DE102004046256A1 - Surface lighting system for rearward lighting of liquid crystal display, has light conductors for emitting electromagnetic radiation at its front side, and radiation sources positioned such that their optical axes cut each other - Google Patents

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Abstract

The system has light conductors (1) for emitting an electromagnetic radiation at its front side, where the conductors have front and rear sides (6, 4). The rear sides are inclined against a lateral injecting surface through which the electromagnetic radiation is irradiated between the front and rear sides. Radiation sources (2) e.g. LEDs, emit the radiation, and are positioned in such a way that their optical axes cut each other.

Description

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenleuchtsystem.The The invention relates to a surface lighting system.

Für Oberflächenleuchtsysteme gibt es vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Sie können beispielsweise als Leuchtmittel in Lampen oder Design-Anordnungen dienen. Insbesondere können Oberflächenleuchtsysteme zur Hinterleuchtung von Displays wie Liquid-Crystal-Displays (LCD-Displays) eingesetzt werden.For surface lighting systems there are many Applications. You can for example, as bulbs in lamps or design arrangements serve. In particular, surface lighting systems can be used used for backlighting displays such as liquid crystal displays (LCD displays) become.

Zur Hinterleuchtung von Displays werden in der Regel Beleuchtungssysteme verwendet, die einen durchgehenden Lichtleiter beinhalten, in den seitlich eine stabförmige Lichtquelle mit einer isotropen Abstrahlcharakteristik, wie z.B. eine Leuchtstoffröhre, einkoppelt. Diese Systeme haben den Nachteil, dass die Abmessungen der lichtabstrahlenden Fläche nicht beliebig vergrößert werden kann, da ansonsten laterale Inhomogenitäten in der Abstrahlcharakteristik auftreten können.to Backlighting of displays are usually lighting systems used, which include a continuous light guide, in the side a rod-shaped Light source with an isotropic radiation characteristic, such as e.g. a fluorescent tube, couples. These systems have the disadvantage that the dimensions the light-emitting surface can not be increased arbitrarily can, as otherwise lateral inhomogeneities in the radiation characteristic may occur.

Aus den Druckschriften US 6,646,367 B2 und US 6,241,358 B1 sind Oberflächenleuchtsysteme bekannt, die kaskadenförmig aus mehreren Lichtleitern modular aufgebaut sind, in die jeweils seitlich Licht stabförmiger primärer Lichtquellen mit einer isotropen Abstrahlcharakteristik, wie beispielsweise Kaltkathodenlampen, eingekoppelt wird.From the pamphlets US 6,646,367 B2 and US 6,241,358 B1 Surface illumination systems are known, which are cascade-shaped of several optical fibers modular, in each of the side light rod-shaped primary light sources with an isotropic radiation characteristic, such as cold cathode lamps, coupled.

Solche Oberflächenleuchtsysteme weisen häufig jeweils hohe Lichtintensitäten im Bereich des Einkoppelbereichs 31 und an den Verbindungsstellen zwischen den Lichtleitern 1 auf, während der vom Einkoppelbereich 31 entfernte Bereich des Lichtleiters 1 dunkel erscheint, wie in 1a gezeigt. Um bei solchen Oberflächenleuchtsystemen eine homogene Abstrahlcharakteristik zu erzielen, wurde in den Druckschriften US 6,241,358 B1 und US 6,464,367 B2 eine Reihe von Maßnahmen vorgeschlagen, wie beispielsweise die Anordnung von Reflektoren 42 auf der Rückseite 4 der Lichtleiter 1 und um die primären Lichtquellen 2 herum.Such surface illumination systems often each have high light intensities in the region of the coupling-in region 31 and at the joints between the light guides 1 on, while that of the coupling area 31 remote area of the light guide 1 appears dark, as in 1a shown. In order to achieve a homogeneous radiation characteristic in such surface luminous systems, was in the publications US 6,241,358 B1 and US 6,464,367 B2 proposed a number of measures, such as the arrangement of reflectors 42 on the back side 4 the light guide 1 and the primary light sources 2 around.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Oberflächenleuchtsystem mit möglichst homogener Abstrahlcharakteristik anzugeben, das insbesondere technisch einfach realisierbar ist und dessen Leuchtfläche zudem auf technisch einfache Weise skaliert werden kann.task The present invention is a surface lighting system with possible indicate homogenous radiation characteristic, in particular technically is easy to implement and its lighting surface also on technically simple Way can be scaled.

Diese Aufgabe wird durch ein Oberflächenleuchtsystem nach Patentanspruch 1 gelöst.These Task is by a surface lighting system solved according to claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Oberflächenleuchtsystems sind in den Unteransprüchen 2 bis 19 angegeben.advantageous embodiments of the surface luminous system are in the subclaims 2 to 19 indicated.

Ein erfindungsgemäßes Oberflächenleuchtsystem mit einer elektromagnetische Strahlung emittierenden Vorderseite umfasst insbesondere:

  • – mindestens einen Lichtleiter mit einer der Strahlung emittierenden Vorderseite des Oberflächenleuchtsystemszugewandten Lichtleiter-Vorderseite, einer von der Strahlung emittierenden Vorderseite abgewandten Lichtleiter-Rückseite und einer seitlichen Einkoppelfläche, durch die im Betrieb des Oberflächenleuchtsystems elektromagnetische Strahlung zwischen die Lichtleiter-Vorderseite und die Lichtleiter-Rückseite eingestrahlt wird, wobei die Lichtleiter-Rückseite der Einkoppelfläche entgegengeneigt ist,
  • – mindestens eine primäre Strahlungsquelle mit definiertem begrenztem Abstrahlwinkel, die geeignet ist, die in den Lichtleiter einzukoppelnde elektromagnetische Strahlung zu emittieren, und
  • – mindestens ein streuendes und/oder reflektierendes Element an der Lichtleiter-Rückseite.
An inventive surface luminous system with an electromagnetic radiation emitting front comprises in particular:
  • - At least one light guide with a radiation emitting front of the surface illumination system facing the light guide front side facing away from the radiation front side light guide back side and a side coupling surface, irradiated by the operation of the surface lighting system electromagnetic radiation between the optical fiber front side and the optical fiber back is, with the optical fiber rear side of the coupling surface is inclined,
  • - At least one primary radiation source with a defined limited radiation angle, which is adapted to emit the electromagnetic radiation to be coupled into the optical waveguide, and
  • - At least one scattering and / or reflective element on the light guide back.

Das Oberflächenleuchtsystem emittiert bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich, insbesondere weißes Licht. Ebenfalls emittierend die primären Strahlungsquellen bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich, insbesondere weißes Licht.The Surface lighting system emits preferentially electromagnetic radiation with wavelengths in the visible area, especially white light. Also emitting the primary Radiation sources prefer electromagnetic radiation with wavelengths in the visible area, especially white light.

Als Lichtleiter wird im Folgenden eine Vorrichtung bezeichnet, der dazu beiträgt, die elektromagnetische Strahlung der primären Strahlungsquelle so zu leiten, dass diese weitestgehend homogen von der Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems abgestrahlt wird. Als Lichtleiter im Sinne der Erfindung kann beispielsweise ein herkömmlicher Lichtleiter aus einem zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Material, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff dienen. Zur Lichtverteilung kann generell jede Oberfläche des Lichtleiters mit optisch wirksamen Strukturen versehen sein, die refraktiven und/oder diffraktiven Charakter besitzen können.When Optical fiber is hereinafter referred to a device that to contributes the electromagnetic radiation of the primary radiation source so too derive that these are largely homogeneous from the front of the Surface lighting system is emitted. As a light guide according to the invention, for example a conventional one Light guide made of an at least partially radiation-transparent material, such as glass or plastic serve. For light distribution can generally any surface the light guide be provided with optically active structures, which may have refractive and / or diffractive character.

Weiterhin kann der Lichtleiter beispielsweise aber auch einen Hohlkörper umfassen, dessen Oberflächen zu Lichtleitung strukturiert sind. Unter einem Lichtleiter ist weiterhin im weitesten Sinne auch jede Anordnung von Flächen zu verstehen, die zur gezielten Leitung elektromagnetischer Strahlung dienen.Farther For example, the light guide can also comprise a hollow body. its surfaces are structured to light pipe. Under a light guide is still in the broadest sense, also to understand any arrangement of surfaces intended for serve targeted conduction of electromagnetic radiation.

