DE102008044968A1

DE102008044968A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren auf einer Leuchtfläche angeordneten Lichtquellen

Info

Publication number: DE102008044968A1
Application number: DE102008044968A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr.Rer.Nat. Ackermann; Jörg Dr.rer.nat. Moisel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2009-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren auf einer Leuchtfläche (7) angeordneten Lichtquellen, von denen wenigstens ein Teil Leuchtdioden sind, die ein Leuchtdiodenfeld (1, 3, 6, 9) bilden, das aus mehreren Zeilen linear nebeneinander angeordneter Leuchtdioden besteht. Dabei ist ein Abstand benachbarter Lichtquellen in wenigstens einem Randbereich (4, 4.1, 4.2, 8.1 bis 8.7) der Leuchtfläche (7) geringer als in einem Zentralbereich (5) der Leuchtfläche (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren auf einer Leuchtfläche angeordneten Lichtquellen, von denen wenigstens ein Teil Leuchtdioden sind. Die Leuchtdioden bilden als Leuchtfläche ein Lichtquellenfeld, das aus mehreren Zeilen linear nebeneinander angeordneter Halbleiterlichtquellen gebildet ist. Im Strahlengang des von den Leuchtdioden ausgesandten Lichts kann eine Projektionslinsenanordnung angeordnet sein.
Leuchtdioden, auch Lumineszenzdioden oder abgekürzt LED (= light emitting diodes) genannt, werden zunehmend für Beleuchtungsvorrichtungen verwendet.
Aus DE 102 05 779 A1 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge bekannt, der eine Vielzahl von auf einem Trägermaterial angeordneten Lichtquellen aufweist. Die Lichtquellen sind einzeln oder in Gruppen mit optischen Mitteln versehen, die eine Fokussierung des von den Lichtquellen abgestrahlten Lichts auf mehrere Beleuchtungspunkte oder -bereiche im Vorfeld des Fahrzeuges bewirken. Einzelne und/oder Gruppen der Lichtquellen sind individuell ein- und ausschaltbar. Ferner ist die Lichtverteilung innerhalb der durch die Anordnung und Ausrichtung der Lichtquellen gegebenen Möglichkeiten bedarfsweise einstellbar und zumindest ein Teil der Lichtquellen ist zur Erzeugung einer Abblendlicht-Wirkung mit einer Blende ausgestattet. Dabei sind die Lichtquellen bevorzugt Licht emittierende Dioden (LED).
Aus DE 10 2007 031 934 A1 ist eine Scheinwerfer-Baugruppe mit einer Lichtquelle bekannt, die mindestens einen LED-Chip umfasst und eine Licht emittierende Fläche aufweist, die von dem mindestens einen LED-Chip definiert wird und konfiguriert ist, um davon ein vordefiniertes Lichtbild zu projizieren. Ferner umfasst die Schweinwerfer-Baugruppe eine Linse, die konfiguriert ist, um das Lichtbild zu empfangen und ein vorbestimmtes Strahlenmuster zu projizieren. Dabei ist die Licht emittierende Fläche ausgebildet, um dem Strahlenmuster zu entsprechen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungsvorrichtung mit Leuchtdioden als Lichtquellen anzugeben, die die Lichtausbeute gegenüber bekannten derartigen Beleuchtungsvorrichtungen erhöht und sich insbesondere als ein Fahrzeugscheinwerfer eignet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungsvorrichtung gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung umfasst mehrere auf einer Leuchtfläche angeordnete Lichtquellen, von denen wenigstens ein Teil Leuchtdioden sind, die ein Leuchtdiodenfeld bilden, das aus mehreren Zeilen linear nebeneinander angeordneter Leuchtdioden besteht. Dabei ist ein Mitten-Abstand benachbarter Lichtquellen in wenigstens einem Randbereich der Leuchtfläche größer als in einem Zentralbereich der Leuchtfläche.
Dadurch können vorteilhaft Beleuchtungsvorrichtungen realisiert werden, deren Ausleuchtungscharakteristik vorwiegend auf eine Vorausumgebung der Beleuchtungsvorrichtung konzentriert ist, beispielsweise zur Verwendung als Fahrzeugscheinwerfer. Ein oder mehrere Randbereiche der Lichtquellenverteilung werden dabei mit einer geringeren Flächendichte der Lichtquellen versehen. Gegenüber Beleuchtungsvorrichtungen mit gleichmäßig verteilten Leuchtdioden als ausschließliche Lichtquellen reduziert dies vorteilhaft die Gesamtanzahl der benötigten Leuchtdioden bzw. erhöht bei gleicher Gesamtanzahl von Leuchtdioden die Ausleuchtung einer Vorausumgebung der Beleuchtungsvorrichtung, da in wenigstens einem Randbereich der Lichtquellenverteilung keine oder weniger Leuchtdioden pro Fläche verwendet werden als in dem Zentralbereich. Dadurch werden insbesondere die Herstellungskosten der Beleuchtungsvorrichtung gesenkt.
