DE60205806T2

DE60205806T2 - Linse für Leuchtdioden

Info

Publication number: DE60205806T2
Application number: DE60205806T
Authority: DE
Inventors: Robert S. West; Gary D. Sasser; James W. Stewart
Original assignee: Lumileds LLC
Current assignee: Lumileds LLC
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2022-04-27
Also published as: JP2003008068A; EP1255132B1; DE60205806D1; US20020163808A1; US6607286B2; TW565951B; EP1255132A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Licht emittierende Anordnungen und im Besonderen auf Licht emittierende Dioden (LEDs) mit Seitenemission.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
In 1A ist ein konventionelles LED-Modul 10 dargestellt. LED-Modul 10 weist eine halbkugelförmige Linse 12 einer vom Stand der Technik her bekannten Art auf. Modul 10 kann ebenfalls eine Reflektorschale (nicht dargestellt) aufweisen, in der ein LED-Chip (nicht dargestellt) vorgesehen ist, wobei von der Unterseite und den Seiten des LED-Chips emittiertes Licht zu dem Beobachter hin reflektiert wird. Bei anderen Modulen reflektieren andere Reflektorarten das von dem LED-Chip emittierte Licht in einer bestimmten Richtung.
Linse 12 erzeugt ein Beleuchtungsfeld 14 in etwa um eine Längsachse 16 des LED-Moduls 10. Die überwiegende Mehrheit des von einem LED-Modul 10 mit einer halbkugelförmigen Linse 12 emittierten Lichts wird von LED-Modul 10 nach oben weg emittiert, wobei lediglich ein geringfügiger Teil von den Seiten von LED-Modul 10 emittiert wird.
1B zeigt ein bekanntes LED-Modul 30 mit einer Längsachse 26. LED-Modul 30 weist einen LED-Chip 38, eine Linse 32 mit gerader, vertikaler Seitenwand 35 sowie einer trichterförmigen Oberseite 37 auf. Es sind zwei Hauptwege vorgesehen, auf welchen sich das Licht durch Modul 30 ausbreitet. Der erste Lichtweg P1 ist wünschenswert, wobei das Licht von Chip 38 emittiert wird und sich zur Oberfläche 37 hin ausbreitet, wo eine innere Totalreflexion (TIR) bewirkt, dass das Licht durch Seitenwand 35 in einem Winkel von etwa 90 Grad zu der Längsachse austritt. Bei dem zweiten Lichtweg P2 handelt es sich um Licht, welches von Chip 38 zur Seitenwand 35 in einem Winkel emittiert wird, welcher eine TIR oder eine Reflexion von Seitenwand 35 hervorruft, wodurch bewirkt wird, dass das Licht in einem, nicht unmittelbar senkrecht zu der Längsachse verlaufenden Winkel aus Modul 30 austritt. Dieser Weg ist nicht wünschenswert und begrenzt die Effizienz von Licht, welches von der Seite abgeleitet wird.
2 zeigt das konventionelle LED-Modul 10 von 1, welches entlang einem Rand eines Teils eines refraktiven Lichtleiters 20 gekoppelt ist. LED-Modul 10 ist am Rand von Lichtleiter 20 entlang der Breite desselben positioniert. Die von LED-Modul emittierten Lichtstrahlen R1, R2 und R3 breiten sich entlang der Länge von Lichtleiter 20 aus. 3 zeigt mehrere konventionelle LED-Module 10, welche entlang der Breite von Lichtleiter 20 von 2 angeordnet sind. Diese konventionellen LED-/Lichtleiterkombinationen sind ineffizient, da sie eine große Anzahl LED-Module 10 erforderlich machen, um den Lichtleiter auszuleuchten, und resultieren in Kopplungsineffizienzen auf Grund relativ kleiner Eintrittswinkel. Diese konventionellen LED-Module 10 müssen entlang der gesamten Länge einer Seite von Lichtleiter 20 angeordnet sein, um Lichtleiter 20 komplett auszuleuchten.
Linsen zur Erzeugung von radial kollimiertem Licht sind zum Beispiel aus WO 99/13266 A bekannt.
