DE102011055430B4 - Light module for the generation and transmission of light - Google Patents

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Abstract

Lichtmodul (10) für die Erzeugung und Weiterleitung von Licht, aufweisend einen Lichtleiter (20) und eine Lichtquelle (30) mit zumindest einer LED (32), wobei der Lichtleiter (20) wenigstens eine Kopplungsfläche (22) für die Einkopplung des von der Lichtquelle (30) erzeugten Lichts in den Lichtleiter (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsfläche (22) zumindest abschnittsweise mit einer Filterschicht (40) versehen ist, welche die Einkopplung von Licht der Lichtquelle (30) in den Lichtleiter (20) in einem definierten Wellenlängenbereich verhindert, wobei der definierte Wellenlängenbereich einen Bereich mit Wellenlängen von kleiner oder gleich 420 nm und von größer oder gleich 380 nm definiert.Light module (10) for generating and transmitting light, comprising a light guide (20) and a light source (30) with at least one LED (32), wherein the light guide (20) has at least one coupling surface (22) for coupling the light generated by the light source (30) into the light guide (20), characterized in that the coupling surface (22) is provided at least in sections with a filter layer (40) which prevents the coupling of light from the light source (30) into the light guide (20) in a defined wavelength range, wherein the defined wavelength range defines a range with wavelengths of less than or equal to 420 nm and of greater than or equal to 380 nm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul für die Erzeugung und Weiterleitung von Licht sowie einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens ein derartiges Lichtmodul.The present invention relates to a light module for generating and transmitting light and to a headlight for a vehicle, comprising at least one such light module.

Lichtmodule für die Erzeugung und Weiterleitung von Licht sind grundsätzlich bekannt. Sie weisen häufig zumindest eine Lichtquelle mit wenigstens einem Leuchtmittel, meistens in Form einer LED, auf. Darüber hinaus ist bei solchen Lichtmodulen häufig ein Lichtleiter vorgesehen, welcher mit wenigstens einer Kopplungsfläche für die Einkopplung des von der Lichtquelle erzeugten Lichtes in den Lichtleiter ausgestattet ist. Mit anderen Worten dient die Kopplungsfläche dazu das Licht in den Lichtleiter einzukoppeln, um die gewünschte Leitung des Lichtes dort durchführen zu können.Light modules for generating and transmitting light are generally known. They often have at least one light source with at least one light source, usually in the form of an LED. In addition, such light modules often have a light guide, which is equipped with at least one coupling surface for coupling the light generated by the light source into the light guide. In other words, the coupling surface serves to couple the light into the light guide in order to be able to conduct the light there as desired.

Nachteilhaft bei bekannten Lichtmodulen ist es, dass die Dauerstabilität des Lichtleiters ein kritischer Punkt bei der Nutzungsdauer eines solchen Lichtmoduls ist. Insbesondere entstehen Materialdefekte des Lichtleiters über eine lange Nutzungsdauer solcher Lichtmodule. So wurde bereits festgestellt, dass insbesondere hohe Temperaturen, die beim Betrieb der Lichtquelle in Form von LEDs entstehen, das Material des Lichtleiters beeinträchtigen und insbesondere unbrauchbar machen können. Um diesen Nachteil zu beheben, ist es bereits bekannt Lichtmodule aus entsprechenden temperaturbeständigen Materialien, wie zum Beispiel Glas zu fertigen. Dies führt jedoch zu relativ teuren Lichtmodulen, die darüber hinaus hinsichtlich ihrer lichttechnischen Eigenschaften und der Biegbarkeit solcher gläserner Lichtleiter Einschränkungen aufweisen. Auch wurde zum Beispiel in der DE 102 05 694 A1 oder der WO 2008/ 011 938 A1 bereits vorgeschlagen, dass man Lichtleiter aus unterschiedlichen Materialien herstellt und diese kombiniert. So können die Bereiche mit der Kopplungsfläche ein hochtemperaturbeständiges Material wie zum Beispiel Glas aufweisen, während der Rest des Lichtleiters in kostengünstigerer Kunststoffweise ausgeführt ist. Nachteilhaft bei diesen Ausführungsformen ist es, dass Kontaktflächen zwischen den unterschiedlichen Materialien entstehen, die lichttechnisch schwer zu handhaben sind. Darüber hinaus sind bei der lichttechnischen Anordnung eines solchen Lichtmoduls die unterschiedlichen Brechungsindices der unterschiedlichen Materialien des Lichtleiters zu berücksichtigen und entsprechende Maßnahmen zu treffen. Damit erhöht sich die Komplexität der Herstellung und Auslegung solcher Lichtmodule um ein Vielfaches. Weiter hat sich herausgestellt, dass bekannte Lichtmodule auch unabhängig von der Temperaturbeeinflussung einem Materialverschleiß unterliegen. Insbesondere wurde überraschenderweise herausgefunden, dass kurzwelliges Licht der Lichtquellen für einen Materialverschleiß des Lichtleiters die Ursache sein kann. Dies führt insbesondere zu Versagensfällen, die nur durch einen besonders großen Abstand zwischen der Lichtquelle und der Kopplungsfläche verhindert bzw. minimiert werden können, um die gewünschte Dauereinsatzstabilität zu erzielen.A disadvantage of known light modules is that the long-term stability of the light guide is a critical point in the service life of such a light module. In particular, material defects in the light guide arise over a long service life of such light modules. It has already been determined that high temperatures in particular, which arise when the light source in the form of LEDs is operated, can impair the material of the light guide and in particular make it unusable. In order to remedy this disadvantage, it is already known to manufacture light modules from appropriate temperature-resistant materials, such as glass. However, this leads to relatively expensive light modules, which also have limitations in terms of their lighting properties and the bendability of such glass light guides. For example, in the DE 102 05 694 A1 or the WO 2008/ 011 938 A1 It has already been proposed that light guides be made from different materials and that these be combined. The areas with the coupling surface can be made of a high-temperature-resistant material such as glass, for example, while the rest of the light guide is made of a more cost-effective plastic. The disadvantage of these embodiments is that contact surfaces are created between the different materials, which are difficult to handle in terms of lighting technology. In addition, the different refractive indices of the different materials of the light guide must be taken into account when arranging the lighting technology of such a light module, and appropriate measures must be taken. This increases the complexity of manufacturing and designing such light modules many times over. It has also been found that known light modules are subject to material wear, regardless of temperature influences. In particular, it was surprisingly discovered that short-wave light from the light sources can be the cause of material wear on the light guide. This leads in particular to failures that can only be prevented or minimized by a particularly large distance between the light source and the coupling surface in order to achieve the desired long-term stability.

