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Die Erfindung betrifft ein beleuchtetes Bauteil für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung eine Ambientebeleuchtung für den Innenraum eines Fahrzeugs.
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Heute ist es so, dass in Fahrzeugen, und hier insbesondere im Innenraum von Fahrzeugen, immer mehr Lichtleiter für die sogenannte Ambientebeleuchtung verbaut werden. Dabei werden typischerweise die Lichtleiter als eigenständige Bauteile verbaut, das heißt, sie werden in Nuten beispielsweise im Bereich des Armaturenbretts oder der Fahrzeugtüren eingelegt und befestigt. Andere Ausführungsformen arbeiten auch mit sichtbaren Lichtleitern, die direkt auf der Innenraumverkleidung angebracht werden. Im Wesentlichen hat diese Produktionsweise dabei zwei Nachteile. Es braucht einen zusätzlichen Fertigungsschritt für die Montage der Ambientebeleuchtung. Außerdem ist es so, dass über die Laufzeit der Fahrzeuge, und dies gilt insbesondere für ältere Fahrzeuge, die Gefahr besteht, dass die Befestigungen altern und die Lichtleiter beginnen, in ihren Befestigungen lose zu werden und dann gegen Teile der Innenraumverkleidung verschoben werden. Dies kann mit schlagenden oder knarzenden Geräuschen einhergehen, was einen gravierenden Nachteil darstellt. Man sucht deshalb nach möglichst integrierten Lösungen, bei denen die Lichtleiter und das Fahrzeugzierteil bzw. die Innenraumverkleidung möglichst integriert an das Fertigungsband geliefert werden können und nach Möglichkeit unlösbar und fest miteinander verbunden sind, um potenziellen Geräuschen bei der Alterung des Fahrzeugs vorzubeugen.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
WO 2020/239688 A1 einen Lichtleiter, welcher in einem In-Mold Spritzgussverfahren auf eine Trägerschicht aufgebracht wird. Im entstehenden Bauteil sind die Lichtquellen und deren Ansteuerungselektronik dann entsprechend mit integriert und eingegossen. Dadurch entsteht nach der Entnahme aus dem Gusswerkzeug eine Art Halbzeug, welches später in den Innenraum eines Fahrzeugs verbaut werden kann. Vorzugsweise kann die Trägerschicht dabei als komplexes Bauteil ausgebildet sein, sodass ein komplettes Bauteil für die Innenraumverkleidung entsteht. Der Aufbau zeigt dabei jedoch nur relativ einfache Hintergrundbeleuchtungen, welche mit sehr wenig Ansteuerungselektronik und prinzipbedingt wenigen Lichtelementen auskommen müssen.
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In ähnlicher Weise arbeitet auch die
WO 2019/020716 A1 . Der Schwerpunkt liegt hier auf der Herstellung von Zierteilen, die mit einer zusätzlichen Dekorfolie versehen sind und ebenfalls integriert mit Beleuchtung und Elektronik in einem In-Mold Verfahren hergestellt werden. Auch hier sind nur wenige das Bauteil und die Dekorfolie durchleuchtende Beleuchtungseinrichtungen bzw. Lichtquellen vorgesehen.
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Die
DE 10 2010 049 408 A1 bezieht sich auf eine Innenleuchte für Fahrzeuge mit einem flächigen Lichtleiter aus einem transparenten Material. Dabei werden sowohl stirnseitig als auch flächenseitig Licht aus Lichtelementen eingekoppelt. Eine ähnliche Beleuchtungseinrichtung für den Innenraum eines Fahrzeugs, bei welcher Licht sowohl von den Stirnseiten als auch von der Fläche her in den Lichtleiter eingekoppelt wird, zeigt auch die
DE 10 2009 060 355 A1 .
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes beleuchtetes Bauteil für ein Fahrzeug anzugeben, welches verbesserte und flexiblere Beleuchtungen ermöglicht. Darüber hinaus soll eine Ambientebeleuchtung für den Innenraum eines Fahrzeugs angegeben werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 9 ist außerdem eine Ambientebeleuchtung mit einem derartigen beleuchteten Bauteil angegeben.
