DE102015105168A1

DE102015105168A1 - Lichtleiter für eine Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102015105168A1
Application number: DE102015105168.0A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Michael Dirks; Frank Schöning; Markus Stuhldreher; Andreas Suray; Franz-Georg Willeke
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2016-10-06
Also published as: CN107407773B; US20180024288A1; CN107407773A; WO2016156397A1; US10732345B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter (1) für eine Beleuchtungseinrichtung, wobei der Lichtleiter (1) sich entlang einer Längsachse (10) erstreckt und eine über der Längsachse (10) verlaufende Auskoppelfläche (11) aufweist, aus der Licht entlang der Längsachse (10) aussendbar ist, und wobei der Lichtleiter (1) in seiner Längserstreckung einen Endbereich (12) aufweist, der mit einem Abdeckmittel (13) versehen ist, um eine Lichtaussendung höherer Intensität im Endbereich (12) zu unterbinden. Erfindungsgemäß ist das Abdeckmittel (13) durch eine Laserbearbeitung des Lichtleitermaterials im Endbereich (12) des Lichtleiters (1) gebildet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines Abdeckmittels (13) im Endbereich (12) des Lichtleiters (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtleiter für eine Beleuchtungseinrichtung, wobei der Lichtleiter sich entlang einer Längsachse erstreckt und eine über der Längsachse verlaufende Auskoppelfläche aufweist, aus der Licht entlang der Längsachse aussendbar ist, und wobei der Lichtleiter in seiner Längserstreckung einen Endbereich aufweist, der mit einem Abdeckmittel versehen ist, um eine Lichtaussendung höherer Intensität zu unterbinden.
STAND DER TECHNIK
Lichtleiter dienen zur Weiterleitung von in den Lichtleiter eingekoppeltem Licht, und es sind Lichtleiter bekannt, die über ihrer Längserstreckung eine Prismenstruktur aufweisen, um über der Länge des Lichtleiters das eingekoppelte Licht möglichst gleichmäßig wieder auszukoppeln. Dadurch entstehen Linienstrahler, die insbesondere zur Erfüllung einer Signalfunktion einer Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug dienen. Die Weiterführung des Lichtes entlang des Lichtleiters erfolgt durch Totalreflexion an den Grenzflächen des Lichtleiters, der in der Regel aus einem Kunststoffkörper, beispielsweise aus Polycarbonat ausgebildet ist. Licht, das im Lichtleiter bis in den Endbereich geführt wurde, tritt im Endbereich verstärkt aus, da sich durch eine im Endbereich vorhandene Abschlussfläche eine verstärkte Auskopplung des Lichtes ergibt. Die verstärkte Auskopplung des Lichtes über die Abschlussfläche erfolgt aufgrund der Überschreitung eines Totalreflexionswinkels, da das Licht auf die in Bezug auf die Längsachse geneigte Abschlussfläche auftrifft und über diese im Wesentlichen vollständig auskoppelt. Nachteilhafterweise ergibt sich eine Auskopplung erhöhter Intensität, wobei die Intensität höher ist als die Intensität des ausgekoppelten Lichtes über der Auskoppelfläche, die beispielsweise entlang oder parallel des Längsachse des Lichtleiters verläuft und zur Linienemission des Lichtes führt.
Ein Beispiel für eine gewollte Auskopplung über eine Abschlussfläche eines Lichtleiters zeigt die DE 44 27 606 A1 . Licht wird über eine Leuchtdiode in einen Lichtleiter eingekoppelt, und das Licht wird entlang des Lichtleiters an eine gewünschte Auskoppelstelle geführt. Im Endbereich des Lichtleiters ist dieser durch eine Abschlussfläche begrenzt, und die Abschlussfläche weist einen größeren Winkel zur Längsachse des Lichtleiters auf. Dieser Winkel ist derart bemessen, dass das Licht an der Abschlussfläche innenseitig reflektiert und schließlich über die gegenüberliegende Grenzfläche des Lichtleiters ausgekoppelt wird.
