DE4228895C2 - Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung mit mehreren Halbleiterlichtquellen - Google Patents

Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung mit mehreren Halbleiterlichtquellen

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise durch die DE 33 15 785 A1 bekannt. Diese Beleuchtungseinrichtung weist mehrere Halbleiterlichtquellen in Form von Leuchtdioden als Lichtquellen auf. Die Leuchtdioden sind dabei als Drei­ phasen-Leuchtdioden ausgeführt, die je nach elektrischer An­ steuerung Licht in wenigstens zwei verschiedenen Farben ab­ strahlen können. Bei dieser Beleuchtung kann somit zwischen wenigstens zwei verschiedenen Farben umgeschaltet werden, wobei jedoch vorgesehen ist, daß sämtliche Leuchtdioden Licht der selben Farbe abstrahlen. Durch diese Ausbildung kann die Be­ leuchtungseinrichtung für verschiedene Leucht- oder Signal­ funktionen eingesetzt werden. Eine Verwendung dieser Beleuch­ tungseinrichtung als Scheinwerfer ist jedoch nur eingeschränkt möglich, da die Leuchtdioden kein weißes Licht abstrahlen, sondern rotes, grünes oder gelbes Licht. Außerdem sind die Dreiphasen-Leuchtdioden gegenüber einfachen Halbleiterlichtquellen, die lediglich Licht einer Farbe abstrahlen, teurer. Auch die Ansteuerung der 3-Phasen-Leuchtdioden erfordert einen erhöhten Aufwand, so dass diese Beleuchtungseinrichtung insgesamt einen hohen Fertigungsaufwand erfordert und nicht kostengünstig hergestellt werden kann.
Darüber hinaus ist aus der US 4,857,801 ein Flachbildschirm mit einer Vielzahl matrixartig nebeneinander angeordneter Leuchtdioden unterschiedlicher Farben bekannt. Insbesondere wird vorgeschlagen, jeweils vier Leuchtdioden in einer 2 × 2- Matrix anzuordnen, wobei eine Leuchtdiode rotes Licht, eine andere Leuchtdiode grünes Licht und zwei Leuchtdioden blaues Licht ausstrahlen. Diese vier in der 2 × 2-Matrix angeordneten Leuchtdioden bilden einen Bildpunkt des Bildschirms. Je nach Ansteuerung der Leuchtdioden kann der Bildschirm Licht unterschiedlicher Farben aussenden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass sie mit einem möglichst geringen Fertigungsaufwand und kostengünstig hergestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung hat den Vorteil, dass trotz der Verwendung einfacher, jeweils nur Licht einer Farbe abstrahlender Halbleiterlichtquellen gewünschte einheitliche Lichtfarben erzielt werden können. So kann bspw. durch geeignete Auswahl und Anordnung einzelner Halbleiterlichtquellen weißes Licht erzielt werden, so dass die Beleuchtungseinrichtung als Scheinwerfer verwendet werden kann.
Durch die optischen Elemente der Lichtscheibe ist eine gezielte Überlagerung des von den einzelnen Lichtquellen abgestrahlten Lichts und damit eine gleichmäßige Farbmischung erreicht. Durch die optischen Elemente an der Abdeckung der Halbleiterlichtquellen ist ebenfalls eine gleichmäßige Farbmischung erreicht. Die Abdeckung kann dabei vorteilhafterweise bereits bei der Herstellung der Lichtquellen angebracht werden.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Beleuchtungseinrichtung angegeben. Bei der in dem Anspruch 3 angegebenen Ausbildung der optischen Elemente der einzelnen Halbleiterlichtquellen kann auf eine gemeinsame Lichtscheibe mit optischen Elementen verzichtet werden, und es braucht erforderlichenfalls lediglich eine klare Scheibe als Abdeckung vorgesehen zu werden. Durch die in dem Anspruch 5 angegebene Ausbildung der optischen Elemente als beugungsoptische Elemente können diese auch auf kleinen Abdeckungen der Halbleiterlichtquellen untergebracht werden, was bei bekannten makroskopischen Linsen und/oder Prismen schwierig wäre.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigen Fig. 1 eine Beleuchtungseinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 ein zweites Aus­ führungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung und Fig. 3 eine Halbleiterlichtquelle der Beleuchtungseinrichtung von Fig. 2 in vergrößerter Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Beleuchtungseinrich­ tung für Fahrzeuge weist als Lichtquellen eine Vielzahl von Halbleiterlichtquellen 10 auf. Die Halbleiterlichtquellen 10 sind auf einer Grundplatte 12 angeordnet, an der diese gehalten und elektrisch untereinander und mit einer Spannungsquelle ver­ bunden sind. Die Anzahl der Halbleiterlichtquellen 10 richtet sich nach der für die jeweilige Verwendung der Beleuchtungsein­ richtung erforderlichen Beleuchtungsstärke. Die Halbleiter­ lichtquellen 10 strahlen Licht unterschiedlicher Farben ab, wobei jedoch jede Halbleiterlichtquelle 10 nur für eine Licht­ farbe ausgelegt ist. Die unterschiedliche Lichtfarben abstrah­ lenden Halbleiterlichtquellen können unregelmäßig verteilt an­ geordnet sein oder in einem bestimmten Muster.