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Das erfindungsgemäße beleuchtete Bauteil ist für ein Fahrzeug, und hier insbesondere für den Innenraum eines Fahrzeugs, vorgesehen. Es umfasst wie die Bauteile im Stand der Technik einen integrierten Lichtleiter mit in den Lichtleiter integrierter Steuerungselektronik und Lichtquelle. Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass die Lichteinkopplung über wenigstens eine bezogen auf die beleuchtete Oberfläche des Bauteils stirnseitig zu dieser angeordneten Lichtquelle erfolgt, wobei auf dem Lichtleiter zumindest im Bereich der beleuchteten Oberfläche ein Material angeordnet ist, welches einen geringeren Brechungsindex als das Material des Lichtleiters aufweist. Dieses Material mit dem geringeren Brechungsindex sorgt nun dafür, dass das stirnseitig in den Lichtleiter eingespeiste Licht im Bereich der beleuchteten Oberfläche zuverlässig aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird, um so eine diffuse Beleuchtung aller mit dem Material mit dem geringeren Brechungsindex beschichteten Bereiche zu erreichen. Dadurch ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten bei der Beleuchtung.
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Durch die Integration des Lichtleiters mit der darin eingebetteten Steuerungselektronik und der wenigstens einen darin eingebetteten Lichtquelle, welche dementsprechend im Bereich der Stirnseiten des Lichtleiters angeordnet ist, entsteht so ein einfacher Aufbau, welcher kompakt realisiert werden kann, und welcher durch die Integration von Steuerungselektronik und Lichtquelle in dem Lichtleiter zuverlässig verwendbar ist und dabei auch über eine lange Nutzungsdauer hinweg die Gefahr eines sich Lösens der Teile voneinander ausschließt.
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Der Lichtleiter ist dabei als im Wesentlichen stab- oder plattenförmiger Lichtleiter ausgebildet. Er lässt sich dementsprechend dünn und kompakt realisieren und kann mit der stirnseitig in den Lichtleiter integrierten wenigstens einen Lichtquelle für eine geeignete Beleuchtung sorgen. Der stab- oder plattenförmig aufgebaute Lichtleiter weist dabei an einer seiner Seitenkanten einen Fortsatz in die der beleuchteten Oberfläche zugewandte oder abgewandte Richtung auf, welcher die Steuerungselektronik umfasst. Die Steuerungselektronik ist dabei als eigener Funktionseinleger bei der Herstellung des Lichtleiters in einem Bereich angeordnet sein, welcher im Wesentlichen quer, also beispielsweise senkrecht oder auch mit einer entsprechenden Schräge, zur primären Ausdehnungsrichtung des Lichtleiters realisiert ist. Dadurch kann über den größten Teil der Fläche ein sehr dünnwandiger Aufbau des Lichtleiters und damit ein dünnes beleuchtetes Bauteil erreicht werden, welches sich beispielsweise im Bereich von Türen, Decken oder einem Armaturenbrett des Fahrzeugs sehr einfach integrieren lässt. Lediglich in einem Bereich ist dann der Funktionseinleger angeordnet, wobei dieser Bereich nach vorn oder insbesondere nach hinten von dem stab- oder plattenförmigen Element absteht. Häufig ist dies beim Einbau in ein Fahrzeug problemlos zu realisieren, da in bestimmten Bereichen ohnehin Löcher in der Struktur des Chassis vorhanden sind, beispielsweise um Gewicht einzusparen, Kabelbäume durchzuführen oder dergleichen. Der von der Oberfläche abstehende Fortsatz mit der Steuerungselektronik als Funktionseinleger lässt sich dann insbesondere in einem solchen Bereich anordnen und benötigt damit quasi keinen zusätzlichen Bauraum, welcher speziell für den Fortsatz bzw. die Steuerungselektronik vorgesehen werden muss.
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Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen beleuchteten Bauteils ist dabei vorgesehen, dass der Lichtleiter in das Bauteil integriert ausgeführt ist, wobei diese Integration durch ein Umspritzen des Lichtleiters mit dem Material des Bauteils erfolgt. Damit lässt sich ein sehr guter Verbund zwischen dem Lichtleiter mit eingebetteter Elektronik und Lichtquellen einerseits und dem Rest des beleuchteten Bauteils andererseits erreichen. Auch dies dient einerseits der einfachen und effizienten Herstellung des gesamten beleuchteten Bauteils, welches so ohne weitere Montageschritte beispielsweise an eine Produktionsstrecke angeliefert und unmittelbar verbaut werden kann. Andererseits ermöglicht es einen Aufbau, bei welchem die Bauteile quasi unlösbar miteinander verbunden sind, insbesondere wenn durch eine geeignete Materialwahl die Grenzschichten aufschmelzen und so neben einer formschlüssigen auch eine stoffschlüssige Verbindung entsteht, Ein späteres sich Lösen der Teile des beleuchteten Bauteils voneinander kann ebenso wie ein Knarzen oder Schlagen der Teile damit zuverlässig verhindert werden.