Um eine Auskopplung über die Abschlussfläche eines Lichtleiters für einen Betrachter von einer Außenseite der Beleuchtungseinrichtung nicht sichtbar auszuführen, zeigt die DE 10 2012 108 553 A1 ein Abdeckmittel im Endbereich eines Lichtleiters, so dass über die Abschlussfläche ausgekoppeltes Licht nicht ausgesendet wird und damit von der Außenseite der Beleuchtungseinrichtung unsichtbar bleibt. Ein derartiges Abdeckmittel erfordert jedoch ein weiteres Einzelteil, beispielsweise als Bestandteil der Aufnahme des Lichtleiters, die abhängig von der Einbausituation eines Lichtleiters nicht grundsätzlich vorhanden ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Lichtleiters mit einem verbesserten Abdeckmittel an einer Endseite des Lichtleiters, um eine Lichtaussendung höherer Intensität im Endbereich zu unterbinden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Lichtleiter für eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einem Verfahren gemäß Anspruch 9 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung sieht vor, dass das Abdeckmittel durch eine Laserbearbeitung des Lichtleitermaterials im Endbereich des Lichtleiters gebildet ist.
Durch eine Lasermaterialbearbeitung des Lichtleiters kann eine Schwärzung des Materials des Lichtleiters hervorgerufen werden, durch die in den bearbeiteten Bereich eintreffendes Licht absorbiert wird, so dass dieses nicht reflektiert. Eine Auskopplung des Lichtes aus dem Lichtleiter wird damit teilweise oder vollständig unterbunden. Der besondere Vorteil eines laserbearbeiteten Bereiches des Lichtleiters liegt darin, dass zur Bildung des Abdeckmittels kein weiteres Einzelteil erforderlich ist, insbesondere muss auf den Endbereich des Lichtleiters von der Außenseite kein weiteres Bauteil und auch keine Beschichtung, Folie oder dergleichen aufgebracht werden. Insbesondere kann damit ein Bauteil eingespart werden, das das Abdeckmittel bildet.
Die Laserbearbeitung des Materials des Lichtleiters erfolgt mit einem Laserstrahl und bildet einen Antireflexbereich. Der Antireflexbereich befindet sich dabei vorzugsweise im Endbereich des Lichtleiters.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist der Antireflexbereich auf einer Abschlussfläche im Endbereich des Lichtleiters gebildet. Die Laserstrahlung wird von der Außenseite auf die Abschlussfläche fokussiert, und durch eine entsprechende Parametrierung der Laserstrahlung kann eine Schwärzung der Abschlussfläche erzielt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der Antireflexbereich innenliegend im Material des Lichtleiters insbesondere angrenzend an den Endbereich. Durch eine Fokussierung der Laserstrahlung im Material des Lichtleiters kann bei entsprechender Parametrierung der Laserstrahlung auch eine Materialbeeinflussung derart vorgenommen werden, dass ein Antireflexbereich innenliegend im Lichtleiter erzeugt wird. Der besondere Vorteil liegt dabei in besonderen Beständigkeit des Antireflexbereiches, insbesondere da weitere Oxidationsprozesse nicht stattfinden können.
Vorteilhafterweise wird der Antireflexbereich durch eine Oxidschicht auf oder im Material des Lichtleiters erzeugt. Beispielsweise weist der Lichtleiter ein Polycarbonat auf, und eine Wechselwirkung mit einer Laserstrahlung führt zu einem Carbonisieren des Materials, wodurch sich eine Schwärzung ergibt. Diese Schwärzung bewirkt die Bildung eines Antireflexbereiches, da im Lichtleiter geführte Lichtstrahlung im Bereich der Carbonisierung absorbiert wird.
