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Die Erfindung betrifft einen Flächenlichtleiter für eine Leuchte eines Kraftfahrzeugs, mit einem Lichtauskoppelabschnitt, welcher eine an einer ersten Flachseite vorgesehene Lichtauskoppelfläche und an der ersten Flachseite oder an einer zweiten, der ersten Flachseite gegenüberliegenden Flachseite eine Auskoppelstruktur aufweist, wobei die Auskoppelstruktur derart ausgeführt ist, dass durch ein Leuchtmittel eingekoppelte Lichtstrahlen derart in dem Lichtauskoppelabschnitt umgelenkt werden, dass die umgelenkten Lichtstrahlen in Wechselwirkung mit der Auskoppelstruktur durch die Lichtauskoppelfläche austreten. Außerdem betrifft die Erfindung eine Leuchte für ein Kraftfahrzeug.
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Ein Kraftfahrzeug weist üblicherweise eine Mehrzahl von Leuchten auf. Die Leuchten dienen insbesondere dazu, andere Verkehrsteilnehmer auf die Gegenwart des Kraftfahrzeugs und sein Verhalten aufmerksam zu machen. So werden Leuchten im Frontbereich des Kraftfahrzeugs beispielsweise zur Erzeugung eines Tagfahrlichts, eines Blinklichts oder eines Positionslichts eingesetzt. Im Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnete Leuchten dienen insbesondere als Bremslicht, als Rückleuchte, als Rückfahrlicht oder als Blinklicht. Alternativ können Leuchten auch im Fahrzeuginneren vorgesehen werden, um gewisse Bereiche des Fahrzeuginnenraums zu beleuchten und dadurch die Orientierung eines Fahrzeuginsassen im Fahrzeuginnenraum, insbesondere bei Dunkelheit, zu erleichtern.
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Derartige Leuchten bestimmen unter anderem die Optik des Kraftfahrzeugs, wobei insbesondere die LED-Technik unterschiedlichste Möglichkeiten zum Beeinflussen der Optik des Kraftfahrzeugs bietet. Dabei können beispielsweise durch viele, kleine LED-Leuchtmittel in Verbindung mit dem gewählten optischen System unterschiedlichste beleuchtbare Flächen geschaffen werden. Nachteilig daran ist, dass die beleuchteten Flächen im beleuchteten Zustand aufgrund der einzelnen Leuchtmittel zwingenderweise viele kleine, leuchtende Punkte aufweisen und die beleuchteten Flächen nicht homogen ausgeleuchtet werden. Alternativ kann auch eine sogenannte OLED-Technologie eingesetzt werden, wobei durch das Leuchtmittel die zu beleuchtende Fläche nicht punktförmig klein wie ein LED-Leuchtmittel, sondern flächig und homogen ausgeleuchtet wird. Nachteil an der OLED-Technologie im Vergleich zur LED-Technologie ist, dass die Herstellungskosten der OLED-Technologie aufgrund eines relativ komplexen Fertigungsverfahrens relativ hoch sind. Außerdem sind die OLED-Leuchtmittel empfindlicher als die LED-Leuchtmittel bezüglich der Außentemperaturen, der UV-Belastung und der mechanischen Belastung, wie beispielsweise Vibrationen oder Stöße. Dadurch ist der Einsatz der OLED-Technologie in Kraftfahrzeugen relativ aufwendig.
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Eine andere Möglichkeit eine Fläche homogen auszuleuchten ist, das Leuchtmittel mit einem Flächenlichtleiter zu kombinieren. Dabei wird beispielsweise der Flächenlichtleiter aus einem speziellen Kunststoff mit integrierten Nano-Partikeln zur Lichtablenkung hergestellt, wobei der Flächenlichtleiter homogen aufleuchtet, wenn Lichtstrahlen durch das Leuchtmittel, insbesondere ein LED-Leuchtmittel, eingekoppelt werden. Nachteilig daran ist, dass der lichttechnische Wirkungsgrad relativ gering ist und die Herstellung des Flächenlichtleiters aufgrund des speziellen Materials mit den Nano-Partikeln relativ teuer ist.
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Alternativ zu den Nanopartikeln kann der Flächenlichtleiter eine Auskoppelstruktur aufweisen. Ein derartiger Flächenlichtleiter ist in der
EP 3 210 827 A1 offenbart. Der Flächenlichtleiter umfasst eine erste Flachseite, welche eine Lichtauskoppelfläche bildet, und eine der erste Flachseite entgegengesetzte, zweite Flachseite, welche die Auskoppelstruktur aufweist. An einer Stirnseite des Flächenlichtleiters ist ein Leuchtmittel angeordnet, wobei die durch das Leuchtmittel eingekoppelten Lichtstrahlen stirnseitig in den Flächenlichtleiter eingekoppelt werden und durch die Auskoppelstruktur in Richtung der Lichtauskoppelfläche umgelenkt werden. Die Auskoppelstruktur ist sägezahnartig ausgeführt. Nachteilig an einem derartigen Flächenlichtleiter und der sägezahnartigen Auskoppelstruktur ist, dass eine homogene Ausleuchtung des Flächenlichtleiters, insbesondere bei einer relativ langen Ausgestaltung des Flächenlichtleiters, nur eingeschränkt möglich ist. bzw. nicht gewährleistet werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Flächenlichtleiter für eine Leuchte eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei welchem der lichttechnische Wirkungsgrad hoch ist und eine homogene Ausleuchtung gewährleistet werden kann.