Vorzugsweise nimmt dabei der Mitten-Abstand benachbarter Lichtquellen innerhalb des wenigstens einen Randbereiches der Leuchtfläche zum Rand der Leuchtfläche hin zu. Dadurch kann vorteilhaft auf einfache Weise eine gleichmäßige sukzessive Abnahme der Beleuchtungsstärke von einer Vorausumgebung der Beleuchtungsvorrichtung zu einem oder mehreren benachbarten Umgebungsbereichen realisiert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung sehen ferner vor, dass das Leuchtdiodenfeld Zeilen unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlicher Leuchtdiodenanzahl aufweist. Dadurch kann die Ausleuchtungscharakteristik vorteilhaft einer vorgesehenen Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung angepasst werden.
Insbesondere werden Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen, bei denen eine Zeile des Leuchtdiodenfeldes umso weiter unten im Leuchtdiodenfeld angeordnet ist je länger sie ist und/oder je mehr Leuchtdioden sie aufweist. Derartige Beleuchtungsvorrichtungen eignen sich beispielsweise vorteilhaft als Fahrzeugscheinwerfer, da ihre Ausleuchtungscharakteristik auf einen unteren Bereich einer Vorausumgebung konzentriert wird, so dass vorwiegend ein Fahrbahnbereich in Vorausrichtung beleuchtet wird, ohne einen Gegenverkehr zu blenden.
Der wenigstens eine Randbereich der Leuchtfläche mit reduzierter Lichtquellendichte kann ferner ein Bereich des Leuchtdiodenfeldes selbst, oder ein Bereich neben dem Leuchtdiodenfeld sein. Möglich ist auch, dass die Leuchtfläche mehrere derartiger Randbereiche aufweist, von denen wenigstens einer Teil des Leuchtdiodenfeldes und wenigstens ein anderer ein Bereich neben dem Leuchtdiodenfeld ist. Bevorzugt sind die Lichtquellen in einem Randbereich neben dem Leuchtdiodenfeld dabei unabhängig von den Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes ansteuerbar, insbesondere ein- und ausschaltbar. Dadurch kann die Ausleuchtungscharakteristik der Beleuchtungsvorrichtung variiert werden. Insbesondere kann so ein Fahrzeugscheinwerfer mit einer Umschaltfunktion zwischen verschiedenen Ausleuchtungscharakteristiken, z. B. zwischen Abblend-, Fern- und/oder Kurvenlicht, realisiert werden.
Bevorzugt weist die Beleuchtungsvorrichtung optische Abbildungselemente, insbesondere optische Linsen und/oder Reflektoren auf, die den Lichtquellen in dem wenigstens einen Randbereich im Strahlengang nachgeordnet sind und vorzugsweise Licht dieser Lichtquellen fokussieren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
Dabei zeigen:
1 ein herkömmliches Leuchtdiodenfeld nach dem Stand der Technik,
2 ein Leuchtdiodenfeld mit in seitlichen Randbereichen zunehmenden Abständen benachbarter Leuchtdioden,
3 ein Leuchtdiodenfeld mit in seitlichen Randbereichen und in einem oberen Randbereich zunehmenden Abständen benachbarter Leuchtdioden, und
4 eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem zentral angeordneten Leuchtdiodenfeld und daneben angeordneten Bereichen mit weiteren Lichtquellen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein herkömmliches, erstes Leuchtdiodenfeld 1, beispielsweise zur Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfer. Das Leuchtdiodenfeld 1 ist in einzelne Bereiche, so genannte Pixel 2, aufgeteilt, in deren Zentrum sich jeweils eine Leuchtdiode befindet. Die Pixel 2 sind in vier Zeilen angeordnet, wobei die beiden oberen Zeilen weniger Pixel 2 als die beiden unteren Zeilen aufweisen. Alle Pixel 2 sind Quadrate derselben Größe. Die beiden oberen Zeilen sind dadurch kürzer als die beiden unteren Zeilen.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes zweites Leuchtdiodenfeld 3 für eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung. Gegenüber dem ersten Leuchtdiodenfeld 1, das zum Vergleich gestrichelt dargestellt ist, nimmt die horizontale Ausdehnung der Pixel 2 in einem linken Randbereich 4.1 und in einem rechten Randbereich 4.2 des Leuchtdiodenfeldes 3 zu den seitlichen Rändern des Leuchtdiodenfeldes 3 hin zu, so dass die Pixel 2 in diesen Randbereichen 4.1, 4.2 keine Quadrate, sondern Rechtecke sind. In einem Zentralbereich 5 sind die Pixel 2 weiterhin jeweils gleich große Quadrate.
