CN110892299B - 照明装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明示出一种用于机动车内部空间中光学显示的照明装置及其制造方法。照明装置包括至少一个发光元件和至少一个由透明的塑料材料制成的导光体。导光体和所述至少一个发光元件能设置成、尤其是朝向彼此设置成，使得由至少一个发光元件发出的光能输入耦合到导光体中。在导光体中引入至少一个边界层，其将导光体划分为至少一个第一区域和至少一个第二区域，所述至少一个边界层用于减少或防止输入耦合到导光体的所述至少一个第一区域中的光照射到导光体的所述至少一个第二区域中，所述至少一个边界层在至少一个平面中完全穿过导光体，边界层朝向至少一个第一区域形成光反射面，所述边界层通过导光体中的借助塑料材料的变色或热转换的材料变化形成。

Description

照明装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于在机动车内部空间中使用的照明装置以及一种制造方法。
背景技术
用于机动车的照明装置、尤其是用于照亮机动车内部空间中的操作单元或操作按钮的照明装置是充分已知的。
由DE 202004020779 U1已知一种用于机动车中的变速杆显示器的照明系统。该照明系统包括载体、设置在载体上的第一发光二极管、同样设置在载体上的第二发光二极管以及透明的覆盖物，其与载体间隔开距离地设置在载体的一侧上。在透明覆盖物上或中设有多个符号，这些符号应分别通过第一和第二发光二极管进行背光照明。在载体和覆盖物之间设置有照明限制装置，该照明限制装置将由第一和第二发光二极管发射的光限制到相应待背光照明的符号上。为了这种限制，在照明装置中相应设有至少一个凹口，发光二极管的光在该凹口中传播，其中，发光二极管的光由照明限制装置限制并且被导向待照明的符号。
由DE 102015101465 B4已知一种用于机动车的被照明的内饰件。该被照明的内饰件具有可见表面，在所述可见表面中构造有被照明的区段。此外，存在细长导体，用于照明该被照明的区段，所述导体设置在背离可见表面的一侧上。借助在可见表面和光导体之间延伸的可透射元件形成该被照明的区段。
由DE 102012015057 A1已知一种用于机动车的具有光源和光学元件的照明装置。光学元件具有光耦出表面并且包括至少两个部件，光学元件的第一部件由透明的材料制成并且第二部件由不透明的材料制成。
由DE 102006011849 A1已知一种机动车，该机动车具有设置在仪表板区域中并且背光照明的装饰元件。装饰元件的一部分由陶瓷层制成，该陶瓷层不可拆地与装饰元件的塑料载体部件连接。塑料载体部件也可由透明的材料制成。装饰元件借助由光源输入耦合的光进行背光照明。
DE 19640549 A1、DE 102014226146 A1、DE 102013020736 A1和DE 102015105974A1分别公开了照明装置，它们包括具有开口的基体，光导元件插入所述开口中。由此产生被隔开的光导体，其不会被相邻的光导体干扰。这样的照明装置的制造十分复杂并且需要提供分开的部件(基体、光导体)，它们必须在另一工艺步骤中彼此连接。
DE 102015011412 A1公开了一种用于制造用于机动车的操作装置的具有可照明符号的构件的方法，其中，将透明元件安装在具有光通过口的挡板装置的后侧上。在该透明元件中引入用作隔光壁的防散射元件，其中，该防散射元件构造为凹部。所述凹部可通过铣削或凸起形成。
现有技术的缺点在于：照明装置必须总是由多个、部分地由不同的材料制成的元件和/或部件组合而成，以便引导和偏转背光照明或照明所需的光。根据现有技术的相应照明装置具有导光区域和不导光区域。不导光区域屏蔽导光区域。但在大多数情况下，不导光区域没有得到充分的屏蔽，从而不能清晰地界定照明。已知的照明装置由多个部件组成，这些部件必须在其制造之后组装，然后才形成照明装置。另一缺点在于，部件的生产及其组装是成本密集且复杂的并且此外不能灵活地适配要求、尤其是机动车中的要求。