Bei der Materialbearbeitung mit Laserstrahlung können verschiedene Vorgehensweisen vorgesehen werden. Beispielsweise kann die Abschlussfläche des Lichtleiters oder ein innenliegender Bereich im Lichtleiter vollflächig oder in einer innenliegenden Ebene über der gesamten Querschnittsfläche mit Laserstrahlung bearbeitet werden, beispielsweise indem der Laserstrahl gescannt wird. Ein gescannter Laserstrahl kann dabei auch zeilenförmig oder punktförmig auf eine Fläche des Lichtleiters einwirken, so dass eine Linienstruktur oder beispielsweise eine Punktstruktur erzeugt wird. Auch kann vorgesehen werden, dass ein Teilbereich der Abschlussfläche vollflächig geschwärzt wird, ein weiterer Teil einer Abschlussfläche bleibt beispielsweise unbearbeitet. Durch eine gezielte Bearbeitung einer Abschlussfläche mit Laserstrahlung kann die Intensität von ausgekoppeltem Licht auch derart beeinflusst werden, dass sich diese an die Intensität des ausgekoppelten Lichtes über der Auskoppelfläche anpasst. Auch dadurch kann eine Lichtaussendung höherer Intensität im Endbereich des Lichtleiters unterbunden werden.
Die Erfindung richtet sich weiterhin auf ein Verfahren zur Bildung eines Abdeckmittels eines Lichtleiters für eine Beleuchtungseinrichtung, welches Abdeckmittel in einem Endbereich des Lichtleiters vorgesehen ist, um eine Lichtaussendung höherer Intensität im Endbereich zu unterbinden, und wobei das Verfahren vorsieht, dass zunächst ein Lichtleiter bereitgestellt wird, weiterhin wird ein Laserstrahl bereit gestellt und es erfolgt eine Laserbearbeitung des Lichtleitermaterials im Endbereich des Lichtleiters zur Erzeugung des Abdeckmittels.
Insbesondere sieht das Verfahren vor, dass mit dem Laserstrahl ein Antireflexbereich gebildet wird, indem eine Wechselwirkung des Laserstrahls mit dem Lichtleitermaterial erzeugt wird.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine Teilansicht eines Lichtleiters mit einer Abschlussfläche, die vollflächig geschwärzt ist,
2 der Lichtleiter gemäß 1, wobei die Abschlussfläche zeilenförmig geschwärzt ist und
3 der Lichtleiter gemäß 1, wobei die Abschlussfläche punktförmig geschwärzt ist und
Die 1, 2 und 3 zeigen jeweils einen Lichtleiter 1 mit einer unterschiedlichen Ausführung des gemäß der Erfindung gebildeten Abdeckmittels 13 im Endbereich 12 des Lichtleiters 1. Der Lichtleiter 1 erstreckt sich entlang einer Längsachse 10, und über der Längsachse 10 weist der Lichtleiter 1 eine Auskoppelfläche 11 auf, über die Licht 21 mit einer im Wesentlichen gleichbleibenden Intensität ausgekoppelt wird. Beispielhaft ist ein Intensitätsprofil 22 gezeigt, das im Wesentlichen eine gleiche Intensität über der Längserstreckung des Lichtleiters 1 entlang der Längsachse 10 aufweist. Im Endbereich 13 des Lichtleiters 1 schließt eine Abschlussfläche 16 den Lichtleiter 1 ab, so dass sich die Intensität des Intensitätsprofils 22 entlang der Längsachse 10 bei erreichen der Abschlussfläche 16 ändert.
Zur Auskopplung des eingekoppelten Lichtes 21 über die Auskoppelfläche 11 dient eine gegenüberliegend zur Auskoppelfläche 11 vorgesehene Prismenstruktur 20. Das Licht 21 wird durch das Prinzip der Totalreflexion an den Grenzflächen des Lichtleichters 1 entlang der Längsachse 10 durch diesen hindurchgeführt, wobei bei Auftreffen des Lichtes auf die Prismenstruktur 21 ein Grenzwinkel zur totalen Reflexion auf der gegenüberliegenden Auskoppelfläche 11 unterschritten wird, so dass das Licht über diese Fläche schließlich auskoppelt. Das Prinzip der direkten Auskopplung über eine Grenzfläche erfolgt dabei auch über die Abschlussfläche 16, so dass durch die quer zur Längserstreckung des Lichtleiters 1 geneigte Fläche eine höhere Auskoppelintensität des ausgekoppelten Lichtes 21 entsteht. Um dies zu vermeiden, sind erfindungsgemäß verschiedene Formen eines Antireflexbereiches 15 auf der Abschlussfläche 16 beispielhaft gezeigt.