Es besteht die Notwendigkeit, dass ein LED-Modul effizient an flache Reflektoren und dünne Lichtleiter gekoppelt werden kann. Ebenso ist es bei einem LED-Modul erforderlich, dass diese sekundären, optischen Elemente relativ große beleuchtete Flächen aufweisen können.
Bei Licht emittierenden Anordnungen mit seitlicher Lichtemission können Lichtleiter und Reflektoren sehr dünne Profile mit großen beleuchteten Flächen aufweisen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Linse mit den Merkmalen von Anspruch 1, um von einer Licht emittierenden Diode emittiertes Licht zurückzuleiten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1A – ein konventionelles LED-Modul;
1B – ein weiteres konventionelles LED-Modul;
2 – einen Querriss eines konventionellen, randausgeleuchteten Lichtleiters;
3 – eine perspektivische Ansicht des Lichtleiters von 2;
4 – ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5A – einen Querriss des LED-Moduls von 4;
5B – einen Querriss der mit dem Gehäuse der Fassung des LED-Moduls in Eingriff stehenden Linse;
5C – eine Nahaufnahme des in 5B dargestellten Ineinandergreifens von Linse/Gehäuse;
5D – einen Querriss einer Linsenkappe, welche mit einem LED-Modul in Eingriff steht;
5E – Strahlenverläufe eines Ausführungsbeispiels einer Linse;
5F – Strahlenverläufe eines anderen Ausführungsbeispiels einer Linse;
5G – Strahlenverläufe eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Linse;
6 – eine Seitenemission des Lichts von dem LED-Modul von 4;
7A – einen Querriss der Seitenemission des Lichts von dem LED-Modul von 4 in zwei Lichtleiter;
7B – einen Querriss der Seitenemission des Lichts von dem LED-Modul von 4 in einen Lichtleiter;
7C – einen Querriss der Seitenemission des Lichts von dem LED-Modul von 4 in einen Lichtleiter;
7D – einen Querriss der Seitenemission des Lichts von dem LED-Modul von 4 in einen Lichtleiter
8 – eine perspektivische Ansicht eines Lichtleiters;
9A – einen Querriss des in einer Blindbohrung eines Lichtleiters angebrachten LED-Moduls von 4;
9B – einen Querriss des in einer Blindbohrung eines Lichtleiters angebrachten LED-Moduls von 4;
9C – einen Querriss des in einer Blindbohrung eines Lichtleiters angebrachten LED-Moduls von 4;
10 – einen Querriss des in einer Durchgangsbohrung eines Lichtleiters angebrachten LED-Moduls von 4;
11 – ein konventionelles LED-Modul, welches an einen Reflektor gekoppelt ist;
12 – das LED-Modul von 4 in Kombination mit einem flachen Reflektor.
Ähnliche oder identische Merkmale in den verschiedenen Figuren sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
4 zeigt ein Beispiel eines, eine Seitenemission vorsehenden LED-Moduls 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. LED-Modul 40 weist eine Längsachse 43, eine Fassung 42 und eine Linse 44 auf. Linse 44 ist mit Fassung 42 des LED-Moduls verbunden. Die Längsachse 43 des Moduls passiert den Mittelpunkt der Fassung 42 des LED-Moduls und der Linse 44. Wie aus 5A ersichtlich, trägt eine Oberfläche der Fassung 42 des LED-Moduls einen LED-Chip 52 (einen Halbleiterchip mit einem Licht emittierenden pn-Übergang), um Licht zu erzeugen. LED-Chip 52 kann verschiedene Formen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, einer abgeflachten, umgekehrten, pyramidenartigen (TIP) (dargestellt), einer kubischen, einer rechteckig kompakten oder halbkugelartigen Form aufweisen. LED-Chip 52 weist eine Unterseite auf, welche sich in Kontakt mit einem reflektierenden Material befinden oder mit einem solchen beschichtet sein kann. Obgleich LED-Chip 52 von allen Seiten Licht emittieren kann, ist Fassung 42 im Allgemeinen so ausgeführt, dass sie emittiertes Licht entlang der Längsachse des Moduls nach oben zu Linse 44 hin reflektiert. Solche Module sind konventionell und können einen Parabolreflektor aufweisen, bei welchem LED-Chip 52 auf einer Oberfläche von Modulfassung 42 angeordnet ist. Ein Modul dieser Art ist in US-Patent 4 920 404, welches auf den gegenwärtigen Rechtsnachfolger übertragen worden ist, dargestellt.
