DE102014015592A1 - Production of a light-guiding element with a coupling-out structure - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Lichtleitelements mit einer Auskoppelstruktur, durch die Licht mit einer vorgegebenen Leuchtdichteverteilung Lv,soll auskoppelbar ist. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst folgende Schritte: Erzeugen (101) eines lichtleitenden Substrats; Aufbringen (102) einer Auskoppelstruktur Ai auf das Substrat; Einkoppeln (103a) von Licht in das Substrat und Ermitteln (103b) der durch die Auskoppelstruktur Ai ausgekoppelten Leuchtdichteverteilung Lv(Ai); abhängig von einer Differenz D der Leuchtdichteverteilungen D = Lv,soll – Lv(Ai) Ermitteln (104) einer Auskoppelstruktur Ai+1 derart, dass nach Aufbringen der Auskoppelstruktur Ai+1 auf die Auskoppelstruktur Ai die Differenz D verringert wird; und Wiederholen (105) der Schritte 1.2. bis 1.4. für i = i + 1 solange bis die Differenz D einer vorgegebenen Grenzbedingung genügt.The invention relates to a method and a device for producing a light-guiding element with a coupling-out structure, by means of which light with a predetermined luminance distribution L v, is to be coupled out. The proposed method comprises the following steps: generating (101) a photoconductive substrate; Applying (102) a coupling-out structure A i to the substrate; Coupling (103a) light into the substrate and determining (103b) the luminance distribution L v (A i ) coupled out by the coupling-out structure A i ; depending on a difference D of the luminance distributions D = L v, - L v (A i ) determining (104) a coupling-out structure A i + 1 such that after application of the coupling-out structure A i + 1 to the coupling-out structure A i reduces the difference D. becomes; and repeating (105) steps 1.2. to 1.4. for i = i + 1 until the difference D satisfies a given limit condition.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Lichtleitelements mit einer Auskoppelstruktur, durch die in das Lichtelement eingekoppeltes Licht mit einer vorgegebenen Leuchtdichteverteilung aus dem Lichtleitelement auskoppelbar ist.The invention relates to a method and a device for producing a light-guiding element with a coupling-out structure, by means of which light coupled into the light element can be coupled out of the light guide element with a predetermined luminance distribution.
Derartige Lichtleitelemente können beispielsweise als Beleuchtungselemente, als Dekorelemente oder als optische Anzeige- oder Ausgabeelemente Verwendung finden. Insbesondere werden derartige Lichtelemente in oder an Fahrzeugen bspw. zur Ambientebeleuchtung, zur Be- oder Hinterleuchtung von Dekorelementen, oder zu Design- oder Informationszwecken verwendet.Such light-guiding elements can be used, for example, as lighting elements, as decorative elements or as optical display or output elements. In particular, such light elements are used in or on vehicles, for example, for ambient lighting, for illumination or backlighting of decorative elements, or for design or information purposes.
Unter dem Begriff „Lichtleitelement” wird vorliegend ein Element bzw. ein Bauteil verstanden, in das Licht bspw. mittels einer oder mehrerer LED's, einkoppelbar ist, das das eingekoppelte Licht leitet, und das eingekoppelte Licht an durch die Auskoppelstruktur definierten Stellen bzw. Flächenelementen aus dem Element/Bauteil ausgekoppelt wird.The term "light-guiding element" is understood here to mean an element or a component into which light can be coupled, for example by means of one or more LED's, which conducts the coupled-in light, and the coupled-in light to points or surface elements defined by the coupling-out structure is coupled to the element / component.
Unter dem Begriff „Leuchtdichte” in [cd/m2] wird vorliegend der von einem unendlich kleinen lokalen Flächenelement Raumwinkel-abhängig abgegebene Lichtstrom verstanden. Unter dem Begriff „Leuchtdichteverteilung” Lv wird vorstehend die flächige Verteilung der Leuchtdichte des vom Lichtleitelement ausgekoppelten Lichtstroms verstanden.In the present case, the term "luminance" in [cd / m 2 ] is understood to mean the luminous flux emitted by an infinitely small local area element in terms of solid angle. The term "luminance distribution" L v is understood above to mean the areal distribution of the luminance of the luminous flux decoupled from the light-conducting element.