发明内容
本发明克服上述缺点。
所述任务通过按照本发明的照明装置以及按照本发明的方法的技术方案来解决。
本发明涉及一种用于机动车内部空间中光学显示的照明装置，包括：
-至少一个发光元件，
-由透明的或不透明的塑料材料制成的导光体，
其中，导光体和所述至少一个发光元件设置成，使得由至少一个发光元件发出的光能输入耦合到导光体中，其中，所述导光体具有至少一个隔光壁，所述至少一个隔光壁围绕可透射区域，
-隔光壁具有至少一个边界层，所述至少一个边界层将导光体划分为至少一个第一区域和至少一个第二区域，
-所述至少一个边界层用于减少或防止输入耦合到导光体的所述至少一个第一区域中的光照射到导光体的所述至少一个第二区域中，
-所述至少一个边界层在至少一个平面中完全穿过导光体，
-所述至少一个边界层朝向至少一个第一区域形成光反射面，并且
-所述边界层通过导光体中的借助塑料材料的变色或热转换的材料变化形成。
本发明示出一种用于照明装置的导光体，该导光体在一个制造步骤中由单个的透明或不透明的塑料材料制成。在制造导光体之后，才在其中引入界定和屏蔽导光区域的区域。
此外，本发明示出一种用于机动车内部空间中光学显示的照明装置和用于制造所述照明装置的方法。该照明装置包括至少一个发光元件和由透明或不透明的塑料材料制成的导光体。所述导光体和所述至少一个发光元件这样地、尤其是朝向彼此地设置，使得由至少一个发光元件发出的光可输入耦合到导光体中。在导光体中引入至少一个隔光壁或边界层或呈边界层形式的隔光壁，其围绕可透射区域，其中，所述隔光壁将导光体划分为至少一个第一区域和至少一个第二区域，所述至少一个隔光壁或所述至少一个边界层用于减少或防止输入耦合到导光体的所述至少一个第一区域中的光照射到导光体的所述至少一个第二区域中。边界层在此通过导光体中的材料变化形成。
在一种有利实施方式中规定，所述至少一个边界层在至少一个平面中完全穿过导光体。
在一种有利实施方式中规定，所述导光体是单个的由透明的塑料材料制成的物体。
所述至少一个边界层可以借助在所述至少一个待产生边界层的区域中汇合的激光束而引入导光体中，由此在导光体中在激光束汇合的位置上发生温度升高并且在那里塑料材料在其性质方面发生改变并且形成所述至少一个边界层。
在一种有利实施方式中规定，在导光体上设置有用于所述至少一个发光元件的至少一个接纳部，其中，所述至少一个接纳部定义由所述至少一个发光元件发出的光的输入耦合区域。
在一种有利实施方式中规定，所述导光体具有至少两个边界层，所述至少两个边界层在至少两个横向延伸通过导光体的平面中围绕导光体中的所述至少一个第一区域，并且其中，所述至少一个第一区域构造为导光体中的光导体。
在一种有利实施方式中规定，所述至少一个边界层朝向至少一个第一区域形成光反射面。
在一种有利实施方式中规定，所述至少一个发光元件设置在印刷电路板上并且用于所述至少一个发光元件的所述至少一个接纳部是导光体中的凹部，其中，印刷电路板和导光体彼此能粘接、能夹持或能夹紧地构造。
在一种有利实施方式中规定，在与用于所述至少一个发光元件的所述至少一个接纳部相对置的导光体上设置有挡板。
此外，本发明涉及一种用于在根据本发明的由透明或不透明的塑料材料制成的导光体中产生至少一个隔光壁或至少一个边界层的方法，其中，借助至少两个激光在导光体中产生所述至少一个隔光壁或所述至少一个边界层，其方式是：通过释放激光能量改变导光体在接触点中的塑料材料，所述至少两个激光在一个可预选且其位置可改变的接触点中相互接触并且在那里释放其激光能量，并且其中，通过连续改变接触点的位置引起导光体的可预选区域中的材料变化。