Aus der US 6 637 905 B1 sind ein Verfahren und System zur Bereitstellung einer Hintergrundbeleuchtung unter Verwendung eines lumineszierenden imprägnierten Materials bekannt. Die US 2008/0025045 A1 offenbart eine Struktur zur Helligkeitsverbesserung des seitlichen LCD-Hintergrundbeleuchtungsmoduls. Die WO 2006/003595 A1 offenbart ein Lichtsystem für eine Fahrzeugscheinwerfereinheit. Aus der EP 0778440 A2 ist eine hintergrundbeleuchtete Farbanzeige bekannt. Die US 2006/0002131 A1 offenbart ein Beleuchtungssystem auf Phosphorbasis mit mehreren Lichtleitern und eine diese verwendende Anzeige. Die US 5,882,774 A betrifft optische Filme, die beispielsweise als Polarisatoren und/oder Spiegel nützlich sind.From the US 6 637 905 B1 A method and system for providing backlighting using a luminescent impregnated material are known. The US 2008/0025045 A1 discloses a structure for improving the brightness of the side LCD backlight module. The WO 2006/003595 A1 discloses a lighting system for a vehicle headlight unit. EP0778440A2 is a backlit color display. The US 2006/0002131 A1 discloses a phosphor-based lighting system with multiple light guides and a display using the same. The US 5,882,774 A relates to optical films that are useful, for example, as polarizers and/or mirrors.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die voranstehend beschriebenen Nachteile bekannter Lichtmodule zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Lichtmodul sowie einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere in wartungsfreier Weise die gewünschte Dauerstabilität mit sich bringen.It is the object of the present invention to at least partially eliminate the disadvantages of known light modules described above. In particular, it is the object of the present invention to provide a light module and a headlight for a vehicle which provide the desired long-term stability in a maintenance-free manner.

Gelöst wird voranstehende Aufgabe durch ein Lichtmodul mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch einen Scheinwerfer mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lichtmodul beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The above object is achieved by a light module with the features of independent claim 1 and by a headlight with the features of independent claim 8. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the light module according to the invention naturally also apply in connection with the headlight according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.

Ein erfindungsgemäßes Lichtmodul für die Erzeugung und Weiterleitung von Licht weist einen Lichtleiter und eine Lichtquelle mit zumindest einer LED auf. Der Lichtleiter ist mit wenigstens einer Kopplungsfläche für die Einkopplung des von der Lichtquelle erzeugten Lichtes in den Lichtleiter versehen. Auf diese Weise kann eine Separierung des gewünschten Austrittsortes für das Licht und der Erzeugung des Lichts durch die Lichtquelle zur Verfügung gestellt werden.A light module according to the invention for generating and transmitting light has a light guide and a light source with at least one LED. The light guide is provided with at least one coupling surface for coupling the light generated by the light source into the light guide. In this way, a separation of the desired exit location for the light and the generation of the light by the light source can be provided.

Ein erfindungsgemäßes Lichtmodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Kopplungsfläche zumindest abschnittsweise mit einer Filterschicht versehen ist. Diese Filterschicht hindert Licht von der Lichtquelle an der Einkopplung in einem definierten Wellenlängenbereich in den Lichtleiter. Mit anderen Worten dient die Filterschicht dazu, einen Teil eines Wellenlängenspektrums „herauszuschneiden“ und daran zu hindern, den Lichtleiter zu beeinträchtigen. Dabei wird vorzugsweise ein Wellenlängenbereich definiert herausgefiltert, welcher als hauptursächlich für eine materialtechnische Schädigung des Materials des Lichtleiters identifiziert worden ist. Dies sind Bereiche in einem Wellenlängenbereich unter 420 nm. Insbesondere der Bereich um 400 nm ist überraschenderweise als schädigender Bereich festgestellt worden, so dass eine Einsatzmöglichkeit eines derartigen Filters überraschenderweise zu einer starken Erhöhung der Dauereinsatzstabilität eines Lichtmoduls führt.A light module according to the invention is characterized in that the coupling surface is provided with a filter layer at least in sections. This filter layer prevents light from the light source from being coupled into the light guide in a defined wavelength range. In other words, the filter layer serves to "cut out" part of a wavelength spectrum and prevent it from affecting the light guide. Preferably, a wavelength range is filtered out in a defined manner which has been identified as the main cause of material-technical damage to the material of the light guide. These are areas in a wavelength range below 420 nm. In particular, the area around 400 nm has surprisingly been identified as a damaging area, so that the use of such a filter surprisingly leads to a strong increase in the long-term use stability of a light module.