Gattungsgemäße Lichtleitelemente sind im Stand der Technik bekannt. So offenbart die
Weiterhin offenbart die
Da der Lichtstrom innerhalb eines Lichtleitelements örtlich stark unterschiedlich sein kann, was am Abstand von der Licht einhoppelnden Lichtquelle, an der Geometrie des Bauteils und von der konkreten Auskopplung über eine Oberfläche abhängt, ist es insbesondere schwierig, ein flächig leuchtendes Lichtleitelement herzustellen, das mit einer vorgegebenen flächigen Leuchtdichteverteilung (homogen oder inhomogen) leuchten soll.Since the luminous flux within a light-guiding element can vary greatly in terms of location, which depends on the distance from the light-incoupling light source, on the geometry of the component and on the concrete coupling over a surface, it is particularly difficult to produce a surface-emitting light-conducting element which is provided with a light guide predetermined surface luminance distribution (homogeneous or inhomogeneous) should shine.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Herstellung eines Lichtleitelements mit einer Auskoppelstruktur anzugeben, wobei durch die Auskoppelstruktur Licht mit einer vorgegebenen Soll-Leuchtdichteverteilung aus dem Lichtleitelement auskoppelbar ist. Das Verfahren soll es insbesondere ermöglichen, kompakte flächige Lichtleiter mit einer großen Bandbreite an räumlicher Gestaltungsfreiheit derart herzustellen, dass diese eine auskoppelbare Soll-Leuchtdichteverteilung aufweisen.The object of the invention is to specify a cost-effective method and a device for producing a light-guiding element with a coupling-out structure, wherein light can be coupled out with a predetermined desired luminance distribution from the light-guiding element through the coupling-out structure. The method should in particular make it possible to produce compact planar light guides with a large bandwidth of spatial design freedom such that they have a decoupled desired luminance distribution.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims.
Der verfahrensgemäße Aspekt der Aufgabe ist mit einem Verfahren zur Herstellung eines Lichtleitelements mit einer Auskoppelstruktur, durch die Licht mit einer vorgegebenen Leuchtdichteverteilung Lv,soll auskoppelbar ist gelöst. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die vorgegebene Leuchtdichteverteilung Lv,soll flächig konstant. Die Leuchtdichteverteilung Lv,soll kann natürlich jede beliebige Verteilung des lokal ausgesandten Lichtstroms angeben.The procedural aspect of the object is achieved with a method for producing a light-guiding element having a coupling-out structure, by means of which light with a predetermined luminance distribution L v, is to be coupled out. In a preferred embodiment, the predetermined luminance distribution L v, should be constant area. Of course, the luminance distribution L v, soll can indicate any distribution of the locally emitted luminous flux.
Das vorgeschlagene Verfahren umfasst folgende Schritte.The proposed method comprises the following steps.
In einem ersten Schritt erfolgt ein Erzeugen oder ein Bereitstellen eines lichtleitenden Substrats. Das Substrat ist vorzugsweise flächig ausgebildet. Das Erzeugen des lichtleitenden Substrats erfolgt vorteilhaft mittels eines Urformverfahrens, wie beispielsweise eines Spritzguss- oder eines Extrusionsverfahrens, oder mittels eines Umformverfahrens, wie beispielsweise durch Tiefziehen. Das Substrat selbst ist vorteilhaft ein Kunststoffmaterial.In a first step, a generating or providing a photoconductive substrate takes place. The substrate is preferably flat educated. The generating of the photoconductive substrate is advantageously carried out by means of a primary molding process, such as an injection molding or an extrusion process, or by means of a forming process, such as by deep drawing. The substrate itself is advantageously a plastic material.