Linse 44 kann unter Anwendung verschiedener, allgemein bekannter Techniken, wie zum Beispiel „Diamond-Turning" (d.h. die Linse wird durch Drehen mit einem Diamantbohrmeißel geformt), Spritzgießen sowie Gießen, als separate Komponente hergestellt werden. Linse 44 wird aus einem transparenten Material, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, Cycloolefin-Copolymer (COC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), PC/PMMA und Polyetherimid (PEI), gefertigt. Linse 44 weist einen Brechungsindex (n) auf, welcher zwischen 1,45 und 1,6, vorzugsweise 1,53, liegt, könnte jedoch einen Brechungsindex aufweisen, welcher, basierend auf dem verwendeten Material, höher oder niedriger ist. Alternativ kann Linse 44 unter Anwendung verschiedener Techniken, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, Spritzgießen (z.B. Insert-Technik) und Gießen, an LED-Modulfassung 42 und LED-Chip 52 angeformt werden.
Zwischen Linse 44 und LED-Chip 52 ist ein Volumen 54 vorgesehen. Das Volumen 54 kann zur Verhinderung einer Kontamination von LED 52 unter Verwendung von Silikon gefüllt und geschlossen werden. Das Volumen 54 kann sich ebenfalls in einem Vakuumzustand befinden, Luft oder ein anderes Gas enthalten oder mit einem optisch transparenten Harzmaterial, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, Harz, Silikon, Epoxidharz, gefüllt sein oder es kann Wasser oder ein Material mit einem Brechungsindex im Bereich von 1,4 bis 1,6 injiziert werden, um das Volumen 54 auszufüllen. Das Material im Inneren von Volumen 54 kann farbig sein, um als Filter zu wirken, damit eine Transmission des gesamten Spektrums des sichtbaren Lichts oder lediglich eines Teils desselben ermöglicht wird. Bei Verwendung von Silikon kann dieses hart oder weich sein. Die Linse 44 kann ebenfalls farbig sein, um als Filter zu wirken.
Linse 44 weist einen sägezahnförmigen, lichtbrechenden Teil 56 sowie einen trichterförmigen Teil 58 mit innerer Totalreflexion (TIR) auf. Der sägezahnförmige Teil 56 ist so ausgeführt, dass er Licht bricht und beugt, so dass das Licht von Linse 44 in einem, so nah wie möglich an 90 Grad zu der Längsachse 43 des Moduls herankommenden Winkel austritt. Die sägezahnförmigen oder lichtbrechenden Oberflächen 59 des sägezahnförmigen Teils 56 sind sämtlich lichtdurchlässig. Es kann eine beliebige Anzahl Sägezähne 59 innerhalb eines sägezahnförmigen Teils 56 einer vorgegebenen Länge verwendet werden; vorzugsweise ist mindestens ein Sägezahn vorgesehen. Linse 44 kann als Einzelelement oder, alternativ, als separate, miteinander verbundene Elemente ausgebildet sein.
Der trichterförmige Teil 58 ist als eine TIR-Oberfläche ausgeführt. Die TIR-Oberfläche reflektiert Licht so, dass Licht von Linse 44 in einem, so nah wie möglich an 90 Grad zu der Längsachse 43 des LED-Moduls 40 herankommenden Winkel austritt. Etwa 33% des von LED-Chip 52 emittierten Lichts wird von der TIR-Oberfläche des trichterförmigen Teils 58 von Linse 44 reflektiert. Es kann auf der Oberseite des trichterförmigen Teils 58 eine Metallisierungsschicht (z.B. Aluminium) aufgebracht werden, um eine Lichtdurchlässigkeit durch die TIR-Oberfläche zu verhindern. Auf der Oberseite des trichterförmigen Teils 58 kann eine Beschichtung bzw. ein Film vorgesehen werden, um eine Beeinträchtigung der Linse zu verhindern, da PC unter Einwirken von UV-Licht beeinträchtigt wird.
