DE202009018867U1 - Einfaches System zur Lichtauskopplung aus flächigen Lichtleitern durch Mikroprismen - Google Patents

Abstract

Plattenförmiger Lichtleiter (1) mit integrierten Prismen, wobei auf einer Oberfläche Licht auskoppelnde Mikroprismen vertieft im Lichtleiter (1) integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroprismen jeweils als Kegel ausgebildet sind.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen plattenförmigen Lichtleiter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Herkömmliche Lichtleitersysteme koppeln das Licht aus durch
• • auf der Oberfläche aufgedruckte Störstellen, von denen dann Streulicht ausgeht, das den Lichtleiter dann verlässt,
• • auf der Oberfläche aufgeraute lokale Bereiche, von denen dann Streulicht ausgeht, das den Lichtleiter dann verlässt,
• • durch im Kunststoffmaterial eingebrachte Streuzentren aus Materialien mit anderem optischem Brechungsindex als dem des Lichtleiters (eingemischte Glas- oder Kunststoffkugeln).
• Diese herkömmlichen Lichtleitersysteme haben durch die rein statistisch erfolgende Auskopplung Nachteile in der Lichtrichtung, da in der Regel das Licht gleichmäßig in alle Raumrichtungen abgestrahlt wird. Derart ergeben sich Nachteile in der Effizienz, da der im Streuzentrum absorbierte Lichtanteil hoch ist und nicht alles gestreute Licht den Lichtleiter verlässt.
• In den gattungsbildenden Druckschriften DE 697 35 125 T2 , US 2008/0094853 A1 und US 2009/0073721 A1 ist jeweils ein plattenförmiger Lichtleiter beschrieben mit integrierten Prismen, wobei auf einer Oberfläche Licht auskoppelnde Mikroprismen vertieft oder erhaben im Lichtleiter integriert sind. Die Lichtstrahlen innerhalb des Lichtleiters werden durch die Mikroprismen an einer Oberflächenseite durch Brechung und Totalreflexion so umgelenkt, dass der Lichtstrahl die Platte verlässt. Diese Oberflächenprismen können
• • als flächige Anordnung von Prismensegmenten
• • in die Oberfläche hineingesenkt oder
• • über der Oberfläche erhaben sein.
• Häufig wird zu Beleuchtungszwecken der Anspruch formuliert, dass eine über die Fläche gleichmäßige Lichtabgabe aus dem Lichtleiter erfolgen soll, mit vorgegebener Winkelverteilung des Lichtes. Diese Aufgabe wird mit einem plattenförmigen Lichtleiter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Dabei zeichnet sich der erfindungsgemäße Lichtleiter dadurch aus, dass die Mikroprismen jeweils als Kegel ausgebildet sind.
• Die Größe und Form dieser als Kegeln ausgebildeten prismatischen Strukturen auf der Oberfläche müssen präzise bestimmt sein und können in ihrer Größe mit den Abständen zu den einkoppelnden Leuchtmitteln variieren, um eine konstante Lichtauskopplung zu erhalten. Die Oberflächen der Auskoppelprismen müssen in ihrem Winkel so bestimmt sein, dass Lichtstrahlen im Lichtleiter, die statistisch zufällig auf diese Oberfläche treffen, entweder durch Brechung oder durch Totalreflexion mit anschließender Brechung den Lichtleiter verlassen, entweder zur Strukturseite hin oder ihr entgegen. Die Winkelverteilung der auskoppelnden Lichtstrahlen ist ebenfalls durch die Prismenwinkel einstellbar.
• Auch können die Stirnseiten des Lichtleiters, an denen nicht eingekoppelt wird, reflektierend ausgebildet sein, um Lichtstrahlen in den Lichtleiter zurück zu reflektieren, um dann auf diesem Weg eine weitere Möglichkeit zur Wechselwirkung mit einem Prisma zu erlangen und dann auszukoppeln.
• Die Einkopplung in rechteckige Platten kann auch über mehrere Seiten erfolgen. Die einkoppelnden Lichtquellen können z. B. LED, Fluoreszenzröhren, Halogenlampen und weitere Leuchtmittel sein.
• Die Geometrie der Platte kann auch kreis- bzw. ellipsenförmig sein mit Einkopplung über den Umfang oder bei einer innen geöffneten Geometrie über den inneren Rand mit optionaler reflektierender Ausbildung des äußeren Umfangs.
• Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert, wobei
• 1 einen erfindungsgemäßen Lichtleiter mit seitlicher einseitiger Lichteinkopplung und Lichtauskopplung aus der Fläche mit Hilfe von Mikroprismen;
• 2a einen erfindungsgemäßen Lichtleiter mit Licht auskoppelnden Prismen in eine Oberfläche hinein und seitlicher einseitiger Lichteinkopplung;
• 2b einen erfindungsgemäßen Lichtleiter mit Einzelprismen in flächiger Anordnung aus der Oberfläche heraus und seitlicher Lichteinkopplung;
• 3 eine Lichtauskopplung aus der Fläche durch Brechung bzw. Totalreflexion;
• 4 die variierende Größe der Kegel als Funktion des Abstandes vom Leuchtmittel;
• 5 eine Lichtauskopplung nach Reflexion an einer verspiegelten Stirnfläche;
• 6 eine nicht zur Erfindung gehörende Scheibe mit Lichteinkopplung von innen und zirkulare Lichtauskoppelprismen, und
• 7 einen erfindungsgemäßen, als Scheibe ausgebildeten Lichtleiter mit Lichteinkopplung von außen und optional Öffnungen in der Scheibe und Prismensegmenten zur Lichtauskopplung
  zeigt.
• 1 zeigt einen Lichtleiter 1 mit einseitiger Lichteinkopplung von der Seite und Lichtauskopplung aus der Fläche mittels der als Kegel ausgebildeten Mikroprismen. Stirnseiten des Lichtleiters 1, an denen nicht eingekoppelt wird, sind reflektierend ausgebildet, siehe auch 5.
• Wie in den 2a und 2b gezeigt, können die das Licht auskoppelnden Prismen in die Oberfläche des Lichtleiters hinein oder aus dieser heraus gestaltet sein.
• 3 zeigt die Lichtauskopplung 6, 7 an einem Lichtleiter 1 aus der Fläche durch Brechung bzw. Totalreflexion sowohl oberseitig, an welchem die Auskoppeloptiken 5 angeordnet sind, als auch unterseitig.
• 4 zeigt eine Ausführungsform eines Lichtleiters 1, bei welcher die Auskoppelstrukturen an der Oberfläche in ihrer Größe mit dem Abstand zur einkoppelnden Lichtquelle 3 zur Einstellung einer konstanten Lichtauskopplung variieren.
• 6 zeigt eine nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform eines Lichtleiters 1 mit zirkularen Lichtauskoppelprismen.
• 7 zeigt einen Lichtleiter 1 in Form einer Scheibe mit einer Mehrzahl am äußeren Umfang angeordneten Leuchtmittel 9.
• Bezugszeichenliste