In einem zweiten Schritt erfolgt ein Aufbringen einer Auskoppelstruktur Ai auf das Substrat. Die Auskoppelstruktur Ai besteht vorteilhaft aus einem Kunststoffmaterial. Die Auskoppelstruktur Ai besteht weiterhin vorteilhaft aus einem lichttransparenten Material mit einem dem Substrat vergleichbaren Brechungsindex. Das lichttransparente Material kann bspw. opake, reflektierende und/oder lumineszente Einschlüsse aufweisen. Die Auskoppelstruktur Ai wird weiterhin vorteilhaft mittels einer Drucktechnik, bspw. mittels eines entsprechend modifizierten Tintenstrahldruckverfahrens, oder mittels eines Tampon- oder Transferdruckverfahrens, auf das Substrat aufgebracht. Hierzu muss das als Auskoppelstruktur Ai auf das Substrat aufzubringende Material zunächst ausreichend fließ- und damit druckfähig sein. Nach dem Aufbringen des Materials erfolgt vorteilhaft eine Aushärtung der aufgebrachten Auskoppelstruktur Ai.In a second step, a coupling-out structure A i is applied to the substrate. The coupling-out structure A i is advantageously made of a plastic material. The coupling-out structure A i furthermore advantageously consists of a light-transparent material with a refractive index comparable to the substrate. The light-transparent material may have, for example, opaque, reflective and / or luminescent inclusions. The coupling-out structure A i is furthermore advantageously applied to the substrate by means of a printing technique, for example by means of a suitably modified ink-jet printing method, or by means of a tampon or transfer printing method. For this purpose, the material to be applied to the substrate as coupling-out structure A i must first be sufficiently flowable and thus printable. After application of the material, curing of the applied coupling-out structure A i advantageously takes place.
Die erste auf das Substrat aufgebrachte Auskoppelstruktur Ai=0 wird vorteilhaft bezüglich ihrer Struktur und/oder ihrer Auftragsdicke in Abhängigkeit der vorgegebenen Leuchtdichteverteilung Lv,soll bestimmt. Alternativ kann die erste auf das Substrat aufzubringende Auskoppelstruktur Ai=0 als eine homogene Materialschicht mit einer vorgegebenen konstanten Schichtdicke aufgebracht werden. Weiterhin alternativ kann die erste auf das Substrat aufzubringende Auskoppelstruktur Ai=0 als ein vorgegebenes Materialschichtmuster mit homogener oder vorgegebener inhomogener Schichtdicke aufgebracht werden.The first decoupling structure A i = 0 applied to the substrate is advantageously determined with regard to its structure and / or its application thickness as a function of the predetermined luminance distribution L v, soll . Alternatively, the first coupling-out structure A i = 0 to be applied to the substrate can be applied as a homogeneous material layer having a predetermined constant layer thickness. As an alternative, the first coupling-out structure A i = 0 to be applied to the substrate can be applied as a predetermined material layer pattern with a homogeneous or predetermined inhomogeneous layer thickness.
Vorteilhaft wird die Auskoppelstruktur Ai=0 derart gewählt, dass für eine sich daraus ergebende Leuchtdichteverteilung Lv(Ai=0) gilt: für alle Flächenelemente ist die Leuchtdichteverteilung Lv(Ai=0) kleiner als die vorgegebenen Leuchtdichteverteilung Lv,soll, d. h. es wird weniger Licht ausgekoppelt als es der Leuchtdichteverteilung Lv,soll entspricht. Durch iteratives Aufbringen weiterer Auskoppelstrukturen, wie im Folgenden beschrieben, kann schließlich der ausgekoppelte Lichtstrom erhöht werden und so letztlich die vorgegebene Leuchtdichteverteilung Lv,soll erzielt werden.Advantageously, the coupling-out structure A i = 0 is selected such that the following applies for a resulting luminance distribution L v (A i = 0 ): for all surface elements, the luminance distribution L v (A i = 0 ) is smaller than the predetermined luminance distribution L v, should , that is, it is coupled out less light than the luminance distribution L v, should correspond. By iteratively applying further decoupling structures, as described below, the decoupled luminous flux can finally be increased, and thus ultimately the predetermined luminance distribution L v, soll is to be achieved.
