtelements erfolgen.
Die Oberflächenstruktur
kann ein dünne Schicht,
etwa eine Metallschicht, eine Verbindungsschicht, wie z. B. eine
Oxidschicht, oder auch eine Kunststofffolie sein. Der Auftrag kann
erfolgen mittels Vakuum-Dünnschichtverfahren
wie PVD (Physical Vapor Deposition), oder CVD (Chemical Vapor Deposition)
in ihren bekannten Varianten, und/oder Dickschichttechnik, Aufkleben
oder dergleichen.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Oberflächenstruktur
eine aufgeraute Fläche
aufweisen. Die auf die aufgeraute Fläche auftreffende Strahlung
wird gestreut und tritt in der ursprünglichen Abstrahlrichtung nur
geschwächt
aus. Bevorzugt kann die aufgeraute Fläche in ihrer Rauhigkeit einen
Verlauf aufweisen, der einer Verteilung der unbeeinflussten Leuchtstärke im Leuchtkegel
des Leuchtelements nachgebildet ist. Damit kann eine weitere Homogenisierung der
Abstrahlcharakteristik der Leuchteneinheit für den Betrachter erreicht werden.
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Zusätzlich oder
alternativ kann das Leuchtelement in der Abstrahlrichtung des Leuchtstärkenmaximums
als Mittel eine Oberflächenstruktur
wie eine Beschichtung und/oder eine aufgeraute Fläche aufweisen.
Dann kann die Lichtscheibe besonders einfach, beispielsweise plan,
ausgeführt
werden und ohne oder auch mit aufgerauter Fläche und/oder Beschichtung in
der jeweiligen Abstrahlrichtung des Leuchtstärkemaximums des Leuchtelements.
Die Lichtscheibe kann jedoch auch eine oder mehrere linsenförmige Verdickungen
aufweisen ohne eine oder mit einer aufgeraute(n) Fläche und/oder
einer Beschichtung.
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Vorzugsweise
ist das Leuchtelement als lichtemittierende Diode (LED) ausgebildet.
Die Abstrahlcharakteristik der LED ist häufig stark gerichtet. Trotzdem
kann durch die gezielte Abschwächung des
Leuchtstärkenmaximums
der LED eine homogene Abstrahlcharakteristik der hinterleuchteten
Lichtscheibe erreicht werden, ohne dass beispielsweise eine Mehrzahl
von LEDs in der Leuchteneinheit eng benachbart angeordnet werden
muss.
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Dadurch,
dass eine Mehrzahl von Leuchtelementen auf einer gemeinsamen Platine
angeordnet sein kann, kann eine ausgedehnte Leuchteneinheit mit
einer flächig
ausgeleuchteten bzw. hinterleuchteten Lichtscheibe geschaffen werden.
Selbst wenn die Leuchtelemente relativ weit voneinander entfernt
angeordnet werden, sind Leuchtdichteunterschiede auf der Austrittsfläche der
Lichtscheibe nur noch geringfügig
wahrnehmbar. Bei einem einzelnen Leuchtelement ergibt sich entsprechend
ein einzelner, relativ homogener Lichtfleck. Es kann eine relativ
großflächige Lichtscheibe
mit relativ wenigen Leuchtelementen homogen hinterleuchtet werden.
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Zweckmäßigerweise
ist jedem der Leuchtelemente jeweils wenigstens eines der Mittel
zugeordnet, insbesondere in seiner jeweiligen Abstrahlrichtung seines
Leuchtstärkenmaximums.
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Sind
die Leuchtelemente entlang einer Richtung angeordnet, kann eine
streifenförmige
Leuchteneinheit dargestellt werden.
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Vorzugsweise
ist die Lichtscheibe aus einem opalen Material gebildet. Besonders
bevorzugt ist die Leuchteneinheit reflektorlos ausgebildet. Dies
spart Kosten, da weniger Zusatzkomponenten anfallen.
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Bevorzugt
ist die Leuchteneinheit eine Fahrzeugleuchte. Eine solche Fahrzeugleuchte
weist eine gute Erkennbarkeit der Leuchteneinheit mit angenehm homogenisierter
Abstrahlcharakteristik auf.
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Besonders
bevorzugt ist die Leuchteneinheit eine Rückleuchte eines Fahrzeugs.
Eine solche Rückleuchte
weist eine gute Erkennbarkeit der Leuchteneinheit mit angenehm homogenisierter
Abstrahlcharakteristik auf.
