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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtelement für ein Fahrzeug. Das Leuchtelement weist einen Leiterbahnträger, Leiterbahnen, mindestens eine Lichtquelle und einen Lichtleiter auf. Die Leiterbahnen sind auf dem Leiterbahnträger angeordnet. Die mindestens eine Lichtquelle ist auf dem Leiterbahnträger angeordnet und über die Leiterbahnen mit elektrischer Energie versorgbar. In dem Lichtleiter ist die mindestens eine Lichtquelle angeordnet.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit solch einem Leuchtelement. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Landfahrzeug, ein Luftfahrzeug, ein Schiff, ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Bus, eine landwirtschaftliche Maschine oder eine Baumaschine sein.
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Darüberhinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtelements für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Anordnen mindestens einer Lichtquelle auf einem Leiterbahnträger und Umfangen der mindestens einen Lichtquelle mit einer lichtdurchlässigen Masse.
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Sowohl für das erfindungsgemäße Leuchtelement als auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Leuchtelements gilt, dass die mindestens eine Lichtquelle beispielsweise wie folgt von der lichtdurchlässigen Masse umfangen werden kann. Die mindestens eine Lichtquelle kann beispielsweise mit Lichtleitermaterial umspritzt sein und/oder in Lichtleitermaterial eingetaucht, eingegossen, eingeschweißt und/oder einlaminiert sein. Nach dem Umspritzen, Eintauchen, Eingießen, Einschweißen und/oder Einlaminieren kann das Lichtleitermaterial ausgehärtet werden bzw. worden sein. Der Vorgang des Aushärtens ist beispielsweise mittels chemischer Zusätze, mittels Temperierung und/oder mittels Bestrahlung (beispielsweise mittels ultravioletten Lichts) auslösbar, beschleunigbar und/oder steuerbar.
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Die
DE 10 2013 109 436 A1 beschreibt ein Rücklicht für ein Fahrzeug. Das Rücklicht umfasst eine flexible Leiterplatte mit darauf angeordneten Lichtquellen. Die Lichtquellen sind in ausgehärtetes, lichtdurchlässiges Harz eingebettet. An einer oberen Fläche der Leiterplatte ist ein reflektierender Abschnitt angeordnet, durch den hindurch die Lichtquelle mit der Leiterplatte elektrisch verbunden ist. Die Verteilung der abgestrahlten Lichtintensität ist nicht gleichmäßig, weil die Lichtquellen im Verhältnis zur Gesamtfläche näherungsweise punktförmig sind. In vielen Anwendungen wird jedoch aus technischen, ergonomischen und/oder ästhetischen Gründen eine möglichst gleichmäßige Verteilung der abgestrahlten Lichtintensität erwünscht.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leuchtelement bereitzustellen, mit dem in kostengünstiger Weise eine gleichmäßigere Verteilung der abgestrahlten Lichtintensität erreicht werden kann. Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug mit einem solchen Leuchtelement und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Leuchtelements bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Leuchtelement nach Patentanspruch 1, ein Fahrzeug nach Patentanspruch 9 und ein Verfahren nach Patentanspruch 10 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Leuchtelement für ein Fahrzeug umfasst einen Leiterbahnträger, Leiterbahnen, mindestens eine Lichtquelle und einen Lichtleiter. Die Leiterbahnen sind auf dem Leiterbahnträger angeordnet. Die mindestens eine Lichtquelle ist auf dem Leiterbahnträger angeordnet und über die Leiterbahnen mit elektrischer Energie versorgbar. Die mindestens eine Lichtquelle ist in dem Lichtleiter angeordnet. Der Leiterbahnträger ist zumindest abschnittsweise lichtdurchlässig.