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Dadurch, dass die Auskoppelstruktur eine Mehrzahl von einzelnen und voneinander beabstandeten Lichtauskoppelelementen aufweist und ein Lichteinkoppelabschnitt zur Einkopplung von Lichtstrahlen eines Leuchtmittels und zur Durchmischung der eingekoppelten Lichtstrahlen vorgesehen ist, wobei der Lichteinkoppelabschnitt sich unmittelbar oder mittelbar an den Lichtauskoppelabschnitt anschließt, kann ein hoher lichttechnischer Wirkungsgrad und die homogene Ausleuchtung, d.h. die Leuchtdichtenverteilung, gewährleistet werden.
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Dabei wird durch den Lichteinkoppelabschnitt ein Vorlaufbereich für die eingekoppelten Lichtstrahlen geschaffen, in welchem eine erste Lichtmischung des der durch das Leuchtmittel oder die Leuchtmittel eingekoppelten Lichtstrahlen erfolgt. Dadurch wird eine gleichmäßige Streulichtgenerierung im anschließenden Lichtauskoppelabschnitt des Flächenlichtleiters und dadurch eine homogene Ausleuchtung sowohl in Längsrichtung als auch in Breitenrichtung, auch bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln, erzielt.
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Der Lichteinkoppelabschnitt weist eine Einkoppelfläche auf, an welcher eine Lichteinkoppeloptik angeordnet ist. Die Lichteinkoppeloptik umfasst vorzugsweise eine Linearlinse für eine oder mehrere Leuchtmittel, insbesondere LED. Die Linearlinse nimmt in einem relativ großen Winkelbereich in Breitenerstreckung des Flächenlichtleiters das Licht jeder LED auf. Bei einer Linearlinse können auf eine einfache Weise mehrere LED sehr dicht nebeneinander positioniert werden, so dass für jede Breite der Einkoppelfläche eine maximal mögliche LED-Anzahl vorgesehen werden kann und dadurch eine homogene Ausleuchtung und eine relativ hohe Leuchtstärke erzielt werden kann. Vorzugsweise weist die Lichteinkoppeloptik am oberen und/oder unteren Rand eine Lichtumlenkstruktur auf, durch welche zusätzliche Lichtstrahlen eingefangen und in den Lichteinkoppelabschnitt eingekoppelt werden, um den lichttechnischen Wirkungsgrad zu erhöhen.
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Außerdem kann eine Linearlinse aufgrund ihrer einfachen Form auf eine einfache Weise in dem Herstellungsprozess des Flächenlichtleiters, d.h. durch ein Spritzgussverfahren, mithergestellt werden. Dabei kann die Linearlinse im Herstellungsprozess des Flächenlichtleiters mithergestellt werden, ohne dass dabei Schieber oder andere Zusatzelemente erforderlich sind. Dadurch sind die Werkzeugkosten zum Herstellen des Flächenlichtleiters relativ gering.
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Als Leuchtmittel können sogenannte SideEmitter-LED zum Einsatz kommen, wobei durch den Einsatz von SideEmitter-LED eine die LED aufnehmende und mit elektrischem Strom versorgenden Leiterplatte horizontal, d.h. in Einkoppelrichtung des Leuchtmittels, angeordnet ist. Alternativ ist das Leuchtmittel eine sogenannte TopLED, wobei die Leiterplatte senkrecht zur Einkoppelrichtung angeordnet ist.