In einem dritten Schritt erfolgt ein Einkoppeln von Licht in das Substrat und ein Ermitteln der durch die Auskoppelstruktur Ai ausgekoppelten Leuchtdichteverteilung Lv(Ai). Das Einkoppeln von Licht erfolgt vorteilhaft mittels einer Lichtquelle, insbesondere einer oder mehrerer LED's, die hierzu mit dem Substrat Licht leitend verbunden werden/sind. Das Ermitteln der durch die Auskoppelstruktur Ai ausgekoppelten Leuchtdichteverteilung Lv(Ai) erfolgt vorteilhaft mit einem bildauflösenden Leuchtdichte-Messsystem, bspw. einer CCD-Leuchtdichtemesskamera, das zur Erfassung des orts- und/oder richtungsabhängig von den jeweiligen Flächenelementen des Lichtleitelements ausgekoppelten Lichtstroms eingerichtet ist.In a third step, light is coupled into the substrate and the luminance distribution L v (A i ) decoupled by the coupling-out structure A i is determined. The coupling of light is advantageously carried out by means of a light source, in particular one or more LEDs, which are / is connected to the substrate for conducting light. The determined by the coupling-out structure A i decoupled luminance distribution L v (A i ) is advantageously carried out with an image-resolving luminance measurement system, eg. A CCD luminance measurement camera, which detects the local and / or direction-dependent decoupled from the respective surface elements of the light guide luminous flux is set up.
In einem vierten Schritt wird abhängig von einer Differenz D der Leuchtdichteverteilungen D = Lv,soll – Lv(Ai) eine Auskoppelstruktur Ai+1 derart ermittelt, dass nach Aufbringen der Auskoppelstruktur Ai+1 auf die bereits aufgebrachte(n) Auskoppelstruktur(en) Ai die Differenz D (prognostisch) verringert wird. Die Differenz D hat wie die Leuchtdichteverteilungen vorzugsweise die Dimension 2 oder 3. Die zur Ermittlung der Auskoppelstruktur Ai+1 durchzuführende Berechnungen hängen insbesondere von dem Material der aufzubringenden Auskoppelstruktur Ai+1 und der Differenz D ab.In a fourth step, depending on a difference D of the luminance distributions D = L v, soll - L v (A i ), a coupling-out structure A i + 1 is determined such that after applying the coupling-out structure A i + 1 to the already applied (n) Coupling-out structure (s) A i the difference D (prognostically) is reduced. The difference D, like the luminance distributions, preferably has the dimension 2 or 3. The calculations to be carried out to determine the coupling-out structure A i + 1 depend, in particular, on the material of the coupling-out structure A i + 1 to be applied and the difference D.
In einem fünften Schritt erfolgt ein Wiederholen der Schritte zwei bis vier für i = i + 1 solange bis die Differenz D einer vorgegebenen Grenzbedingung genügt. Die Grenzwertbedingung gibt beispielsweise an, dass das Verfahren dann beendet wird, wenn für alle Flächenelemente Fk des Lichtleitelements die Licht auskoppeln gilt, dass DFk < G1, wobei G1 ein vorgegebener Grenzwert ist. Vorteilhaft gilt für die Grenzbedingung im Rahmen einer gegebenen Messungenauigkeit beim Ermitteln der Leuchtdichteverteilung Lv(Ai): D = 0.In a fifth step, the steps two to four are repeated for i = i + 1 until the difference D satisfies a predetermined limit condition. The limit condition indicates, for example, that the method is terminated when, for all surface elements F k of the light guide element, the light decoupling is that D Fk <G1, where G1 is a predetermined limit value. It is advantageous for the boundary condition in the context of a given measurement inaccuracy when determining the luminance distribution L v (A i ): D = 0.
Das Material der iterativ auf das Substrat aufgebrachten Auskoppelstrukturen kann identisch sein, kann sich aber auch von einer Auskoppelstruktur Ai zu einer nächsten Auskoppelstruktur Ai+1 unterscheiden.The material of the decoupling structures iteratively applied to the substrate may be identical, but may also differ from a decoupling structure A i to a next decoupling structure A i + 1 .
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es insbesondere verschiedene Leuchtdichteverteilungen bei gleicher Geometrie/Form eines Lichtleitelements herzustellen Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird auf das Substrat zusätzlich zumindest: eine Dekorschicht und/oder eine Reflektorschicht und/oder eine Schicht einem im Vergleich zum Substrat geringeren Brechungsindex und/oder eine Lichtfilterschicht aufgebracht. Diese Schichten können je nach Anforderung oder gewünschten zu erzielenden Effekt auf das Substrat aufgebracht werden.The proposed method makes it possible, in particular, to produce different luminance distributions with the same geometry / shape of a light-guiding element. According to an advantageous further development, at least one decorative layer and / or one reflector layer and / or one layer has a lower refractive index and / or one compared to the substrate Applied light filter layer. These layers can be applied to the substrate as required or desired effect to be achieved.
