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Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter für ein Beleuchtungselement eines Fahrzeugs, eine Beleuchtungselementanordnung, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters. Die Erfindung liegt somit auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik und insbesondere auf dem Gebiet der Beleuchtungsanordnungen für Fahrzeuge.
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Beleuchtungselemente gelangen häufig zur Beleuchtung und/oder Dekoration von Fahrzeugen zur Anwendung. Insbesondere werden oftmals Beleuchtungselemente in Fahrzeuginnenräume als dekorative Mittel genutzt, um den Fahrzeuginnenraum dekorativ zu gestalten. Dazu werden die Beleuchtungselemente an der A-Seite des Fahrzeugs angeordnet. Beleuchtungselemente können dabei Lichtleiter aufweisen, in welche seitlich Licht eingekoppelt werde kann, sodass dann über eine oder mehrere Auskoppelflächen des Lichtleiters das Licht möglichst homogen und gleichmäßig ausgekoppelt wird. Auf diese Weise können beispielsweise Lichtflächen oder Lichtlinien bereitgestellt werden, die sodann zur dekorativen Gestaltung von Fahrzeuginnenräumen verwendet werden können.
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Reflexionen im Inneren des Lichtleiters und auch außerhalb des Lichtleiters können dabei zu Intensitätsverteilungen des ausgekoppelten Lichts führen, welche die Homogenität der ausgekoppelten Lichtintensität reduzieren und zu ästhetisch unerwünschten Inhomogenitäten führen. Beispielsweise kann an einer Kantenfläche des Lichtleiters reflektiertes Licht oder auch Licht, welches an einer Kantenfläche ausgekoppelt, außerhalb des Lichtleiters reflektiert und sodann wieder eingekoppelt wird, zu unerwünschten Intensitätserhöhungen, sogenannten Hotspots, in den Randbereichen des Lichtleiters führen, welche die Homogenität der Lichtintensität stören und daher aus ästhetischen Gründen unerwünscht sein können.
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Um derartige Intensitätserhöhungen zu vermeiden, sind im Stand der Technik Lösungsansätze bekannt, gemäß welchen Kantenflächen bzw. Seitenflächen von Lichtleitern abgedeckt oder lackiert werden, um das Auftreten von Reflexionen zu reduzieren. Derartige Lösungsansätze sind etwa aus den Druckschriften
US5489999A und
CN201921062233U bekannt. Solche Lösungsansätze weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie den Montageaufwand und entsprechend die Herstellungskosten für die Beleuchtungselementanordnungen erhöhen.
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Es ist daher wünschenswert, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher die Homogenität des ausgekoppelten Lichts aus einem Lichtleiter eines Beleuchtungselements sichergestellt werden kann und dennoch der Montageaufwand und die Herstellungskosten gering gehalten werden können.
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Dies wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.
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In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung betrifft einen Lichtleiter für ein Beleuchtungselement eines Fahrzeugs. Der Lichtleiter umfasst eine erste Kantenfläche, über welche mittels einer Lichtquelle Licht in den Lichtleiter einkoppelbar ist, eine zweite Kantenfläche, welche der ersten Kantenfläche gegenüberliegend angeordnet ist und zumindest teilweise mit einem Absorptionselement versehen ist, und eine Auskoppelfläche, welche dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil des über die erste Kantenfläche in den Lichtleiter eingekoppelten Lichts flächig auszukoppeln. Der Lichtleiter ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement mittels Hinterspritzens an der zweiten Kantenfläche des Lichtleiters befestigt ist.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Beleuchtungselementanordnung für ein Fahrzeug. Die Beleuchtungselementanordnung umfasst einen erfindungsgemäßen Lichtleiter, zumindest eine Lichtquelle zur Einkopplung von Licht in den Lichtleiter über die erste Kantenfläche des Lichtleiters, und ein Halteelement, in welchem der Lichtleiter mittels einer geradlinigen Bewegung montierbar ist.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug umfassend einen erfindungsgemäßen Lichtleiter und/oder eine erfindungsgemäße Beleuchtungselementanordnung.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters für ein Beleuchtungselement eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines hinterspritzbaren Absorptionselements. Außerdem umfasst das Verfahren ein Hinterspritzen des Absorptionselements mit einer transparenten Kunststoffschmelze derart, dass nach dem Aushärten der transparenten Kunststoffschmelze ein Lichtleiter mit zumindest einer Kantenfläche entsteht und zumindest eine der Kantenflächen des Lichtleiters an dem Absorptionselement befestigt ist.