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Entsprechend weist das erfindungsgemäße Fahrzeug ein erfindungsgemäßes Leuchtelement auf.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Leuchtelements für ein Fahrzeug umfasst folgende Verfahrensschritte. In einem ersten Schritt wird mindestens eine Lichtquelle auf einem Leiterbahnträger angeordnet, der zumindest abschnittsweise lichtdurchlässig ist. In einem zweiten Schritt wird die mindestens eine Lichtquelle mit einer lichtdurchlässigen Masse umfangen. Diese beiden Verfahrensschritte sind in der genannten Reihenfolge oder in der umgekehrten Reihenfolge oder sogar gleichzeitig ausführbar.
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Ein Konzept der Erfindung kann darin gesehen werden, dass der Leiterbahnträger zumindest abschnittsweise lichtdurchlässig ist. Hierdurch eignet sich das Leuchtelement für eine Abstrahlung von Licht, das im Lichtleiter mittels mindestens einer Reflexion umgelenkt wird, aus derjenigen Seite des Leuchtelements (Vorderseite des Leuchtelements), die durch den Leiterbahnträger gebildet wird. Mittels dieser rückwärtigen Auskopplung von Licht aus dem Lichtleiter (das mittels der mindestens einen Lichtquelle erzeugbar ist und mittels mindestens einer Reflexion im Lichtleiter umgelenkt wird) kann eine örtliche Verteilung einer Intensität des aus dem Lichtleiter ausgekoppelten Lichts erreicht werden, die homogener ist als eine örtliche Verteilung einer Intensität des abgestrahlten Lichts von Leuchtelementen nach dem Stand der Technik.
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Eine optionale erste Weiterbildung sieht vor, dass zur Erzielung einer gewünschten Abstrahlcharakteristik zusätzlich auch eine Abstrahlung von Licht der mindestens einen Lichtquelle zugelassen wird, das das Leuchtelement ohne Umweg über den Lichtleiter verlässt (dabei typischerweise den zumindest abschnittsweise lichtdurchlässigen Leiterbahnträger durchläuft, sofern der Leiterbahnträger dort nicht ausgespart ist). Eine alternative zweite Weiterbildung sieht vor, dass eine solche zusätzliche Abstrahlung von Licht der mindestens einen Lichtquelle, das das Leuchtelement ohne Umweg über den Lichtleiter verlässt, mittels einer Reflektor-, Blenden- und/oder Filterschicht unterdrückt oder beeinflusst wird, die auf dem Leiterbahnträger angeordnet ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Lichtleiter auf einer Seite des Lichtleiters (Rückseite des Leuchtelements), die von dem Leiterbahnträger abgewandt ist, zumindest abschnittsweise eine erste lichtreflektierende Schicht aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass für Licht, das von der Lichtquelle abgestrahlt wird, zumindest abschnittsweise eine einfallswinkel-unabhängige Totalreflexion an der Rückseite des Leuchtelements erzwungen wird. Damit wird von der Lichtquelle abgestrahltes Licht in Richtung zu dem Leiterbahnträger reflektiert (der zumindest abschnittsweise lichtdurchlässig ist) und eine Lichtausbeute und ein Wirkungsgrad des Leuchtelements verbessert. Entsprechendes gilt auch für Licht, das mittels Mehrfachreflexion zur Grenzfläche (Seite) des Lichtleiters gelangt, die sich an der Rückseite des Lichtelements befindet.
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Von Vorteil ist, wenn auf dem Leiterbahnträger abschnittsweise eine zweite lichtreflektierende Schicht angeordnet ist. Hierdurch kann eine Abstrahlung aus einem Bereich und/oder eine Wahrnehmbarkeit einer Abschattung von Lichtstrahlen durch die Lichtquelle in einem Bereich des Leiterbahnträgers vermieden werden, in dem die Lichtquelle angeordnet ist. Dadurch, dass die zweite lichtreflektierende Schicht lichtreflektierend ist, werden Lichtstrahlen, die von der zweiten lichtreflektierenden Schicht reflektiert werden, in den Lichtleiter zurückreflekiert. Auch hierdurch wird eine Lichtausbeute und ein Wirkungsgrad des Leuchtelements verbessert. Die zweite lichtreflektierende Schicht kann aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen, um einen elektrischen Kurzschluss zwischen Leiterbahnen zu vermeiden. Alternativ ist es auch möglich, dass die lichtreflektierende Schicht eine Leiterbahnstruktur (vorzugsweise mit mindestens zwei zueinander isolierten Leiterbahnen) aufweist. In diesem Fall kann die zweite lichtreflektierende Schicht zugleich auch als Leiterbahnschicht nutzbar sein. Mit anderen Worten: die Leiterbahnschicht kann die zweite lichtreflektierende Schicht bilden.