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Besonders
bevorzugt weist die Leuchteneinheit eine Ausgestaltung als Bremsleuchte
eines Fahrzeugs auf. Eine solche Bremsleuchte weist eine gute Erkennbarkeit
der Leuchteneinheit mit angenehm homogenisierter Abstrahlcharakteristik
auf.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden, anhand
von in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen,
näher erläutert, ohne
auf diese Ausführungsbeispiele
beschränkt
zu sein.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit
mit einer lokal verdickten Lichtscheibe;
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2 eine
zweite bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit
mit einer lokal verdickten Lichtscheibe sowie einer auf den Verdickungen
angeordneten Beschichtung;
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3 eine
dritte bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit
mit einer planen Lichtscheibe;
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4 eine
vierte bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit
mit einer planen Lichtscheibe und beschichteten Leuchtelementen;
und
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5 eine
fünfte
bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit mit einer lokal
verdickten Lichtscheibe und beschichteten Leuchtelementen.
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In
den Figuren sind funktional gleich bleibende Elemente jeweils mit
denselben Bezugszeichen beziffert.
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Wie 1 zu
entnehmen ist, weist eine erste bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit 10 eine
Mehrzahl von auf einer gemeinsamen Platine 20 angeordneten,
vorzugsweise als lichtemittierende Dioden (LED) ausgebildete Leuchtelementen 22, 24, 26 auf.
Die Leuchtelemente 22, 24, 26 folgen
in einer Richtung 16 längs
aufeinander. Den Leuchtelementen 22, 24, 26 gegenüber ist eine
Lichtscheibe 30 angeordnet, deren Austrittseite 38 von
einem Betrachter beobachtet werden kann. Die Leuchteneinheit 10 ist
beispielsweise eine Bremsleuchte eines Fahrzeugs. Die Lichtscheibe 30 ist
vorzugsweise aus einem opalen, d. h. trüben, aber lichtdurchlässigen Material
gebildet. Die Leuchteneinheit 10 ist vorzugsweise reflektorlos
ausgebildet.
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Die
Leuchtelemente 22, 24, 26 strahlen zur Lichtscheibe 30 hin
Licht in einem Lichtkegel 28 ab und hinterleuchten so die
Lichtscheibe 30. Der Übersichtlichkeit
wegen ist nur der Lichtkegel 28 mit einem halben Öffnungswinkel α an dem Leuchtelement 22 eingezeichnet.
Die Größe des Öffnungswinkels
2α kann
durch Wahl der entsprechenden LEDs variiert werden.
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In
einer Abstrahlrichtung 12 weisen die als LED ausgebildeten
Leuchtelemente 22, 24, 26 ein Maximum
ihrer Leuchtstärke
auf, während
abweichend von der Abstrahlrichtung 12, die zweckmäßigerweise
auch der optischen Achse der Anordnung entspricht, die Leuchtstärke abnimmt.
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Zwischen
den Leuchtelementen 22, 24, 26 und der
Lichtscheibe 30 ist ein Mittel 32, 34, 36 in
der definierten Abstrahlrichtung 12 vorgesehen, mit dem das
Leuchtstärkenmaximum
abschwächbar
ist.
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Als
bevorzugtes Mittel 32, 34, 36 ist gemäß der ersten
Ausgestaltung der Erfindung jeweils eine linsenförmige Verdickung der Lichtscheibe 30 vorgesehen,
wobei jedem Leuchtelement 22, 24, 26 ein
als Verdickung ausgebildetes Mittel 32, 34, 36 gegenüber liegt.
Die Dicke und Ausdehnung der linsenförmigen Verdickung kann passend
zum Öffnungswinkel 2α des Lichtkegels 28 ausgestaltet
werden.
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Ein
minimaler Abstand 14 ist zwischen den Leuchtelementen 22, 24, 26 und
dem Maximum der Verdickung ausgebildet. In Bereichen hoher Leuchtstärke ist
die Lichtscheibe 30 dicker ausgebildet als in Bereichen
mit geringerer Leuchtstärke.
Von ihrer Austrittseite 38 her wirkt die Abstrahlung der
Lichtscheibe 30 dadurch deutlich homogener als ohne die Mittel 32, 34, 36.
Ohne diese würde
jeweils in der Abstrahlrichtung 12 ein Punkt der Lichtscheibe 30 über den
jeweiligen Leuchtelementen 22, 24, 26 am
hellsten ausgebildet sein. Die Dickenabnahme der Lichtscheibe 30 ausgehend
von der dicksten Stelle der Verdickungen nimmt zweckmäßigerweise
entsprechend des bekannten photometrischen Entfernungsgesetzes ab.
Das photometrische Entfernungsgesetz beschreibt allgemein die Reduzierung
der Beleuchtungsstärke
proportional zum Quadrat der Entfernung von einer Lichtquelle. Die
Beziehung besagt, dass die Beleuchtungsstärke auf einer Fläche umgekehrt
proportional zum Quadrat des Abstands zwischen Lichtquelle und beleuchteter
Fläche
abnimmt, d. h. wird der Abstand der Lichtquelle zur Fläche verdoppelt,
so reduziert sich die Beleuchtungsstärke auf ein Viertel.