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Ein Lichtleiter kann dabei insbesondere ein optisches Element sein, welches zumindest einen Teil eines eingekoppelten Lichts durch totale interne Reflexion entlang einer Lichtleiterfläche leitet. Dabei kann der Lichtleiter eine oder mehrere Auskoppelflächen aufweisen, an welchen zumindest ein Teil des eingekoppelten Lichts möglichst homogen und gleichmäßig ausgekoppelt wird, um eine Flächenlichtquelle zu bilden. Außerdem kann der Lichtleiter ein oder mehrere Streuelemente und/oder Ablenkelemente aufweisen, welche in und/oder am Lichtleiter angeordnet sind, um Licht in einem Winkel auf die Auskoppelfläche(n) zu lenken, sodass dieses ausgekoppelt wird und nicht intern im Lichtleiter reflektiert wird.
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Eine Kantenfläche ist dabei eine Fläche des Lichtleiters, welche den Lichtleiter begrenzt und etwa um die Auskoppelfläche herum verläuft. Die Kantenfläche(n) könne dabei senkrecht zur Auskoppelfläche oder in einem anderen Winkel zur Auskoppelfläche verlaufen. Insbesondere kann ein Lichtleiter derart ausgebildet sein, dass über die Kantenfläche(n) keine Lichtauskopplung vorgesehen bzw. erwünscht ist. In den Lichtleitern ist zumindest eine der Kantenflächen dazu ausgebildet, mittels einer Lichtquelle Licht in den Lichtleiter einzukoppeln. Dazu kann etwa eine entsprechende Lichtquelle, wie zum Beispiel mehrere Leuchtdioden, entlang der ersten Kantenfläche angeordnet sein, welche sodann Licht zum Beispiel senkrecht zur Kantenfläche auf den Lichtleiter einstrahlen, sodass zumindest ein Teil des eingestrahlten Lichts in den Lichtleiter eingekoppelt wird.
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Ein Absorptionselement ist dabei ein Element, welches ein vorbestimmtes Absorptionsvermögen für Licht aufweist, insbesondere für Licht jenes Spektralbereichs, welches zur Einkopplung in den Lichtleiter vorgesehen ist. Bei Beleuchtungselementen von Fahrzeugen wird typischerweise sichtbares Licht verwendet, sodass das Absorptionselement optional im sichtbaren Spektralbereich ein vorbestimmtes Absorptionsvermögen aufweist, um aus der zweiten Kantenfläche des Lichtleiters austretendes Licht, welches auf das Absorptionselement fällt, in einem vorbestimmtem Maße zu absorbieren und auf diese Weise eine Reflexion des absorbierten Lichts zu unterbinden.