Jeder Lichtleiter wird durch eine bestimmte Anzahl an primären Strahlungsquellen mit Strahlung versorgt, die seitlich über die Einkoppelfläche in den Lichtleiter eingestrahlt wird. Ein Lichtleiter, die primären Strahlungsquellen, deren Strahlung seitlich in den Lichtleiter einkoppeln und ein oder mehrere streuenden und/oder reflektierenden Elemente auf der Rückseite des Lichtleiters bilden zusammen eine Lichtkachel. Das Oberflächenleuchtsystem kann eine Lichtkacheln beinhalten oder aus mehreren Lichtkacheln, die auch unterschiedliche Größen und Geometrien besitzen können, zu einem Lichtkachelverbund zusammengesetzt werden. So ist es vorteilhafterweise möglich, Oberflächenleuchtsysteme mit vielfältigen Größen und Geometrien einfach zu realisieren.Each optical fiber is powered by a certain number of primary radiation sources with radiation, which is irradiated laterally via the coupling surface in the optical fiber. A light guide, the primary radiation sources whose radiation is coupled laterally into the light guide and one or more scattering and / or reflective elements on the back of the light guide together form a light tile. The surface lighting system may include a light tile or be composed of a plurality of light tiles, which may also have different sizes and geometries, to form a light tile composite. So it is advantageously possible to easily realize surface lighting systems with a variety of sizes and geometries.

Um mit primären Strahlungsquellen mit definiert begrenztem Abstrahlwinkel eine Leuchtkachel mit homogener Abstrahlcharakteristik zu erhalten, werden reflektierende und/oder streuende Elementen auf der Lichtleiter-Rückseite angeordnet und die Lichtleiter-Rückseite so geformt, dass diese der Einkoppelfläche entgegengeneigt ist. Das Zusammenwirken dieser Teile zur gezielten Leitung der Strahlung im Inneren einer Lichtkachel wird im Folgenden beschrieben.Around with primary Radiation sources with defined limited beam angle a luminous tile with Homogeneous radiation characteristics are reflected and / or scattering elements on the optical fiber back arranged and the light guide back shaped so that it is opposite to the coupling surface. The Interaction of these parts for the targeted guidance of the radiation inside a light tile is described below.

Die Strahlung der primären Strahlungsquellen wird seitlich über die Einkoppelflächen in den Lichtleiter in Form eines begrenzten Kegels eingestrahlt. Hierbei nimmt die Strahlungsquelle nur einen kleinen Teil der Einkoppelfläche ein. Der Lichtleiter ist so geformt, dass dessen Rückseite den Strahlen des Strahlungskegels entgegengeneigt ist, so dass die Strahlen auf die Rückseite des Lichtleiters treffen, nachdem sie einen gewissen Weg innerhalb des Lichtleiters entlang zur Licht abstrahlenden Vorderseite zurückgelegt haben. Je stärker die Lichtleiter-Rückseite gegenüber der Vorderseite geneigt ist, um so kürzer ist der Weg, den Strahlen im Lichtleiter im Mittel zurücklegen, bevor sie auf die Rückseite treffen. Alternativ kann auch durch eine vertikale Verkippung der primären Strahlungsquellen gegen die Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems, der Ort variiert werden, an dem Strahlen auf der Lichtleiter-Rückseite auftreffen Um die Strahlen von der Lichtleiter-Rückseite zur Strahlung emittierenden Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems zu lenken, ist ein Element mit reflektierenden Eigenschaften auf der Lichtleiter-Rückseite angeordnet. Damit auch in dem Bereich Strahlung von der Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems abgestrahlt wird, den Strahlen aufgrund des definierten begrenzten Abstrahlwinkels der Strahlungsquelle ungestört durchlaufen, besitzt das optische Element auf der Rückseite bevorzugt ebenfalls derart streuende Eigenschaften, dass in diesen Bereich des Lichtleiters Strahlung zurückgelenkt wird.The Radiation of the primary Radiation sources is laterally over the coupling surfaces irradiated in the light guide in the form of a limited cone. In this case, the radiation source occupies only a small part of the coupling surface. The light guide is shaped so that its backside the rays of the radiation cone is leaning against, leaving the rays on the back of the light guide, after having some way within the light guide along the light-emitting front covered to have. The stronger the fiber optic back across from the front is inclined, the shorter is the path, the rays in the light guide on average, before they hit the back. Alternatively, by vertical tilting of the primary radiation sources against the front of the surface lighting system, the location can be varied, at the rays on the back of the light guide impinge around the rays from the back of the light guide to the radiation emitting face of the surface luminous system Steer is an element with reflective properties the fiber optic back arranged. Thus also in the area radiation from the front of the Surface lighting system is emitted, the rays due to the defined limited Pass through the radiation angle undisturbed, has the optical element on the back also prefers such scattering properties that in this Area of the light guide radiation is deflected back.

Durch die Verwendung primärer Strahlungsquellen mit definiert begrenzten Abstrahlwinkel ist es vorteilhafterweise auf technisch einfache Weise möglich, den Verlauf der Strahlung innerhalb der Lichtkacheln weitestgehend vorherzubestimmen. Die streuenden und/oder reflektierenden Elemente auf der Rückseite der Lichtleiter und die Neigung der Lichtleiter-Rückseite werden so ausgewählt, dass das in einen Lichtleiter eingekoppelte Licht über die Länge einer Lichtkachel weitestgehend vollständig homogen abgestrahlt wird, indem sozusagen das Licht „gleichmäßig verbraucht" wird. Auf diese Weise wird zudem in der Regel der größte Teil der eingekoppelten Strahlung von der Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems abgestrahlt.By the use of primary Radiation sources with defined limited radiation angle, it is advantageous in a technically simple way, the course of the radiation within the light tiles as far as possible predict. The scattering and / or reflective elements on the back side the light guide and the slope of the light guide back are chosen that the coupled into a light guide light over the Length of one Light tile largely complete is homogeneously emitted by, so to speak, the light "evenly consumed." On this Way is also usually the largest part of the coupled radiation from the front of the surface lighting system radiated.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die primäre Strahlungsquelle im Wesentlichen punktförmig.at a preferred embodiment is the primary one Radiation source substantially punctiform.

„Im Wesentlichen punktförmig" oder „punktförmig" bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass die Ausdehnung der Strahlungsquelle gegenüber der entsprechenden Ausdehnung des Lichtleiter ist, dass eine weitere Verkleinerung der Abmessungen der Strahlungsquelle keinen wesentlichen Einfluss auf die Abstrahlcharakteristik des Oberflächenleuchtsystems hat. Im Zweifel bedeutet „im wesentlichen punktförmig" oder „punktförmig" insbesondere, dass die größten Schnittfläche des Lichtleiter, den der Strahlungskegel im Lichtleiter durchläuft mindestens halb so groß, bevorzugt zehnmal so groß, besonders bevorzugt hundertmal so groß ist, wie die Strahlung emittierende Fläche der Strahlungsquelle. In der Regel sind strahlungsemittierende Halbleiterchips, wie Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden in Verbindung mit typischen Abmessungen eines Lichtleiters für ein Oberflächenleuchtsystem, das etwa zur Hinterleuchtung eines Displays dient, als punktförmig anzusehen."Essentially punctiform "or" punctiform "means in the frame the invention that the extent of the radiation source with respect to the corresponding Extension of the light guide is that further reduction the dimensions of the radiation source no significant impact on the radiation characteristics of the surface lighting system has. In doubt means "im essential punctiform "or" punctiform "in particular that the largest sectional area of the Light guide, which passes through the radiation cone in the light guide at least half so big preferably ten times bigger, particularly preferably one hundred times as large as the radiation-emitting area the radiation source. As a rule, radiation-emitting semiconductor chips, like light emitting diodes (LEDs) or laser diodes in connection with typical ones Dimensions of a light guide for a surface luminous system, which serves for the backlighting of a display, for example, as punctiform.

Die Verwendung punktförmiger Strahlungsquellen bietet den Vorteil, dass die optisch wirksamen Elemente, die den Verlauf der in den Lichtleiter eingekoppelten Strahlung gezielt leiten, auf einfache Weise bestimmt werden können.The Use punctiform Radiation sources offers the advantage that the optically active elements, the course of the injected into the light guide radiation direct, easy to determine.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Oberflächenleuchtsystems werden als primäre Strahlungsquellen Leuchtdioden eingesetzt.In a preferred embodiment of the surface luminous system according to the invention be considered primary Radiation sources light emitting diodes used.

LEDs sind Bauteile, die elektromagnetische Strahlung emittieren, die in einer aktiven Photonen emittierenden Zone eines Halbleiterchips erzeugt wird. Solche Bauteile sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben.LEDs are components that emit electromagnetic radiation that in an active photon emitting region of a semiconductor chip is produced. Such components are known to the person skilled in the art and are therefore not closer at this point described.