1 zeigt hierzu einen Antireflexbereich 15, der vollflächig über der Abschlussfläche 16 erzeugt ist. Die Schwärzung mit dem Laserstrahl 14, der bereitgestellt wird durch die schematisch dargestellten Laserstrahlquelle 19, erfolgt dabei vollständig und vollflächig, so dass das Intensitätsprofil 22 bei Beginn der Abschlussfläche 16 von einem kontinuierlichen, gleichbleibenden Wert über der Erstreckung der Auskoppelfläche 11 bereits bei Erreichen der Abschlussfläche 16 auf Null abfällt. Der Antireflexbereich 15 ist gebildet durch einen Oxidationsprozess durch eine Wechselwirkung zwischen der Laserstrahlung 14 und dem Material des Lichtleiters 1, beispielsweise gebildet aus Polycarbonat.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Antireflexbereiches 15 auf der Abschlussfläche 16 des Lichtleiters 1, welche Zeilenförmig ausgeführt sind. Dadurch entsteht eine Linienstruktur 17, und Teile des eingekoppelten Lichtes 21 werden durch die geschwärzten Linien der Linienstruktur 17 absorbiert und zwischen den Linien kann das Licht unverändert über die Abschlussfläche 16 ausgekoppelt werden. Damit ist eine teilweise Durchlässigkeit von eingekoppeltem Licht 21 zur Auskopplung über die Abschlussfläche 16 möglich.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Lichtleiters 1 mit einem Antireflexbereich 15 auf der Abschlussfläche 16, der eine Punktstruktur 18 umfasst. Die Punkte bilden dabei geschwärzte Bereiche, die zu einer Antireflexwirkung des eingekoppelten Lichtes 21 führen, so dass der Anteil des Lichtes, der auf die Punkte der Punktstruktur 18 auftrifft, absorbiert wird, und der Anteil des Lichtes, der in den Zwischenbereichen zwischen den Punkten der Punktstruktur 18 auftritt, wird reflektiert. Dadurch entsteht eine langsame Absenkung der Intensität im Intensitätsprofil 22 über der Abschlussfläche 16.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele zur Bildung des Abdeckmittels 13 durch einen mit Laserstrahlung 14 erzeugten Antireflexbereich 15 basieren auf einer vollflächigen oder teilweisen Schwärzung der gezeigten Abschlussfläche 16 des Lichtleiters 1. Ebenso ist es denkbar, den gezeigten Antireflexbereich 15 auch innenseitig im Material des Lichtleiters 1 zu erzeugen, vorzugsweise also im Endbereich 12 des Lichtleiters 1.
Der Endbereich 12 bildet das sogenannte kalte, nicht befeuerte Ende des Lichtleiters 1, und um durch partielle Totalreflexion auf der Abschlussfläche 16 entstehende unkontrollierbare Reflexe zu vermeiden, wird erfindungsgemäß das Abdeckmittel 13 durch eine mit Laserstrahlung geschwärzte Fläche gebildet. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abdeckmittels 13 durch einen mit einer Laserstrahlung 14 gebildeten Antireflexbereich 15 bewirkt neben der Vermeidung von Abdeckmitteln in Form von Einzelteilen, dass der Lichtleier 1 über seiner gesamten Länge nutzbar gemacht wird. Der Endbereich 12 den Lichtleiters 1 muss nicht hinter eine Abdeckung geführt werden, so dass der Endbereich 12 von der Außenseite der Beleuchtungseinrichtung nicht mehr sichtbar ist. Der Lichtleiter 1 kann mit seinem freien, kalten, nicht befeuerten Ende in einem von außen sichtbaren Bereich der Beleuchtungseinrichtung enden.
Neben der Möglichkeit, eine Abschlussfläche 16 des Lichtleiters 1 mit der Laserstrahlung 14 zu bearbeiten, können auch weitere Bereiche des Lichtleiters mit Laserstrahlung 14 bearbeitet werden, um eine Schwärzung hervorzurufen. Diese Bereiche können beispielsweise Knickbereiche oder Übergangsbereiche der Lichtleiters 1 sein, allgemein können also Bereiche einer Lichtauskopplung mit erhöhter Intensität mit dem erfindungsgemäßen Antireflexbereich 15 ausgestattet werden.