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Dass das Absorptionselement mittels Hinterspritzens an der zweiten Kantenfläche befestigt ist, bedeutet dabei, dass das Absorptionselement und der Lichtleiter in einem Hinterspritz-Verfahren aneinander gegossen werden, sodass das Absorptionselement und der Lichtleiter aneinander befestigt sind.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, dass der Lichtleiter mitsamt dem Absorptionselement einstückig bereitgestellt werden kann. Dies ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass der Lichtleiter bereits bei der Herstellung mit einem wie vorgesehen ausgebildeten und angeordneten Absorptionselement bereitgestellt werden kann. Dies bietet den weiteren Vorteil, dass die Montage des Lichtleiters bzw. einer Beleuchtungselementanordnung, welche einen oder mehrere derartige Lichtleiter beinhaltet, vereinfacht werden kann, da das Absorptionselement nicht als separates Bauteil berücksichtigt oder montiert werden muss. Außerdem entfällt dadurch auch das Erfordernis, die zweite Kantenfläche zu lackieren, sodass auch die Herstellung des Lichtleiters einfach gehalten werden kann. Das Hinterspritzen ermöglicht dabei, den Lichtleiter mittels ein Spritzgussverfahrens herzustellen und dabei sogleich das Anbringen des Absorptionselements an der gewünschten Kantenfläche zu verwirklichen. Somit kann erfindungsgemäß ein präzises Anordnen eines vorgesehenen Absorptionselement an einer Kantenfläche des Lichtleiters erzielt werden, ohne das dazu weitere Montageschritte oder zusätzliche Bauteile bei der Montage erforderlich sind. Der Lichtleiter kann demnach werkzeugfallend bereitgestellt werden.
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Außerdem bietet die Erfindung den Vorteil, dass das Absorptionselement fest mit der Kantenfläche des Lichtleiters verbunden ist und demnach keine relative Positionsänderung erfolgen kann. Dies kann insbesondere dahingehend vorteilhaft sein, dass auch bei etwaigen temperaturbedingten Änderungen der Form und/oder Ausdehnung des Lichtleiters das Absorptionselement zuverlässig an der vorgesehen Position relativ zum Lichtleiter verbleibt und entsprechend keine Änderung der Absorptionswirkung zu befürchten ist.
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Außerdem bietet die Erfindung den Vorteil, dass durch die einstückige Ausbildung des Lichtleiters mitsamt dem Absorptionselement der Lichtleiter in einer einfachen, geradlinigen Bewegung entlang einer Richtung in eine vorgesehene Halterung eingeführt und beispielsweise darin eingerastet werden kann. Insbesondere ist es nicht erforderlich, den Lichtleiter entlang einer gekrümmten Bewegung in eines Halteelements einzuschwenken, welche etwa erforderlich wäre, wenn eine Kantenfläche des Lichtleiters innerhalb des Halteelements noch in einen als Hülse ausgebildeten Absorber eingeführt werden müsste. Dadurch wird die Montage der Beleuchtungsanordnung noch weiter vereinfacht.
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Optional ist die gesamte zweite Kantenfläche durch das Absorptionselement bedeckt. Dies bietet den Vorteil, dass das gesamte Licht, welches über die zweite Kantenfläche aus dem Lichtleiter austritt, auf das Absorptionselement fällt und von diesem absorbiert werden kann. Dadurch kann das Auftreten von unerwünschten Reflexionen besonders effektiv reduziert bzw. unterbunden werden.
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Optional ist die zweite Kantenfläche ebenflächig und parallel zur ersten Kantenfläche ausgebildet. Alternativ ist die die zweite Kantenfläche winkelförmig bzw. gewinkelt und/oder gekrümmt ausgebildet. Dies bietet die Möglichkeit, einen an der Grenzfläche des Lichtleiters an der zweiten Kantenfläche reflektierten Teil des Lichts im Lichtleiter hinsichtlich des weiteren Ausbreitungswinkels zu beeinflussen und auf diese Weise das etwaige Auftreten einer Intensitätserhöhung bzw. eines Hotspots von ausgekoppeltem Licht im Randbereich des Lichtleiters noch weiter zu reduzieren. Beispielsweise kann die Winkelung bzw. Krümmung der Kantenfläche derart ausgebildet sein, dass das daran reflektierte Licht zu einer Mittelachse bzw. Mittelebene des Lichtleiters hin gelenkt wird, welche etwa parallel zur Auskoppelfläche verläuft. Alternativ kann die zweite Kantenfläche derart geformt sein, dass sie das daran reflektierte Licht in die Einfallsrichtung zurück reflektiert.