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Die Auskoppelstruktur umfasst mehrere, insbesondere in zwei Raumrichtungen voneinander beabstandete Lichtauskoppelelemente, welche derart angeordnet sind, dass zwischen den einzelnen Lichtauskoppelelementen plane Bereiche verbleiben. Die planen Bereiche dienen der Weiterleitung der Lichtstrahlen innerhalb des Lichtauskoppelabschnitts. Die Weiterleitung der Lichtstrahlen erfolgt mittels Reflexion der auf die planen Flächen auftreffenden Lichtstrahlen. Dadurch werden Lichtstrahlen zuverlässig in Längsrichtung und in Breitenrichtung des Lichtauskoppelabschnitts weitergeleitet, wodurch eine homogene Ausleuchtung der Lichtauskoppelfläche, insbesondere eine ausreichende Ausleuchtung am dem Lichteinkoppelabschnitt abgewandten Ende des Lichtauskoppelabschnitts, erzielt wird. Der Abstand der Lichtauskoppelelemente zueinander ist einerseits für das Erscheinungsbild des Flächenlichtleiters und andererseits für den lichttechnischen Wirkungsgrad entscheidend. Je kleiner die planen Flächen bzw. planen Bereiche zwischen den Lichtauskoppelelementen sind, umso mehr Licht kann abgelenkt und genutzt werden, wobei mit der Größe der planen Flächen die Homogenität der Ausleuchtung des Flächenlichtleiters ansteigt. Die planen Flächen zwischen den Lichtauskoppelelementen können, sowohl in Längs- als auch in Breitenrichtung, immer die gleiche Dimensionierung haben oder sich für eine weitere Verbesserung in Richtung des Lichtdurchlaufs durch den Lichtleiter ausgehend von einer größeren Dimension zu einer kleineren Dimension verändern.
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Durch einen derartigen Flächenlichtleiter mit einer derartigen Auskoppelstruktur ändert sich das Erscheinungsbild des Flächenlichtleiters mit dem Betrachtungsabstand. Dadurch, dass die Lichtauskoppelelemente relativ klein ausgeführt sind, sieht ein Beobachter aus der Nähe die einzelnen Leuchtpunkte der Lichtauskoppelelemente. Vergrößert der Beobachter seinen Betrachtungsabstand, so kann er die einzelnen kleinen Leuchtpunkte der Lichtauskoppelelemente nicht mehr auflösen und sieht eine komplette, gleichmäßig beleuchtete Fläche.
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Vorzugsweise sind die Lichtauskoppelelemente rasterartig angeordnet. Beispielsweise können die Lichtauskoppelelemente in einem horizontalen und vertikalen Raster angeordnet sein, wobei bei Verbreitungen oder Verengungen an den Randbereichen des Flächenlichtleiters keine Lichtauskoppelelemente angeordnet sind. Alternativ können die Lichtauskoppelelemente reihenweise angeordnet sein und entsprechend der Breite des Lichtleiters in jeder Reihe gleichmäßig verteilt sein. Dadurch kann der Flächenlichtleiter in seinem Lichtauskoppelabschnitt gleichmäßig, d.h. auch an den Randbereichen, mit Lichtauskoppelelementen ausgestattet werden, wodurch ein gleichmäßiges Erscheinungsbild des Lichtauskoppelabschnitts erzeugt wird. Alternativ ist beispielsweise auch eine schachbrettartige Verteilung der Lichtauskoppelelemente möglich.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Lichtauskoppelelemente eine Länge von maximal 1 mm auf, so dass die Lichtauskoppelelemente als Mikrooptiken bezeichnet werden können. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen den Lichtauskoppelelemente eine Länge von 0,3 - 0,6 mm auf. Durch eine Vielzahl von relativ kleinen Lichtauskoppelelementen kann eine gleichmäßige Ausleuchtung der Lichtauskoppelfläche erzielt werden, so dass der Lichtauskoppelabschnitt von einem Betrachter als eine leuchtende Fläche wahrgenommen wird.
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Vorzugsweise weist jedes Lichtauskoppelelement mehrere, planare und eine Tasche bildende Flächen auf. Derartige Lichtauskoppelelemente können einfach hergestellt werden, indem in eine Spritzgussform eine entsprechende Kontur eingefräst wird und dadurch die Lichtauskoppelelemente beim Spritzgießvorgang zur Herstellung des Flächenlichtleiters mithergestellt werden.
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Alternativ können die Lichtauskoppelelemente eine konkave oder konvexe Fläche aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Lichtauskoppelabschnitt zumindest einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt mehrere, erste Lichtauskoppelelemente und der zweite Abschnitt mehrere, zu den ersten Lichtauskoppelelementen abweichende zweite Lichtauskoppelelemente aufweist. Dabei werden die Lichtauskoppelelemente im Verlauf des Flächenlichtleiters zeilenweise an die Geometrie des Flächenlichtleiters, d.h. an den Krümmungsverlauf und den inneren Lichtverlauf, angepasst, wobei die Form der Lichtauskoppelelemente sich über den Verlauf des Flächenlichtleiters permanent ändert. Auf diese Weise kann eine homogene Lichtauskopplung erzielt werden.