Vorzugsweise wird dabei der Wellenlängenbereich derart definiert, dass mehr oder weniger ausschließlich nur die Wellenlängen herausgefiltert werden, welche für die gewünschte sichtbare Lichtfunktion nicht oder nur in geringem Maße notwendig sind. Wird beispielsweise als Lichtquelle eine oder mehrere LEDs eingesetzt, so weisen diese ein breites Lichtspektrum über eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenbereichen auf. Der kurzwelligste Wellenlängenbereich ist der so genannte Blaupeak. Der abfallende Bereich des Blaupeaks in Richtung kürzer werdender Wellenlängenbereiche ist ein Randbereich des gesamten Spektrums der LED, welcher mit hoher energetischer Leistung einhergeht, jedoch für die gewünschte sichtbare Lichtfunktion nur von geringer Bedeutung ist. Insofern wird es durch ein erfindungsgemäßes Lichtmodul möglich diesen Randbereich herauszufiltern und auf diese Weise ohne oder nur mit geringer Beeinträchtigung der Qualität der Lichtfunktion einen Schädigungsmechanismus zu reduzieren bzw. vollständig zu unterbinden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass bei modernen Fahrzeugen häufig der Wunsch nach Wartungsfreiheit für ein solches Lichtmodul besteht. Insbesondere soll das Lichtmodul in einer Dauereinsatzsituation die Lebensdauer des Fahrzeuges übertreffen. Insbesondere ist ein Einzelaustausch solcher Lichtmodule nicht erwünscht. Durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Lichtmoduls kann auf diese Weise ein entscheidender Versagensmechanismus für den Lichtleiter in den Griff bekommen werden, so dass entsprechend die Dauereinsatzstabilität signifikant erhöht werden kann. Damit werden deutlich längere Standzeiten für ein erfindungsgemäßes Lichtmodul möglich, als dies bei bekannten Lichtmodulen erzielt werden kann.Preferably, the wavelength range is defined in such a way that more or less exclusively only those wavelengths are filtered out that are not necessary or only necessary to a small extent for the desired visible light function. For example, if one or more LEDs are used as a light source, they have a broad light spectrum over a large number of different wavelength ranges. The shortest wavelength range is the so-called blue peak. The falling area of the blue peak in the direction of shorter wavelength ranges is a marginal area of the entire spectrum of the LED, which is associated with high energy output, but is of little importance for the desired visible light function. In this respect, a light module according to the invention makes it possible to filter out this marginal area and in this way to reduce or completely prevent a damage mechanism with little or no impairment of the quality of the light function. This has the particular advantage that in modern vehicles there is often a desire for such a light module to be maintenance-free. In particular, the light module should exceed the service life of the vehicle in a continuous use situation. In particular, an individual replacement of such light modules is not desired. By means of an embodiment of a light module according to the invention, a crucial failure mechanism for the light guide can be brought under control, so that the long-term stability can be significantly increased. This makes significantly longer service lives possible for a light module according to the invention than can be achieved with known light modules.

Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Lichtmodule ist es, dass eine Verringerung des Abstandes zwischen der Lichtquelle und der Kopplungsfläche möglich wird. Aufgrund der Tatsache, dass sich der Abstand zwischen der Lichtquelle und der Kopplungsfläche proportional zur Schädigungswirkung auf den Lichtleiter durch die abgegebene Strahlung der LED verhält, kann durch den erhöhten Schutz mit Hilfe der Filterschicht eine Reduktion des Abstandes möglich werden. Die Reduktion des Abstandes ist von großem Vorteil, da die lichttechnische Einkopplung und optische Verarbeitung des von der Lichtquelle erzeugten Lichts auf diese Weise deutlich vereinfacht wird. Darüber hinaus reduziert sich der gesamte Bauraum des Lichtmoduls, was bei jeglichem Einsatz in Fahrzeugen einen großen Vorteil mit sich bringt. Insbesondere sind dabei Abstände vorgesehen, die kleiner als 3 mm sind. Auch deutlich kleinere Abstände unter 1 mm, kleiner als 0,8 mm, kleiner als 0,5 mm oder bis zu Abständen von 0,1 bis 0,3 mm sind erst durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Lichtmoduls möglich.A further advantage of light modules according to the invention is that it is possible to reduce the distance between the light source and the coupling surface. Due to the fact that the distance between the light source and the coupling surface is proportional to the damaging effect on the light guide caused by the radiation emitted by the LED, the increased protection provided by the filter layer makes it possible to reduce the distance. The reduction in the distance is a great advantage because the lighting coupling and optical processing of the light generated by the light source is significantly simplified in this way. In addition, the overall installation space of the light module is reduced, which is a great advantage for any use in vehicles. In particular, distances of less than 3 mm are provided. Even significantly smaller distances of less than 1 mm, less than 0.8 mm, less than 0.5 mm or up to distances of 0.1 to 0.3 mm are only possible with an embodiment of a light module according to the invention.

Eine Lichtquelle für ein erfindungsgemäßes Lichtmodul kann selbstverständlich eine oder auch mehrere LEDs aufweisen. Dabei können einzelne LEDs auch mit unterschiedlichen Farben versehen sein, so dass es sich um kritische und unkritische LEDs hinsichtlich der abgegebenen Wellenlängenspektren handelt. Da die Filterschicht die Kopplungsfläche zumindest abschnittsweise bedeckt ist, kann hier vorzugsweise eine Korrelation mit den einzelnen Farben der LEDs vorgenommen werden. So reicht es aus, wenn eine erfindungsgemäße Filterschicht nur in den Abschnitten der Kopplungsfläche vorgesehen wird, welche mit LEDs korrelieren, die den definierten Wellenbereich, also den schädigenden Wellenlängenbereich, überhaupt abgeben. „Unschädliche“ LEDs können auf diese Weise ausgespart werden, so dass die Filterschicht hinsichtlich der geometrischen Erstreckung auf das absolut notwendige Mindestmaß reduziert werden kann. Neben einer Reduktion der Kosten kann auf diese Weise auch die Beeinflussung aus lichttechnischer Sicht für das eingekoppelte Licht auf ein Minimum reduziert werden.A light source for a light module according to the invention can of course have one or more LEDs. Individual LEDs can also be provided with different colors, so that they are critical and non-critical LEDs with regard to the wavelength spectra emitted. Since the filter layer covers the coupling surface at least in sections, a correlation with the individual colors of the LEDs can preferably be carried out here. It is therefore sufficient if a filter layer according to the invention is only provided in the sections of the coupling surface which correlate with LEDs that emit the defined wave range, i.e. the damaging wavelength range. "Harmless" LEDs can be left out in this way, so that the filter layer can be reduced to the absolutely necessary minimum in terms of its geometric extension. In addition to reducing costs, the influence of the coupled light from a lighting point of view can also be reduced to a minimum.