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Optional kann das Absorptionselement dazu ausgebildet sein, einen Anteil zwischen 20% und 100% des durch die zweite Kantenfläche hindurchtretende und auf das Absorptionselement treffende Licht zu absorbieren. Das Absorptionsvermögen kann beispielsweise derart gewählt werden, dass an der zweiten Kantenfläche ein gewünschtes Verhältnis aus Extinktion und Reflexion vorherrscht. Beispielsweise kann dadurch die Lichtauskopplung im Randbereich des Lichtleiters nahe der zweiten Kantenfläche eingestellt werden, um eine möglichst homogene Lichtintensität des ausgekoppelten Lichts zu erzielen.
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Optional weist das Absorptionselement eine In-Mould-Dekorations-Folie auf, welche auch als IMD-Folie bezeichnet wird, und/oder ein In-Mould-Dekorations-Element, welches auch als IMD-Element bezeichnet wird, oder besteht daraus. Alternativ oder zusätzlich kann das Absorptionselement eine In-Mould-Labeling-Folie, IML-Folie, aufweisen oder daraus bestehen. Somit kann das Hinterspritzen des Absorptionselements optional mittels eines In-Mould-Dekorations-Verfahrens und/oder mittels eines In-Mould-Labeling-Verfahrens erfolgen, wobei das hinterspritzbare Absorptionselement als eine In-Mould-Folie und/oder als ein In-Mould-Dekorations-Element bereitgestellt werden kann. Dies bietet eine besonders einfache und zuverlässige Möglichkeit, das Absorptionselement bereits während des Herstellungsprozesses des Lichtleiters an der Kantenfläche des Lichtleiters zu befestigen. Dadurch wird ein einstückiges Bereitstellen des Lichtleiters mitsamt dem Absorptionselement ermöglicht, sodass das Absorptionselement bei der Montage des Lichtleiters in einer Beleuchtungselementanordnung nicht weiter berücksichtigt werden muss. Außerdem bietet dies den Vorteil, dass die Herstellung des Lichtleiters mitsamt des Absorptionselements besonders kostengünstig erfolgen kann.
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Ein Fahrzeug kann dabei beispielsweise in Form eines Landfahrzeugs, Luftfahrzeugs oder Wasserfahrzeugs ausgebildet sein. Ein Landfahrzeug kann beispielsweise als ein Straßenfahrzeug oder als ein schienengebundenes Fahrzeug ausgebildet sein. Insbesondere kann ein Fahrzeug als ein Kraftfahrzeug vorliegen, wie etwa als Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Autobus. Das Beleuchtungselement und/oder der Lichtleiter können dabei insbesondere im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet werden und etwa zur Innenraumbeleuchtung und/oder als Dekorationselement dienen. Beispielsweise kann mittels der Beleuchtungsanordnung ein Lichtstreifen erzeugt werden, welcher sich durch den Innenraum des Fahrzeugs erstreckt, etwa entlang eines Verkleidungsbauteils.
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Die oben genannten und im Folgenden erläuterten Merkmale und Ausführungsformen sind dabei nicht nur als in den jeweils explizit genannten Kombinationen offenbart anzusehen, sondern sind auch in anderen technisch sinnhaften Kombinationen und Ausführungsformen vom Offenbarungsgehalt umfasst.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile sollen nun anhand der folgenden Beispiele und optionalen Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1: eine herkömmliche Beleuchtungselementanordnung in einer schematischen Querschnittansicht;
- 2: eine Beleuchtungselementanordnung gemäß einer optionalen Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Querschnittansicht;
- 3A und 3B: jeweils einen Ausschnitt eines Lichtleiters gemäß anderen optionalen Ausführungsformen.