Im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Strahlungsquellen zeichnen sich LEDs durch einen definiert begrenzten Abstrahlwinkel aus. Sie bieten zudem eine Reihe von Vorteilen wie hohe Lebensdauer und geringen Energieverbrauch.in the Compared to conventional used radiation sources, LEDs are defined by a defined limited beam angle. They also offer a number of benefits such as long life and low energy consumption.

An der Vorderseite des Lichtleiters ist vorzugsweise ein Auskoppelelement angeordnet, das die von der Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems emittierte Strahlung entsprechend einer gewünschten Charakteristik auskoppelt. Das Auskoppelelement ist vorzugsweise durchlässig für die von der Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems emittierten Strahlung.At the front of the light guide is in front a decoupling element is preferably arranged, which decouples the radiation emitted by the front side of the surface illumination system according to a desired characteristic. The decoupling element is preferably permeable to the radiation emitted by the front side of the surface illumination system.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Auskoppelelement vorgesehen, die Strahlung in Richtung der Flächennormalen der Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems zu lenken. Die Strahlung wird so im Wesentlichen senkrecht zur Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems abgegeben, so dass die Strahlungsintensität, die ein Beobachter wahrnimmt oder von einem Detektor gemessen werden kann, davon abhängig ist, an welcher Position vor der Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems er sich befindet. Die Strahlungsintensität ist maximal bei einer Position frontal vor dem Oberflächenleuchtsystem. Ein Oberflächenleuchtsystem mit dieser Abstrahlcharakteristik eignet sich insbesondere zur Hinterleuchtung von Displays.at a preferred embodiment the decoupling element is provided, the radiation in the direction of surface normal the front of the surface lighting system to steer. The radiation is thus substantially perpendicular to the front of the Surface lighting system so that the radiation intensity perceived by an observer or can be measured by a detector dependent on at which position in front of the front of the surface lighting system he is located. The radiation intensity is maximum at one position frontal in front of the surface lighting system. A surface lighting system with this emission characteristic is particularly suitable for backlighting of displays.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Auskoppelelement vorgesehen, die von der Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems emittierte Strahlung von jedem Punkt der Vorderseite isotrop in alle Raumrichtungen der Halbebene auszukoppeln, die von der lichtabstrahlenden Vorderseite begrenzt wird. Die Strahlungsintensität eines solchen Oberflächenleuchtsystems, die ein Beobachter wahrnimmt oder Detektor misst, der vor dem Oberflächenleuchtsystem positioniert ist, ist weitestgehend unabhängig von dessen Position. Ein Oberflächenleuchtsystem mit einer solchen Abstrahlcharakteristik eignet sich insbesondere als Leuchtmittel in Designanordnungen oder Leuchten.at a further preferred embodiment is the decoupling element provided from the front of the Surface luminous system emitted Radiation from each point of the front isotropic in all spatial directions the half-plane bounded by the light-emitting front becomes. The radiation intensity such a surface luminous system, which an observer perceives or measures a detector in front of the surface illumination system is largely independent of its position. One Surface lighting system with such a radiation characteristic is particularly suitable as lighting in design arrangements or luminaires.

Bevorzugt kann das Auskoppelelement eine Strukturierung der Vorderseite des Lichtleiters umfassen. Das Auskoppelelement kann eine direkte Strukturierung der Lichtleiter-Vorderseite sein. Weiterhin kann es eine direkte Strukturierung der Lichtleiter-Vorderseite und zusätzliche gesonderte Elemente umfassen, wie beispielsweise eine optisch wirksame Folie, die an der Vorderseite des Lichtleiters angeordnet ist. Eine solche Folie kann beispielsweise eine strahlungsdurchlässige Folie sein, die prismenförmige Strukturen an der Oberfläche aufweist (Prismenfolie). Die prismenförmige Strukturierung lenkt rückseitig einfallendes Licht in Richtung der Flächennormalen der Strahlung emittierenden Vorderseite und homogenisiert so die Abstrahlcharakteristik der Beleuchtungseinrichtung.Prefers the Auskoppelelement structuring the front of the Include light guide. The decoupling element can be a direct structuring be the light guide front. Furthermore, it can be a direct Structuring the fiber optic front and additional comprise separate elements, such as an optically active film, which is arranged on the front side of the light guide. Such Foil may be, for example, a radiation-transparent film, the prismatic structures on the surface has (prism sheet). The prism-shaped structuring directs on the back incident light in the direction of the surface normal of the radiation emitting front and homogenized so the radiation characteristics the lighting device.

Die streuenden und/oder reflektierenden Elemente an der Lichtleiter-Rückseite bestehen bevorzugt aus diffus reflektierenden Folien. Solche Folien besitzen den Vorteil, dass sie kostengünstig sind, geringes Gewicht haben und einfach verarbeitet werden können.The scattering and / or reflective elements on the light guide back are preferably made of diffuse reflective films. Such slides have the advantage that they are inexpensive, light weight have and can be easily processed.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Oberflächenleuchtsystems können das streuenden und oder reflektierende Element an der Lichtleiter-Rückseite auch eine direkte Strukturierung der Lichtleiter-Rückseite umfassen. Das streuende und/oder reflektierende Element kann eine direkte Strukturierung der Lichtleiter-Rückseite sein. Es kann auch eine direkte Strukturierung der Lichtleiter-Rückseite und zusätzlich gesonderte optisch wirksame Element umfassen. So kann die Lichtleiter-Rückseite beispielsweise aufgeraut sein, so dass sie Strahlung streut und gleichzeitig einen zusätzlichen Reflektor aufweisen, der die Strahlung reflektiert.at a further preferred embodiment of the surface luminous system can that scattering and or reflective element on the light guide back also a direct structuring of the optical fiber back include. The scattering and / or reflective element can be a direct structuring of the light guide back. It can also a direct structuring of the optical fiber backside and additionally separate comprise optically active element. So can the fiber optic back for example, be roughened so that it scatters radiation and at the same time an additional Have reflector that reflects the radiation.

Geeignet als streuende und/oder reflektierende Strukturen auf der Rückseite der Lichtleiter ist beispielsweise eine Treppenstruktur. Eine solche Treppenstruktur wirkt als gerichtete Streuoptik, die Strahlung in Richtung der Vorderseite des Lichtleiters lenkt. Strukturierungen, die als gerichtete Streuoptiken wirken, sind in der Regel Strukturierungen, die eine räumliche Vorzugsrichtung aufweisen und Elemente beinhalten, die einfallende Strahlung streuen.Suitable as scattering and / or reflective structures on the back the light guide is for example a staircase structure. Such a stair structure acts as a directional scattering optics, the radiation towards the front of the light guide directs. Structuring, as directional scattering optics are structurings that are spatial in nature Preferred direction and include elements that incident Scatter radiation.

Bevorzugt befindet sich an der Einkoppelfläche des Lichtleiters ein optisch wirksames Einkoppelelement, das die elektromagnetische Strahlung der primären Lichtquelle entsprechend einer gewünschten Charakteristik in den Lichtleiter einkoppelt. Das Einkoppelelement kann bei einer bevorzugten Ausführungsform des Oberflächenleuchtsystems eine direkte Strukturierung der Einkoppelfläche umfassen. Es kann beispielsweise eine direkte Strukturierung der Einkoppelfläche, eine Linse, ein Linsensystem, ein diffraktives optisches Element oder eine Kombination hiervon sein.Prefers is located at the coupling surface of the light guide an optically effective coupling element, the electromagnetic radiation of the primary light source accordingly a desired one Characteristic coupled into the light guide. The coupling element may in a preferred embodiment of the surface luminous system comprise a direct structuring of the coupling surface. It can, for example a direct structuring of the coupling surface, a lens, a lens system, a be diffractive optical element or a combination thereof.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einkoppelelement vorgesehen, die Strahlung der primären Strahlungsquellen parallel zur Vorderseite des Oberflächenleuchtsystems auszurichten. Der Verlauf paralleler Strahlen in Lichtleitern sowie ihr Verhalten an den Grenzflächen der Lichtleiter kann besonders einfach berechnet werden. Dies bietet den Vorteil, dass das System hinsichtlich einer vorgesehenen Abstrahlcharakteristik einfacher optimiert werden kann.at a preferred embodiment the coupling element is provided, the radiation of the primary radiation sources align parallel to the front of the surface lighting system. The course of parallel rays in light guides and their behavior at the interfaces The light guide can be calculated very easily. This offers the Advantage that the system in terms of a planned radiation characteristic can be optimized more easily.