1

Lichtleiter

2

Lichtauskoppelnde Platte

3

Lichtquelle

4

Reflektierend beschichtete Stirnseite

5

Auskoppeloptik

6

Oberseitig auskoppelndes Licht

7

Unterseitig auskoppelndes Licht

8

Reflexion

9

Leuchtmittel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 69735125 T2 [0004]
• US 2008/0094853 A1 [0004]
• US 2009/0073721 A1 [0004]

Claims (6)

1. Plattenförmiger Lichtleiter (1) mit integrierten Prismen, wobei auf einer Oberfläche Licht auskoppelnde Mikroprismen vertieft im Lichtleiter (1) integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroprismen jeweils als Kegel ausgebildet sind.
2. Lichtleiter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierten, als Kegel ausgebildeten Mikroprismen als flächige Anordnung kleiner geometrischer Segmente realisiert sind, die konstante Dimensionen über die ganze Oberfläche des Lichtleiters (1) aufweisen.
3. Lichtleiter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht auskoppelnden, als Kegel ausgebildeten Mikroprismen eine gleichmäßige zur Oberfläche des Lichtleiters (1) vertiefte segmentierte Geometrie aufweisen.
4. Lichtleiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkopplung durch eine oder mehrere Seitenflächen des Lichtleiters (1) realisiert erfolgt.
5. Lichtleiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nicht zur Lichteinkopplung genutzte Seitenflächen verspiegelt ausgeführt sein können.
6. Lichtleiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkopplung durch die Kanten von inneren Öffnungen stattfindet.

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