Der horizontale Abstand der Leuchtdioden ist hierzu in den Randbereichen 4.1, 4.2 größer als in dem Zentralbereich 5 und nimmt zu den seitlichen Rändern des Leuchtdiodenfeldes 3 hin zu. Somit verringert sich die Flächendichte der Leuchtdioden sukzessive in den Randbereichen 4.1, 4.2 zu den seitlichen Rändern des Leuchtdiodenfeldes 3.
Bevorzugt werden in allen Pixeln 2 die gleichen Leuchtdioden verwendet, da dies die Herstellung des Leuchtdiodenfeldes 3 vorteilhaft vereinfacht. Durch die verringerte Flächendichte der Leuchtdioden in den Randbereichen 4.1, 4.2 verringert sich dann auch eine Intensität des von den Randbereichen 4.1, 4.2 abgestrahlten Lichts gegenüber dem von dem Zentralbereich 5 abgestrahlten Licht. Dadurch kann eine Ausleuchtungscharakteristik einer mit dem Leuchtdiodenfeld 3 ausgestatteten Beleuchtungsvorrichtung in einfacher Weise auf eine Vorausumgebung der Beleuchtungsvorrichtung konzentriert werden. Somit eignet sich das Leuchtdiodenfeld 3 insbesondere besser zur Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfer als das herkömmliche Leuchtdiodenfeld 1.
Die Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes 3 sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Platine angeordnet und gemeinsam, einzeln oder in Gruppen ansteuerbar, d. h. an- und ausschaltbar und/oder dimmbar. Ferner sind die Pixel 2 bevorzugt einzeln oder in Gruppen wie aus dem Stand der Technik bekannt mit optischen Linsen und/oder Reflektoren zur optischen Abbildung des von ihnen abgestrahlten Lichts versehen.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes, drittes Leuchtdiodenfeld 6 für eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung. Das Leuchtdiodenfeld 6 weist einen Randbereich 4 auf, in dem die Pixel 2 größer als in einem Zentralbereich 5 des Leuchtdiodenfeldes 6 sind. Der Randbereich 4 erstreckt sich rechts und links sowie oberhalb des Zentralbereiches 5.
In dem Randbereich 4 nimmt eine vertikale Ausdehnung der Pixel 2 von unten nach oben zu. Ferner nimmt in den seitlich des Zentralbereiches 5 liegenden Teilbereichen des Randbereiches 4 eine horizontale Ausdehnung der Pixel 2 zu den seitlichen Rändern des Leuchtdiodenfeldes 6 hin zu. In dem Randbereich 4 nimmt somit die Größe der Pixel 2 sowohl zu seitlichen Rändern als auch zu dem oberen Rand des Leuchtdiodenfeldes 6 hin zu. Entsprechend nimmt die Flächendichte der Leuchtdioden und die Intensität des von dem Randbereich 4 abgestrahlten Lichts sowohl zu den seitlichen Rändern als auch zu dem oberen Rand des Leuchtdiodenfeldes 6 hin ab, sofern für alle Pixel 2 die gleichen Leuchtdioden verwendet werden.
Dadurch eignet sich das dritte Leuchtdiodenfeld 6 noch besser als das in 2 dargestellte zweite Leuchtdiodenfeld 3 für die Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfer, denn durch die in dem Randbereich 4 nach oben hin abnehmende Flächendichte der Leuchtdioden kann in einfacherer Weise eine Blendung eines Gegenverkehrs durch den Fahrzeugscheinwerfer vermieden werden.
4 zeigt eine Leuchtfläche 7 einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung. In einem zentralen Bereich der Leuchtfläche 7 ist ein viertes Leuchtdiodenfeld 9 angeordnet, das rechteckig mit jeweils gleichen Zeilen quadratischer Pixel 2 ausgebildet ist.
Links und rechts sowie oberhalb des Leuchtdiodenfeldes 9 weist die Leuchtfläche 7 Randbereiche 8.1 bis 8.7 mit weiteren Lichtquellen auf. Einige oder alle dieser weiteren Lichtquellen können weitere Leuchtdioden sein. Benachbarte dieser weiteren Lichtquellen weisen einen größeren Abstand als benachbarte Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes 9 auf.