Unter dem Hindern der Einkopplung von Licht von der Lichtquelle in einem definierten Wellenlängenbereich in dem Lichtleiter ist insbesondere eine Hinderung der Einkopplung aus technischer Sicht zu verstehen. Aus technischer Sicht wird das Einkoppeln dann verhindert, wenn eine signifikante Reduktion der Wellenlängen durch diesen Filter erfolgt. Dabei ist nicht zwingend eine vollständige Filterung, also eine Filterung von 100 Prozent, notwendig, um dies zu erreichen. Auch niedrigere Filterwerte, insbesondere eine Reduktion um 80 Prozent bzw. mindestens 70 Prozent ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, um eine entsprechende Filterschicht zu bilden, die die Einkopplung in den Lichtleiter für den definierten Wellenbereich verhindert.Preventing the coupling of light from the light source in a defined wavelength range in the light guide is understood to mean, in particular, preventing coupling from a technical point of view. From a technical point of view, coupling is prevented when a significant reduction in wavelengths occurs through this filter. Complete filtering, i.e. 100 percent filtering, is not necessarily necessary to achieve this. Lower filter values, in particular a reduction of 80 percent or at least 70 percent, are also possible within the scope of the present invention in order to achieve a corresponding to form a suitable filter layer that prevents coupling into the light guide for the defined wavelength range.

Bei dem erfindungsgemäßen Lichtmodul hindert die Filterschicht Licht von der Lichtquelle mit einer Wellenlängen von kleiner oder gleich 420 nm daran in den Lichtleiter eingekoppelt zu werden. Mit anderen Worten stellt die Wellenlänge von 420 nm eine Obergrenze dar, die oberhalb von 400 nm liegt. Insbesondere ist die Obergrenze bei 415 nm, besonders bevorzugt bei 410 nm gesetzt. Der Bereich um 400 nm ist überraschender Weise als ein Bereich mit besonders hoher Schädigung für das Material des Lichtleiters festgestellt worden. Je tiefer die Obergrenze gesetzt wird, umso exakter kann das Ausschneiden der schädigenden Wellenlängenbereiche erfolgen. Insbesondere wird der Filter auf Wellenlängenbereiche fokussiert, welche für die Einstellung der Farbe einer Lichtfunktion nur geringen Anteil mit sich bringen. Je tiefer also diese Obergrenze gewählt wird, insbesondere bei 415 oder 410 nm, umso weniger wird die Lichtfarbe in unerwünschter Weise beeinflusst. Je höher jedoch diese Obergrenze gesetzt wird, umso besser wird auch die Filterfunktion und umso größer wird die Zunahme hinsichtlich der Dauerstabilität für das Lichtmodul sein.In the light module according to the invention, the filter layer prevents light from the light source with a wavelength of less than or equal to 420 nm from being coupled into the light guide. In other words, the wavelength of 420 nm represents an upper limit that is above 400 nm. In particular, the upper limit is set at 415 nm, particularly preferably at 410 nm. The range around 400 nm has surprisingly been found to be a range with particularly high damage to the material of the light guide. The lower the upper limit is set, the more precisely the damaging wavelength ranges can be cut out. In particular, the filter is focused on wavelength ranges that only have a small share in setting the color of a light function. The lower this upper limit is chosen, in particular at 415 or 410 nm, the less the light color is influenced in an undesirable way. However, the higher this upper limit is set, the better the filter function and the greater the increase in long-term stability for the light module.

Bei dem erfindungsgemäßen Lichtmodul hindert die Filterschicht Licht von der Lichtquelle mit einer Wellenlänge von größer oder gleich 380 nm daran in den Lichtleiter eingekoppelt zu werden. Dabei handelt es sich insbesondere um die Untergrenze des zu filternden definierten Wellenlängenbereichs. Diese Untergrenze kann selbstverständlich auch höher, zum Beispiel bei 385 nm oder bevorzugt bei 390 nm liegen. In Kombination mit den Ausführungen im voranstehenden Absatz kann also von einem Filterbereich, bzw. einem definierten Wellenlängenbereich, um die 400 nm gesprochen werden. Das Spektrum darunter ist üblicherweise derart ausgebildet, dass die LED dort keinen Anteil mehr aufweist. Die Untergrenze ist hinsichtlich einer Einflussnahme auf die Lichttechnik auch unkritisch. Vielmehr wird die Untergrenze hinsichtlich der Wahl der Filterbeschichtung relevant, so dass eine Erhöhung der Untergrenze kostengünstigere und einfachere Materialien für die Filterschicht erlaubt.In the light module according to the invention, the filter layer prevents light from the light source with a wavelength greater than or equal to 380 nm from being coupled into the light guide. This is in particular the lower limit of the defined wavelength range to be filtered. This lower limit can of course also be higher, for example at 385 nm or preferably at 390 nm. In combination with the statements in the previous paragraph, one can therefore speak of a filter range or a defined wavelength range around 400 nm. The spectrum below this is usually designed in such a way that the LED no longer has any share there. The lower limit is also not critical with regard to influencing the lighting technology. Rather, the lower limit is relevant with regard to the choice of filter coating, so that an increase in the lower limit allows more cost-effective and simpler materials for the filter layer.

Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul der Lichtleiter aus einem Kunststoffmaterial besteht, welches insbesondere eines der folgenden Materialien aufweist:

  • - Polycarbonat (PC),
  • - Polymethylmethacrylat (PMMA),
  • - Polymethacrylmethylimid (PMMI),
  • - Cyclo-olefinisches Copolymer (COC),
  • - Cyclo-olefinisches Polymer (COP).
A further advantage is when, in a light module according to the invention, the light guide consists of a plastic material which in particular comprises one of the following materials:
  • - Polycarbonate (PC),
  • - Polymethyl methacrylate (PMMA),
  • - Polymethacrylmethylimide (PMMI),
  • - Cyclo-olefinic copolymer (COC),
  • - Cyclo-olefinic polymer (COP).

Als typisches Material ist hier insbesondere Polycarbonat und dessen Mischungen zu nennen. Insbesondere bei derartigen Kunststoffmaterialien, wie sie in der voranstehenden Liste angegeben sind, wird ein erfindungsgemäßes Lichtmodul große Vorteile mit sich bringen. Insbesondere durch das Herausfiltern der definierten Wellenbereiche können auf diese Weise Veränderungen der Polymerstruktur, insbesondere ein so genanntes „Vercracken“ bzw. Degenerieren der Polymerstruktur verhindert werden. Damit wird insbesondere ein Schutz generiert, der ein Blindwerden der Kopplungsfläche und damit ein vollständiges Versagen oder teilweises Versagen des Lichtmoduls auf einen späteren Zeitpunkt verschiebt bzw. reduziert oder vollständig verhindert.A typical material here is polycarbonate and its mixtures. A light module according to the invention will bring great advantages, particularly with plastic materials such as those specified in the above list. In particular, by filtering out the defined wave ranges, changes to the polymer structure, in particular so-called "cracking" or degeneration of the polymer structure, can be prevented. This generates a protection that postpones or reduces or completely prevents the coupling surface from becoming blind and thus a complete or partial failure of the light module to a later point in time.

Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul die Filterschicht eine scharfe Abgrenzung des definierten Wellenlängenbereichs für die Filtereigenschaft aufweist, deren Ränder insbesondere eine Auflösung von kleiner oder gleich 5 nm aufweisen. Auch breiter aufgelöste Ränder von bis zu 10 nm sind selbstverständlich möglich. Damit wird der Filtersprung zwischen gefiltertem und ungefiltertem Bereich als sehr steiler Filtersprung ausgeführt. Mit anderen Worten ist eine scharfkantige Filterung möglich. Der gefilterte Bereich unterscheidet sich vom ungefilterten Bereich sehr deutlich, so dass nur ein sehr geringer Übergangsbereich besteht. Damit kann gezielt ein bestimmter vordefinierter Wellenlängenbereich herausgefiltert werden, so dass ein geringer Übergangsbereich auch mit einer geringen Einflussnahme zum Beispiel auf die Farbe der Lichtfunktion einhergeht. Es kann also ein bewusster Unterschied zwischen gewünschten und ungewünschten Wellenlängen durch eine erfindungsgemäße Filterschicht zur Verfügung gestellt werden.A further advantage is when, in a light module according to the invention, the filter layer has a sharp delimitation of the defined wavelength range for the filter property, the edges of which in particular have a resolution of less than or equal to 5 nm. Broader resolution edges of up to 10 nm are of course also possible. This means that the filter jump between the filtered and unfiltered area is implemented as a very steep filter jump. In other words, sharp-edged filtering is possible. The filtered area differs very significantly from the unfiltered area, so that there is only a very small transition area. This makes it possible to specifically filter out a certain predefined wavelength range, so that a small transition area also has little influence, for example, on the color of the light function. A conscious difference between desired and undesired wavelengths can therefore be provided by a filter layer according to the invention.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Abstand zwischen der Lichtquelle und der Kopplungsfläche kleiner oder gleich 1 mm, insbesondere kleiner oder gleich als 0,8 mm, bevorzugt kleiner oder gleich 0,5 mm und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,3 mm beträgt. Dies wird insbesondere durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Lichtmoduls und das Vorsehen der Filterschicht möglich. Je geringer die Abstände sind, umso besser ist die lichttechnische Einkopplung in die Lichttechnik möglich. Insbesondere kann auf optische Vorbauten verzichtet werden, da fast ein direkter Kontakt zwischen der Lichtquelle und der Kopplungsfläche möglich wird.Within the scope of the present invention, it is also advantageous if the distance between the light source and the coupling surface is less than or equal to 1 mm, in particular less than or equal to 0.8 mm, preferably less than or equal to 0.5 mm and particularly preferably less than or equal to 0.3 mm. This is made possible in particular by an embodiment of a light module according to the invention and the provision of the filter layer. The smaller the distances, the better the lighting coupling into the lighting technology is possible. In particular, optical projections can be dispensed with, since almost direct contact between the light source and the coupling surface is possible.

Bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul kann die Filterschicht eine Temperaturbeständigkeit aufweisen, die größer oder gleich 120° C beträgt. Da bei dem Einsatz von LEDs häufig hohe Temperaturen von bis zu über 100° C, insbesondere bis zu 120° C erreicht werden können, ist eine temperaturbeständige Filterschicht ein großer Vorteil, da auf diese Weise die Filterschicht hinsichtlich ihrer Eigenschaften die notwendige Dauerbeständigkeit für das Lichtmodul mit sich bringt. Selbstverständlich sind auch die LEDs entsprechend auf die Temperaturbeständigkeit ausgelegt und vorzugsweise mit passiven oder aktiven Kühlkörpern vorgesehen, die ebenfalls als Teil des Lichtmoduls ausgebildet sein können.In a light module according to the invention, the filter layer can have a temperature resistance that is greater than or equal to 120° C. Since high temperatures of up to over 100° C, in particular up to 120° C, can often be reached when using LEDs, a temperature-resistant A permanent filter layer is a great advantage, as the filter layer's properties provide the necessary durability for the light module. Of course, the LEDs are also designed for temperature resistance and are preferably provided with passive or active heat sinks, which can also be designed as part of the light module.