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Vorzugsweise ist der Lichtauskoppelabschnitt zum Lichteinkoppelabschnitt abgewinkelt angeordnet, wobei zwischen dem Lichtauskoppelabschnitt und dem Lichteinkoppelabschnitt ein Umlenkabschnitt angeordnet ist. In anderen Worten ist der Flächenlichtleiter zungenartig bzw. löffelartig ausgeführt. Dadurch kann der Flächenlichtleiter einfach über den Lichteinkoppelabschnitt an einem Grundkörper montiert werden und die Lichtstrahlen eingekoppelt werden, wobei die Befestigung und die Lichteinkopplung über eine im Wesentlichen vertikale Ebene erfolgt. Die Lichtauskopplung erfolgt über den Lichtauskoppelabschnitt, wobei die Formgebung des üblicherweise im endmontierten Zustand des Flächenlichtleiters sichtbaren Lichtauskoppelabschnitts beliebig ausgeführt und an ein gewünschtes Styling des Bauteils bzw. der Signalfunktion angepasst werden kann. Vorzugsweise weist der Lichtauskoppelabschnitt einen gebogenen Verlauf auf. Dadurch wird ein hohes Gestaltungspotential für unterschiedliche Erscheinungsbilder oder gewünschter Designs für eine Leuchte geschaffen. Der Lichteinkoppelabschnitt ist üblicherweise in einem nicht sichtbaren Bereich einer Leuchte angeordnet.
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Vorzugsweise weist der Umlenkabschnitt zumindest an einer der beiden Flachseiten eine Lichtleitstruktur auf, wobei die Lichtleitstruktur mehrere, in Längsrichtung erstreckende Erhebungen aufweist. In anderen Worten ist die Lichtleitstruktur riffelartig ausgeführt. Die riffelartige Lichtleitstruktur des Umlenkabschnitts ist als kleine Mikrooptik in Form von Mikro-Streifenoptiken, beispielsweise mit zylindrischem Querschnitt, mit einer Teilung von vorzugsweise <=1 mm, vorteilhaft von 0,5mm, ausgeführt.
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Durch den Lichteinkoppelabschnitt wird ein Vorlaufbereich des Flächenlichtleiters für die eingekoppelten Lichtstrahlen geschaffen, um eine erste Lichtdurchmischung, insbesondere bei mehreren Leuchtmitteln, zu schaffen. Durch die riffelartige Lichtleitstruktur im Umlenkabschnitt wird eine weitere Lichtdurchmischung bzw. Lichtstrahlenablenkung erzielt, wodurch eine gleichmäßige Streulichtgenerierung im anschließenden Lichtauskoppelabschnitts und dadurch eine homogene Ausleuchtung, auch bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln, erzielt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Lichtauskoppelabschnitt ausgehend von einer dem Lichteinkoppelabschnitt zugewandten Seite bis zum freien Ende eine sich reduzierende Wandstärke auf. Einerseits soll der Flächenlichtleiter möglichst flach bzw. dünn ausgeführt werden, um ein filigranes Aussehen, insbesondere dem OLED entsprechendes Aussehen, bereitzustellen. Andererseits muss ein Flächenlichtleiter zur Einkopplung der Lichtstrahlen eine gewisse Mindestwandstärke, insbesondere eine Wandstärke im Bereich von 3 - 4 mm, aufweisen, um mit einem relativ hohen Wirkungsgrad die Lichtstrahlen des Leuchtmittels einzukoppeln. Außerdem ist eine ausreichende Wandstärke für die Herstellung des Flächenlichtleiters, insbesondere durch ein Kunststoffspritzgussverfahren und dabei insbesondere für den Anguss, erforderlich. Durch die Wandstärkenreduzierung am Lichtauskoppelabschnitt wird ein dünnerer Auslauf des sichtbaren Lichtauskoppelabschnitts erzeugt und gleichzeitig eine erforderliche Wanddicke für die Lichteinkopplung und das Spritzgussverfahren bereitgestellt. Durch die Wandstärkenreduzierung kann möglichst viel eingekoppeltes Licht durch die Lichtauskoppelfläche ausgekoppelt werden, wobei durch die Wandstärkenreduzierung die an der Stirnseite des Lichtauskoppelabschnitts ausgekoppelte Lichtmenge reduziert wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Flächenlichtleiters bzw. eines Systems mit dem Flächenlichtleiter erhöht.
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Vorzugsweise sind an einer dem Lichtauskoppelabschnitt abgewandten Seite des Lichteinkoppelabschnitt Befestigungsmittel zur Befestigung des Flächenlichtleiters an einer Trägerstruktur vorgesehen. Dadurch kann der Flächenlichtleiter einfach, zuverlässig und im endmontierten Zustand des Flächenlichtleiters in einem nichtsichtbaren Bereich an der Trägerstruktur befestigt werden. Der Flächenlichtleiter kann form-, kraft- und/oder stoffschlüssig an der Trägerstruktur befestigt werden.
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Durch einen derartigen Flächenlichtleiter kann ein hoher lichttechnischer Wirkungsgrad und die homogene Ausleuchtung, d.h. die Leuchtdichtenverteilung, gewährleistet werden.