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Als Material mit geringerem Brechungsindex, welches insbesondere als Oberflächenbeschichtung des Lichtleiters in den Bereichen, in den Licht austreten soll, genutzt werden kann, bietet sich gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen beleuchteten Bauteils eine Folie oder ein Lack an. Eine solche Folie, beispielsweise eine gedruckte oder extrudierte Folie, beispielsweise aus Polycarbonat, oder eine entsprechende Lackierung bieten eine einfache und sehr effiziente Möglichkeit, die beleuchtete Oberfläche zu schaffen und in ihrer Ausformung einfach gemäß entsprechender Designvorgaben zu gestalten. Dies kann beispielsweise durch entsprechend geformte Folien und/oder über Siebdruckverfahren aufgebrachte Lacke, über ein CNC-gesteuertes Auftragen und Aushärten von Lacken in gezielten Bereichen der Oberfläche oder dergleichen, einfach realisiert werden.
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Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen beleuchteten Bauteils kann es außerdem vorgesehen sein, dass auf der der beleuchteten Oberfläche gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters eine Auskopplungsstruktur angeordnet ist. Eine solche Auskopplungsstruktur kann alleine oder in örtlicher direkter Kombination mit einem Material mit geringerem Brechungsindex als der Lichtleiter selbst eingesetzt werden. Licht wird dann auch auf dieser Fläche aus dem Lichtleiter ausgetragen und durch die Auskopplungsstruktur, beispielsweise eine aufgeraute Oberfläche oder dergleichen, entsprechend zurückgeworfen und durchdringt den Lichtleiter dann in einem großen Winkel, beispielsweise in der Größenordnung von 70 bis 110°, um so eine Lichtauskopplung durch die Auskopplungsstrukturen, auf der Rückseite des Lichtleiters in Richtung der beleuchteten Oberfläche zu erreichen.
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Gemäß einer weiteren außerordentlich günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen beleuchteten Bauteils kann es dabei vorgesehen sein, dass die Steuerungselektronik und die wenigstens eine Lichtquelle räumlich getrennt in dem Lichtleiter angeordnet werden. Eine solche räumliche Trennung der Steuerungselektronik und der Lichtquelle zur stirnseitigen Beleuchtung des Lichtleiters bietet die Möglichkeit, den Lichtleiter entsprechend kompakt zu realisieren und damit letztlich das gesamte Bauteil kompakt und über weite Strecken sehr flach zu realisieren und dennoch eine gleichmäßige Lichtauskopplung ohne eine Beeinflussung der Lichtverteilung durch die Steuerungselektronik zu erreichen.
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Eine außerordentlich günstige Weiterbildung des erfindungsgemäßen beleuchteten Bauteils kann es auch vorsehen, dass ergänzend zu der wenigstens einen stirnseitigen Lichtquelle mehrere Lichtquellen gegenüber der beleuchteten Oberfläche in dem Lichtleiter integriert ausgeführt sind. Damit lässt sich eine statische Hintergrundbeleuchtung über die wenigstens eine stirnseitige Lichtquelle realisieren, welche zusätzlich über die mehreren gegenüber der beleuchteten Oberfläche angeordneten Lichtquellen durchleuchtet werden kann. Damit lassen sich eine veränderte Beleuchtung oder Lichtmuster erzeugen, beispielsweise Lauflichter, grafische Symbole oder dergleichen, welche ergänzend zu der statischen Hintergrundbeleuchtung durch das beleuchtete Bauteil in die Umgebung abgestrahlt werden.
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Prinzipiell können alle Lichtquellen sowohl die stirnseitigen als auch - sofern vorhanden - die anderen Lichtquellen als einfarbige oder mehrfarbige Lichtquellen ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung von mehrfarbigen Lichtquellen jedoch bei den Lichtquellen, welche gegenüber der beleuchteten Oberfläche angeordnet sind, sodass gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee zumindest diese Lichtquellen dazu ausgebildet sind, verschiedene Farben abzustrahlen. Dadurch lässt sich eine beispielsweise statische sowie gegebenenfalls einfarbige Hintergrundbeleuchtung mit farbigen Informationen, veränderlichen Farben, veränderlichen Farbverläufen, Laulichtern oder dergleichen versehen.