本发明还示出一种用于在根据本发明的由透明或不透明的塑料材料制成的导光体中产生至少一个隔光壁或至少一个边界层的方法，其中，在导光体中分布地设置有反应性透明颜料，并且借助至少一个紫外(UV)或红外(IR)辐射器将紫外(UV)或红外(IR)射束经由导光体的一侧引入导光体中，其中，位于导光体中的UV或IR辐射器的射束锥中的反应性透明颜料被活化并且通过导光体材料的变色或热转换而形成隔光壁或边界层。
在本发明的根据一种有利实施方式中规定，在导光体的上侧上，在UV或IR辐射器下方设置具有通过口的屏蔽挡板，使得UV或IR射束仅经由屏蔽挡板中的通过口穿透导光体的区域并且活化位于该区域中的反应性透明颜料。
本发明还涉及一种用于机动车内部空间中光学显示的照明装置，所述照明装置具有根据上述方法制造的导光体。
附图说明
本发明的有利实施方式由从属权利要求、下述说明、尤其是由参考附图的具体实施例说明给出。附图中所示的实施例不是按比例绘制的并且可在具体实施方式或设计方案或实施方法中有所不同。在此：
图1示出照明装置的示意图；
图2示出用于在导光体中制造光导体的示意性布置；
图3示出照明装置的示意性俯视图；
图4示出用于在导光体中引入边界层的方法的示意图；
图5示出用于在导光体中引入边界层的方法的另一示意图；和
图6示出用于在导光体中引入边界层的方法的替代示意图。
具体实施方式
下面参考附图1至6通过具体实施例示例性地说明本发明。基于具体实施例的本发明的说明不代表本发明限于这些具体实施例之一。
在下面基于具体实施例的本发明说明中在所有附图中对于相同的元件(只要这有助于理解)在图1至6中使用相同的附图标记。这使得参考图1至6对本发明的进一步具体说明变得清楚并且更易于理解。
图1示出照明装置的示意图。它主要包括导光体3。导光体3由单个的透明或不透明的塑料材料制成并且具有相应希望和可预选的形状设计和尺寸。根据图1的实施方式，这是长方体形。导光体3的形状设计和尺寸可根据照明装置的使用目的来选择。具有导光体3的照明装置设置用于安装到机动车中并且例如旨在照亮嵌在仪表盘中的操作单元的多个按钮。
在导光体3上可在相应设置的接纳部8中设置LED 1、2。这样构造接纳部8，使得LED1、2例如可通过粘接、夹持和/或其它连接与导光体3连接。但LED 1、2也可设置在印刷电路板9上，其中，在印刷电路板上存在相应的电气部件和导线，以便操控LED 1、2并向它们提供电能，使得它们发光。
在本发明的一种有利实施方式中规定，这样构造接纳部8，使得其与印刷电路板9形成形锁合和/或力锁合连接。在一种有利实施方式中，LED 1；2之一或两个LED 1、2可嵌入印刷电路板9中，使得它们与印刷电路板9的一侧齐平地结束。
在导光体3中引入呈边界层4-1、4-2、5-1、5-2形式的隔光壁。这些呈边界层4-1、4-2、5-1、5-2形式的隔光壁在导光体3中形成区域6-1、6-2，在所述区域中由LED 1；2之一发射的光穿过导光体3引导；以及区域7，几乎没有由LED 1；2之一发射的光到达该区域中。
隔光壁或边界层4-1、4-2、5-1、5-2围住区域6-1；6-2，在所述区域中由LED 1；2之一发射的光应穿过导光体3，并且同时防止由LED1；2之一发射到区域6-1；6-2的光到达区域7。隔光壁或边界层4-1、4-2、5-1、5-2在一定程度上在导光体3中形成光导体6-1、6-2。LED1、2这样设置在导光体3上，使得它们将发射的光几乎完全输入耦合到光导体6-1、6-2中。光导体6-1、6-2设置用于将LED 1、2发射的光从导光体3的输入耦合侧引导向导光体3的另一侧并在那里导出。在导光体3的该侧上可设置挡板10。在挡板10上或中引入有待通过LED 1、2照明的待照明区域。在挡板10上和/或中引入有相应的符号，这些符号应被背光照明。
通过精确地在应形成隔光壁或边界层4-1、4-2、5-1、5-2的位置上引入激光能量来形成隔光壁或边界层4-1、4-2、5-1、5-2，以便有针对性地引导由LED 1、2输入耦合的光并防止其照射到区域7中。