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Es
zeigt sich in Versuchen, dass sich die Abstände der Leuchtelemente 22, 24, 26 leicht
verdoppeln lassen, ohne dass sich der homogene Eindruck der hinterleuchteten
Lichtscheibe 30 merklich verschlechtert.
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Eine
zweite bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit 10 mit
einer lokal verdickten Lichtscheibe 30 entsprechend der Ausgestaltung
der 1 sowie einer auf den Verdickungen angeordneten
Oberflächenstrukur
als Mittel 40, 42, 44 zur zumindest lokalen
Abschwächung
der Leuchtstärke
zeigt 2. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird bei
hier nicht explizit erläuterten
Elementen auf die voranstehende Figurenbeschreibung verwiesen.
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Das
als Oberflächenstruktur
ausgebildete Mittel 40, 42, 44 ist wenigstens
teiltransparent ausgebildet und kann eine Schicht, etwa aus Metall
oder Kunststoff oder auch aus einer Verbindung, etwa eine Oxidschicht,
sein.
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Ferner
kann die Oberflächenstruktur
auch in Form einer aufgerauten Fläche ausgebildet sein, die beispielsweise
durch Oberflächenstrukturierung
in die Oberfläche
der Lichtscheibe 30 eingebracht ist, oder beispielsweise
durch eine abrasive Behandlung wie Sandstrahlen. Mit Vorteil weist
die aufgeraute Fläche
unterschiedliche Rauhigkeiten auf, so dass das Licht aus dem Lichtkegel
der Leuchtelemente 22, 24, 26 unterschiedlich
stark gestreut wird.
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Die
aufgeraute Fläche
kann in ihrer Rauhigkeit einen Verlauf aufweisen, der einer Verteilung
der unbeeinflussten Leuchtstärke
im Leuchtkegel 28 nachgebildet ist. Dazu können entsprechende
Simulationsrechnungen zur Auslegung der Leuchteneinheit 10 durchgeführt werden,
bei der der Verlauf der Rauhigkeit und der Abstrahlcharakteristik
der Leuchtelemente 22, 24, 26 aufeinander
abgestimmt werden.
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3 zeigt
eine dritte bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit 10 mit
einer planen Lichtscheibe 30, bei der wiederum als Mittel 40, 42, 44 zur
Abschwächung
des Leuchtstärkenmaximums
der Leuchtelemente 22, 24, 26 in der
Abstrahlrichtung 12 eine Oberflächenstruktur vorgesehen ist.
Wie in 2 bereits beschrieben, kann die Oberflächenstruktur
als dünne
Schicht oder auch als aufgeraute Fläche ausgebildet sein.
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Eine
weitere Variante zeigt 4 in einer vierten bevorzugten
Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit 10 mit
einer planen Lichtscheibe 30 und Leuchtelementen 22, 24, 26,
die in der Abstrahlrichtung 12 des Leuchtstärkenmaximums
als Mittel 52, 54, 56 eine Oberflächenstruktur aufweisen,
beispielsweise eine Beschichtung. Damit wird aus den vorzugsweise
als LEDs ausgebildeten Leuchtelementen 22, 24, 26 bereits
eine stärker
aufgestreute Strahlung abgegeben.
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5 zeigt
als fünfte
bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leuchteneinheit 10 eine
lokal verdickte Lichtscheibe 30 nach 1 (Mittel 32, 34, 36)
in Kombination mit Leuchtelementen 22, 24, 26 mit
einer Oberflächenstruktur
nach 4 (Mittel 52, 54, 56).
Dadurch kann auf der Austrittseite 38 eine weitere Homogenisierung
der Leuchtstärke der
Leuchteneinheit 10 erreicht werden; ein Betrachter nimmt
weniger Unterschiede in den Leuchtstärken der einzelnen Leuchtelemente 22, 24, 26 wahr und
sieht eine im Wesentlichen homogen hinterleuchtete Lichtscheibe 30 auch
bei größeren Abständen der
Leuchtelemente 22, 24, 26.
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- 10
- Leuchteneinheit
- 12
- Abstrahlrichtung
- 14
- Abstand
- 16
- Richtung
- 20
- Platine
- 22
- Leuchtelement
- 24
- Leuchtelement
- 26
- Leuchtelement
- 28
- Lichtkegel
- 30
- Lichtscheibe
- 32
- Mittel
(Verdickung)
- 34
- Mittel
(Verdickung)
- 36
- Mittel
(Verdickung)
- 38
- Austrittseite
- 40
- Mittel
(Oberflächenstruktur)
- 42
- Mittel
(Oberflächenstruktur)
- 44
- Mittel
(Oberflächenstruktur)
- 52
- Mittel
(Oberflächenstruktur)
- 54
- Mittel
(Oberflächenstruktur)
- 56
- Mittel
(Oberflächenstruktur)