DE10333316A1 - Optical fiber component for optical multi-segment displays - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtleiterbauteil mit einer Lichteintrittseite und einer Lichtaustrittseite für optische Mehrsegmentanzeigen, das eine Maske umfasst, in der für jedes Segment ein Lichtleiter in Form des Segments geführt ist, und das in 2K-Spritzgusstechnik gefertigt ist, sowie eine entsprechende optische Baugruppe, die für eine Mehrsegmentanzeige eingerichtet ist, ein Haushaltgerät mit einer solchen optischen Baugruppe und ein Verfahren zur Fertigung des Lichtleiterbauteils in 2K-Spritzgusstechnik.The The present invention relates to an optical fiber device having a Light entry side and a light exit side for optical Multi-segment displays, which includes a mask in which for each Segment a light guide is guided in the form of the segment, and that in 2K injection molding technology is made, and a corresponding optical assembly, the for one Multi-segment display is set up, a household appliance with a Such an optical assembly and a method of manufacturing the Fiber optic components in 2K injection molding technology.
Es ist bekannt, für Zahlenanzeigen bei Haushaltgeräten 7-Segmentanzeigen mit LED-Display zu verwenden. Diese LED-Displays stehen mit unterschiedlichen Ziffernhöhen, Anzeigefarben und Ziffernzahl mit und ohne Dezimalpunkt zur Verfügung. Die LED-Displays weisen an ihrer Unterseite Anschlusspins auf, die zur elektrischen Verbindung des LED-Displays in Anschlussbohrungen einer Leiterplatte eingesteckt und dort verlötet werden. Bei Haushaltgeräten werden die 7-Segmentanzeigen im allgemeinen hinter einem Fenster in einer Blende des Haushaltgerätes positioniert. Nachteilig ist dabei, dass die feste Bauhöhe der LED-Displays die Einbautiefe der Leiterplatte hinter der Blende festlegt. Durch Anforderungen des Blendendesigns oder des mechanischen Aufbaus der Blende kann es notwendig werden, die Einbautiefe der Leiterplatte hinter der Blende zu verändern. Eine Vergrößerung der Bauhöhe der LED-Displays ist durch Verlängerung der Anschlusspins oder durch einen zusätzlichen Displaysockel nur eingeschränkt möglich, so dass sich bei größeren Einbautiefen die Anzeigequalität verschlechtert. Eine Verringerung der Bauhöhe ist in der Regel überhaupt nicht möglich.It is known for Numeric displays for household appliances 7-segment displays with LED display to use. These LED displays are available with different numbers of digits, display colors and number of digits with and without decimal point available. The LED displays point At its bottom, there are connection pins for electrical connection of the LED display plugged into connection holes of a printed circuit board and soldered there become. For household appliances In general, the 7-segment displays will be behind a window in a panel of the household appliance positioned. The disadvantage here is that the fixed height of the LED displays Sets the installation depth of the PCB behind the panel. By Requirements of the glare design or the mechanical construction of the Aperture may be necessary, the installation depth of the circuit board to change behind the aperture. An enlargement of the height The LED displays is by extension the connection pins or through an additional display socket only limited possible, so that with larger installation depths the display quality deteriorated. A reduction in the height is usually at all not possible.