为了引入隔光壁或边界层4-1、4-2、5-1、5-2而设置两个激光器，借助它们可在预定义的位置上将能量引入导光体3中，这两个激光器通过引入激光能量和由此产生的热量来改变和重塑制造导光体3的塑料材料，并因此在导光体3中形成隔光壁或边界层4-1、4-2、5-1、5-2。
这样构造隔光壁或边界层4-1、4-2、5-1、5-2，使得它们防止由LED 1、2之一发射的光从光导体6-1；6-2穿过边界层4-1、4-2；5-1、5-2到达导光体3的不应被照明的区域7。在此尤其是在隔光壁或边界层4-1、4-2、5-1、5-2的一种有利实施方式中，将朝向光导体6-1、6-2的表面构造成是反射光的。
图2示出一种用于在导光体3中引入边界层4-1的方法。导光体3以已知的方式通过塑料注射成型工艺在单个的工艺步骤中制造出并且具有可预定义的几何形状。
在本发明的一种有利实施方式中，在导光体3中待引入边界层4-1的位置上将离子或原子或塑料分子添加到导光体3中。塑料被相应地掺杂。这些离子或原子或塑料分子这样对撞击的激光束进行反应，即，所述离子或原子或塑料分子将激光能量转换为热能并因此熔化其周围的塑料和/或改变其结构。由此形成边界层4-1。
在本发明的另一种有利实施方式中，这样选择离子或原子或塑料分子，使得它们在激光束撞击时形成光反射边界层4-1。
为了在导光体3中引入边界层4-1，根据图2的实施方式设置两个激光器11和12。这两个激光器11和12这样彼此匹配，使得它们在激光束的接触点13中释放激光能量。因此所述激光能量在接触点13处被释放，该激光能量在接触点13处熔化或转换导光体3的塑料材料并由此引入边界层4-1。这样构造边界层4-1，使得其不透射可见光，而是在边界面4-1上反射可见光。
现在这样控制这两个激光器11、12，使得接触点13移动通过导光体3并且因此在导光体中构成边界层4-1，如上所述那样。
在本发明的一种不同的实施方式中，导光体3设置在可在三个平面中改变的装置上。这两个激光器11、12刚性地设置并且这样彼此匹配，使得它们在预定义的接触点13处相遇并在那里释放其能量。现在在激活激光器11、12之前，将导光体3固定在可在三个平面中改变的装置上并且将其送入相应的起始位置。于是，激光器11、12被激活并且导光体3通过可在三个平面中改变的装置这样移动，使得接触点13移动通过导光体3并且形成边界面4-1。一旦边界面4-1完全地产生，就停用激光器11、12并且可以移除导光体3。
以此方式可在导光体3中引入多个边界层4-1。通过适当地移动可在三个平面中改变的装置，可在导光体3中形成各种几何形状和/或表面或表面区域。
图3示出以上述方式制造的导光体31的俯视图。导光体31具有长方体形状。在导光体31中引入有边界层34、35，它们穿过导光体31。边界层35构造为柱体周面的形式，边界层34构造为正方形。它们在导光体31中形成光导体32、33。在边界层34、35之外存在未照明的区域36，因为基于边界层35、36没有或几乎没有输入耦合到光导体32、32中的光穿透边界层34、35。
边界层34、35防止光从光导体32、33照射到区域36中。
由于边界层34、35从一侧到另一侧完全穿过导光体31，因此几乎没有光射入边界层34、35以外的区域中，从而在光出射侧上导光体31具有照明或待照明或待背光照明区域的清晰边界。
在本发明的另一种实施方式中规定，用于制造导光体3的塑料材料与反应性透明颜料混合。这些反应性透明颜料例如是变色颜料、光致变色颜料和/或热致变色颜料。颜料可通过激光器或其它高精度辐射器活化并且在活化之后改变其颜色或开裂(aufplatzen)，从而在导光体3中形成隔光壁或边界层4-1、4-2、5-1、5-2。
选择性照射例如可通过紫外线照射借助于掩模或根据玻璃内部雕刻的原理进行。