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In den folgenden Figuren werden gleiche oder ähnliche Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen bzw. Figuren der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt eine herkömmliche Beleuchtungselementanordnung 1 in einer schematischen Querschnittansicht, welche über kein Absorptionselement verfügt. Die Beleuchtungselementanordnung 1 weist einen Lichtleiter 12, eine Lichtquelle 14 und ein Halteelement 16 auf. Der Lichtleiter 12 weist dabei eine rechteckige Querschnittsform auf. An der unten dargestellten Seite befindet sich eine Auskoppelfläche 12a des Lichtleiters 12. Seitlich wird der Lichtleiter 12 durch eine erste Kantenfläche 12b und eine zweite Kantenfläche 12c begrenzt. Die Lichtquelle 14 ist dabei an der ersten Kantenfläche 12b angeordnet und dazu ausgelegt, über die erste Kantenfläche 12b Licht in den Lichtleiter 12 einzukoppeln. Innerhalb des Lichtleiters 12 breitet sich das eingekoppelte Licht mittels totaler interner Reflexion über den gesamten Lichtleiter 12 aus. Zur Erhöhung der Auskopplung über die Auskoppelfläche 12a kann die Beleuchtungsanordnung ferner Umlenk- und/oder Streuelemente 18 aufweisen, welche einen Teil des im Lichtleiter 12 propagierenden Lichts in einem Winkel auf die Auskoppelfläche 12a lenken, unter dem es ausgekoppelt werden kann. Ein Teil des eingekoppelten Lichts tritt allerdings an der zweiten Kantenfläche 12c aus und wird an einer Seitenwand des Halteelements 16 reflektiert, wobei es wieder durch die zweite Kantenfläche in den Lichtleiter 12 eintritt oder über die Auskoppelfläche 12a oder den Spalt zwischen dem Lichtleiter 12 und dem Halteelement 16 in Auskoppelrichtung austritt. Ein anderer Teil des auf die zweite Kantenfläche 12c treffenden, eingekoppelten Lichts wird an der Grenzfläche der zweiten Kantenfläche 12c reflektiert und trifft sodann in solch einem Winkel auf die Auskoppelfläche 12a, dass das Licht den Lichtleiter 12 über die Auskoppelfläche 12a verlässt. Aufgrund der Reflexionen an der zweiten Kantenfläche 12c und an der Seitenwand des Halteelements 16 herrscht am Rand des Lichtleiters 12 im Bereich der zweiten Kantenfläche 12c ein höheres Maß an Auskopplung vor, als in anderen Bereichen des Lichtleiters 12, sodass dort ein Bereich mit erhöhter Lichtintensität entsteht, der auch als Hotspot 100 bezeichnet wird. Durch das Auftreten des Hotspots 100 wird die Homogenität des über die Auskoppelfläche 12a ausgekoppelten Lichts reduziert und es kommt zu einer erkennbar höheren Helligkeit im Randbereich nahe der zweiten Kantenfläche 12c.
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2 zeigt eine Beleuchtungselementanordnung 10 gemäß einer optionalen Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Querschnittansicht. Die Beleuchtungsanordnung 10 gemäß der optionalen Ausführungsform entspricht in den meisten Aspekten der mit Bezug auf 1 beschriebenen herkömmlichen Beleuchtungselementanordnung 1. Allerdings weicht die Beleuchtungselementanordnung 10 zumindest darin von der herkömmlichen Beleuchtungselementanordnung 1 ab, dass diese ein Absorptionselement 20 aufweist, welches an der zweiten Kantenfläche 12c des Lichtleiters 12 angeordnet ist und mittels Hinterspritzens mit der zweiten Kantenfläche 12c des Lichtleiters 12 verbunden ist und auf diese Weise mit dem Lichtleiter 12 einstückig ausgebildet ist. Gemäß der gezeigten optionalen Ausführungsform ist das Absorptionselement derart ausgebildet, dass dieses das über die zweite Kantenfläche aus dem Lichtleiter 12 austretende Licht vollständig absorbiert, sodass keine Reflexion des austretenden Lichts erfolgt. Entsprechend entsteht gemäß der optionalen Ausführungsform der Erfindung keine Reflexion welche durch eine Reflexion an dem Halteelement 16 die Beleuchtungselementanordnung 10 verlässt oder wieder in die den Lichtleiter 12 eintritt und dort über die Auskoppelfläche 12a ausgekoppelt wird. Dies bietet den Vorteil, dass somit kein Hotspot im Randbereich des Lichtleiters 12 nahe der zweiten Kantenfläche 12c entsteht, wie dies bei der herkömmlichen Beleuchtungselementanordnung 1 (Hotspot 100 in 1) der Fall ist. Somit bietet die optionale Ausführungsform der Erfindung den Vorteil, dass die Homogenität des ausgekoppelten Lichts aus der Auskoppelfläche 12a gegenüber einem herkömmlichen Beleuchtungselement (siehe 1) verbessert werden kann.