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Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung dieser Ausgestaltung mit wenigstens einer stirnseitigen und mehreren gegenüber der beleuchteten Oberfläche liegenden Lichtquellen kann es auch vorgesehen sein, dass zumindest die gegenüber der beleuchteten Oberfläche liegenden Lichtquellen als zweidimensionales Array von Lichtquellen, insbesondere LED-Lichtquellen, ausgebildet sind. Über ein solches zweidimensionales Array mit LEDs, vorzugsweise durch ein Array mit einer Vielzahl von Micro-LEDs, lassen sich einfach und effizient grafische Symbole oder dergleichen realisieren, um so beispielsweise Hinweise eines Fahrzeugsteuerungssystems, eines Multimediasystems oder dergleichen an die im Innenraum des Fahrzeugs befindlichen Personen zu geben.
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Wie bereits erwähnt lässt sich der Aufbau insbesondere im Innenraum von Fahrzeugen, beispielsweise von Personenkraftwagen, aber auch von Nutzfahrzeugen wie Omnibussen oder dergleichen, einsetzen. Dementsprechend sieht eine Ambientebeleuchtung für den Innenraum eines Fahrzeugs ein derartiges beleuchtetes Bauteil vor, welches als Zierteil in dem Innenraum des Fahrzeugs angeordnet ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen beleuchteten Bauteils ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer ersten möglichen Ausführungsform eines Lichtleiters in einem beleuchteten Bauteil gemäß der Erfindung;
- 2 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleiters in einem möglichen Aufbau für ein beleuchtetes Bauteil gemäß der Erfindung;
- 3 einen Ausschnitt aus einem beleuchteten Bauteil mit integriertem Lichtleiter;
- 4 eine weitere alternative Ausführungsvariante eines Lichtleiters für ein erfindungsgemäßes Bauteil; und
- 5 das erfindungsgemäße Bauteil analog zur Darstellung in 3 mit einem solchen Lichtleiter.
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In der Darstellung der 1 ist ein mit 1 bezeichnetes Lichtleiter, welcher beispielsweise aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat im Spritzgussverfahren hergestellt werden kann, gezeigt. Er besteht im Wesentlichen aus einem stabförmigen oder plattenförmigen Abschnitt 1.1 sowie einem sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht dazu erstreckenden Fortsatz 1.2. In diesem Fortsatz 1.2 sind wenigstens eine Lichtquelle 2 sowie eine Steuerungselektronik 3 beispielsweise in Form eines Treiberbausteins entsprechend integriert.
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Das Licht wird also aus dem Fortsatz 1.2 heraus stirnseitig in den plattenförmig- oder stabförmigen Abschnitt 1.1 des Lichtleiters 1 eingekoppelt. Auf einer mit 4 bezeichneten beleuchteten Oberfläche des Lichtleiters 1 bzw. seines Abschnitts 1.1 ist ein Material 5 mit einem geringeren Brechungsindex als das Material des Lichtleiters 1 selbst angeordnet. Dieses Material 5 kann beispielsweise als gedruckte Folie, extrudierte Folie oder auch als Lack aufgetragen werden. Das Material 5 mit dem geringeren Brechungsindex als der des Lichtleiters 1 sorgt dafür, dass eine Totalreflektion in dem Lichtleiter 1 verhindert wird und das Licht zuverlässig aus der beleuchteten Oberfläche 4, wie es durch die beiden mit 6 bezeichneten Pfeile angedeutet ist, austritt.
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Gegenüber der beleuchteten Oberfläche 4 kann außerdem eine hier durch eine gestrichelte Linie angedeutete Auskopplungsstruktur 7 angeordnet sein, welche dafür sorgt, dass Licht, welches quasi auf der Rückseite des Lichtleiters 1 ausgekoppelt wird, über diese Auskopplungsstruktur 7 entsprechend umgelenkt und durch den Lichtleiter 1 hindurch ebenfalls gemäß der durch die Pfeile 6 angezeigten Richtung abgestrahlt wird. Zwischen der lichtauskoppelnden Struktur 7 und dem Lichtleiter 1 selbst kann dabei vorzugsweise wieder ein Material 5 mit geringerem Brechungsindex als dem Brechungsindex des Lichtleiters 1 selbst angeordnet sein.
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Der Aufbau lässt sich außerordentlich einfach und kompakt realisieren, wobei durch den Fortsatz 1.2 eine Beeinträchtigung der Lichtverteilung durch die Steuerungselektronik 3 zuverlässig vermieden werden kann. Der Fortsatz 1.2 lässt sich dabei in verschiedenen Arten realisieren. Neben der primären Ausdehnung senkrecht zur Richtung der hauptsächlichen Ausdehnung des Lichtleiters 1 bzw. seines Abschnitts 1.1 kann die Ausdehnung auch teilweise parallel zu dem Lichtleiter realisiert sein, wie es in der ansonsten identischen 2 schematisch angedeutet ist.