Generell kann zur gezielten Lichtverteilung jede Oberfläche des Lichtleiters mit optisch wirksamen Strukturen versehen werden, die refraktiven und/oder diffraktiven Charakter besitzen können. Insbesondere müssen das streuende und/oder reflektierende Element an der Lichtleiter-Rückseite, das Auskoppelelement an der Lichtleiter-Vorderseite und das Einkoppelelement an der Einkoppelfläche jeweils keine gesonderten Elemente sein, sondern können durch entsprechende Strukturierungen der jeweiligen Oberfläche in den Lichtleiter integriert werden. Sie können weiterhin auch durch eine Kombination von einer direkten Strukturierung der jeweiligen Oberfläche mit einem oder mehreren gesonderten Elementen gebildet werden.In general, each surface of the light guide can be provided with optically active structures for targeted light distribution, which may have a refractive and / or diffractive character. In particular, the scattering and / or reflective element at the back of the light guide, the outcoupling element at the light guide front side and the coupling element at the coupling surface must each kei ne separate elements, but can be integrated by appropriate structuring of the respective surface in the light guide. Furthermore, they can also be formed by a combination of a direct structuring of the respective surface with one or more separate elements.

Auf den Oberflächen oder im Inneren der Lichtleiter kann sich weiterhin bevorzugt Wellenlängenkonversionsmaterial befinden. Wellenlängenkonversionsmaterialien sind Stoffe, die die Wellenlänge von einfallendem Licht in eine andere umwandelt. Sie sind beispielsweise in der Druckschrift WO 98/12757 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.On the surfaces or in the interior of the optical waveguide may also be preferred wavelength conversion material are located. Wavelength conversion materials are substances that are the wavelength of transforming incident light into another. They are for example described in the document WO 98/12757 A1, the disclosure of which insofar hereby by reference is recorded.

Wellenlängenkonversionsmaterialien werden beispielsweise auf blaue LEDs aufgebracht, um einen Teil der blauen Primärstrahlung in gelbes Licht zu verwandeln, das sich mit dem restlichen blauen Licht mischt und so einen weißen Farbeindruck beim Betrachter hinterlässt. Ebenso können Wellenlängenkonversionsmaterialien auf LEDs aufgebracht werden, die Licht im ultravioletten Bereich emittieren, um so weißes oder mischfarbiges Licht zu erzeugen.Wavelength conversion materials are applied to blue LEDs, for example, to a part the blue primary radiation to turn into yellow light that deals with the remaining blue light mixes and so a white Color impression leaves the viewer. Likewise, wavelength conversion materials be applied to LEDs, the light in the ultraviolet range emit so white or to create mixed-color light.

Befindet sich Wellenlängenkonversionsmaterial auf der Vorderseite oder im Inneren der Lichtleiter, ist es nicht mehr nötig, die LEDs einzeln mit Wellenlängenkonversionsmaterial zu beschichten, um Licht der gewünschten Farbe zu erhalten. Dies bietet einige Vorteile aus produktionstechnischer Sicht.is wavelength conversion material on the front or inside the light guide, it is not more necessary, the LEDs individually with wavelength conversion material to coat, to light the desired To get color. This offers some advantages from production engineering View.

Bei Verwendung von Wellenlängenkonversionsmaterial, dass elektromagnetische Strahlung des ultravioletten Bereiches (UV-Strahlung) zumindest teilweise in sichtbares Licht konvertiert, können insbesondere LEDs als primäre Strahlungsquellen verwendet werden, die elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im ultravioletten Bereich emittieren. Beispielsweise kann hierbei Wellenlängenkonversionsmaterial verwendet werden, dass einen Teil der UV-Strahlung der primären Strahlungsquellen in gelbes Licht und einen anderen Teil in blaues Licht umwandelt um ein Oberflächenleuchtsystem zu erhalten, das im Betrieb Licht abstrahlt, das einen weißen Farbeindruck beim Betrachter hinterlässt.at Use of wavelength conversion material, that electromagnetic radiation of the ultraviolet range (UV radiation) at least partially In particular, LEDs can be converted into visible light primary Radiation sources are used, the electromagnetic radiation with wavelength emit in the ultraviolet range. For example, hereby Wavelength conversion material be used that part of the UV radiation of the primary radiation sources in yellow light and another part in blue light a surface lighting system to receive, which emits light in operation, the a white color impression leaves the viewer behind.

Neben Wellenlängenkonversionsstoffen können die Lichtleiter im Inneren auch andere optisch wirksame Elemente wie beispielsweise Streupartikel oder Hologramme enthalten, mit denen sich ebenfalls die Abstrahlcharakteristik des Oberflächenleuchtsystems positiv beeinflussen lassen.Next Wavelength conversion materials can be the Fiber optics inside also other optically effective elements like For example, scattering particles or holograms contain, with which also the radiation characteristic of the surface luminous system positively influence.

Bevorzugt sind die benachbarten Flächen der Lichtleiter untereinander so verbunden, dass keine Luftspalte zwischen ihnen bestehen. Hierdurch kann verhindert werden, dass eventuell vorhandene Reststrahlung am Ende einer Lichtkachel auf Grund des Brechungsindexunterschiedes zwischen Lichtleitermaterial und Luft vermehrt Richtung Einkoppelbereich zurückreflektiert wird.Prefers are the neighboring areas of the Fiber optic interconnected so that no air gaps between insist on them. This can prevent that eventually existing residual radiation at the end of a light tile due to Refractive index difference between optical fiber material and air increasingly reflected back to the coupling region.

Die Lichtleiter können beispielsweise mit Klebstoffen oder einer Vergussmasse verbunden werden. Prinzipiell eignen sich alle Fügematerialien, die ähnliche optische Eigenschaften wie das Lichtleitermaterial besitzen.The Light guides can For example, be associated with adhesives or a potting compound. In principle, all joining materials are similar have optical properties such as the optical fiber material.

Bevorzugt umfasst eine Oberflächenleuchtsystem mindestens zwei primäre Strahlungsquellen, die so angeordnet sind, dass sich die optischen Achsen mindestens zweier primärer Strahlungsquellen schneiden. Hierdurch kann eine homogenere Ausleuchtung der Lichtleiter und damit eine homogenere Abstrahlcharakteristik des Oberflächenleuchtsystems erreicht werden.Prefers includes a surface lighting system at least two primary Radiation sources, which are arranged so that the optical Axes of at least two primary Cut radiation sources. This allows a more homogeneous illumination the light guide and thus a more homogeneous radiation characteristic of the surface luminous system be achieved.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Oberflächenleuchtsystems ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1a, 1b, 2a bis 2d, 3a, 3b, 4a bis 4c, 5a, 5b, 6a und 6b näher erläuterten Ausführungsbeispielen.Further advantages and advantageous embodiments of the surface lighting system will become apparent from the following in connection with the 1a . 1b . 2a to 2d . 3a . 3b . 4a to 4c . 5a . 5b . 6a and 6b closer explained embodiments.

Es zeigen:It demonstrate:

1a, ein Diagramm der lokalen Helligkeitsverteilung I(x) eines nicht zur Erfindung gehörenden Oberflächenleuchtsystems aus zwei Lichtleitern, in die seitlich jeweils eine isotrope Strahlungsquelle einkoppelt, wobei eine Schnittdarstellung des Oberflächenleuchtsystems unterhalb der x-Achse des Diagramms schematisch abgebildet ist, 1a , a diagram of the local brightness distribution I (x) of a not belonging to the invention surface luminous system of two light guides, laterally coupled in each case an isotropic radiation source, wherein a sectional view of the surface luminous system is shown schematically below the x-axis of the diagram

1b, ein Diagramm der lokalen Helligkeitsverteilung I(x) eines Oberflächenleuchtsystems aus zwei Lichtleitern, in die seitlich jeweils Strahlungsquellen mit definiertem begrenztem Abstrahlwinkel einkoppeln, wobei eine Schnittdarstellung des Oberflächenleuchtsystems unterhalb der x-Achse des Diagramms schematisch abgebildet ist, 1b , a diagram of the local brightness distribution I (x) of a surface illumination system consisting of two light guides into which radiation sources with a defined limited radiation angle are coupled laterally, wherein a sectional representation of the surface illumination system is shown schematically below the x-axis of the diagram,

2a, eine schematische Schnittdarstellung eines Oberflächenleuchtsystems gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels und der im Inneren und an den Grenzflächen der Lichtkacheln verlaufenden Strahlen, 2a FIG. 4 is a schematic sectional view of a surface illumination system according to a first embodiment and the rays running inside and at the interfaces of the light tiles. FIG.