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Zweckmäßig ist, wenn der Lichtleiter eine gespritzte, gegossene oder extrudierte Masse aufweist. Mittels Spritzens oder Gießens des Lichtleitermaterials kann dem Lichtleiter mit geringem Herstellungsaufwand eine gewünschte, nahezu beliebige (dreidimensionale) Gestalt verliehen werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Leiterbahnträger eine Folie ist. Hierdurch wird für die Leiterbahnen eine Unterlage (ein Substrat) verwendet, das einen geringstmöglichen Material-, Gewichts- und Raumbedarf beansprucht sowie als Vorprodukt kostengünstig, ressourcensparend und umweltfreundlich herstellbar ist.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn auf einer Rückseite des Leiterbahnträgers, die von dem Lichtleiter abgewandt ist, zumindest abschnittsweise eine lichtundurchlässige Schicht angeordnet ist. Hierdurch kann verhindert werden, dass (insbesondere während des Betriebs des Leuchtelements infolge Schattenbildung) Umrisse von Leiterbahnen oder Lichtquellen oder anderen auf dem Leiterbahnträger angeordneten Objekten auf der Abstrahlseite des Leuchtelements (Vorderseite des Leuchtelements) von außen erkennbar sind.
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Ebenfalls zweckmäßig ist, wenn die lichtundurchlässige Schicht lichtreflektierend ist. Hierdurch kann Licht im Lichtleiter gehalten oder dorthin zurückgeführt werden (das nicht ohnehin an den Leiterbahnen oder anderen auf dem Leiterbahnträger angeordneten Objekten oder an einer Grenzschicht des Lichtleiters, die dem Lichtleiter zugewandt ist, totalreflektiert wird).
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Zweckmäßig ist auch, wenn die mindestens eine Lichtquelle eine Leuchtdiode ist. Hierdurch ist eine kostengünstige Herstellung eines Leuchtelements möglich, das im Betrieb eine hohe Energieeffizienz aufweist.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Leuchtelements für ein Fahrzeug;
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2 eine schematische Schnittzeichnung des Leuchtelements entlang einer Schnittlinie A-A der 1;
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3 eine schematische Schnittzeichnung einer Heckleuchte eines Fahrzeugs mit dem Leuchtelement als Reflektor entlang einer Schnittlinie A-A der 1; und
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4 schematisch einen Ablauf eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen des Leuchtelements.
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Die nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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Die 1 zeigt perspektivisch eine Vorderseite eines Leuchtelements LE. In dieser Perspektive sichtbar sind Befestigungslaschen BL, Bereiche, in denen eine Vorderseite VSLE des Leuchtelements LE eine lichtundurchlässige Schicht LU aufweist und Streifen S, in denen die Vorderseite VSLE des Leuchtelements LE keine lichtundurchlässige Schicht LU aufweist.