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Die Erfindung wird außerdem durch eine Leuchte für ein Kraftfahrzeug gelöst, welche eine Trägerstruktur, mindestens einen Flächenlichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und mindestens ein Leuchtmittel umfasst, wobei der Flächenlichtleiter an der Trägerstruktur befestigt ist, und wobei durch Leuchtmittel Lichtstrahlen in den Flächenlichtleiter einkoppelbar sind. Zu den Vorteilen wird auf die vorhergehenden Absätze verwiesen.
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Vorzugsweise sind mehrere Flächenlichtleiter vorgesehen, welche nebeneinander angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung überlappen sich die Randbereiche zweier benachbarter Flächenlichtleiter. Alternativ können die mehreren Flächenlichtleiter auch ohne Überlappung nebeneinander angeordnet sein. Die Leuchte ist insbesondere eine Heckleuchte oder ein Frontscheinwerfer, wobei zur Bereitstellung einer Signalfunktion vorzugsweise mehrere Flächenlichtleiter nebeneinander angeordnet sind. Dabei werden die Flächenlichtleiter insbesondere versetzt und gestaffelt zueinander angeordnet, d.h. die Flächenlichtleiter sind nebeneinander und stufenweise angeordnet. Außerdem können die Flächenlichtleiter an die Form der Leuchte angepasst werden, wobei beispielsweise die Heckleuchte zu einer Seite zuläuft und dabei die Geometrien der Flächenlichtleiter entsprechend angepasst und skaliert sind.
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Die Flächenlichtleiter können zur Bereitstellung der Signalfunktion gleichzeitig eingeschaltet werden, wodurch die Leuchte nahezu vollständig aufleuchtet. Anderenfalls können auch Lichtanimationen bereitgestellt werden, beispielsweise indem die einzelnen Flächenlichtleiter nacheinander von einer Seite zur anderen Seite ein- bzw. ausgeschaltet werden oder indem alle Flächenlichtleiter gemeinsam langsam in ihrer Leuchtdichte, d.h. Helligkeit, hochgedimmt bzw. abgedimmt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Flächenlichtleiter über einen Verbindungssteg miteinander verbunden, wobei der Verbindungssteg mit den Flächenlichtleitern einstückig hergestellt ist. Dadurch können die Herstellungskosten, insbesondere beim Kunststoffspritzgussverfahren, reduziert werden, wobei alle Flächenlichtleiter in einem einzigen Herstellungsschritt hergestellt werden. Auch der Montageaufwand wird durch die Einstückigkeit der Flächenlichtleiter und des Verbindungsstegs vereinfacht, wobei alle Flächenlichtleiter in einem einzigen Montageschritt an der Trägerstruktur der Leuchte montiert werden.
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Vorzugsweise sind eine erste Gruppe von über ein Verbindungssteg miteinander verbundenen Flächenlichtleitern und eine zweite Gruppe von über einen Verbindungssteg miteinander verbundenen Flächenlichtleitern vorgesehen, wobei jeweils ein Flächenlichtleiter der zweiten Gruppe zwischen zwei Flächenlichtleitern der ersten Gruppe angeordnet ist. Die erste Gruppe der Flächenlichtleiter ist einstückig und durch eine Spritzgussverfahren hergestellt, so dass die Flächenlichtleiter der ersten Gruppe mit dem Verbindungssteg ein erstes Spritzgussteil bilden. Die zweite Gruppe der Flächenlichtleiter ist ebenfalls einstückig und durch eine Spritzgussverfahren hergestellt, so dass die Flächenlichtleiter der zweiten Gruppe mit dem dazugehörigen Verbindungssteg ein zweites Spritzgussteil bilden. Bei der Montage der Leuchte des Kraftfahrzeugs werden die Flächenlichtleiter der beiden Gruppen derart ineinandergesteckt, dass jeweils ein Flächenlichtleiter der zweiten Gruppe zwischen zwei Flächenlichtleitern der ersten Gruppe angeordnet ist. Durch die Aufteilung der Flächenlichtleiter in mehrere Gruppen kann die Herstellung der Flächenlichtleiter vereinfacht werden, indem zwischen zwei benachbarten Flächenlichtleitern einer Gruppe ein größerer Abstand vorliegt und dadurch mehr Spielraum für die Entformungsrichtung und/oder für Schieber bereitsteht.