Die Halbleiterlichtquellen 10 sind mit einer Lichtscheibe 14 abgedeckt, die mit optischen Elementen versehen ist, durch die das von den Lichtquellen 10 abgestrahlte Licht beeinflußt, das heißt gestreut und/oder abgelenkt wird. Durch die Streuung und/oder Ablenkung des von den Lichtquellen 10 abgestrahlten Lichts wird eine Farbmischung erreicht, indem die von den einzelnen Lichtquellen 10 abgestrahlten Lichtbündel einander überlagert werden. Das aus der Beleuchtungseinrichtung aus­ tretende Licht weist damit eine einheitliche Farbe auf, die von der Wahl der Lichtfarben der einzelnen Halbleiterlichtquellen 10 abhängt. Bei der Verwendung von blauem, rotem und gelbem Licht abstrahlenden Halbleiterlichtquellen 10 in etwa der gleichen Anzahl kann dabei erreicht werden, daß das aus der Beleuchtungseinrichtung aus­ tretende Licht weiß ist. Bei dieser Auswahl der Halbleiter­ lichtquellen 10 kann die Beleuchtungseinrichtung als Fahrzeug­ scheinwerfer verwendet werden. Durch entsprechende Wahl der Lichtfarben der Halbleiterlichtquellen sowie geeignete Anzahl und Anordnung der unterschiedliche Lichtfarben abstrahlenden Lichtquellen können unterschiedliche einheitliche Lichtfarben erreicht werden, so daß die Beleuchtungseinrichtung für ver­ schiedene Verwendungen eingesetzt werden kann. Die Anzahl der Halbleiterlichtquellen 10 hängt auch von dem von diesen ausge­ sandten Lichtstrom ab; so strahlen unter Umständen Halbleiter­ lichtquellen unterschiedlicher Farben nicht den gleichen Licht­ strom ab, so daß für diese unterschiedliche Anzahlen erforder­ lich sind, um weißes Licht zu erhalten.
Durch die optischen Elemente wird außerdem das von den Halb­ leiterlichtquellen 10 abgestrahlte Licht zur Bildung einer gewünschten oder vorgeschriebenen Lichtstärkeverteilung beeinflußt. Für Beleuchtungseinrichtungen bei Fahrzeugen bestehen dabei gesetzliche Vorschriften über Lichtstärkever­ teilungen, in denen sowohl maximal zulässige als auch mindestens erforderliche Lichtstärkewerte in verschiedenen Bereichen der von der Beleuchtungseinrichtung zu beleuchtenden Umgebung geregelt sind.
Die optischen Elemente der Lichtscheibe 14 können in bekannter Weise als makroskopische Linsen und/oder Prismen ausgebildet sein. Alternativ können die optischen Elemente auch als beu­ gungsoptische Elemente ausgebildet sein, die aus Beugungs­ strukturen bestehen, deren Abmessungen lediglich in der Größen­ ordnung der Wellenlängen des von den Halbleiterlichtquellen 10 abgestrahlten Lichts liegen. Durch die beugungsoptischen Elemente wird Licht nicht durch Brechung abgelenkt und/oder gestreut, sondern durch die Beugung des Lichts an diesen, was durch die Wellennatur des Lichts bedingt ist. Dabei wird die Ausbreitungsrichtung des Lichts verändert, wenn die Ausbreitung des Lichts durch die ein Hindernis darstellenden beugungsopti­ schen Elemente gestört ist. Hierzu wird auf die deutsche Patentanmeldung DE 42 15 584 A1 verwiesen, deren Inhalt zu dieser Ausgestaltung die vorliegende Patentanmeldung ergänzen soll.
Bei einem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung sind ebenfalls eine Vielzahl von Halbleiterlichtquellen 20 als Lichtquellen vorgesehen, die Licht unterschiedlicher Farben abstrahlen. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel ist jede Halbleiterlichtquelle 20 mit einer transparenten Abdeckung 22 versehen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Abdeckungen 22 sind mit optischen Elementen versehen, durch die das von den Halbleiterlicht­ quellen 20 abgestrahlte Licht beeinflußt wird. Die optischen Elemente sind dabei vorzugsweise, wie vorstehend zur Licht­ scheibe 14 angegeben, als beugungsoptische Elemente ausge­ bildet, so daß diese ohne Schwierigkeiten auf den nur geringe Abmessungen aufweisenden Abdeckungen 22 angeordnet werden können. Die beugungsoptischen Elemente sind dabei so ausge­ bildet und angeordnet, daß diese einerseits eine Überlagerung des von den einzelnen Halbleiterlichtquellen 20 abgestrahlten Lichts bewirken und damit für eine Farbmischung sorgen. Ande­ rerseits wird durch die von den beugungsoptischen Elementen bewirkte Ablenkung und/oder Streuung des Lichts auch eine ge­ wünschte oder vorgeschriebene Lichtverteilung erzeugt. Dabei ist es erforderlich, daß die einzelnen Halbleiterlichtquellen 20 Abdeckungen mit unterschiedlichen beugungsoptischen Elemen­ ten erhalten, abhängig von deren Position auf der Grundplatte. Bei dieser Ausbildung der einzelnen Halbleiterlichtquellen 20 ist nur die Anordnung einer klaren Lichtscheibe 24 zur Abdec­ kung über den Halbleiterlichtquellen 20 erforderlich, die keine optischen Elemente aufzuweisen braucht. Die Abdeckungen 22 werden vorteilhafterweise bereits bei der Herstellung der Halbleiterlichtquellen 20 angebracht.