Die Grenzfläche zwischen Linse 44 und LED-Modulfassung 42 kann unter Verwendung eines allgemein bekannten Dichtungsmaterials, wie zum Beispiel Vulkanisation bei Raumtemperatur (RTV) o.ä., ebenfalls verschlossen werden.
5B zeigt einen Querriss eines alternativen Eingreifens von Linse 44 in das Gehäuse 46 der LED-Modulfassung 42. Zum Zwecke einer deutlicheren Darstellung werden LED-Chip 52 sowie weitere Merkmale von Fassung 42 nicht gezeigt. Linse 44 kann durch verschiedene Befestigungsmethoden, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, Einrasten, Haftreibung, Verkerben durch Wärme, Verkleben sowie Ultraschall-Schweißen, ebenfalls an der LED-Modulfassung 42 angebracht werden. Die Merkmale von Linse 44, wie in 5B dargestellt, sind auf Linsen anwendbar, welche entweder als separate Komponente ausgebildet oder in der LED-Modulfassung 42 eingekapselt sind. 5C zeigt eine Nahaufnahme des in 5B dargestellten Ineinandergreifens von Linse/Gehäuse. Oberfläche S kann in Oberfläche R einrasten. Oberfläche S kann durch Haftreibung fest mit Oberfläche R verbunden werden. Oberfläche T kann unter Anwendung verschiedener Methoden, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, Kunststoff-Schweißen, Ultraschall-Schweißen sowie Linear-Schweißen, an Oberfläche U angeschweißt werden. Abdichten bzw. Verkleben umfasst mehrere mögliche Kombinationen, wobei zum Beispiel Oberfläche S und/oder T von Linse 44 mit Oberfläche R und/oder U von Gehäuse 46 verklebt bzw. gegen diese abgedichtet wird.
5D zeigt einen Querriss einer Linsenkappe 55, welche mit einem konventionellen LED-Modul 10 mit einer halbkugelförmigen Linse 12 in Eingriff steht. Linsenkappe 55 kann an Linse 12 von LED-Modul 10 mit Hilfe eines optischen Klebemittels befestigt werden. Linsenkappe 55 weist einen sägezahnförmigen, lichtbrechenden Teil 56 und einen reflektierenden, trichterförmigen Teil 58 auf, welche die gleichen und/oder ähnlichen Merkmale besitzen und auf die gleiche und/oder ähnliche Weise, wie oben und unten beschrieben, als lichtbrechende und TIR-Teile 56, 58 von Linse 44 arbeiten.
Die 5E, 5F und 5G zeigen Strahlenverläufe des Lichts durch Linsen mit verschiedenen Krümmungen auf der Oberseite der Linse. Die in den 5E–5G dargestellten Merkmale sind auf Linsen anwendbar, welche spritzgegossen, gegossen oder auf andere Weise ausgebildet werden. Etwa 33% des von LED-Chip 52 emittierten Lichts (nicht dargestellt; es wird gezeigt, wie Licht von dem Brennpunkt F des Chips emittiert wird) werden von der TIR-Oberfläche I reflektiert. 5E zeigt einen gekrümmten, trichterförmigen Teil 58, bei welchem Oberfläche I von einer Krümmung definiert wird, welche einen größeren Winkel als den kritischen Winkel für TIR beibehält, jedoch das Licht aus der Linse in einem Winkel von etwa 90 Grad zu der Längsachse 53 des Moduls richtet. 5F zeigt einen trichterförmigen Teil 58 mit gebogener Linie, bei welchem Oberfläche I von einer, in zwei lineare Teile gebogenen Linie definiert wird, jeweils in einem größeren Winkel als dem kritischen Winkel für TIR, wobei jedoch das Licht aus dem Modul in einem Winkel von etwa 90 Grad zu der Modulachse gerichtet wird. 5G zeigt einen linearen, trichter förmigen Teil 58, bei welchem Oberfläche I durch eine gerade Linie in einem größeren Winkel als dem kritischen Winkel für TIR definiert wird, wobei jedoch das Licht aus dem Modul in einem Winkel von etwa 90 Grad zu der Modulachse gerichtet wird.