Ein vorrichtungsgemäßer Aspekt der Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Lichtleitelements gelöst, das eine Auskoppelstruktur aufweist, durch die Licht mit einer vorgegebenen Leuchtdichteverteilung Lv,soll auskoppelbar ist.An apparatus-related aspect of the object is achieved by a device for producing a light-conducting element, which has a coupling-out structure, by means of which light with a predetermined luminance distribution L v, should be able to be coupled out.
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst ein erstes Mittel zum Erzeugen oder Bereitstellen eines lichtleitenden Substrats, ein zweites Mittel zum Aufbringen einer Auskoppelstruktur Ai auf das Substrat, ein drittes Mittel zum Einkoppeln von Licht in das Substrat und zum Ermitteln der durch die Auskoppelstruktur Ai ausgekoppelten Leuchtdichteverteilung Lv(Ai), ein viertes Mittel, mit dem abhängig von einer Differenz D der Leuchtdichteverteilungen D = Lv,soll – Lv(Ai) eine Auskoppelstruktur Ai+1 derart ermittelbar ist, dass nach Aufbringen der Auskoppelstruktur Ai+1 auf die Auskoppelstruktur Ai die Differenz D verringert wird, und eine Steuermittel zum Ansteuern des ersten bis vierten Mittels derart, das das Aufbringen von Auskoppelstrukturen Ai auf das Substrat iterativ solange erfolgt, bis die Differenz D einer vorgegebenen Grenzbedingung genügt.The proposed device comprises a first means for generating or providing a photoconductive substrate, a second means for applying a coupling-out structure A i to the substrate, a third means for coupling light into the substrate and for determining the output coupled by the coupling-out structure A i luminance distribution L v (A i ), a fourth means, with the depending on a difference D of the luminance distributions D = L v, - L v (A i ) a decoupling structure A i + 1 can be determined in such a way that after applying the decoupling structure A i + 1 to the decoupling structure A i the difference D is reduced, and a control means for driving the first to fourth means such that the application of decoupling structures A i iteratively carried out on the substrate until the difference D satisfies a predetermined boundary condition.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das zweite Mittel derart ausgeführt und eingerichtet, dass das Aufbringen der Auskoppelstrukturen Ai mittels einer Drucktechnik erfolgt. Das zweite Mittel ist dazu vorteilhaft insbesondere als Tintenstrahldrucker oder Tampondrucker oder zum Transferdrucker ausgeführt und eingerichtet.In an advantageous development, the second means is designed and arranged such that the application of the coupling-out structures A i takes place by means of a printing technique. The second means is advantageous designed and set up in particular as an inkjet printer or pad printer or to the transfer printer.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
Es zeigen:Show it:
Nach dem Aufbringen ist durch die Auskoppelstrukturschicht Ai=0 Licht aus dem Substrat auskoppelbar. Fraglich ist jedoch ob dies bereits mit der gewünschten homogene Leuchtdichteverteilung Lv,soll erfolgt. Um dies zu prüfen, erfolgt in einem dritten Schritt ein Einkoppeln
In einem vierten Schritt
In einem fünften Schritt
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird. Although the invention has been further illustrated and explained in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exists. It is also to be understood that exemplified embodiments are really only examples that are not to be construed in any way as limiting the scope, uses, or configuration of the invention. Rather, the foregoing description and description enable the skilled artisan to practice the exemplary embodiments, and those of skill in the knowledge of the disclosed inventive concept may make various changes, for example, to the function or arrangement of particular elements recited in an exemplary embodiment. without departing from the scope defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanation in the specification.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 101–105101-105
- Verfahrensschrittesteps
- 201201
- erstes Mittelfirst means
- 202202
- zweites Mittelsecond means
- 203203
- drittes Mittelthird means
- 204204
- viertes Mittelfourth means
- 205205
- Steuermittelcontrol means
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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2014
- 2014-10-22 DE DE102014015592.7A patent/DE102014015592A1/en not_active Withdrawn
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