Ein erfindungsgemäßes Lichtmodul kann vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass die Kopplungsfläche im Wesentlichen eben ist. Dies reduziert den Aufwand für die Herstellung des Lichtmoduls und insbesondere den Aufwand für die Beschichtung der Kopplungsfläche mit der Filterschicht. Eine im Wesentlichen ebene Kopplungsfläche dient darüber hinaus dazu die Beeinflussung der Lichttechnik bei der Einkopplung des erzeugten Lichts von der Lichtquelle auf ein Minimum zu reduzieren.A light module according to the invention can preferably be designed such that the coupling surface is essentially flat. This reduces the effort required to manufacture the light module and in particular the effort required to coat the coupling surface with the filter layer. A substantially flat coupling surface also serves to reduce the influence of the lighting technology when coupling in the light generated by the light source to a minimum.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Kopplungsfläche zumindest abschnittsweise eine konkave Krümmung aufweist. Damit ist ein noch geringerer Abstand zwischen der Kopplungsfläche und der LED möglich. Lichttechnisch wird dadurch der Vorteil erzielt, dass die Dauerstabilität auch in besonders geringen Abständen gegeben wird. Die konkave Krümmung ist bereits ein erster Teil einer Lichtbeeinflussung und kann durch weitere optische Bauteile verbessert werden.Alternatively or additionally, it is also possible for the coupling surface to have a concave curvature, at least in sections. This allows an even smaller distance between the coupling surface and the LED. In terms of lighting technology, this has the advantage that long-term stability is also achieved at particularly small distances. The concave curvature is already a first part of influencing the light and can be improved by additional optical components.

Bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul ist es möglich, dass die Filterschicht eine Schichtdicke von zumindest 5 µm aufweist. Diese Mindestschichtdicke ist insbesondere mit Bezug auf die Dauerstabilität und die gewünschte Filterleistung gewählt. Je nach tatsächlicher Materialwahl für die Filterschicht können selbstverständlich auch dickere Schichtdicken zum Einsatz kommen. Die Filterschicht wird dabei zum Beispiel durch ein Druckverfahren, insbesondere durch Tampondruck aufgebracht. Auch Sprühbeschichtungen oder das Beschichten durch Eintauchen sind möglich, um die gewünschte Filterschicht auf der Kopplungsfläche des Lichtmoduls für den Lichtleiter zu erzielen.In a light module according to the invention, it is possible for the filter layer to have a layer thickness of at least 5 µm. This minimum layer thickness is chosen in particular with reference to the long-term stability and the desired filter performance. Depending on the actual material selected for the filter layer, thicker layer thicknesses can of course also be used. The filter layer is applied, for example, by a printing process, in particular by pad printing. Spray coatings or coating by immersion are also possible in order to achieve the desired filter layer on the coupling surface of the light module for the light guide.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Scheinwerfer für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens ein erfindungsgemäßes Lichtmodul. Damit bringt ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Lichtmodul erläutert worden sind.The present invention also relates to a headlight for a vehicle, comprising at least one light module according to the invention. A headlight according to the invention thus brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a light module according to the invention.

Die Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen schematisch:

  • 1 eine Darstellung eines Lichtmoduls einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine Darstellung eines Details eines Lichtmoduls einer zweiten Ausführungsform,
  • 3 eine Darstellung eines Details eines Lichtmoduls einer dritten Ausführungsform,
  • 4 eine Ausführungsform eines Wellenlängenspektrums für eine LED, und
  • 5 eine Ausführungsform einer Filterschicht hinsichtlich der Filtereigenschaft.
The invention is explained in more detail using the attached drawings. The terms "left", "right", "top" and "bottom" used refer to an alignment of the drawings with normally legible reference symbols. They show schematically:
  • 1 a representation of a light module of a first embodiment,
  • 2 a representation of a detail of a light module of a second embodiment,
  • 3 a representation of a detail of a light module of a third embodiment,
  • 4 an embodiment of a wavelength spectrum for an LED, and
  • 5 an embodiment of a filter layer with regard to the filter properties.

Die 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls. Die 2 und 3 zeigen dabei Detailausschnitte eines solchen Lichtmoduls 10.The 1 to 3 show various embodiments of a light module according to the invention. The 2 and 3 show detailed sections of such a light module 10.