In den 5E–5G arbeitet Oberfläche H mit Oberfläche I, um Licht senkrecht zu Längsachse 53 des Moduls zu emittieren. Der durch Oberfläche I definierte Winkel relativ zu dem Chip beträgt etwa 80 Grad. Die Oberflächen A, B, C, D & E weisen Oberflächensenkrechten so auf, dass der einfallende Lichtstrahl aus der Linse in einem Winkel von etwa 90 Grad zu der Längsachse 53 des Moduls gebrochen wird. Die Oberflächen F, G & H verlaufen in etwa parallel zu direkt einfallenden Lichtstrahlen, um die Menge des durch diese Oberflächen übertragenen, direkten Lichts zu minimieren. Oberflächen unterhalb Linie N brechen Licht aus dem Modul. Oberflächen oberhalb Linie M leiten Licht aus der Linse durch eine Kombination von TIR und Brechung. Die Linien M & N müssen in unmittelbarer Nähe voneinander vorgesehen sein, um Seitenemission zu optimieren und Emission in Längsrichtung zu minimieren. Die 5E–5G zeigen zwei Zonen: Brechungszone in einem Winkel von etwa 45 Grad oder mehr von Längsachse 53 des Moduls sowie TIR/Brechungszone in einem Winkel bis zu etwa 45 Grad von Längsachse 53 des Moduls. Zum Beispiel ist in den 5E–5G eine TIR/Brechungszone von etwa 40 Grad dargestellt. Die Grenzfläche zwischen den beiden Zonen weist einen Winkel von etwa 45 Grad von der Längsachse 53 des Moduls auf. Ein Abstand X zwischen Linie M und Linie N wird auf einem Minimum gehalten, um die Seitenableitung des Lichts von der Linse zu optimieren. Linie M kann Linie N entsprechen (d.h. X = O).
6 zeigt einen Querschnitt des von LED-Modul 40 von 4 emittierten Lichts. Linse 44 von LED-Modul 40 erzeugt ein Strahlungsdiagramm 62, welches in etwa senkrecht zu der Längsachse 66 von LED-Modul 40 verläuft. In 6 verläuft dieses Strahlungsdiagramm 62 in etwa senkrecht zu Längsachse 66 des LED-Moduls und zeigt eine relative Lichtintensität und -verteilung. Dieses Beleuchtungsfeld 62 umgibt LED-Modul 40 und ist in etwa scheiben- oder ringförmig. Von Linse 44 wird in etwa parallel zu einer optischen Ebene 64 Licht emittiert.
Durch die Seitenemission des Lichts können, wie aus 7A ersichtlich, mehrere Lichtleiter 72 durch ein einzelnes LED-Modul 40 ausgeleuchtet werden. Zum Beispiel zeigt 7A zwei planare Ende-zu-Ende-Lichtleiter mit einem Abstand für mindestens ein LED-Modul 40 zwischen den Lichtleitern 72. Durch die Seitenemissiott des Lichts von dem LED-Modul 40 kann Licht in jeden Lichtleiter 72 eintreten. Das LED-Modul 40 kann ebenfalls in den Körper von Lichtleiter 72 eingesetzt werden. Es können Lichtleiter verschiedener Formen verwendet werden. Die Seiten entlang der Länge der Lichtleiter können planar oder konisch sein. Zum Beispiel kann ein einzelnes LED-Modul 40 mit Seitenemission im Mittelpunkt eines scheibenförmigen Lichtleiters (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Da Licht von der Seite von LED-Modul 40 in einem Winkel von 360 Grad emittiert wird (d.h. in sämtliche Richtungen von dem Mittelpunkt des LED-Moduls 40 aus), tritt das Licht in den Lichtleiter ein und wird gebrochen und durch den gesamten Lichtleiter reflektiert (nicht dargestellt).