2b, eine schematische Schnittdarstellung einer Lichtkachel und Verlauf der Strahlen im Inneren und an den Grenzflächen der Lichtkachel, 2 B , a schematic sectional view of a light tile and course of the rays in the interior and at the interfaces of the light tile,

2c, eine schematische Schnittdarstellung eines nicht zur Erfindung gehörenden Oberflächenleuchtsystems ohne optische Elemente auf den Vorderseiten, ohne Reflektoren auf den Rückseiten der Lichtleiter und ohne Verklebung der Lichtleiterkanten und der im Inneren und an den Grenzflächen der Lichtkacheln verlaufenden Strahlen, 2c , A schematic sectional view of a not belonging to the invention surface luminous system without optical elements on the Front sides, without reflectors on the backs of the light guides and without gluing of the light guide edges and the rays running inside and at the interfaces of the light tiles,

2d, eine schematische Schnittdarstellung eines Oberflächenleuchtsystems analog zu dem von 2a, jedoch ohne Verklebung der Lichtleiterkanten und Darstellung des Lichtverlaufs im Inneren und an den Grenzflächen der Lichtleiter, 2d , A schematic sectional view of a surface lighting system analogous to that of 2a , but without gluing the fiber edges and showing the light path inside and at the interfaces of the light guides,

3a, eine schematische Schnittdarstellung einer Lichtkachel, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 3a , a schematic sectional view of a light tile, according to an embodiment of the invention,

3b, eine weitere schematische Schnittdarstellung einer Lichtkachel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, 3b , a further schematic sectional view of a light tile according to a further exemplary embodiment of the invention,

4a, eine weitere schematische Schnittdarstellung einer Lichtkachel, gemäß einem weiterem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 4a FIG. 4 is a further schematic sectional view of a light tile, according to a further exemplary embodiment of the invention, FIG.

4b, eine weitere schematische Schnittdarstellung einer Lichtkachel, gemäß einem weiterem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und schematische Darstellung des Lichtverlaufs im Inneren und an den Grenzflächen des Lichtleiters, 4b 5 is a further schematic sectional view of a light tile according to a further exemplary embodiment of the invention, and a schematic representation of the light profile in the interior and at the interfaces of the light guide,

4c, eine vergrößerte Darstellung des Einkoppelbereichs der Lichtkachel aus 4b und Darstellung des Lichtverlaufes innerhalb des Einkoppelbereiches, 4c , An enlarged view of the coupling region of the light tile 4b and representation of the light path within the coupling region,

5a, eine schematische Schnittdarstellung eines Beleuchtungssystems gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, 5a , a schematic sectional view of a lighting system according to another embodiment,

5b, schematische perspektivische Draufsicht eines Oberflächenleuchtsystem gemäß 5a mit einer Linsenleiste vor der Lichtkachel, und 5b , schematic perspective plan view of a surface lighting system according to 5a with a lens bar in front of the light tile, and

6a und 6b, schematische Draufsichten auf eine Lichtkachel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. 6a and 6b , schematic plan views of a light tile according to another embodiment of the invention.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente der Figuren sind grundsätzlich nicht als maßstabsgetreu anzusehen. Vielmehr können sie zum besseren Verständnis teilweise übertrieben groß dargestellt sein.In the embodiments and figures are the same or equivalent components respectively provided with the same reference numerals. The illustrated elements the figures are basically not as true to scale to watch. Rather, you can for a better understanding partially exaggerated shown big be.

Im Gegensatz zum Stand der Technik (vergleiche 1a) stellt sich bei der vorliegenden Erfindung aufgrund der Ver wendung primärer Strahlungsquellen 2 mit definiertem begrenztem Abstrahlwinkel das Problem, dass ohne weitere Maßnahmen hohe Strahlungsintensitäten in der Regel an dem Ende 5 des Lichtleiters 1 auftreten, das der Einkoppelfläche 3 gegenüberliegt (vgl. 1b).In contrast to the prior art (see 1a ) arises in the present invention due to the use of primary radiation sources 2 with defined limited radiation angle the problem that without further action high radiation intensities usually at the end 5 of the light guide 1 occur, the coupling surface 3 opposite (cf. 1b ).

Als primäre Strahlungsquelle 2 mit definiertem begrenztem Abstrahlwinkel dienen beispielsweise LEDs. LEDs sind auf Grund ihrer Abmessungen in der Regel punktförmige Strahlungsquellen 2. Eine LED kann beispielsweise eine Höhe von 0.6 mm, eine Breite von 0.8 mm und eine Länge von 1.7 mm haben. Ein geeigneter Lichtleiter hat in der Regel mindestens eine Höhe, die doppelt so groß ist, wie die Höhe der LED. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auch andere Bauelemente als primäre Strahlungsquellen 2 für das Oberflächenleuchtsystem eingesetzt werden können, die und sich durch einen definiert begrenzten Abstrahlwinkel auszeichnen, wie beispielsweise Laserdioden, die in der Regel punktförmige Strahlungsquellen sind.As primary radiation source 2 for example, LEDs are used with a defined limited radiation angle. Due to their dimensions, LEDs are usually punctiform radiation sources 2 , For example, an LED may have a height of 0.6 mm, a width of 0.8 mm, and a length of 1.7 mm. A suitable light guide usually has at least a height that is twice as high as the height of the LED. It should be noted at this point that other components than primary radiation sources 2 can be used for the surface lighting system, which are characterized by a defined limited radiation angle, such as laser diodes, which are usually punctiform radiation sources.

Das Oberflächenleuchtsystem gemäß 2a beinhaltet mehrere Lichtleiter 1 mit seitlicher Einkoppelfläche 3, in die die primären Strahlungsquellen 2 einkoppeln. Die primären Strahlungsquellen 2 und die Lichtleiter 1 sind jeweils auf einzelne Träger 9 montiert und bilden so eine Lichtkachel. Diese Lichtkacheln sind auf einem weiteren Träger 10 derart zu einem Lichtkachelverbund angeordnet, dass Vorderseiten 6 im Wesentlichen die Strahlung emittierende Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems bilden. Jeder Lichtleiter 1 weist auf seiner Rückseite 4 eine streuendes und/oder reflektierendes Element 41 auf, wie beispielsweise eine Folie, die diffus reflektiert. Eine solche Folie kann beispielsweise den Kunststoff POCAN enthalten. Auf der Vorderseite 60 des Oberflä chenleuchtsystems befinden sich eine oder mehrere optisch wirksame Folien, wie beispielsweise eine Prismenfolie 63. Die Kanten 7 der Lichtleiter 1 sind so verbunden, dass keine Luftspalte zwischen ihnen bestehen. Dies kann z. B. durch Verkleben erreicht werden. Alternativ können die Lichtleiter 1 beispielsweise auch vergossen werden.The surface lighting system according to 2a includes several optical fibers 1 with lateral coupling surface 3 into which the primary radiation sources 2 inject. The primary sources of radiation 2 and the light guides 1 are each on individual carriers 9 mounted and form a light tile. These light tiles are on another support 10 arranged in such a light tile composite that front pages 6 essentially the radiation emitting front side 60 of the surface luminous system. Every light guide 1 indicates on its back 4 a scattering and / or reflective element 41 on, such as a foil that diffusely reflects. Such a film may contain, for example, the plastic POCAN. On the front side 60 the Oberflä chenleuchtsystems are one or more optically active films, such as a prism sheet 63 , The edges 7 the light guide 1 are connected so that there are no air gaps between them. This can be z. B. can be achieved by gluing. Alternatively, the light guides 1 for example, be shed.

Wie die schematische Darstellung der Strahlen in 2b zeigt, wird die Strahlung der punktförmigen primären Strahlungsquelle 2 aufgrund des definiert begrenzten Abstrahlwinkels α in Form eines Kegels in den Lichtleiter 1 eingekoppelt. Die Strahlen legen innerhalb des Lichtleiters 1 einen gewissen Weg entlang der Strahlung emittierenden Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems zurück und treffen je nach Position innerhalb des Strahlungskegels früher oder später auf die Lichtleiter-Rückseite 4, die der Einkoppelfläche 3 entgegengeneigt ist. Der diffuse Reflektor 41 auf der Lichtleiter-Rückseite 4 verhindert zum einen, dass Strahlung durch die Lichtleiter-Rückseite 4 austreten kann und streut zum anderen aufgrund seines diffusen Charakters Strahlung zurück in Richtung des Einkoppelbereich 31. Dadurch wird auch Licht im Bereich des Einkoppelbereichs 31 von der Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems abgestrahlt, der ansonsten dunkel erscheinen würde.Like the schematic representation of the rays in 2 B shows, the radiation of the point-shaped primary radiation source 2 due to the defined limited emission angle α in the form of a cone in the light guide 1 coupled. The rays lay inside the light guide 1 some way along the radiation-emitting front 60 of the surface illumination system and, depending on the position within the radiation cone, sooner or later hit the back of the light guide 4 , the coupling surface 3 is inclined towards. The diffuse reflector 41 on the fiber optic back 4 prevents radiation from passing through the back of the light guide 4 On the other hand, due to its diffuse character, it can scatter radiation back towards the coupling region 31 , As a result, light is also in the range of Einkoppelbe Reich 31 from the front 60 of the surface lighting system that would otherwise appear dark.