In 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 10 gezeigt, bei welchem eine Lichtquelle 30 mit fünf LEDs 32 versehen ist. Auf der Rückseite der Lichtquelle 30 ist ein Kühlkörper 50 vorgesehen, welcher als passiver Kühlkörper mit Kühlrippen versehen ist, die zur Kühlung der LEDs 32 dienen. Ein Lichtleiter 20 ist kreisförmig oberhalb der Lichtquelle 30 angeordnet. Der Lichtleiter 20 ist mit einer Kopplungsfläche 22 versehen über welche Licht eingekoppelt werden kann, welches von den LEDs 32 der Lichtquelle 30 erzeugt wird. Um diese Kopplungsfläche 22 vor der aggressiven Strahlung der LEDs 32 zu schützen, ist eine Filterschicht 40 auf der Kopplungsfläche 22 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich die Filterschicht 40 im Wesentlichen über die gesamte Kopplungsfläche 22 und schützt diese auf diese Weise. Licht, welches von der Lichtquelle 30 emittiert wird, gelangt nur durch die Filterschicht 40 zur Kopplungsfläche 22 und kann dort in den Lichtleiter 20 eingekoppelt werden. Die Filterschicht 40 dient dazu definierte Wellenlängenbereiche herauszufiltern. Dabei ist die Filterschicht 40 vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie einen Wellenlängenbereich um 400 nm herausfiltert. Da sich dieser Bereich überraschenderweise als besonders aggressiv hinsichtlich einer Materialveränderung des Lichtleiters 20 herausgestellt hat, wird auf diese Weise die Dauerstabilität des Lichtleiters 20 und damit des gesamten Lichtmoduls 10 signifikant erhöht. Der Lichtleiter 20 ist dabei vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, zum Beispiel aus Polycarbonat oder aus Polycarbonat mit weiteren Komponenten versehen.In 1 an embodiment of a light module 10 according to the invention is shown, in which a light source 30 is provided with five LEDs 32. On the back of the light source 30, a heat sink 50 is provided, which is provided as a passive heat sink with cooling fins that serve to cool the LEDs 32. A light guide 20 is arranged in a circle above the light source 30. The light guide 20 is provided with a coupling surface 22 via which light can be coupled in, which is generated by the LEDs 32 of the light source 30. In order to protect this coupling surface 22 from the aggressive radiation of the LEDs 32, a filter layer 40 is provided on the coupling surface 22. In this embodiment, the filter layer 40 extends essentially over the entire coupling surface 22 and protects it in this way. Light emitted by the light source 30 only passes through the filter layer 40 to the coupling surface 22 and can be coupled there into the light guide 20. The filter layer 40 serves to filter out defined wavelength ranges. The filter layer 40 is preferably designed in such a way that it filters out a wavelength range around 400 nm. Since this range has surprisingly proven to be particularly aggressive with regard to a change in the material of the light guide 20, the long-term stability of the light guide 20 and thus of the entire light module 10 is significantly increased in this way. The light guide 20 is preferably made of a plastic material, for example polycarbonate or polycarbonate with additional components.

In den 2 und 3 sind weitere Varianten der möglichen Einkopplung von Licht für ein Lichtmodul 10 dargestellt. In 2 ist eine im Wesentlichen ebene Ausführungsform der Kopplungsfläche 22 dargestellt, welche nur in einem bestimmten Abschnitt mit einer Filterschicht 40 versehen ist. Dies ist zum Beispiel dann von Vorteil, wenn nur die drei linken LEDs 32 ein Wellenlängenspektrum aufweisen, welches schädigend für das Material des Lichtleiters 20 wirkt. Beispielsweise sind die beiden rechten LEDs 32 der Lichtquelle 30 ohne einen solchen schädigenden Spektrumsanteil ausgebildet. So reicht es bei dieser Ausführungsform aus, wenn die Filterschicht 40 sich nur über den Abschnitt erstreckt, welcher das Licht von den linken drei LEDs 32 der Lichtquelle 30 einkoppelt. Dies reduziert die Kosten und den Aufwand für die Beschichtung mit der Filterschicht 40 deutlich.In the 2 and 3 Further variants of the possible coupling of light for a light module 10 are shown. In 2 a substantially planar embodiment of the coupling surface 22 is shown, which is provided with a filter layer 40 only in a certain section. This is advantageous, for example, if only the three left LEDs 32 have a wavelength spectrum that is damaging to the material of the light guide 20. For example, the two right LEDs 32 of the light source 30 are designed without such a damaging spectrum component. In this embodiment, it is sufficient if the filter layer 40 only extends over the section that couples in the light from the three left LEDs 32 of the light source 30. This significantly reduces the costs and effort for coating with the filter layer 40.

In 3 ist eine weitere Ausführungsform des Lichtmoduls 10 dargestellt. Dort ist eine gekrümmte Kopplungsfläche 22 vorgesehen, die bereits eine sammelnde Wirkung auf das von der Lichtquelle 30 zur Verfügung gestellte Licht mit sich bringt. Die gekrümmte Kopplungsfläche 22 ist wieder im Wesentlichen vollflächig mit der Filterschicht 40 versehen. Dabei kann die Filterschicht 40 vorzugsweise ebenfalls gekrümmt sein, wie dies der 3 zu entnehmen ist. Jedoch sind auch andere Beschichtungsformen, insbesondere Beschichtungsformen der Filterschicht 40, die nicht die Oberflächenstruktur und Krümmung der Kopplungsfläche 22 wiedergeben, im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.In 3 1 shows a further embodiment of the light module 10. There, a curved coupling surface 22 is provided, which already has a collecting effect on the light provided by the light source 30. The curved coupling surface 22 is again provided with the filter layer 40 essentially over its entire surface. The filter layer 40 can preferably also be curved, as is the case with the 3 However, other coating forms, in particular coating forms of the filter layer 40, which do not reflect the surface structure and curvature of the coupling surface 22, are also conceivable within the scope of the present invention.

In 4 ist ein Beispiel für ein Wellenlängenspektrum einer LED dargestellt. Damit ist mit F ein Filterbereich definiert, welcher der untere Randbereich des Peaks ist. Der Peak links im Wellenlängenspektrum ist zum Beispiel der Blaupeak einer LED. Das Abfallen bei sinkender Wellenlänge ist insbesondere ein Bereich, welcher für die Funktion des Lichts insbesondere hinsichtlich der Farbe nicht mehr von großer Beeinflussungskraft ist. Jedoch ist in diesem Bereich eine hohe Energiedichte für die entsprechende Wellenlänge vorhanden, so dass ein Filtern in diesem Bereich ohne große Beeinflussung der Farbe der Lichtfunktion einen großen Schutz für den Lichtleiter 22 darstellt.In 4 is an example of a wavelength spectrum of an LED. This defines a filter range with F, which is the lower edge of the peak. The peak on the left in the wavelength spectrum is, for example, the blue peak of an LED. The drop as the wavelength decreases is a region in particular that no longer has a great influence on the function of the light, particularly with regard to the color. However, there is a high energy density for the corresponding wavelength in this region, so that filtering in this region without greatly influencing the color of the light function represents great protection for the light guide 22.