Dabei ist ein bananenförmiger erster Randbereich 8.1 oberhalb des Leuchtdiodenfeldes 9 angeordnet. Links des Leuchtdiodenfeldes 9 sind nebeneinander ein zweiter, dritter und vierter Randbereich 8.2 bis 8.4 angeordnet, deren Größe von rechts nach links abnimmt. Rechts des Leuchtdiodenfeldes 9 sind nebeneinander ein fünfter, sechster und siebter Randbereich 8.5 bis 8.7 angeordnet, deren Größe von links nach rechts abnimmt. Die Größe der rechts und links des Leuchtdiodenfeldes 9 angeordneten Randbereiche 8.2 bis 8.7 nimmt somit mit zunehmendem Abstand von dem Leuchtdiodenfeld 9 ab.
Die Lichtquellen jedes einzelnen Randbereichs 8.1 bis 8.7 sind gemeinsam, aber unabhängig von den Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes 9 und unabhängig von den Lichtquellen der anderen Randbereiche 8.1 bis 8.7 ansteuerbar, d. h. an- und ausschaltbar oder auch dimmbar. Dadurch können vorteilhaft verschiedene Ausleuchtungscharakteristiken erzeugt werden, beispielsweise bei Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfer ein Fern-, Abblend- und/oder Kurvenlicht.
Den Lichtquellen der Randbereiche 8.1 bis 8.7 sind bevorzugt optische Abbildungselemente, z. B. Linsen oder Reflektoren, im Strahlengang nachgeordnet, die Licht dieser Lichtquellen defokussieren. Beispielsweise ist dabei den Randbereichen 8.1 bis 8.7 jeweils ein optisches Abbildungselement zugeordnet. Auf diese Weise kann das von den Lichtquellen jedes der Randbereiche 8.1 bis 8.7 erzeugte Licht breit gestreut und ausgerichtet werden.
Es ist aber auch möglich, für alle Randbereiche 8.1 bis 8.7 und das Leuchtdiodenfeld 9 eine gemeinsame Linse zu verwenden.

1, 3, 6, 9: Leuchtdiodenfeld
2: Pixel
4, 4.1, 4.2, 8.1 bis 8.7: Randbereiche
5: Zentralbereich
7: Leuchtfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10205779 A1 [0003]
- DE 102007031934 A1 [0004]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren auf einer Leuchtfläche (7) angeordneten Lichtquellen, von denen wenigstens ein Teil Leuchtdioden sind, die ein Leuchtdiodenfeld (1, 3, 6, 9) bilden, das aus mehreren Zeilen linear nebeneinander angeordneter Leuchtdioden besteht, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mitten-Abstand benachbarter Lichtquellen in wenigstens einem Randbereich (4, 4.1, 4.2, 8.1 bis 8.7) der Leuchtfläche (7) größer als in einem Zentralbereich (5) der Leuchtfläche (7) ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitten-Abstand benachbarter Lichtquellen innerhalb des wenigstens einen Randbereiches (4, 4.1, 4.2, 8.1 bis 8.7) der Leuchtfläche (7) zum Rand der Leuchtfläche (7) hin zunimmt.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenfeld (1, 3, 6, 9) Zeilen unterschiedlicher Länge aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeile des Leuchtdiodenfeldes (1, 3, 6, 9) umso weiter unten im Leuchtdiodenfeld (1, 3, 6, 9) angeordnet ist je länger sie ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenfeld (1, 3, 6, 9) Zeilen unterschiedlicher Leuchtdiodenanzahl aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeile umso weiter unten im Leuchtdiodenfeld (1, 3, 6, 9) angeordnet ist, je mehr Leuchtdioden sie aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (4, 4.1, 4.2, 8.1 bis 8.7) Teil des Leuchtdiodenfeldes (1, 3, 6, 9) ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (4, 4.1, 4.2, 8.1 bis 8.7) ein Bereich neben dem Leuchtdiodenfeld (1, 3, 6, 9) ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen in einem Randbereich (4, 4.1, 4.2, 8.1 bis 8.7) neben dem Leuchtdiodenfeld (1, 3, 6, 9) unabhängig von den Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes (1, 3, 6, 9) ansteuerbar sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zusätzliche optische Abbildungselemente, die den Lichtquellen in dem wenigstens einen Randbereich (4, 4.1, 4.2, 8.1 bis 8.7) im Strahlengang nachgeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Abbildungselemente Licht der Lichtquellen in dem wenigstens einen Randbereich (4, 4.1, 4.2, 8.1 bis 8.7) defokussieren.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Abbildungselemente optische Linsen umfassen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Abbildungselemente optische Reflektoren umfassen.