Der Lichtleiter kann aus optisch durchlässigen Materialien, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, PC oder PMMA, gefertigt sein. Der Lichtleiter kann eine konstante Dicke aufweisen oder konisch sein. Die Seitenemission des Lichts ermöglicht eine effiziente Ausleuchtung dünner Lichtleiter mit einer Dicke von 2 bis 8 mm im optimalen Bereich. 7B zeigt ein Beispiel eines Lichtleiters 73 mit einer Dicke von 5,0 mm, welche größer als die Höhe von Linse 44 ist. Da die Dicke von Lichtleiter 73 größer als die Höhe der Linse 44 ist, kann bei Lichtleiter 72 eine Blindbohrung 94 verwendet werden, um eine Kopplung des LED-Moduls 40 zu ermöglichen. Die Dimensionen der Linsen 44 der 7B, 7C und 7D werden von dem Brennpunkt F von Linse 44 aus gemessen. 7C zeigt ein Beispiel eines Lichtleiters 75 mit einer Dicke von 4,5 mm, welche der Höhe von Linse 44 entspricht. Da die Dicke von Lichtleiter 75 der Höhe von Linse 44 entspricht, kann bei Lichtleiter 75 eine Durchgangsbohrung 96 verwendet werden, um eine Kopplung von LED-Modul 40 zu ermöglichen. 7D zeigt die Seitenemission des Lichts von der LED von 4 in einen Lichtleiter 77, welcher dünner als die Höhe von Linse 44 ist. Da die Dicke von Lichtleiter 77 geringer als die Höhe von Linse 44 ist, muss bei Lichtleiter 77 eine Durchgangsbohrung 96 verwendet werden, um eine Kopplung von LED-Modul 40 zu ermöglichen. Selbst wenn Lichtleiter 77 dünner als die Höhe von Linse 44 ist, wird noch immer ein großer Teil des von LED-Chip 52 emittierten Lichts in Lichtleiter 77 geleitet, da die Hauptmenge des von LED-Chip 52 emittierten Lichts von den Seiten der Linse 44 emittiert wird. Der große Teil des von Linse 44 emittierten Lichts wird zu einem Lichtleiter 77 hin gerichtet, welcher in der Mitte der Höhe der Linse angeordnet ist. Zum Beispiel wird das aus der Seite von Linse 44 in der Nähe der Oberseite emittierte Licht geringfügig nach unten und das aus der Seite von Linse 44 in der Nähe der Unterseite emittierte Licht geringfügig nach oben gerichtet. Der Teil des in Lichtleiter 77 gerichteten Lichts verringert sich, da sich die Dicke von Lichtleiter 77 relativ zu Linse 44 verringert. Lichtleiter 77 kann ohne Einschränkung eine beliebige, einschließlich einer geradlinig ausgerichteten, konischen, rechteckigen, runden oder quadratischen, Form aufweisen.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Endabschnitts eines planaren Lichtleiters 82. Das LED-Modul 40 mit Seitenemission kann innerhalb des Lichtleiters 82 angeordnet werden. In dem Körper von Lichtleiter 82 sind ein oder mehrere Bohrungen 86 vorgesehen, in welche eine entsprechende Anzahl LED-Anordungen 40 platziert wird. Die Bohrungen 86 können in Lichtleiter 82 bis zu einer gewünschten Tiefe, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, der Gesamtdicke von Lichtleiter 82, vorgenommen werden. Linse 44 von LED-Modul 40 darf Lichtleiter 82 nicht berühren. Auf mindestens eines der Enden van Lichtleiter 82 kann eine reflektierende Beschichtung bzw. ein reflektierender Film 84 aufgebracht werden, um die Innenausleuchtung von Lichtleiter 82 zu erhöhen.
9A zeigt ein LED-Modul 40 mit Seitenemission, welches in einer Blindbohrung 94 eines planaren Lichtleiters 82 angebracht ist. Die Oberseite 91 von Blindbohrung 94 kann mit einer reflektierenden Beschichtung bzw. einem reflektierenden Film versehen werden, um Licht zu reflektieren, damit ein dünneres Lichtleiterelement mit einer ähnlichen Kopplungseffizienz vorgesehen werden kann.
9B zeigt ein LED-Modul 40 mit Seitenemission, welches in einer trichterförmigen Blindbohrung 98 eines planaren Lichtleiters 82 angebracht ist. Die Oberseite 93 der trichterförmigen Blindbohrung 98 verläuft in etwa parallel zu dem trichterförmigen Teil 58 von Linse 44 des LED-Moduls 40. Oberseite 93 von Blindbohrung 98 kann beschichtet werden, um Licht zu reflektieren, damit ein dünneres Lichtleiterelement mit einer ähnlichen Kopplungseffizienz vorgesehen werden kann. Die Blindbohrung kann eine flache, trichterförmige oder gekrümmte Oberfläche aufweisen, um das Zurückleiten des von der LED emittierten Lichts in den Lichtleiter zu unterstützen.