Die optischen Folien auf der Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems dienen als Auskoppelelemente 62 und haben ebenfalls die Aufgabe, eine homogene Abstrahlcharakteristik zu erzeugen. Insbesondere eine Prismenfolie 63 richtet die Strahlen an der Grenzfläche Oberflächenleuchtsystem/Luft in Richtung der Normalen der Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems.The optical films on the front 60 of the surface luminous system serve as decoupling elements 62 and also have the task of producing a homogeneous radiation characteristic. In particular, a prism sheet 63 directs the rays at the interface surface light system / air in the direction of the normal of the front 60 of the surface luminous system.

Durch die Verklebung der Lichtleiterkanten 7 werden größere Brechungsindexunterschiede innerhalb der Bereiche, die die Strahlung bis zur Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems durchqueren müssen, vermieden. Dies trägt weiterhin zu einer homogenen Abstrahlcharakteristik des Oberflächenleuchtsystems bei.By gluing the fiber optic edges 7 be larger refractive index differences within the areas that the radiation to the front 60 of the surface luminous system must be avoided. This further contributes to a homogeneous radiation characteristic of the surface luminous system.

Zur Illustration der Wirkung der diffusen Reflektoren 41 auf den Lichtleiter-Rückseiten 4, der Prismenfolie 63 auf der Vorderseite des Lichtleiterverbundes und der Verklebung der Lichtleiterkanten 7 ist in 2b der Verlauf der Strahlen innerhalb eines Oberflächenleuchtsystems schematisch dargestellt, dem diese Elemente im Vergleich zum Oberflächenleuchtsystem in 2a fehlen.To illustrate the effect of the diffuse reflectors 41 on the fiber optic backs 4 , the prism sheet 63 on the front of the fiber optic network and the gluing of the fiber optic edges 7 is in 2 B the course of the rays within a surface luminous system shown schematically, these elements compared to the surface luminous system in 2a absence.

Aufgrund des fehlenden diffusen Reflektors 41 auf der Lichtleiter-Rückseite 4 kann Strahlung an diesen Stellen austreten, wodurch generell die Helligkeit des Oberflächenleuchtsystems herabgesetzt wird. Weiterhin erscheint das Oberflächenleuchtsystem in der Nähe der Einkoppelbereiche 31 dunkel, da keine Strahlung von dem diffusen Reflektor 41 von der Lichtleiter-Rückseite 4 wieder in Richtung Einkoppelbereich 31 zurückgestreut wird.Due to the lack of diffuse reflector 41 on the fiber optic back 4 Radiation can escape at these points, which generally reduces the brightness of the surface lighting system. Furthermore, the surface lighting system appears in the vicinity of the coupling areas 31 dark, because no radiation from the diffuse reflector 41 from the fiber optic back 4 again in the direction of coupling area 31 is scattered back.

Das Fehlen der Prismenfolie 63 auf der Vorderseite des Lichtleiterverbundes, führt dazu, dass die Strahlen schräg von der Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems abgestrahlt werden. Dies vermindert generell die Helligkeit, die ein Beobachter wahrnimmt, der frontal vor dem Oberflächenleuchtsystem positioniert ist.The absence of the prism sheet 63 on the front of the fiber optic composite, causes the rays to be oblique from the front 60 of the surface luminous system are radiated. This generally reduces the brightness perceived by an observer who is positioned frontally in front of the surface illumination system.

Bestehen zwischen den Lichtleiterkanten 7 luftgefüllte Spalte, werden aufgrund des Brechungsindexunterschieds zwischen dem Material des Lichtleiters 1 und Luft Strahlen vermehrt an dieser Grenze total reflektiert und nachfolgend von der vorderseite 60 im Bereich der Lichtleiterkanten 7 abgestrahlt. Dies führt in der Regel zu hellen Streifen im Bereich der Lichtleiterkanten 7.Exist between the fiber optic edges 7 air-filled gaps are due to the refractive index difference between the material of the optical fiber 1 and air rays multiply reflected at this boundary and subsequently from the front 60 in the field of optical fiber edges 7 radiated. As a rule, this leads to bright stripes in the area of the optical fiber edges 7 ,

In 2c fehlt im Unterschied zur 2a die Verklebung der Lichtleiterkanten 7. Die schematische Darstellung des Strahlenverlaufs zeigt deshalb in diesem Bereich einen verstärkten Austritt von Strahlen an der Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems.In 2c is unlike the 2a the bonding of the optical fiber edges 7 , The schematic representation of the beam path therefore shows in this area an increased exit of rays at the front 60 of the surface luminous system.

Durch eine direkte Strukturierung der Oberflächen 3, 4, 6 des Lichtleiters 1 können optisch wirksame Elemente, wie das Einkoppelelement 32, das Auskoppelelement 62 und das streuende und/oder reflektierende Element 41 auch direkt in die Lichtleiter 1 integriert werden. So ist der Lichtleiter 1 des Ausführungsbeispiels gemäß 3a auf der Einkoppelfläche 3, auf der Lichtleiter-Rückseite 4 und auf der Lichtleiter-Vorderseite 6 mit Strukturierungen versehen. Die Strukturierung auf der Einkoppelfläche 3 dient der gezielten Einkopplung von Strahlung in den Lichtleiter 1, die Strukturierung auf der Rückseite 4 hat streuende Eigenschaften und kann beispielsweise durch Aufrauen der Oberfläche erzeugt werden und die Vorderseite 6 ist mit einer Auskoppeloptik 62 strukturiert. Zusätzlich ist an der Lichtleiter-Rückseite 4 ein Reflektor 42 angeordnet.By a direct structuring of the surfaces 3 . 4 . 6 of the light guide 1 can optically active elements, such as the coupling element 32 , the decoupling element 62 and the diffusing and / or reflecting element 41 also directly into the light guide 1 to get integrated. So is the light guide 1 of the embodiment according to 3a on the coupling surface 3 , on the fiber optic back 4 and on the fiber optic front 6 provided with structuring. The structuring on the coupling surface 3 serves the targeted coupling of radiation into the light guide 1 , the structuring on the back 4 has scattering properties and can be produced for example by roughening the surface and the front 6 is with a coupling optics 62 structured. In addition, at the back of the light guide 4 a reflector 42 arranged.

Die Lichtleiter-Rückseite 4 kann auch mit gerichteten Streuoptiken 43 wie beispielsweise einer Treppenstruktur 44 versehen sein (vgl. 3b). Die Treppenstruktur kann beispielsweise Abmessungen zwischen einigen Millimetern bis zu einigen Mikrometern haben. Bei einer Neigung der Lichtleiter- Rückseite 4 von 45° gegenüber der Strahlung emittierenden Vorderseite 6 des Lichtleiters 1 wird die auf die Rückseite 4 des Lichtleiters 1 fallende Strahlung im Wesentlichen senkrecht zur Strahlung emittierenden Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems gelenkt.The fiber optic back 4 can also with directional scattering optics 43 such as a staircase structure 44 be provided (cf. 3b ). The staircase structure can have, for example, dimensions of a few millimeters to a few micrometers. At a slope of the light guide back 4 of 45 ° to the front emitting radiation 6 of the light guide 1 will be on the back 4 of the light guide 1 falling radiation substantially perpendicular to the radiation emitting front 60 directed the surface luminous system.

Bei geeigneter Wahl der Strukturierung kann unter Umständen auf einen zusätzlichen Reflektor 42 verzichtet werden.With a suitable choice of structuring may possibly on an additional reflector 42 be waived.

Das Volumen des Lichtleiters 1 kann im Wesentlichen durch eine Matrixmasse gebildet werden, die für die Strahlung der primären Strahlungsquellen 2 weitestgehend transparent ist, wie beispielsweise viele Kunststoffe oder Glas. In die Matrixmasse können optische Elemente 12 wie Hologramme oder Streupartikel eingebettet sein, die ebenfalls die Strahlungsverteilung innerhalb des Lichtleiters 1 gezielt beeinflussen.The volume of the light guide 1 can be essentially formed by a matrix mass, which is responsible for the radiation of the primary radiation sources 2 is largely transparent, such as many plastics or glass. Into the matrix mass can be optical elements 12 Like holograms or scattering particles embedded, which also has the radiation distribution within the light guide 1 targeted influence.