Aus
Aus der Steuerung einer Waschmaschine der Firma AEG ist ein Lichtleiterbauteil für optische Mehrsegmentanzeigen bekannt, das aus zwei Kunststoffkomponenten (2K) in 2K-Spritzgußtechnik gefertigt ist. Dabei wird zuerst aus einer ersten Kunststoffkomponente eine Maske gefertigt, in die dann eine zweite Kunststoffkomponente als Lichtleiter eingespritzt wird. Die Materialauswahl unterliegt der Bedingung, dass sich die Maske beim Einspritzen des Lichtleitermaterials nicht wesentlich verformen darf, um die Lichtleiteigenschaft des Lichtleiters nicht zu verschlechtern. Das bekannte Lichtleiterbauteil weist eine Maske aus hochglasfasergefülltem Polyamid und einen Lichtleiter aus Polymethylmethacrylat auf. Nachteilig ist bei dieser Materialkombination, dass sich der Lichtleiter mit der Maske zumindest teilweise adhäsiv verbindet, wodurch die Lichtleiteigenschaft des Lichtleiters und somit die Anzeigequalität reduziert ist. Darüber hinaus ist aufgrund der Verarbeitungseigenschaften des hochglasfasergefüllten Polyamids die Feinstrukturierung und die Länge des Lichtleiterbauteils stark eingeschränkt. Demzufolge und auch aufgrund der relativ hohen Lichtverluste im Lichtleiterbauteil ist nur eine kurze Lichtleitlänge möglich und somit die Einbautiefe der Leiterplatte hinter der Blende beschränkt.Out the control of a washing machine from AEG is a light guide component for multi-segment optical displays known, consisting of two plastic components (2K) in 2K injection molding is made. It is first made of a first plastic component made a mask into which then a second plastic component is injected as a light guide. The choice of materials is subject the condition that the mask is during injection of the optical fiber material should not deform significantly to the light guiding property of Fiber optic not to deteriorate. The known light guide component has a mask made of glass fiber filled polyamide and a light guide from polymethylmethacrylate. The disadvantage of this material combination, that the light guide connects at least partially adhesively to the mask, whereby the light guiding property of the light guide and thus the display quality is reduced. About that In addition, due to the processing properties of the high glass fiber filled polyamide the fine structuring and the length of the fiber optic device severely limited. Consequently, and also due the relatively high light losses in the optical fiber component is only one short optical fiber length possible and thus limiting the installation depth of the circuit board behind the panel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Lichtleiterbauteil für optische Mehrsegmentanzeigen zur Verfügung zu stellen, mit dem die Einbautiefe der Leiterplatte hinter einer Anzeigefläche bei gleichzeitig hoher Anzeigequalität variabel gestaltet werden kann.Of the Invention is based on the object, a cost-effective Optical fiber component for to provide optical multi-segment displays, with which the Installation depth of the printed circuit board behind a display surface at the same time high display quality can be made variable.
Diese Aufgabe wird bei einem Lichtleiterbauteil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zwischen der Maske und dem Lichtleiter durchgängig ein Luftspalt, insbesondere im Mikrometerbereich ausgebildet ist. Durch diesen Luftspalt wird Licht, das sich in dem Lichtleiter ausbreitet, an der Grenzfläche zum Luftspalt total reflektiert, wodurch das Licht weiter im Lichtleiter geführt und nicht vom Maskenmaterial absorbiert wird. Auf diese Weise ist es möglich bei Lichtleitern großer Länge die Lichtverluste gering zu halten, so dass an der Anzeigefläche eine hohe Leuchtdichte und somit eine hohe Anzeigequalität erreicht wird.These Task is in a light guide component of the aforementioned Sort of solved by that between the mask and the light guide throughout Air gap, in particular in the micrometer range is formed. By this air gap becomes light propagating in the light guide, at the interface to Air gap totally reflected, causing the light further in the light guide guided and not absorbed by the mask material. That way is it possible big at light guides Length the Light losses to keep low, so that on the display area a high luminance and thus achieved a high display quality becomes.