图4示出用于在导光体3中引入边界层4-1的方法的示意图。导光体3以已知方式通过塑料注射成型工艺在单个工艺步骤中制造出并且具有预定义的几何形状，在根据图4的实施方式中具有长方体形状。导光体3设置在两个激光器11和12下方，这两个激光器将其激光束聚集在接触点13中并且在那里以所描述方式释放能量。因此现在可从导光体3的下侧15-1朝向导光体3的上侧15-2方向改变接触点13，并且因此可通过导光体3材料的已经描述的热转换引入隔光壁或边界层4.2、5-1。这优选通过接触点13中塑料材料的变色来完成。
图5示意性示出用于在导光体3中引入隔光壁或边界层4-1的方法的另一种实施方式。在导光体3中存在反应性颜料16。这些颜料或者均匀地或者随机地分布在导光体3中。设置一个选择性的高精度辐射器18。在导光体3的上侧15-2上或上方放置有具有孔17的挡板14。然后，激活高精度辐射器18。高精度辐射器18例如是UV辐射器、IR辐射器或激光辐射器。
高精度辐射器18的射束仅通过挡板14中的孔17射入并且在导光体3中以波的形式从其上侧15-2传播到下侧15-1。所有位于其射束传播中、即射束锥19中的反应性颜料16由此被活化并以上述方式在导光体3中形成隔光壁或边界层4-1。
在该方法中，并非形成从下侧15-1到上侧15-2线性延伸的隔光壁或边界层4-1，而是隔光壁或边界层4-1具有三角形或金字塔形。
图6示意性示出用于在导光体3中形成隔光壁或边界层4-1、4-2、5-1的另一种方法。首先以上述方式制造导光体3。该导光体在根据图6的实施方式中具有长方体形状。
将导光体3放置在热压模20下方。热压模20在其下侧上具有呈凸起形式的成形部21。在根据图6的实施方式中，这些成形部是金字塔形的圆锥形凸起；但可使用任何其它形状。将热压模20加热并且将加热的成形部21沉入导光体3中和/或穿过所述导光体。导光体3的塑料材料在这些区域中熔化并被除去。于是，在导光体3中产生凹口22。在根据图6的实施方式中，这些是V形凹口，其穿过导光体3。
在下一步骤中，将导光体3送到移印机23。借助移印机用黑色颜料覆盖导光体3中的凹口22的表面。由此形成隔光壁或边界面4-1、4-2、5-1。
该方法的一种替代实施方式规定，V形凹口22以刻槽的形式引入。这些刻槽可通过激光烧蚀或其它机械方法、如锯切、铣削等来产生。接着，用黑色颜料覆盖形成的切口。
附图标记列表
1、2 LED
3 导光体
4-1、4-2、5-1、5-2 边界层/隔光壁
6-1、6-2 光导体
7 未照明的区域
8 接纳部
9 印刷电路板
10 挡板
11、12 激光器
13 接触点
14 挡板
15-1 导光体的下侧
15-2 导光体的上侧
16 反应性颜料
17 (挡板中的)孔
18 辐射器
19 射束传播
20 热压模
21 成形部
22 凹口
23 移印机

Claims (12)

1.一种用于在机动车内部空间中光学显示的照明装置，所述照明装置包括：
-至少一个发光元件(1、2)，
-由透明的或不透明的塑料材料制成的导光体(3)，
其中，导光体(3)和所述至少一个发光元件(1、2)设置成，使得由所述至少一个发光元件(1、2)发出的光能输入耦合到导光体(3)中，其特征在于，所述导光体(3)具有至少一个隔光壁，所述至少一个隔光壁围绕可透射区域，
-隔光壁具有至少一个边界层(4-1、4-2；5-1、5-2)，所述至少一个边界层将导光体(3)划分为至少一个第一区域(6-1；6-2)和至少一个第二区域(7)，
-所述至少一个边界层(4-1、4-2；5-1、5-2)用于减少或防止输入耦合到导光体(3)的所述至少一个第一区域(6-1；6-2)中的光照射到导光体(3)的所述至少一个第二区域(7)中，
-所述至少一个边界层(4-1、4-2；5-1、5-2)在至少一个平面中完全穿过导光体(3)，
-所述至少一个边界层(4-1、4-2；5-1、5-2)朝向所述至少一个第一区域(6-1；6-2)形成光反射面，并且