Die Lichtleiter 1 können weiterhin im Inneren oder an den Oberflächen Wellenlängenkonversionsmaterial 11 tragen, so dass die Strahlung der primären Strahlungsquellen 2 zumindest teilweise in Strahlung einer anderen Wellenlänge konvertiert wird. Auf diese Weise kann der Farbeindruck des von dem Oberflächenleuchtsystems emittierten Lichtes variiert werden.The light guides 1 may continue to be in the interior or on the surfaces of wavelength conversion material 11 wear, so that the radiation of the primary radiation sources 2 is at least partially converted into radiation of a different wavelength. In this way, the color impression of the light emitted by the surface lighting system can be varied.

Die Form der Lichtleiter-Rückseiten 4 beeinflusst den Strahlenverlauf innerhalb des Lichtleiters 1 und damit die gesamte Abstrahlcharakteristik des Oberflächenleuchtsystems wesentlich, da von ihr abhängt, welchen Weg die Strahlen innerhalb des Lichtleiters 1 entlang der Vorderseite 60 zurücklegen und an welchen Stellen sie auf die Lichtleiter-Rückseite 4 auftreffen.The shape of the fiber optic backs 4 influences the beam path within the light guide 1 and thus the overall radiation characteristics of the surface illumination system substantially, since it depends on which path the rays within the light guide 1 along the front 60 put back and where they on the light guide back 4 incident.

Weiterhin ist auch die Form der Lichtleiterfläche 8, die die Einkoppelfläche 3 mit der Vorderseite 6 verbindet, maßgeblich für den Verlauf der Strahlen innerhalb des Lichtleiters 1 und damit für die Abstrahlcharakteristik des Oberflächenleuchtsystems.Furthermore, the shape of the light guide surface is also 8th that the coupling surface 3 with the front 6 connects, decisive for the course of the rays within the light guide 1 and thus for the radiation characteristic of the surface luminous system.

Zur Optimierung der Abstrahlcharakteristik des Oberflächenleuchtsystems ist daher die Wahl geeigneter Geometrien der Lichtleiter-Rückseite 4 und der Verbindungsfläche 8 des Lichtleiters 1 zwischen Einkoppelfläche 3 und Vorderseite 6 von wesentlicher Bedeutung, wie das Ausführungsbeispiels gemäß 4a zeigt, bei dem diese Flächen 4, 8, jeweils im gestrichelten Bereich liegen kann. Die Lichtleiter-Rückseite 4 und die Verbindungsfläche 8 zwischen Einkoppelfläche 3 und Lichtleiter-Vorderseite 6 können auch konkav oder konvex gewölbt sein. Die genaue Form dieser Lichtleiterflächen hängt von mehreren Parametern ab, wie beispielsweise dem Öffnungswinkel α und der Fläche der primären Strahlungsquellen, sowie dem Lichtleitermaterial. Sind solche Parameter bekannt, kann die Form der Lichtleiterflächen in der Regel berechnet werden.To optimize the radiation characteristics of the surface lighting system, therefore, the choice of suitable geometries of the optical fiber back 4 and the interface 8th of the light guide 1 between coupling surface 3 and front side 6 essential, as the embodiment according to 4a shows where these surfaces 4 . 8th , each can be in the dashed area. The fiber optic back 4 and the interface 8th between coupling surface 3 and fiber optic front 6 may also be concave or convex. The exact shape of these optical fiber surfaces depends on several parameters, such as the aperture angle α and the area of the primary radiation sources, as well as the optical fiber material. If such parameters are known, the shape of the light guide surfaces can usually be calculated.

Zur Ausrichtung der Strahlen innerhalb des Lichtleiters 1 in Richtung der Strahlung emittierenden Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems kann die Lichtleiter-Rückseite 4 auch eine Treppenstruktur 44 beinhalten, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 4b und 4c.For aligning the rays within the light guide 1 in the direction of the radiation emitting front side 60 of the surface lighting system may be the optical fiber back 4 also a stair structure 44 include, as in the embodiment according to the 4b and 4c ,

Bei der Ausführungsform gemäß der 5a und 5b wird die lichtabstrahlende Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems im Wesentlichen durch eine Abdeckscheibe 61 gebildet, unter der, bevorzugt gewölbte, Reflektoren 42 angeordnet sind, die die Funktion der Lichtleiter-Rückseite 4 und der streuenden und/oder reflektierenden Elementen 41 an der Lichtleiter-Rückseite 4 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erfüllen. Seitlich der Reflektoren 42 befindet sich eine „virtuelle" Einkoppelfläche 3 über den die primären Strahlungsquellen 2 in den Einkoppelbereich 31 der Lichtkachel einkoppeln. Zur Parallelisierung der Strahlen ist bei dieser Ausführungsform ein Einkoppelelemente 32 wie z. B. eine Linse oder ein Linsensystem zwischen der Einkoppelfläche 3 und der primären Strahlungsquelle 2 angeordnet. Die Reflektoren 42 sind so geformt, dass die parallelen Strahlen von ihnen im Wesentlichen senkrecht zur lichtabstrahlenden Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems gelenkt werden.In the embodiment according to the 5a and 5b becomes the light-emitting front 60 the surface lighting system essentially by a cover 61 formed, under the, preferably curved, reflectors 42 are arranged, which is the function of the light guide back 4 and the scattering and / or reflective elements 41 at the light guide back 4 meet according to the embodiments described above. Side of the reflectors 42 there is a "virtual" coupling surface 3 over which the primary radiation sources 2 in the coupling area 31 couple in the light tile. For parallelization of the beams in this embodiment is a coupling elements 32 such as B. a lens or a lens system between the coupling surface 3 and the primary radiation source 2 arranged. The reflectors 42 are shaped so that the parallel rays of them are substantially perpendicular to the light-emitting front 60 of the surface luminous system.

Die primären Strahlungsquellen 2 können auch in Reihen vor der Einkoppelfläche 3 des Lichtleiters 1 angeordnet sein, wobei zwischen den primären Strahlungsquellen 2 und der Einkoppelfläche 3 eine Linsenleiste als Einkoppelelement 32 positioniert ist.The primary sources of radiation 2 can also be in rows in front of the coupling surface 3 of the light guide 1 be arranged, being between the primary radiation sources 2 and the coupling surface 3 a lens bar as a coupling element 32 is positioned.

Eine weitere Ausführungsform des Oberflächenleuchtsystems ist in den 6a und 6b gezeigt. Hierbei sind die Einkoppelbereiche 31 der Lichtleiter 1 so geformt, dass die primären Strahlungsquellen 2 innerhalb einer Ebene parallel zur Vorderseite 60 des Oberflächenleuchtsystems schräg zueinander in den Lichtleiter 1 einkoppeln, so dass sich die optischen Achsen der primären Strahlungsquellen 2 schneiden. Insbesondere können die primären Strahlungsquellen 2 bei dieser Ausführungsform so positioniert sein, dass sich die Strahlungskegel verschiedener primärer Strahlungsquellen 2 in einem möglichst großen Bereich überschneiden.Another embodiment of the surface lighting system is shown in FIGS 6a and 6b shown. Here are the Einkoppelbereiche 31 the light guide 1 shaped so that the primary radiation sources 2 within a plane parallel to the front 60 of the surface lighting system obliquely to each other in the light guide 1 couple, so that the optical axes of the primary radiation sources 2 to cut. In particular, the primary radiation sources 2 be positioned in this embodiment, that the radiation cone of different primary radiation sources 2 overlap in as large a range as possible.

Die primären Strahlungsquellen 2 sind beispielsweise auf ein flexible Leiterplatte 13 montiert, die gebogen werden kann und somit eine einfache Montage der primären Lichtquellen an den schräg geformten Einkoppelbereichen 31 ermöglicht.The primary sources of radiation 2 are for example on a flexible circuit board 13 mounted, which can be bent and thus easy mounting of the primary light sources at the obliquely shaped coupling areas 31 allows.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung selbstverständlich nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass alle Ausführungsformen in den Bereich der Erfindung fallen, denen deren im Allgemeinen Teil erläutertes grundsätzliches Prinzip zugrunde liegt. Gleichzeitig sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Elemente der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele untereinander kombiniert werden können.Of the completeness It should be noted, of course, that the invention does not apply, of course the embodiments limited is, but that all embodiments fall within the scope of the invention, whose generally Part explained fundamental Principle is based. At the same time it should be noted that the different elements of the different embodiments can be combined with each other.