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Maskenmaterial ein lichtdichtes, leichtfließendes Material mit einem beim Abkühlungsprozess geringem Volumenschwund ist. Insbesondere ist das Maskenmaterial ein flüssigkristallines Polymer (LCP), wie z.B. Vectra®. Aufgrund der Verarbeitungseigenschaften dieses Maskenmaterial ist eine Fertigung von langen und filigranen Masken möglich. Dies hat den Vorteil, dass Lichtleiterbauteile mit einer großen Länge hergestellt werden können, so dass bei großen Einbautiefen der Leiterplatte hinter einer Anzeigefläche das Licht mit Hilfe des Lichtleiterbauteils bis zur Anzeigefläche geführt werden kann, wodurch eine hohe Anzeigequalität erzielt wird. Des weiteren kann trotz der großen Länge der Maske und damit des Lichtleiterbauteils bei diesem Maskenmaterial eine geringe Breite der einzelnen Segmente realisiert und somit neben einem verbesserten optischen Erscheinungsbild der Mehrsegmentanzeige auch eine hohe Anzeigequalität erzielt werden.According to a preferred embodiment, it is provided that the mask material is a light-tight, easily flowing material with a low volume shrinkage during the cooling process. In particular, the mask material is a liquid crystal polymer (LCP), such as Vectra® . Due to the processing properties of this mask material a production of long and filigree masks is possible. This has the advantage that optical fiber components can be produced with a large length, so that at large installation depths of the circuit board behind a display surface, the light with the help of the optical fiber component up to the display surface can be achieved, whereby a high display quality is achieved. Furthermore, in spite of the large length of the mask and thus of the optical waveguide component, a small width of the individual segments can be realized in this mask material and, in addition to an improved visual appearance of the multisegment display, also a high display quality can be achieved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Lichtleitermaterial ein durchsichtig amorpher Kunststoff, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA) ist. Dieses Lichtleitermaterial hat den Vorteil, dass es mit dem Maskenmaterial LCP keine Verbindung eingeht und bei Abkühlung stark schrumpft. Somit kann sich beim Abkühlungsprozess des fertig gespritzten Lichtleiterbauteils ein durchgängiger Luftspalt zwischen Lichtleiter und Maske ausbilden. D.h. der Luftspalt wird durch einen höheren Volumenschwund des Lichtleitermaterials gegenüber dem Maskenmaterial beim Abkühlungsprozess gebildet und ist somit vom Fertigungsprozess weitgehendst unabhängig, was zu einer hohen Prozesssicherheit führt.According to one preferred embodiment provided that the optical fiber material is a transparent amorphous Plastic, in particular polymethyl methacrylate (PMMA) is. This Optical fiber material has the advantage of being with the mask material LCP does not make any connection and shrinks strongly when cooled. Consequently can be during the cooling process the finished sprayed optical fiber component a continuous air gap form between the light guide and the mask. That the air gap becomes through a higher Volume shrinkage of the optical fiber material with respect to the mask material cooling process formed and is thus largely independent of the manufacturing process, which leads to a high process reliability.
Des weiteren hat PMMA den Vorteil, dass es einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt als das Maskenmaterial LCP hat. Somit können bei dem Verfahren zur Fertigung des Lichtleiterbauteils in 2K-Spritzgusstechnik die Fertigungsparameter an die Schmelztemperatur des Maskenmaterials derart angepasst werden, dass ein Anschmelzen des Maskenmaterials bei Einspritzen des Lichtleitermaterials in die formgebende Maske auf ein Minimum reduziert ist. Dies hat den Vorteil, dass der Lichtleiter genau in der durch die Maske vorgegebenen Lichtleitergeometrie ausgebildet wird, da das Lichtleitermaterial das Maskenmaterial beim Fertigungsprozess nicht anschmilzt und somit verformt, wodurch eine hohe Qualität der Lichtleitung und damit eine hohe Anzeigequalität erzielt werden kann.Of Further, PMMA has the advantage of being a significantly lower Melting point than the mask material LCP has. Thus, at the process for manufacturing the optical fiber component in 2K injection molding the manufacturing parameters to the melting temperature of the mask material be adapted such that a melting of the mask material upon injection of the optical fiber material into the shaping mask is reduced to a minimum. This has the advantage that the light guide formed exactly in the predetermined by the mask light guide geometry because the optical fiber material is the mask material in the manufacturing process does not melt and thus deform, resulting in a high quality of light pipe and thus a high display quality can be achieved.