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Vorzugsweise ist ein Zusatzleuchtmittel vorgesehen, welches derart angeordnet ist, dass das Zusatzleuchtmittel direkt oder über ein Reflektorelement, ein Lichtleitelement oder ein anderes optisches System die zweite Flachseite des Lichtauskoppelabschnitts anstrahlt. Aufgrund einer verbleibenden Transparenz der Flächenlichtleiter trotz der Auskoppelstruktur des Lichtauskoppelabschnitts kann durch das Zusatzleuchtmittel einen zweite Signalfunktion bereitgestellt werden. Bei einer Rückleuchte des Kraftfahrzeugs kann die zweite Signalfunktion beispielsweise ein Bremslicht, ein Blinklicht oder ein Nebelschlusslicht oder ein Rückfahrlicht sein. Bei einem Frontscheinwerfer kann die zweite Signalfunktion beispielsweise ein Positionslicht, ein Tagfahrlicht oder ein Blinklicht darstellen.
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Das Zusatzleuchtmittel kann beispielsweise an derselben Leiterplatte wie das Leuchtmittel angeordnet sein. Die durch das Zusatzleuchtmittel abgestrahlten Lichtstrahlen können mittelbar über den Reflektor, das Lichtleitelement oder ein anderes optisches Systemauf den Flächenlichtleiter umgelenkt werden. Alternativ kann das Zusatzleuchtmittel derart hinter den Flächenlichtleitern angeordnet sein, dass direkt, d.h. ohne einen Reflektor, das Aufleuchten des Zusatzleuchtmittels erfasst wird.
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Unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt einen Flächenlichtleiter in perspektivischer Rückansicht,
- 2 zeigt den Flächenlichtleiter in perspektivischer Frontansicht,
- 3 zeigt den Flächenlichtleiter im Querschnitt,
- 4a zeigt den Flächenlichtleiter mit einer ersten Anordnung einer in einem Lichtauskoppelabschnitt angeordneten Auskoppelstruktur,
- 4b zeigt den Flächenlichtleiter mit einer zweiten Anordnung einer in einem Lichtauskoppelabschnitt angeordneten Auskoppelstruktur,
- 4c zeigt den Flächenlichtleiter mit einer dritten Anordnung einer in einem Lichtauskoppelabschnitt angeordneten Auskoppelstruktur,
- 5 zeigt einen Ausschnitt des Lichtauskoppelabschnitts mit der Auskoppelstruktur,
- 6 zeigt eine Leuchte eines Kraftfahrzeugs in Frontalansicht,
- 7 zeigt eine einstückige Flächenlichtleiteranordnung mit mehrere Flächenlichtleiter, und
- 8 zeigt eine Flächenlichtleiteranordnung und eine Ausführung Zusatzleuchtmittel der Leuchte aus 6.
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1 und 2 zeigen einen einstückigen Flächenlichtleiter 10. Der Flächenlichtleiter 10 ist in mehrere Abschnitte unterteilt und umfasst einen Lichteinkoppelabschnitt 12, einen Lichtauskoppelabschnitt 14 und einen Umlenkabschnitt 16, wobei der Umlenkabschnitt zwischen dem Lichteinkoppelabschnitt 12 und dem Lichtauskoppelabschnitt 14 angeordnet ist.
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Der Lichteinkoppelabschnitt 12 ist wiederum in zwei Abschnitte 13, 15 unterteilt. Beide Abschnitte 13, 15 sind plattenartig ausgeführt und schließen unmittelbar aneinander an, wobei ein zweiter Abschnitt 15 an einem dem Umlenkabschnitt 16 abgewandten Ende abgewinkelt an einem ersten Abschnitt 13 anschließt. Der zweite Abschnitt 15 umfasst eine Befestigungsvorrichtung 30 mit zwei Befestigungsmittel, wobei der Flächenlichtleiter 10 ausschließlich über die Befestigungsmittel 32 an einem Träger montiert wird. Dadurch wird der Flächenlichtleiter 10 in Form eines Auslegers an dem Träger montiert. An einem Ende des ersten Abschnitts 13 bzw. in einem Übergang zwischen den beiden Abschnitten 13, 15 des Lichteinkoppelabschnitts 12 ist eine Einkoppelfläche in Form einer Linearlinse 34 angeordnet. Die Linearlinse 34 erstreckt sich über die gesamte Tiefe des Lichteinkoppelabschnitts 12, wobei die Linearlinse 34 der Einkopplung von Lichtstrahlen mehrere Leuchtmittel 36, insbesondere LED, dient. Die Leuchtmittel 36 sind direkt an einer Leiterplatte 38 angeordnet, wobei die Leiterplatte, wie in 2 gezeigt, quer oder, wie in 3 gezeigt, längs zu den durch die Leuchtmittel 36 einkoppelnden Lichtstrahlen ausgerichtet sein kann.
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An einem dem zweiten Abschnitt 15 abgewandten Ende des ersten Abschnitts 13 des Lichteinkoppelabschnitts 12 schließt unmittelbar der Umlenkabschnitt 16 an, welcher als Übergang zwischen dem Lichteinkoppelabschnitt 12 und dem zum Lichteinkoppelabschnitt 12 abgewinkelt angeordneten Lichtauskoppelabschnitt 14 dient.