Claims (19)

Oberflächenleuchtsystem, mit einer elektromagnetische Strahlung emittierenden Vorderseite (60), das beinhaltet: – mindestens einen Lichtleiter (1) mit einer der Strahlung emittierenden Vorderseite (60) des Oberflächenleuchtsystems zugewandten Lichtleiter-Vorderseite (6), einer von der Strahlung emittierenden Vorderseite (60) abgewandten Lichtleiter-Rückseite (4) und einer seitlichen Einkoppelfläche (3), durch die im Betrieb des Oberflächenleuchtsystems elektromagnetische Strahlung zwischen die Lichtleiter-Vorderseite (6) und die Lichtleiter-Rückseite (4) eingestrahlt wird, wobei die Lichtleiter-Rückseite (4) der Einkoppelfläche (3) entgegengeneigt ist, – mindestens eine primäre Strahlungsquelle (2) mit definiertem begrenztem Abstrahlwinkel, die geeignet ist, die in den Lichtleiter (1) einzukoppelnde elektromagnetische Strahlung zu emittieren, und – mindestens ein streuendes und/oder reflektierendes Element (41) an der Lichtleiter-Rückseite (4).Surface lighting system, with an electromagnetic radiation emitting front side ( 60 ), which includes: - at least one optical fiber ( 1 ) with a radiation emitting front side ( 60 ) of the surface illumination system facing the light guide front side ( 6 ), a front emitting radiation ( 60 ) facing away from the light guide back ( 4 ) and a lateral coupling surface ( 3 ), by which during operation of the surface lighting system electromagnetic radiation between the optical fiber front side ( 6 ) and the optical fiber back ( 4 ) is irradiated, wherein the optical fiber back ( 4 ) of the coupling surface ( 3 ), - at least one primary radiation source ( 2 ) with a defined limited angle of radiation, which is suitable in the light guide ( 1 ) to emit electromagnetic radiation to be coupled in, and - at least one scattering and / or reflecting of the element ( 41 ) at the back of the light guide ( 4 ). Oberflächenleuchtsystem nach Anspruch 1, bei dem die primäre Strahlungsquelle im Wesentlichen punktförmig ist.Surface lighting system according to claim 1, wherein the primary radiation source substantially punctual is. Oberflächenleuchtsystem nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die primäre Strahlungsquelle (2) mindestens eine LED umfasst.Surface luminous system according to one of the preceding claims, in which the primary radiation source ( 2 ) comprises at least one LED. Oberflächenleuchtsystem nach einem der obigen Ansprüche, mit mindestens einem Auskoppelelement (62) an der Vorderseite (6) des Lichtleiters (1), das die von der Vordersei te (6) des Oberflächenleuchtsystems emittierte Strahlung entsprechend einer gewünschten Charakteristik auskoppelt.Surface luminous system according to one of the above claims, with at least one decoupling element ( 62 ) on the front side ( 6 ) of the light guide ( 1 ), which is the one from the front ( 6 ) of the surface luminous system emits radiation corresponding to a desired characteristic. Oberflächenleuchtsystem nach Anspruch 4, bei dem das Auskoppelelement (62), die von der Vorderseite (60) des Oberflächenleuchtsystems emittierte Strahlung in Richtung der Flächennormalen der Vorderseite (60) des Oberflächenleuchtsystems lenkt.Surface luminous system according to Claim 4, in which the decoupling element ( 62 ), from the front ( 60 ) of the surface illumination system emitted in the direction of the surface normal of the front ( 60 ) of the surface lighting system. Oberflächenleuchtsystem nach Anspruch 4, bei dem das Auskoppelelement (62) vorgesehen ist, die von der Vorderseite (60) des Oberflächenleuchtsystems emittierte Strahlung von jedem Punkt der Vorderseite (60) isotrop in alle Raumrichtungen der Halbebene, die von der lichtabstrahlenden Vorderseite (60) begrenzt wird, auszukoppeln.Surface luminous system according to Claim 4, in which the decoupling element ( 62 ) provided by the front ( 60 ) of the surface luminous system emitted radiation from each point of the front ( 60 ) isotropic in all spatial directions of the half-plane, which differs from the light-emitting front ( 60 ) is limited, decouple. Oberflächenleuchtsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem das Auskoppelelement (62) eine Strukturierung der Vorderseite (6) des Lichtleiters (1) umfasst.Surface lighting system according to one of claims 4 to 6, wherein the decoupling element ( 62 ) a structuring of the front side ( 6 ) of the light guide ( 1 ). Oberflächenleuchtsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem das Auskoppelelement (62) eine strahlungsdurchlässige Folie (63) umfasst, die prismenförmige Strukturen an der Oberfläche aufweist.Surface lighting system according to one of claims 4 to 7, wherein the decoupling element ( 62 ) a radiation-transparent film ( 63 ) having prismatic structures on the surface. Oberflächenleuchtsystem nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das streuende und/oder reflektierende Element (41) auf der Rückseite (4) des Lichtleiters (1) eine diffus reflektierende Folie umfasst.Surface lighting system according to one of the preceding claims, in which the scattering and / or reflecting element ( 41 ) on the back side ( 4 ) of the light guide ( 1 ) comprises a diffusely reflecting film. Oberflächenleuchtsystem nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das streuende und/oder reflektierende Element (41) eine Strukturierung (14) der Rückseite (4) des Lichtlei ters (1) umfasst, die einfallende Strahlung streut und/oder reflektiert.Surface lighting system according to one of the preceding claims, in which the scattering and / or reflecting element ( 41 ) a structuring ( 14 ) the back ( 4 ) of the light conductor ( 1 ) which scatters and / or reflects incident radiation. Oberflächenleuchtsystem nach Anspruch 9, bei dem die Strukturierung eine Treppenstruktur (44) umfasst.Surface luminous system according to Claim 9, in which the structuring comprises a staircase structure ( 44 ). Oberflächenleuchtsystem nach einem der obigen Ansprüche, mit einem optisch wirksamen Einkoppelelement (32) an der Einkoppelfläche (3) des Lichtleiters (1), das die elektromagnetische Strahlung entsprechend einer gewünschten Charakteristik in den Lichtleiter (1) einkoppelt.Surface luminous system according to one of the above claims, having an optically active coupling element ( 32 ) at the coupling surface ( 3 ) of the light guide ( 1 ), the electromagnetic radiation corresponding to a desired characteristic in the light guide ( 1 ). Oberflächenleuchtsystem nach Anspruch 12, bei dem das Einkoppelelement (32) eine Strukturierung der Einkoppelfläche (3) des Lichtleiters (1) umfasst.Surface lighting system according to claim 12, wherein the coupling element ( 32 ) a structuring of the coupling surface ( 3 ) of the light guide ( 1 ). Oberflächenleuchtsystem nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem das Einkoppelelement (32) vorgesehen ist, die Strahlung der primären Strahlungsquelle (2) parallel zur Vorderseite (60) des Oberflächenleuchtsystems auszurichten.Surface lighting system according to one of claims 12 or 13, wherein the coupling element ( 32 ), the radiation of the primary radiation source ( 2 ) parallel to the front ( 60 ) of the surface lighting system. Oberflächenleuchtsystem nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zumindest Teile der Oberfläche des Lichtleiters (1) Wellenlängenkonversionsmaterial (11) umfasst.Surface lighting system according to one of the preceding claims, in which at least parts of the surface of the light guide ( 1 ) Wavelength conversion material ( 11 ). Oberflächenleuchtsystem nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Innere des Lichtleiters (1) optisch wirksame Elemente (12) umfasst.Surface lighting system according to one of the preceding claims, in which the interior of the light guide ( 1 ) optically active elements ( 12 ). Oberflächenleuchtsystem nach Anspruch 16, bei dem die optisch wirksamen Elemente (12) Streupartikel, Hologramme und/oder wellenlängenkonvertierende Leuchtstoffpartikel (11) sind.Surface luminescent system according to Claim 16, in which the optically active elements ( 12 ) Scattering particles, holograms and / or wavelength-converting phosphor particles ( 11 ) are. Oberflächenleuchtsystem nach einem der obigen Ansprüche, mit mindestens zwei Lichtleitern (1), die untereinander an den Kanten (7) so verbunden sind, dass keine Luftspalte zwischen ihnen bestehen.Surface luminous system according to one of the above claims, comprising at least two light guides ( 1 ), with each other at the edges ( 7 ) are connected so that there are no air gaps between them. Oberflächenleuchtsystem nach einem der obigen Ansprüche, mit mindestens zwei primären Strahlungsquellen (2), die so positioniert sind, dass sich ihre optischen Achsen schneiden.Surface luminous system according to one of the preceding claims, comprising at least two primary radiation sources ( 2 ) positioned so that their optical axes intersect.
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