Vorteilhafterweise wird bei dem Verfahren zur Fertigung des Lichtleiterbauteils in 2K-Spritzgusstechnik das Lichtleitermaterial über ein Massepolster an der Lichtaustrittseite in die Maske eingespritzt. Auf diese Weise ist es möglich dicht benachbarte Segmente mit Lichtleitermaterial zu füllen. Darüber hinaus hat dieses indirekte Einspritzen des Lichtlei termaterials in das Segment der Maske den Vorteil, dass der L ichtleiter schlieren- und blasenfrei gefertigt und somit eine hohe Qualität des Lichtleiters erzielt werden kann. Durch dieses Massepolster bildet das Lichtleitermaterial auf der Lichtaustrittseite des Lichtleiterbauteils eine lichtleitende Platte, mit der insbesondere der Lichtleiter jedes Segments verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass durch die Platte der Lichtleiter jedes Segments fixiert wird. Insbesondere kann die lichtleitende Platte derart gefertigt werden, dass sie eine rauhe und/oder eine strukturierte Oberfläche aufweist. Durch die rauhe Oberfläche wird das austretende Licht gestreut, so dass die Lichtverteilung jedes Segments gleichmäßig wird. Durch die strukturierte Oberfläche kann die Struktur der einzelnen Segmente hervorgehoben werden, wodurch die Anzeige auch aus schrägen Blickwinkeln gut sichtbar ist.advantageously, is in the process for manufacturing the optical fiber device in 2K injection molding technology the optical fiber material over a mass cushion at the light exit side injected into the mask. This way it is possible to fill closely adjacent segments with optical fiber material. Furthermore has this indirect injection of the Lichtlei termaterials in the Segment of the mask has the advantage that the optical fiber streaks- and bubble-free manufactured and thus achieved a high quality of the light guide can be. Through this mass cushion forms the light guide material on the light exit side of the optical fiber component, a light-conducting Plate to which in particular the light guide of each segment is connected is. This has the advantage that through the plate of the light guide each segment is fixed. In particular, the photoconductive Plate are made such that they are a rough and / or a structured surface having. Due to the rough surface is the leaking light is scattered, so the light distribution of each Segments is even. By the structured surface the structure of each segment can be highlighted, thereby the display also from oblique Viewing angles is clearly visible.
Vorzugsweise ist zumindest ein Einspritzpunkt des Lichtleitermaterials zwischen den Segmenten angeordnet. Auf diese Weise kann das Lichtleitmaterial gleichmäßig in die einzelnen Segmente eingespritzt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Einspritzpunkt den Lichtaustritt aus den einzelnen Segmenten nicht stört, wodurch eine homogene Lichtverteilung für jedes Segment erzielt werden kann.Preferably is at least one injection point of the optical fiber material between arranged the segments. In this way, the light-conducting material evenly in the individual segments are injected. Another advantage exists in that the injection point emits the light from the individual Segments does not bother, whereby a homogeneous light distribution for each segment can be achieved can.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die lichtleitende Platte seitlich über die Maske hinausragt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Form der Platte an eine Blende angepasst ist. Dies hat den Vorteil, dass das Lichtleiterbauteil formschlüssig in die Blende montiert und somit auf eine Glasabdeckung verzichtet werden kann. Vorteilhafterweise sind an der Platte Rastelemente zur Befestigung des Lichtleiterbauteils an einem Gehäuseteil und/oder an einem Blendenteil ausgebildet, so dass eine optische Baugruppe, die mit dem Lichtleiterbauteil für eine Mehrsegmentanzeige eingerichtet ist, mittels dieser Rastelemente des Lichtleiterbauteils an dem Gehäuse oder an der Blende beispielsweise eines Haushaltgerätes verrastet werden kann. Auf diese Weise ist eine Montage des Lichtleiterbauteils und somit der optischen Baugruppe auf besonders einfache Weise möglich.According to one preferred embodiment provided that the photoconductive plate laterally over the Mask protrudes. In particular, it is envisaged that the shape of the Plate is adapted to a panel. This has the advantage that the optical fiber component form-fitting mounted in the panel and thus dispensed with a glass cover can be. Advantageously, locking elements for Attachment of the optical waveguide component to a housing part and / or to a diaphragm part formed so that an optical assembly, which is connected to the optical fiber component for one Multi-segment display is set up by means of these locking elements the optical fiber component on the housing or on the diaphragm, for example a household appliance can be locked. In this way, an assembly of the optical fiber component and thus the optical assembly in a particularly simple manner possible.