5 zeigt eine mögliche Art und Weise der Filterung durch eine Filterschicht 40. Hierbei ist eine besonders scharfe Abgrenzung zwischen dem gefilterten und dem ungefilterten Bereich durch die Filterschicht 40 gegeben. Unter B ist dabei die Abgrenzungsbreite der Filtereigenschaft zu verstehen. Mit anderen Worten ist ein besonders kleiner Übergangsbereich hinsichtlich der Wellenlänge vorgesehen, so dass der Transmissionsgrad im Wesentlichen sprunghaft zwischen dem gefilterten und dem ungefilterten Bereich hin und her springt. Damit kann genau und bewusst zwischen einem gefilterten und einem ungefilterten Bereich, also zwischen dem definierten Wellenlängenbereich für die Filterschicht 40 und anderen Wellenlängenbereichen unterschieden werden. 5 shows a possible way of filtering through a filter layer 40. Here, a particularly sharp demarcation between the filtered and the unfiltered area is provided by the filter layer 40. B is to be understood as the demarcation width of the filter property. In other words, a particularly small transition area is provided with regard to the wavelength, so that the degree of transmission essentially jumps back and forth between the filtered and the unfiltered area. This makes it possible to distinguish precisely and consciously between a filtered and an unfiltered area, i.e. between the defined wavelength range for the filter layer 40 and other wavelength ranges.

Es ist selbstverständlich, dass die voranstehenden Ausführungen zu den einzelnen Ausführungsformen die Erfindung nur im Rahmen von Beispielen beschreiben. Dementsprechend können einzelne Merkmale, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the above statements on the individual embodiments describe the invention only in the context of examples. Accordingly, individual features can be freely combined with one another, provided they are technically expedient, without departing from the scope of the present invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
LichtmodulLight module
2020
LichtleiterLight guide
2222
KopplungsflächeCoupling surface
3030
LichtquelleLight source
3232
LEDLED
4040
FilterschichtFilter layer
5050
KühlkörperHeatsink
BB
Abgrenzungsbreite der FiltereigenschaftDelimitation width of the filter property
FF
FilterbereichFilter area

Claims (8)

Lichtmodul (10) für die Erzeugung und Weiterleitung von Licht, aufweisend einen Lichtleiter (20) und eine Lichtquelle (30) mit zumindest einer LED (32), wobei der Lichtleiter (20) wenigstens eine Kopplungsfläche (22) für die Einkopplung des von der Lichtquelle (30) erzeugten Lichts in den Lichtleiter (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsfläche (22) zumindest abschnittsweise mit einer Filterschicht (40) versehen ist, welche die Einkopplung von Licht der Lichtquelle (30) in den Lichtleiter (20) in einem definierten Wellenlängenbereich verhindert, wobei der definierte Wellenlängenbereich einen Bereich mit Wellenlängen von kleiner oder gleich 420 nm und von größer oder gleich 380 nm definiert.Light module (10) for generating and transmitting light, comprising a light guide (20) and a light source (30) with at least one LED (32), wherein the light guide (20) has at least one coupling surface (22) for coupling the light generated by the light source (30) into the light guide (20), characterized in that the coupling surface (22) is provided at least in sections with a filter layer (40) which prevents the coupling of light from the light source (30) into the light guide (20) in a defined wavelength range, wherein the defined wavelength range defines a range with wavelengths of less than or equal to 420 nm and of greater than or equal to 380 nm. Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (20) aus einem Kunststoffmaterial besteht, welches insbesondere eines der folgenden Materialien aufweist: - Polycarbonat (PC), - Polymethylmethacrylat (PMMA), - Polymethacrylmethylimid (PMMI), - Cyclo-olefinisches Copolymer (COC), - Cyclo-olefinisches Polymer (COP).Light module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the light guide (20) consists of a plastic material which in particular comprises one of the following materials: - polycarbonate (PC), - polymethyl methacrylate (PMMA), - polymethacrylmethylimide (PMMI), - cyclo-olefinic copolymer (COC), - cyclo-olefinic polymer (COP). Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht (40) eine scharfe Abgrenzung des definierten Wellenlängenbereichs für die Filtereigenschaft aufweist, deren Ränder insbesondere eine Auflösung von kleiner oder gleich 5 nm aufweisen.Light module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the filter layer (40) has a sharp delimitation of the defined wavelength range for the filter property, the edges of which in particular have a resolution of less than or equal to 5 nm. Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Lichtquelle (30) und der Kopplungsfläche (22) kleiner oder gleich 1 mm, insbesondere kleiner oder gleich als 0,8 mm, bevorzugt kleiner oder gleich 0,5 mm und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,3 mm beträgt.Light module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the light source (30) and the coupling surface (22) is less than or equal to 1 mm, in particular less than or equal to 0.8 mm, preferably less than or equal to 0.5 mm and particularly preferably less than or equal to 0.3 mm. Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsfläche (22) im Wesentlichen eben ist.Light module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling surface (22) is substantially flat. Lichtmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsfläche (22) zumindest abschnittsweise eine konkave Krümmung aufweist.Light module (10) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the coupling surface (22) has a concave curvature at least in sections. Lichtmodul (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht (40) eine Schichtdicke von zumindest 5 µm aufweist.Light module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the filter layer (40) has a layer thickness of at least 5 µm. Scheinwerfer für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens ein Lichtmodul (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7.Headlight for a vehicle, comprising at least one light module (10) with the features of one of the Claims 1 until 7 .
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