9C zeigt ein LED-Modul 40 mit Seitenemission, welches in einer V-förmigen Blindbohrung 97 eines planaren Lichtleiters 82 angebracht ist. Die V-förmige Oberseite 99 der Blindbohrung 97 verläuft in etwa parallel zu dem trichterförmigen Teil 58 von Linse 44 des LED-Moduls 40. Die Blindbohrung kann eine flache, trichterförmige oder gekrümmte Oberseite aufweisen, um das Zurückleiten des von der LED emittierten Lichts in den Lichtleiter zu unterstützen. Die Oberseite 99 von Blindbohrung 97 kann beschichtet werden, um Licht zu reflektieren, damit ein dünneres Lichtleiterelement mit einer ähnlichen Kopplungseffizienz vorgesehen werden kann.
10 zeigt ein LED-Modul 40 mit Seitenemission, welches in einer Durchgangsbohrung 96 eines planaren Lichtleiters 82 angebracht ist. Durch Durchgangsbohrung 96 kann LED-Modul 40 in etwa senkrecht zu Lichtleiter 82 angeordnet werden. 11 zeigt eine konventionelle LED-/Reflektoranordnung. Es ist bekannt, ein LED-Modul 10 mit einer halbkugelförmigen Linse 12 in Verbindung mit einem tiefen Reflektor 92 zu verwenden. Durch die tiefe Form der Höhlung von Reflektor 92 wird Licht, welches von der halbkugelförmigen Linse 12 von LED-Modul 10 emittiert wird, kollimiert. Diese tiefe Reflektorhöhlung ist zur Steuerung des Lichts erforderlich.
Wie aus 12 ersichtlich, kann ein großflächiger Reflektor 102 in Verbindung mit einem LED-Modul 40 mit Seitenemission eingesetzt werden, um Licht über eine breitere Fläche als dieser eines konventionellen LED-Moduls 10 zu emittieren. Die Längsachse 116 der Linse verläuft in etwa parallel zu einer Radialachse 122 von Reflektor 102. Durch die Seitenemission des Lichts können die Wände von Reflektor 102 weniger tief als diese konventioneller Reflektoren 92 (11) sein. Licht wird von Linse 144 in etwa senkrecht zur Längsachse 116 des LED-Moduls 40 emittiert. Das LED-Modul 40 mit Seitenemission ermöglicht, im Vergleich zu konventionellen LEDs, mit flachen, großflächigen Reflektoren einen sehr hohen Sammelwirkungsgrad. Flache Reflektoren 102 bündeln emittiertes Licht über eine breitere Fläche als schmale, tiefe Reflektoren 92, welche in Verbindung mit konventionellen LED-Anordnungen 10 eingesetzt werden. Der flache, großflächige Reflektor 102 kann aus BMC (Feuchtpressmasse), PC, PMMA, PC/PMMA und PEI gefertigt werden. Eine, das Innere von Reflektor 102 bedeckende, reflektierende Schicht 120 könnte mit hoch reflektierenden Materialien, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, Aluminium (Al), NiCr und Nickel-Chrom, metallisiert, aufgesputtert o.dgl. werden. Durch LEDs mit Seitenemission kann mit tiefen oder flachen Reflektoren ein höherer Sammelwirkungsgrad als mit der konventionellen Kombination von LED und tiefem Reflektor erreicht werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sollen lediglich beispielhaft, nicht jedoch einschränkend sein. Es liegt für Fachkundige auf der Hand, verschiedene Änderungen und Modifikationen vorzunehmen, ohne dabei von der vorliegenden Erfindung in ihren umfassenderen Ausführungsformen abzuweichen. Daher umfassen die beigefügten Ansprüche alle solche Änderungen und Modifikationen, wie diese in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
Inschrift der Zeichnung
1