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Der Umlenkabschnitt 16 umfasst an einer Flachseite eine Lichtleitstruktur 18, welche riffelartig ausgeführt ist. Die riffelartige Lichtleitstruktur 18 des Umlenkabschnitts 16 ist als kleine Mikrooptik in Form in Längsrichtung erstreckende Erhebungen 19 ausgeführt.
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Bei einer Einkopplung von Lichtstrahlen durch die Leuchtmittel 36 dient der Lichteinkoppelabschnitt 12, insbesondere der erste Abschnitt 13 des Lichteinkoppelabschnitts 12, als Vorlaufbereich für die eingekoppelte Lichtstrahlen. In dem Vorlaufbereich erfolgt eine erste Lichtmischung der durch die Leuchtmittel 36 eingekoppelten Lichtstrahlen. Im an den Lichteinkoppelabschnitt 12 anschließenden Umlenkabschnitt 16 erfolgt durch die riffelartige Lichtleitstruktur 18 eine weitere Lichtdurchmischung bzw. Lichtstrahlenablenkung. Durch die Lichtdurchmischungen wird eine gleichmäßige Streulichtgenerierung im anschließenden Lichtauskoppelabschnitt 14 und dadurch eine homogene Ausleuchtung des Lichtauskoppelabschnitts 14, auch bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln, erzielt.
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Der Lichtauskopplungsabschnitt 14 ist gebogen, d.h. zungen- oder löffelartig, ausgeführt und weist eine in der 3 gezeigte, stetig abnehmende Wandstärke auf. Wie in 3 gezeigt ist, weist der Flächenlichtleiter 10 an dem ersten Abschnitt 13 des Lichteinkoppelabschnitts 12 eine Wandstärke D1, an einem oberen Bereich des Lichtauskoppelabschnitts 14 eine Wandstärke D2 und an einem unteren Bereich des Lichtauskoppelabschnitts 14 eine Wandstärke D3 auf, wobei die Wandstärke D3 des unteren Bereichs kleiner als die Wandstärke D2 des oberen Bereichs des Lichtauskoppelabschnitts 14 ist. Die Wandstärke D1 des Lichteinkoppelabschnitts 12 ist größer als die Wandstärke D2 des oberen Bereichs des Lichtauskoppelabschnitts 14. Damit nimmt die Wandstärke des Flächenlichtleiters 10 ausgehend vom dem Lichtauskoppelabschnitt 14 abgewandten Ende des Lichteinkoppelabschnitts 12 bis zum freien Ende des Lichtauskoppelabschnitts 14 stetig ab.
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Der Lichtauskoppelabschnitts 14 umfasst eine erste Flachseite 20 und eine zweite Flachseite 22. Die erste Flachseite 20 stellt eine Lichtauskoppelfläche 23 dar, durch welche die in den Flächenlichtleiter 10 eingekoppelten Lichtstrahlen wieder ausgekoppelt werden. An der zweiten Flachseite 22 ist eine Auskoppelstruktur 24 angeordnet, welche der Umlenkung der in dem Lichteinkoppelabschnitt 12 eingekoppelten und über den Umlenkabschnitt 16 weitergeleiteten Lichtstrahlen in Richtung der Lichtauskoppelfläche 23 dient.
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Die Auskoppelstruktur 24, welche in den 4a, 4b, 4c und 5 ebenfalls gezeigt wird, weist eine Vielzahl von Lichtauskoppelelementen 26 auf, welche als Mikrooptiken, d.h. mit einer Länge von 0,4 - 0,6 mm, ausgeführt sind und in zwei Raumrichtungen beabstandet voneinander angeordnet sind. Die Lichtauskoppelelemente 26 weisen mehrere, planare Flächen 271, 272 und zwei Seitenflächen 273 auf, wobei die planaren Flächen 271, 272 und die Seitenflächen 273 derart angeordnet sind, dass die planaren Flächen 271, 272 und die Seitenflächen 273 eine Tasche bilden. Zwischen den einzelnen Lichtauskoppelelementen 26 verbleiben plane Bereiche 29. Die Lichtauskoppelelemente 26 dienen der Umlenkung der Lichtstrahlen in Richtung der Lichtauskoppelfläche 23. Die planen Bereiche 29 dienen der Weiterleitung der Lichtstrahlen innerhalb des Lichtauskoppelabschnitts 14.
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Wie in den 4a, 4b und 4c gezeigt ist, sind die Lichtauskoppelelemente 26 rasterartig angeordnet, wobei gemäß 4a jede Zeile der Lichtauskoppelelemente 26 versetzt zu jeweils den beiden benachbarten Zeilen angeordnet ist, wobei die Lichtauskoppelelemente 26 im Bereich der planen Bereiche 29 der benachbarten Zeilen angeordnet sind. Gemäß 4b ist jede Zeile zwischen den beiden Rändern vollständig ausgefüllt. Die 4c zeigt eine weitere rasterartige Anordnung der Lichtauskoppelelemente 26, wobei die Lichtauskoppelelemente 26 blockweise versetzt zueinander angeordnet sind.