Die Beispiele der Linienstruktur 17 und der Punktstruktur 18 zeigen lediglich die Möglichkeit auf, auch den Grad der Schwärzung zu variieren, beispielsweise kann durch entsprechende Parametrierung der Laserstrahlquelle 19 auch ein gleichmäßiger Schwärzungsgrad über der Fläche erzeugt werden, der sich zwischen 0 % bis 100 % bewegt. Dadurch kann eine in sich homogene Teilschwärzung erzielt werden, die, ähnlich der Linienstruktur oder der Punktstruktur, eine Teilreflexion damit teilweise oder anteilig zulässt.
Zusätzliche Bauteile zum Beispiel Materialien zur Abdeckung des inhomogen ausgeleuchteten Lichtleiters, die gegebenenfalls reflektieren und/oder reflexdämpfend beschichtet sind, können dadurch entfallen.
Auf eine zusätzliche Beschichtung der Lichtleitermantelfläche in Endnähe, das heißt zum Beispiel eine Abschirmung durch partielle Schwärzung oder Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters oder durch eine reflektierende Schicht, kann verzichtet werden. Brechungsindexübergänge, die eine unvollständige Reflexdämpfung zur Folge haben, werden verhindert. Eine reflexdämpfende Wirkung kann stufenlos auch im Inneren des Lichtleitervolumens erzielt werden.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Lichtleiter
10: Längsachse
11: Auskoppelfläche
12: Endbereich
13: Abdeckmittel
14: Laserstrahl
15: Antireflexbereich
16: Abschlussfläche
17: Linienstruktur
18: Punktstruktur
19: Laserstrahlquelle
20: Prismenstruktur
21: eingekoppeltes Licht
22: Intensitätsprofil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4427606 A1 [0003]
DE 102012108553 A1 [0004]

Claims

Lichtleiter (1) für eine Beleuchtungseinrichtung, wobei der Lichtleiter (1) sich entlang einer Längsachse (10) erstreckt und eine über der Längsachse (10) verlaufende Auskoppelfläche (11) aufweist, aus der Licht entlang der Längsachse (10) aussendbar ist, und wobei der Lichtleiter (1) in seiner Längserstreckung einen Endbereich (12) aufweist, der mit einem Abdeckmittel (13) versehen ist, um eine Lichtaussendung höherer Intensität im Endbereich (12) zu unterbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (13) durch eine Laserbearbeitung des Lichtleitermaterials im Endbereich (12) des Lichtleiters (1) gebildet ist.
Lichtleiter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Laserbearbeitung mit einem Laserstrahl (14) ein Antireflexbereich (15) gebildet ist.
Lichtleiter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antireflexbereich (15) auf einer Abschlussfläche (16) im Endbereich (12) des Lichtleiters (1) gebildet ist.
Lichtleiter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antireflexbereich (15) innenliegend im Material des Lichtleiters (1) angrenzend an den Endbereich (12) gebildet ist.
Lichtleiter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antireflexbereich (15) durch eine Oxidschicht auf oder im Material des Lichtleiters (1) erzeugt ist.
Lichtleiter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Laserstrahl (14) gebildete Antireflexbereich (15) eine Teilfläche der Abschlussfläche (16) bildet.
Lichtleiter (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Laserstrahl (14) gebildete Antireflexbereich (15) eine Strukturierung (17, 18) aufweist.
Lichtleiter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung eine Linienstruktur (17) oder eine Punktstruktur (18) aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Abdeckmittels (13) eines Lichtleiters (1) für eine Beleuchtungseinrichtung, welches Abdeckmittel (13) in einem Endbereich (12) des Leichtleiters (1) vorgesehen ist, um eine Lichtaussendung höherer Intensität im Endbereich (12) zu unterbinden, und wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen des Lichtleiters (1) – Bereitstellen einer Laserstrahls (14) und – Laserbearbeitung des Lichtleitermaterials im Endbereich (12) des Lichtleiters (1) zur Erzeugung des Abdeckmittels (13).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Laserstrahl (14) ein Antireflexbereich (15) gebildet wird, indem eine Wechselwirkung des Laserstrahls (14) mit dem Lichtleitermaterial erzeugt wird.