Prior Art
Stand der Technik

1B

Prior Art
Stand der Technik

2

Prior Art
Stand der Technik

3

Prior Art
Stand der Technik

5E

Line N
Linie N
Line M
Linie M
TIR/Refract Zone
TIR/Brechungszone
Refract Zone
Brechungszone
Focal Point (Die)
Brennpunkt (Chip)

5F

5G

Line N
Linie N
Line M
Linie M
TIR/Refract Zone
TIR/Brechungszone
Refract Zone
Brechungszone

5G

Line N
Linie N
Line M
Linie M
TIR/Refract Zone
TIR/Brechungszone
Focal Point (Die)
Brennpunkt (Chip)

Claims

Linse (44), um von einer Licht emittierenden Diode (52) emittiertes Licht zurückzuleiten, wobei die Linse aufweist: einen im Allgemeinen rotationssymmetrischen Körper, welcher über der Licht emittierenden Diode (52) angeordnet ist, mit: einer zentralen Achse (43), welche entlang einer Länge des Körpers verläuft, einer ersten Oberfläche zur Kopplung der Licht emittierenden Diode (52), einem sägezahnförmigen Linsenteil (56), wobei dieser von der Licht emittierenden Diode (52) emittiertes Licht so brechen kann, dass sich eine Mehrheit des von der Licht emittierenden Diode (52) emittierten Lichts im Allgemeinen senkrecht zu der zentralen Achse (43) des Körpers ausbreitet, wenn die Licht emittierende Diode (52) auf der zentralen Achse (43) positioniert ist und sich in einem vorgegebenen Abstand von der ersten Oberfläche befindet, wobei der sägezahnförmige Linsenteil einen ersten lichtbrechenden Linsenteil (H) mit einer Oberfläche in einem schiefen Winkel zu der zentralen Achse (43) und einem Winkel aufweist, welcher im Allgemeinen parallel zu direkt einfallenden Lichtstrahlen, die von der Licht emittierenden Diode (52) emittiert werden, wenn diese auf der zentralen Achse (43) positioniert ist und sich in einem vorgegebenen Abstand von der ersten Oberfläche befindet, verläuft, sowie einem trichterförmigen Linsenteil (58), welcher mit dem sägezahnförmigen Linsenteil verbunden ist, wobei der erste lichtbrechende Linsenteil (H) unmittelbar in Angrenzung an den trichterförmigen Linsenteil (58) angeordnet ist, wodurch der trichterförmige Linsenteil (58) Licht von der Licht emittierenden Diode (52) unmittelbar auf den ersten lichtbrechenden Linsenteil (H) so reflektiert, dass eine Mehrheit des von dem trichterförmigen Linsenteil (58) reflektierten Lichts durch den ersten lichtbrechenden Linsenteil (H) im Allgemeinen senkrecht zu der zentralen Achse (43) des Körpers gebrochen wird, wenn die Licht emittierende Diode (52) auf der zentralen Achse (43) positioniert ist und sich in einem vorgegebenen Abstand von der ersten Oberfläche befindet.
Linse nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche senkrecht zu der zentralen Achse (43) verläuft.
Linse nach Anspruch 1, wobei die Linse (44) unter Anwendung von „Diamond Turning" (d.h. die Linse wird durch Drehen mit einem Diamantbohrmeißel geformt) gefertigt wird.
Linse nach Anspruch 1, wobei die Linse (44) spritzgegossen wird.
Linse nach Anspruch 1, wobei die Linse (44) gegossen wird.
Linse nach Anspruch 1, wobei die Linse (44) einen Brechungsindex im Bereich von 1,45 bis 1,6 aufweist.
Linse nach Anspruch 1, wobei die Linse (44) einen Brechungsindex von etwa 1,53 aufweist.
Linse nach Anspruch 1, wobei die Linse (44) aus einem Material gefertigt wird, welches aus der Gruppe, der PC, PMMA, PEI, PC/PMMA und COC angehören, ausgewählt wird.
Linse nach Anspruch 1, wobei eine reflektierende Oberfläche des trichterförmigen Linsenteils (58) einen gekrümmten Abschnitt aufweist, welcher von der zentralen Achse (43) des Körpers so abgelenkt wird, dass eine gekrümmte V-Form um die zentrale Achse (43) gebildet wird, wenn der gekrümmte Abschnitt um die zentrale Achse (43) geführt wird.
Linse nach Anspruch 1, wobei eine reflektierende Oberfläche des trichterförmigen Linsenteils (58) einen linearen Abschnitt aufweist, welcher von der zentralen Achse (43) des Körpers so weggeneigt ist, dass eine V-Form um die zentrale Achse (43) gebildet wird, wenn der lineare Abschnitt um die zentrale Achse (43) geführt wird.
Linse nach Anspruch 1, wobei eine reflektierende Oberfläche des trichterförmigen Linsenteils (58) mindestens zwei, miteinander verbundene, lineare Abschnitte aufweist, welche zueinander abgewinkelt und von der zentralen Achse (43) des Körpers so weggeneigt sind, dass eine V-Form um die zentrale Achse (43) gebildet wird, wenn die mindestens zwei miteinander verbundenen, linearen Abschnitte um die zentrale Achse (43) geführt werden.
Linse nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche weiterhin einen Hohlraum aufweist, wodurch die Licht emittierende Diode (52) zumindest zum Teil in diesem Hohlraum vorgesehen sein kann, wenn die Linse (44) an die Licht emittierende Diode (52) gekoppelt ist.
Linse nach Anspruch 1, wobei die Linse an der Licht emittierenden Diode (52) befestigt ist, wobei zwischen der Linse (44) und der Licht emittierenden Diode (52) ein optisches Klebemittel vorgesehen ist.
Linse nach Anspruch 13, wobei die Licht emittierende Diode (52) durch ein LED-Modul dargestellt ist und die erste Oberfläche so geformt ist, dass sie mit einer Linse des LED-Moduls verbunden ist.
Linse nach Anspruch 14, wobei eine Linse des LED-Moduls halbkugelförmig ist.
Linse nach Anspruch 1, wobei die Linse (44) an der Licht emittierenden Diode (52) angebracht ist, wobei ein nicht haftfähiges Material mit gleichem Brechungsindex zwischen der Linse (44) und der Licht emittierenden Diode (52) vorgesehen ist.
Linse nach Anspruch 1, wobei die Linse (44) an der Licht emittierenden Diode (52) angebracht ist, wobei Luft ein Volumen einnimmt, welches zwischen der Linse (44) und der Licht emittierenden Diode (52) vorgesehen ist.