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Wie in 5 gezeigt ist, ist die Geometrie der Lichtauskoppelelemente 26 im Verlauf des Flächenlichtleiters 10 abschnittsweise, d.h. zeilenweise, an die Geometrie des Flächenlichtleiters 10, d.h. an den Krümmungsverlauf, und den inneren Lichtverlauf angepasst. Dabei weisen die in einem ersten, im Wesentlichen geradlinigen Abschnitt angeordneten Lichtauskoppelelemente 261 eine erste Form auf und die in einem zweiten, gebogenen Abschnitt angeordneten Lichtauskoppelelemente 262 eine zweite, zur Form der Lichtauskoppelelemente 261 im ersten Abschnitt abweichende Form auf, wobei insbesondere der Winkel der planaren Flächen 271, 272 und die Größe der planaren Bereiche 29 zwischen den Lichtauskoppelelementen 261, 262 verändert ist. In anderen Worten ausgedrückt, sind die Lichtauskoppelelemente 262 flacher als die Lichtauskoppelelemente 261 ausgeführt und die planen Bereiche 29 zwischen die Lichtauskoppelelementen 262 sind größer als die planen Bereiche 29 zwischen den Lichtauskoppelelementen 261.
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Alle Maßnahme, insbesondere die Lichtleitstruktur 18, die Wandstärkenreduzierung des Lichtauskoppelabschnitts 14, die Ausgestaltung der Lichtauskoppelelemente 26 dienen einer homogenen Ausleuchtung des Flächenlichtleiters 10.
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Die 6, 7 und 8 zeigen die Verwendung des Flächenlichtleiters 10 aus den 1 bis 5 in einer Leuchte 40 eines Kraftfahrzeugs, wobei die Leuchte 40 ein Frontscheinwerfer oder eine Heckleuchte sein kann.
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Die Leuchte 40 umfasst ein Trägerelement 44, welches einen Hohlraum 42 begrenzt. In dem Hohlraum 42 sind neun, separat voneinander ausgeführte Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 mit jeweils einem oder mehreren Leuchtmittel 36 angeordnet, wobei die Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 über jeweils zwei Befestigungsmittel 32 an dem Trägerelemente 44 befestigt sind und an eine die Leuchtmittel 36 aufweisende Leiterplatte 38 angrenzen. Die Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 sind zum einen fächerartig, d.h. randseitig um den Betrag U überlappend, angeordnet und zum anderen von einer Seite zu einer entgegengesetzten Seite skaliert ausgeführt, wobei die Größe der Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 stetig abnimmt.
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Die Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 können separat ausgeführt werden und einzeln durch ein Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt werden. Vorzugsweise werden, wie in 7 gezeigt, alle Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 gemeinsam mit einem Verbindungssteg 110 in einem Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt und gemeinsam an dem Trägerelement 44 montiert, wodurch der Herstellungsaufwand und der Montageaufwand reduziert werden. Alternativ können die Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 in eine erste Gruppe von Flächenlichtleitern 101, 103, 105, 107, 109 und eine zweite Gruppe Flächenlichtleitern 102, 104, 106, 108 aufgeteilt sein, wobei beide Gruppen über jeweils ein Verbindungssteg miteinander verbunden sind. Die Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 der jeweiligen Gruppe sind gemeinsam mit dem entsprechenden Verbindungssteg einstückig mittels eines Kunststoffspritzgussverfahrens hergestellt. Bei der Montage der Leuchte 40 des Kraftfahrzeugs werden die Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 der beiden Gruppen derart ineinandergesteckt, dass jeweils ein Flächenlichtleiter 102, 104, 106, 108 der zweiten Gruppe zwischen zwei Flächenlichtleitern 101, 103, 105, 107, 109 der ersten Gruppe angeordnet ist.
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Die Leuchte 40 kann zusätzlich eine weitere Signalfunktion umfassen. Dafür ist gemäß 8 an den Leiterplatten 38 jeweils ein Zusatzleuchtmittel 50 vorgesehen und an der zweiten Flachseite 22 des Lichtauskoppelabschnitts 14 ist jeweils ein Reflektor 52 angeordnet, wobei die von dem Zusatzleuchtmittel 50 abgestrahlten Lichtstrahlen auf den Reflektor 52 auftreffen und in Richtung der Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 umgelenkt werden. Durch die Transparenz der Flächenlichtleiter 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 kann die zweite Signalfunktion durch eine die Leuchte 40 betrachtende Person wahrgenommen werden.
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Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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