-所述边界层通过导光体(3)中的借助塑料材料的变色或热转换的材料变化而形成。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述导光体(3)是单个的由透明的塑料材料制成的物体。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，在导光体(3)上设置有用于所述至少一个发光元件(1、2)的至少一个接纳部，其中，所述至少一个接纳部(8)定义由所述至少一个发光元件(1、2)发出的光的输入耦合区域。
4.根据权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，所述导光体(3)具有至少两个边界层(4-1、4-2；5-1、5-2)，所述至少两个边界层在至少两个横向延伸通过导光体(3)的平面中围绕导光体(3)中的所述至少一个第一区域(6-1；6-2)，并且所述至少一个第一区域(6-1；6-2)构造为导光体(3)中的光导体。
5.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于，所述至少一个发光元件(1、2)设置在印刷电路板(9)上并且用于所述至少一个发光元件(1、2)的所述至少一个接纳部(8)是导光体(3)中的凹部，其中，印刷电路板(9)和导光体(3)彼此能粘接或能夹持地构造。
6.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于，所述至少一个发光元件(1、2)设置在印刷电路板(9)上并且用于所述至少一个发光元件(1、2)的所述至少一个接纳部(8)是导光体(3)中的凹部，其中，印刷电路板(9)和导光体(3)彼此能夹紧地构造。
7.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于，在与用于所述至少一个发光元件(1、2)的所述至少一个接纳部(8)相对置的导光体(3)上设置有挡板(10)。
8.一种用于在根据权利要求1至7中任一项所述的照明装置的由透明或不透明的塑料材料制成的导光体(3)中产生至少一个隔光壁的方法，其中，借助至少两个激光(11、12)在导光体(3)中产生所述至少一个隔光壁，其方式是：通过释放激光能量来改变导光体(3)在一个可预选的接触点(13)中的塑料材料，所述接触点的位置可改变，所述至少两个激光在所述接触点(13)中相互接触并且在那里释放其激光能量，并且通过连续改变接触点(13)的位置来引起导光体(3)的可预选区域中的材料变化。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述隔光壁具有至少一个边界层。
10.一种用于在根据权利要求1至7中任一项所述的照明装置的由透明或不透明的塑料材料制成的导光体(3)中产生至少一个隔光壁的方法，其中，在导光体(3)中分布地设置有反应性透明颜料(16)，其特征在于，借助至少一个紫外或红外辐射器(18)将紫外或红外射束经由导光体(3)的一侧引入到导光体(3)中，其中，位于导光体(3)中的紫外或红外辐射器(18)的射束锥(19)中的反应性透明颜料(16)被活化并且通过导光体(3)材料的变色或热转换而形成隔光壁。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述隔光壁具有至少一个边界层。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在导光体(3)的上侧(15-2)上，在紫外或红外辐射器(18)下方设置具有通过口(17)的屏蔽挡板(14)，使得紫外或红外射束(18)仅经由屏蔽挡板(14)中的通过口(17)穿透导光体(3)的区域(19)并且活化位于该区域中的反应性透明颜料(16)。
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