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Auch eine schräge Anordnung des Fortsatzes 1.2 wäre natürlich denkbar. Der Aufbau des Lichtleiters 1, welcher in dem Abschnitt 1.2 in der Ausgestaltung der 1 und 2 beispielsweise einen stabförmigen quadratischen Querschnitt hat, lässt sich nun in ein Spritzgusswerkezug einlegen und von dem Material eines in seiner Gesamtheit mit 8 bezeichneten Bauteils verbinden. Dies kann durch Anspritzen oder Umspritzen des Lichtleiters 1 erfolgen, sodass ein beleuchtetes Bauteil 8 als Zierteil entsteht, welches den Lichtleiter 1 integriert aufweist und damit dessen Funktionalität integriert hat. Das Material für das Bauteil 8 sollte dabei ganz oder teilweise transparent ausgestaltet sein, um die entsprechende Wirkung des Lichtleiters zu nutzen.
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Eine weitere Ausgestaltung des Lichtleiters 1 ist nun in der Darstellung der 4 zu erkennen. Auch hier befindet sich wiederum, analog zur Darstellung in 1, ein erster Abschnitt 1.1 und ein zweiter Abschnitt 1.2 als Fortsatz des Lichtleiters 1. In dem Fortsatz 1.2 sein wiederum die Steuerungselektronik 3 und die Lichtquelle 2 zur stirnseitigen Lichteinkopplung in den Abschnitt 1.1 des Lichtleiters 1 angeordnet. Diese Lichtquelle 2, welche beispielsweise als Folie mit Mikro-LEDs realisiert werden kann, kann an einer oder mehreren Stirnseiten des Lichtleiters 1 angeordnet werden und ist von der Steuerungselektronik 3 unabhängig ausgebildet, um so einen Einfluss der Steuerungselektronik 3 auf die Lichtverteilung, insbesondere also ein Schatten, welcher durch die Steuerungselektronik 3 verursacht wird, zuverlässig zu vermeiden. Dies ist also genauso wie bei den Ausführungsvarianten der 1 und 2 realisiert.
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Darüber hinaus sind nun weitere Lichtquellen 9 vorgesehen. Diese sind auf einer Folie 10 mit Leiterbahnen und den entsprechenden Lichtquellen, beispielsweise in Form eines Mikro-LED-Arrays, angeordnet. Die einzelnen Lichtquellen 9 können dabei insbesondere mehrere verschiedene Farben abstrahlen und werden vorzugsweise von derselben Steuerungselektronik 3 wie die Lichtquellen 2 für die stirnseitige Lichteinkopplung angesteuert. Über die stirnseitige Lichteinkopplung kann nun eine Hintergrundbeleuchtung realisiert werden, welche für eine diffuse Beleuchtung des gesamten Lichtleiters 1 und damit des ihn umfassenden Bauteils 8 sorgt. Die Folie 10 kann dafür auch Auskopplungsstrukturen analog zum Aufbau in 1 und 2 aufweisen. Durch die weiteren Lichtquellen 9 können nun zusätzlich zu dieser Hintergrundbeleuchtung mit stirnseitiger Lichteinkopplung durch eine direkte Durchleuchtung der Fläche des Lichtleiters 1 zusätzliche Lichteffekte realisiert werden.
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Insbesondere bei einzeln ansteuerbaren Drei-Farben-LEDs lassen sich so zusätzlich zu einer statischen Hintergrundbeleuchtung, welche sowohl zeitlich als auch farblich statisch sein kann, dynamische Beleuchtungen realisieren, welche einerseits ihre Farbe und andererseits ihre Muster entsprechend verändern. So lassen sich beispielsweise Farbverläufe, Lauflichter oder bei der bevorzugten Anordnung der LEDs in einem Array auch grafische Symbole erzeugen und in dem diffus hinterleuchteten Lichtleiter anzeigen. Damit wird eine Vielzahl von Möglichkeiten für die Beleuchtung geschaffen, welche insbesondere im Rahmen einer Ambienteinnenraumbeleuchtung in Fahrzeugen mit einer sehr hohen Flexibilität der Beleuchtung eingesetzt werden kann. 5 zeigt abschließend die Integration des Lichtleiters 1 gemäß 4 in ein Bauteil 8, analog zur Darstellung in 3.