Alternativ können die Halbleiterlichtquellen 20 mit Abdeckungen 22 mit gleichen beugungsoptischen Elementen versehen werden, wobei dann durch diese eine Vorverteilung des von den Halb­ leiterlichtquellen 20 abgestrahlten Lichts erfolgt, beispiels­ weise zur Farbmischung, während durch eine mit optischen Ele­ menten versehene Lichtscheibe 24 die gewünschte Lichtstärke­ verteilung erzeugt wird.
Als Halbleiterlichtquellen 10, 20 können Leuchtdioden verwendet werden, die bei einem Stromfluß Strahlung abgeben. Außerdem können auch Laserdioden verwendet werden, die die unmittelbare Umwandlung elektrischer Energie im Laserlicht ermöglichen. Insgesamt können bei der Verwendung von Halbleiterlichtquellen die Beleuchtungseinrichtungen mit gegenüber der Verwendung von Glühlampen wesentlich verringerter Bautiefe ausgebildet werden und für diese bestehen vielfältige Design- und Gestaltungsmög­ lichkeiten.

Claims (6)

1. Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung mit mehreren Halbleiterlichtquellen (10; 20) als Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, dass
jede Halbleiterlichtquelle (10; 20) jeweils Licht nur einer Farbe abstrahlt;
das von verschiedenen Halbleiterlichtquellen (10; 20) abgestrahlte Licht unterschiedliche Farben aufweist; und
die einzelnen Halbleiterlichtquellen (10; 20) in Abhängigkeit der von ihnen jeweils abgestrahlten Lichtfarbe derart ausgewählt und verteilt angeordnet sind, dass aus der Beleuchtungseinrichtung durch Überlagerung des von sämtlichen Halbleiterlichtquellen (10; 20) abgestrahlten Lichts Licht einer vorgebbaren einheitlichen Farbe austritt,
wobei die Halbleiterlichtquellen (10) mit einer gemeinsamen transparenten Lichtscheibe (14) abgedeckt sind, die mit optischen Elementen zur gegenseitigen Überlagerung des von den einzelnen Halbleiterlichtquellen (10) abgestrahlten Lichts zum Zwecke der Farbmischung des von der Beleuchtungseinrichtung ausgesandten Lichts ausgebildet ist,
oder jede Halbleiterlichtquelle (20) mit einer transparenten Abdeckung (22) abgedeckt ist, die mit optischen Elementen zur gegenseitigen Überlagerung des von den einzelnen Halbleiterlichtquellen (10) abgestrahlten Lichts zum Zwecke der Farbmischung des von der Beleuchtungseinrichtung ausgesandten Lichts ausgebildet ist.
2. Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Beleuchtungseinrichtung, bei der die Halbleiterlichtquellen (10) mit einer gemeinsamen transparenten Lichtscheibe (14) abgedeckt sind, die Lichtscheibe (14) weiterhin mit optischen Elementen zur Beeinflussung des von den einzelnen Halbleiterlichtquellen (10) abgestrahlten Lichts zum Zwecke der Bildung einer bestimmten Lichtstärkeverteilung der Beleuchtungseinrichtung ausgebildet ist.
3. Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Beleuchtungseinrichtung, bei der jede Halbleiterlichtquelle (20) mit einer transparenten Abdeckung (22) abgedeckt ist, die Abdeckungen (22) weiterhin mit optischen Elementen zur Beeinflussung des von den einzelnen Halbleiterlichtquellen (20) abgestrahlten Lichts zum Zwecke der Bildung einer bestimmten Lichtstärkeverteilung der Beleuchtungseinrichtung ausgebildet ist.
4. Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Beleuchtungseinrichtung, bei der jede Halbleiterlichtquelle (20) mit einer transparenten Abdeckung (22) abgedeckt ist, die Halbleiterlichtquellen (20) identische Abdeckungen (22) aufweisen und dass die Halbleiterlichtquellen (20) mit einer gemeinsamen transparenten Lichtscheibe (24) abgedeckt sind, die mit optischen Elementen zur Beeinflussung des von den einzelnen Halbleiterlichtquellen (20) abgestrahlten Lichts zum Zwecke der Bildung einer bestimmten Lichtstärkeverteilung der Beleuchtungseinrichtung ausgebildet ist.
5. Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente als beugungsoptische Elemente zur Veränderung der Ausbreitungsrichtung des von den Halbleiterlichtquellen (10; 20) abgestrahlten Lichts durch Beugung ausgebildet sind.
6. Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen (10; 20) als Leuchtdioden oder Laserdioden ausgebildet sind.
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