Vorzugsweise ist der Lichtleiter an der Lichteintrittseite poliert. Auf diese Weise kann eine Streuung des eintretenden Lichts reduziert werden, wodurch mehr Licht in den Lichtleiter gelangt. Dies hat den Vorteil, dass auch bei langen Lichtleitern eine Anzeige mit hoher Leuchtdichte erzielt werden kann.Preferably the light guide is polished at the light entry side. To this Way a scattering of the incoming light can be reduced whereby more light gets into the light guide. This has the advantage that even with long light guides a display with high luminance can be achieved.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Lichtleiterbauteil an der Lichteintrittseite für jedes Segment eine Aussparung zur Umfassung eines lichtemittierenden Bauteils, insbesondere zur Umfassung einer SMD-LED aufweist. Auf diese W eise kann bei einer optischen Baugruppe, die SMD-LEDs enthält und bei der ein solches Lichtleiterbauteil verwendet wird, zum einen besonders viel Licht in den jeweiligen Lichtleiter gelangen, zum anderen kann ein Überkoppeln des Lichts in den Lichtleiter eines anderen Segments verweden werden. Dies hat den Vorteil, dass für jedes Segment nur das Licht des zugehörigen lichtemittierenden Bauteils in den Lichtleiter gelangt, wodurch eine besonders gute optische Trennung der einzelnen Segmente voneinander erreicht wird. Eine besonders gute Einkopplung des Lichts von der SMD-LED in den Lichtleiter kann dadurch erzielt werden, dass die Aussparung des Lichtleiterbauteils, welche die SMD-LED enthält, mit einer transparenten Vergussmasse und/oder mit Diffusormaterial ausgefüllt ist. Auf diese Weise wird die Anzahl an optischen Übergängen reduziert und somit der Lichtverlust minimiert. Bei der Verwendung von Diffusormaterial kann das Licht der Lichtquelle aufgrund der Streuung im Diffusormaterial besonders gleichmäßig verteilt in den Lichtleiter des jeweiligen Segments eingekoppelt werden.In a preferred embodiment, it is provided that the optical waveguide component has on the light entry side for each segment a recess for enclosing a light-emitting component, in particular for enclosing an SMD LED. In this way, with an optical assembly which contains SMD LEDs and in which such an optical waveguide component is used, on the one hand a particularly large amount of light can enter the respective optical waveguide, on the other hand an overcoupling of the light into the waveguide of another segment can be used , This has the advantage that for each segment only the light of the associated light-emitting component passes into the light guide, whereby a particularly good optical separation of the individual segments is achieved from each other. A particularly good one Coupling of the light from the SMD LED into the light guide can be achieved by filling the recess of the light guide component containing the SMD LED with a transparent potting compound and / or with diffuser material. In this way, the number of optical transitions is reduced, thus minimizing the loss of light. When using diffuser material, the light of the light source can be coupled particularly evenly distributed in the light guide of the respective segment due to the scattering in the diffuser material.