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Das Absorptionselement 20 ist dabei gemäß einer optionalen Ausführungsform als eine In-Mould-Dekorations-Folie ausgebildet. Dies ist mittels eines Hinterspritz-Verfahrens an der zweiten Kantenfläche 12c des Lichtleiters 12 befestigt. Dazu kann beispielsweise bei der Herstellung des Lichtleiters die In-Mould-Dekorations-Folie, die das Absorptionselement 20 bilden soll, in eine Gießform eingesetzt werden und die Gießform sodann mit einer transparenten Kunststoffschmelze ausgegossen werden, welche nach dem Aushärten den Lichtleiter bildet. Durch das Hinterspritzen ist das Absorptionselement 20 sodann fest mit der zweiten Kantenfläche 12c des Lichtleiters 12 verbunden.
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Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die zweite Kantenfläche 12c und das Absorptionselement 20 ebenflächig ausgebildet und erstrecken sich parallel zur ersten Kantenfläche 12b, an welcher das Licht in den Lichtleiter 12 eingekoppelt wird.
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Die 3A und 3B zeigen jeweils einen Ausschnitt eines Lichtleiters 12 gemäß anderen optionalen Ausführungsformen, welche abweichend von der mit Bezug auf 2 erläuterten optionalen Ausführungsform keine ebenflächige zweite Kantenfläche 12c und kein ebenflächiges Absorptionselement 20 aufweisen. Vielmehr weisen bei diesen Ausführungsformen die Kantenfläche 12c und das Absorptionselement 20 eine gewinkelte Form (3A) bzw. eine gekrümmte Form (3B) auf. Durch eine derartige Formgebung der zweiten Kantenfläche 12c und des daran befestigten Absorptionselements 20 kann die Lichtauskopplung aus der Auskoppelfläche 12a in einem noch größeren Maße beeinflusst werden. So kann dadurch insbesondere die Ausbreitungsrichtung des an der Grenzfläche der zweiten Kantenfläche 12c reflektierten Lichts angepasst werden und dadurch der Winkel, unter welchem dieses Licht auf die Auskoppelfläche 12a trifft, der die Auskopplungseffizienz bestimmt, beeinflusst werden. Die in den 3A und 3B gezeigten Ausführungsformen sind dabei derart angepasst, das das an der zweiten Kantenfläche 12c reflektierte Licht möglichst in die Einfallsrichtung zurück reflektiert wird. Die Ausführungsform gemäß 3A orientiert sich dabei am Prinzip von Katzenaugen. Die zweite Kantenfläche 12c der Ausführungsform in 3B weist hingegen eine zylindrische Krümmung auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- herkömmliche Beleuchtungselementanordnung
- 10
- Beleuchtungselementanordnung gemäß optionaler Ausführungsform der Erfindung
- 12
- Lichtleiter
- 12a
- Auskoppelfläche
- 12b
- erste Kantenfläche
- 12c
- zweite Kantenfläche
- 14
- Lichtquelle
- 16
- Halteelement
- 18
- Umlenk- und/oder Streuelement
- 20
- Absorptionselement
- 100
- Hotspot (Bereich mit erhöhter Lichtintensität)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5489999 A [0004]
- CN 201921062233 U [0004]