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Die 2 zeigt einen Schnitt durch das Leuchtelement der 1 entlang der Schnittlinie A-A der 1. Das Leuchtelement LE weist einen lichtdurchlässigen Leiterbahnträger T, Leiterbahnen LB, Lichtquellen LQ, einen Lichtleiter LL, erste Reflexionsbereiche BR1, zweite Reflexionsbereiche BR2, lichtdurchlässige Bereiche BLD und lichtundurchlässige Bereiche BLU auf. Der lichtdurchlässige Leiterbahnträger T ist eine lichtdurchlässige Folie. Auf einer Rückseite RST des Leiterbahnträgers T ist eine lichtundurchlässige Schicht LU bereichsweise aufgedruckt. Die Leiterbahnen LB sind auf einer Vorderseite VST des Leiterbahnträgers T bereichsweise auf den Leiterbahnträger T aufgedruckt. Die Leiterbahnen LB sowie ein Teil der leiterbahnfreien Bereiche des Leiterbahnträgers T, sind mit einer zweiten lichtreflektierenden Schicht LR2 bedruckt. Das Material der zweiten lichtreflektierenden Schicht LR2 ist entweder elektrisch nichtleitend (d. h., es hat einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand) oder es ist so auf die Leiterbahnen LB aufgedruckt, dass es benachbarte Leiterbahnen LB nicht kurzschließt. Die Lichtquellen LQ sind auf den Leiterbahnen LB aufgelötet, mittels Crimpen und/oder mittels eines Klebers (vorzugsweise eines Leitklebers) befestigt. Die Vorderseite VST des Leiterbahnträgers T einschließlich der Leiterbahnen LB, der zweiten lichtreflektierenden Schicht LR2 und den Lichtquellen LQ ist mit einer klaren Kunststoffmasse M hinterspritzt. Die klare Kunststoffmasse M bildet einen Lichtleiter LL. Auf einer Seite S1 des Lichtleiters LL, die von dem Leiterbahnträger T abgewandt ist, ist bereichsweise eine erste lichtreflektierende Schicht LR1 aufgedruckt.
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In dem streifenförmigen Aufbau der 1 und 2 befinden sich die Lichtquellen LQ typischerweise zwischen den Streifen S. Die Anordnung des ersten lichtreflektierenden Bereichs BR1 kann, aber muss nicht zwingend mittig über dem lichtdurchlässigen Bereich BLD (lichtdurchlässigen Streifen S) sein. Da der Weg eines einzelnen Lichtstrahls LS, der von der Lichtquelle LQ ausgeht und nach nur einfacher Reflexion einen lichtdurchlässigen Bereich BLD durchstrahlt, ein gleichschenkliges Dreieck beschreibt (aufgrund des Reflexionsgesetzes Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel), ergibt sich (unter Berücksichtigung des Strahlensatzes) mit der in der 2 dargestellten regelmäßigen und mittigen Anordnung, dass keiner der Lichtstrahlen LS einen der lichtdurchlässigen Bereiche BLD trifft, der an dem ersten lichtreflektierenden Bereich BR1 einfachreflektiert ist. Wenn eine verlustarme intensive Beleuchtung des zu einer Lichtquelle LQ benachbarten lichtdurchlässigen Bereichs BLD durch diese benachbarte Lichtquelle LQ gewollt ist, ist der erste lichtreflektierende Bereich BR1 typischerweise parallel zu dem lichtdurchlässigen Bereich BLD (lichtdurchlässigen Streifen S) und mittig zwischen der Lichtquelle LQ und dem lichtdurchlässigen Bereich BLD (lichtdurchlässigen Streifens S) angeordnet. Um zu erreichen, dass Licht, welches von der Lichtquelle LQ in den benachbarten lichtdurchlässigen Bereich BLD mittels Einfachreflexion eingestrahlt wird, zumindest entlang eines Abschnitts des lichtdurchlässigen Bereichs BLD, der sich in der Nähe der Lichtquelle LQ befindet, einen möglichst konstanten Intensitätsverlauf aufweist, kann eine Breite des ersten lichtreflektierenden Bereichs BR1 mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle LQ vergrößert sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass der erste lichtreflektierende Bereich BR1 insbesondere im einem Endbereich EB des Lichtelements LE verbreitert ist, um einen möglichst konstanten Intensitätsverlauf auch im Endbereich EB des Lichtelements LE zu erreichen, obwohl dort nicht so viele Lichtquellen LQ zur Lichtintensität beitragen wie in der Mitte MI des Lichtelements LE.