Vorteilhafterweise ist die Maske quaderförmig und weist Rastelemente zur Befestigung des Lichtleiterbauteils an einer Leiterplatte und/oder an einem Gehäuseteil, insbesondere an der Lichteintrittseite auf. Auf diese Weise kann das Lichtleiterbauteil besonders einfach an der Leiterplatte montiert werden. Insbesondere kann bei der optischen Baugruppe das Lichtleiterbauteil an der Lichteintrittseite mit einer Elektronikplatine verrastet werden, auf der die SMD-LEDs angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist an zwei diagonal einander gegenüberliegenden Ecken einer der Lichteintrittseite zugeordneten Quaderfläche je ein Rastelement so angeordnet, dass es ausgehend von einer an der zugeordneten, parallel zu den Lichtleitern liegenden Quaderkante frei beweglich auf die Leiterplatte gerichtet ist, und die beiden verbleibenden, zu den Lichtleitern parallel liegenden Kanten weisen je eine linienförmige, in einer Negativform zu dem Rastelement ausgebildete Aussparung auf, die mit dem Rastelement eines benachbarten Lichtleiterbauteils formschlüssig zusammenfügbar ist. Dies hat den Vorteil, dass mehrere Lichtleiterbauteile formschlüssig nebeneinander auf der Leiterplatte montiert und somit mit mehreren der gleichen Lichtleiterbauteile mehrstellige Anzeigen realisiert werden können.advantageously, the mask is cuboid and has latching elements for attachment of the optical fiber component a printed circuit board and / or on a housing part, in particular on the Light entry side. In this way, the optical fiber component particularly simply be mounted on the circuit board. In particular, at the optical assembly, the optical fiber component at the light entrance side be latched with an electronic board on which the SMD LEDs are arranged. Advantageously, at two diagonally each other opposite Corners one of the light entrance side associated square surface each one Latching element arranged so that it starts from one on the associated, parallel to the optical fibers lying square edge freely movable is directed to the circuit board, and the two remaining, The edges parallel to the light guides each have a linear, in a recess formed on the latching element on a negative mold, which is positively connected with the latching element of an adjacent light guide component. This has the advantage that several optical fiber components form-fitting next to each other mounted on the circuit board and thus with several of the same optical fiber components multi-digit displays can be realized.
Vorzugsweise ist das Lichtleitermaterial und/oder das Maskenmaterial in sich gefärbt. Insbesondere ist vorgesehen, dass für die Verwendung des Lichtleiterbauteils bei einem Haushaltgerät der Lichtleiter und/oder die Maske entsprechend dem Gehäuse oder der Blende in sich gefärbt ist. Dies hat den Vorteil, dass das Lichtleiterbauteil und damit die optische Baugruppe mit dem Lichtleiterbauteil optisch an das Gehäuse oder die Blende derart angepasst werden kann, dass lediglich die Anzeige auf der Anzeigenfläche sichtbar ist.Preferably is the optical fiber material and / or the mask material in itself colored. In particular, it is provided that for the use of the optical fiber component with a household appliance the light guide and / or the mask corresponding to the housing or the aperture colored in itself is. This has the advantage that the optical fiber component and thus the optical assembly with the optical fiber component optically to the casing or the aperture can be adjusted so that only the Ad on the ad slot is visible.
Das Lichtleiterbauteil wird bevorzugt bei optischen Baugruppen verwendet, die für Mehrsegmentanzeigen, insbesondere für 7-Segmentanzeigen eingerichtet sind. Vorteilhafterweise werden solche Baugruppen als Anzeigeeinrichtungen in das Gehäuse oder die Blende von Haushaltgeräten eingesetzt, da auf diese Weise Modifikationen des Gehäuse- oder Blendendesigns durchführbar sind, ohne dass die Leiterplatte bzw. die Elektronik geändert werden muss.The Fiber optic device is preferably used in optical assemblies, the for Multi-segment displays, especially for 7-segment displays are. Advantageously, such assemblies are used as display devices in the case or the panel of household appliances used, as in this way modifications of the housing or bezel design feasible are without having to change the circuit board or the electronics.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert:The Invention and its developments are described below with reference to Drawings closer explains:
Es zeigenIt demonstrate
Gemäß
An
dem Grundkörper
In
Zwischen
jedem der Lichtleiter
In
Das
Lichtleiterbauteil
Erfindungsgemäß kann das
Lichtleiterbauteil
Erfindungsgemäß kann der
Kunststoff zur Ausbildung der Lichtleiter
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