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Die in 3 in einer Schnittzeichnung dargestellte Heckleuchte HL weist das mit den 1 und 2 dargestellte Leuchtelement LE und eine weitere Lichtquelle LQW auf. Die lichtundurchlässige Schicht LU ist hierbei als eine dritte lichtreflektierende Schicht LR3 ausgebildet, und das Leuchtelement LE ist gegenüber der weiteren Lichtquelle LQW so angeordnet, dass das Leuchtelement LE als Reflektor für Licht LIW dient, das von der weiteren Lichtquelle LQW abgestrahlt wird. Das Leuchtelement LE (also der aktiv selbstleuchtende Reflektor) kann beispielsweise wahlweise als Standlicht, Rücklicht, Blinklicht und/oder Bremslicht eines Fahrzeugs FZ dienen. Zugleich kann die weitere Lichtquelle LQW beispielsweise wahlweise als eine Lichtquelle eines Standlichts, Rücklichts, Blinklichts, eines Bremslichts und/oder eines Rückfahrscheinwerfers eines Fahrzeugs FZ dienen, für die das Leuchtelement LE als Reflektor vorgesehen ist.
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Das in 4 gezeigte Verfahren 100 zum Herstellen eines Leuchtelements LE für ein Fahrzeug FZ weist folgende Schritte auf. In einem ersten Schritt 110 wird mindestens eine Lichtquelle LQ auf einem Leiterbahnträger T angeordnet, der zumindest abschnittsweise lichtdurchlässig ist. In einem zweiten Schritt 120 wird die mindestens eine Lichtquelle LQ mit einer lichtdurchlässigen Masse M umfangen (beispielsweise eingetaucht, eingegossen, eingeschweißt und/oder einlaminiert).
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Die Herstellung des Leuchtelements LE kann beispielsweise wie folgt ablaufen. Auf eine Folie T werden elektrische Leiter LB aufgedruckt, Leuchtmittel LQ (vorzugsweise lichtemittierende Dioden) aufgebracht und elektrisch verbunden. Über dieses erste Zwischenerzeugnis wird eine zweite lichtreflektierende Schicht LR2 aufgedruckt. Eine Rückseite RST des Leiterbahnträgers T (entspricht Vorderseite VSLE des Leuchtelements LE) wird bereichsweise mit einer lichtundurchlässigen Schicht LU (Lichtblende) bedruckt. Dadurch entsteht ein Muster S für einen Lichtaustritt aus dem Leuchtelement LE. Nach einem Verformungsprozess (Tiefziehen) wird dieses zweite Zwischenerzeugnis mit einer klaren Kunststoffmasse M hinterspritzt. Für die Herstellung des Leuchtelements LE kann beispielsweise ein MID-Verfahren (MID = molded interconnect device) und/oder ein Skin-Moulding-Verfahren angewendet werden. Um eine Beschädigung der Leiterbahnen LB zu vermeiden, können die Leiterbahnen LB Serpentinen aufweisen. Die klare Kunststoffmasse M dient als Lichtleiter LL für Licht LI, das von den Leuchtmitteln LQ erzeugt wird. Als Kunststoffmasse M eignen sich beispielsweise transparente Duroplaste, transparente Thermoplaste oder transparentes Silikon.
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Das Leuchtelement LE hat folgende Vorteile. Der Aufbau ist sehr dünn und somit raum-, material- und gewichtsparend. Für die lichtundurchlässige Schicht LU (Lichtblende) können unterschiedlichste Materialien verwendet werden. Mittels Verwendung spiegelnder Farben kann die lichtundurchlässige Schicht LU (Lichtblende) als Reflektor für eine weitere Lichtquelle LQW ausgebildet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013109436 A1 [0005]
