EP3526514A1 - Vorrichtung zur reduzierung des farbsaums - Google Patents

Vorrichtung zur reduzierung des farbsaums

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EP3526514A1
EP3526514A1 EP17781467.0A EP17781467A EP3526514A1 EP 3526514 A1 EP3526514 A1 EP 3526514A1 EP 17781467 A EP17781467 A EP 17781467A EP 3526514 A1 EP3526514 A1 EP 3526514A1
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EP
European Patent Office
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lens
wavelength range
color filter
focal point
reflector
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EP17781467.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3526514B1 (de
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Wilfried Haese
Rafael Oser
Michael Roppel
Alexander Von Hoffmann
Martin Gebhard
Bernhard Heck
Alena Taranka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Georg Simon Ohm Hochschule fuer Angewandte Wissenschaften Fachhochschule Nurnberg
Covestro Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Covestro Deutschland AG
Georg Simon Ohm Hochschule fuer Angewandte Wissenschaften Fachhochschule Nurnberg
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Publication date
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Publication of EP3526514A1 publication Critical patent/EP3526514A1/de
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a projection headlamp module comprising a
  • Reflector having a first and a second focal point, an LED light source whose light is composed of a first wavelength range a and light from a second wavelength range b, wherein the light source is disposed in the first focus of the reflector or approximately in the first focus of the reflector, a lens having its focal point in common with the second focus of the reflector and a lens system.
  • the invention further relates to the use of such projection headlight modules.
  • the projection module of a motor vehicle headlamp usually comprising a light source, a reflector and an optical lens
  • the projection module of a motor vehicle headlamp usually comprising a light source, a reflector and an optical lens
  • the projection module of a motor vehicle headlamp usually comprising a light source, a reflector and an optical lens
  • the projection module of a motor vehicle headlamp usually comprising a light source, a reflector and an optical lens
  • the projection module of a motor vehicle headlamp usually comprising a light source, a reflector and an optical lens
  • the projection module of a motor vehicle headlamp usually comprising a light source, a reflector and an optical lens
  • the projection module of a motor vehicle headlamp usually comprising a light source, a reflector and an optical lens
  • the aperture is positioned in the lower part of the light path between the light source and the reflector.
  • the contour of the lens defines the shape of the cut-off line. Due to the inverting properties of the lens, the drop shadow is shifted into the
  • a color fringe is a colored band of light caused by chromatic aberration.
  • blue color fringing is not only perceived as disturbing, but can also confuse oncoming traffic, since at first glance it can be confused with blue light from police or ambulances.
  • US Pat. No. 7,175,323 B2 describes a motor vehicle projection module which uses a transparent substrate with applied masking to generate the cut-off line as a diaphragm.
  • the design of the masking is intended to influence the sharpness of the cut-off line and also to soften the color fringe.
  • the use of a color filter is described somewhere in the light path, on the inside of the lens and / or the substrate to counteract the chromatic aberration.
  • the object was therefore to provide a projection module for a lighting device, in particular for a motor vehicle headlight, in which an effective reduction of the fringing, in particular the blue space, takes place with the least possible change in the contrasts or the sharpness of the cut-off line ,
  • the present invention preferably deals with such projection modules, in which an ellipsoidal reflector or a free-form surface reflector is used.
  • These types of reflectors have two conjugate foci. The light from one focus passes through the other focus after reflection. Due to the shape of the reflector in combination with the arrangement of the light source at or approximately at the first focal point, a relatively large part of the total emitted light is collected by the reflector. If light of different wavelengths is used, the result is a different focus for the reflected light of different wavelengths.
  • the reflector is preferably a free-form surface reflector.
  • the color fringe in particular the blue space
  • the apertures conventionally used to generate the cut-off line typically are executed homogeneous or perforated, color filters - if necessary, with diaphragms - used as a diaphragm system and are selectively positioned.
  • the invention is therefore a projection headlamp module comprising a
  • an LED light source whose light is composed of a first wavelength range a of 380 nm to 474 nm and light of a second wavelength range b of 475 nm to 780 nm, wherein the light source at the first focus of the reflector or approximately in the first focus of the reflector is arranged
  • the diaphragm system comprises a first and a second color filter
  • the second color filter is arranged in the focal point of the lens or approximately at the focal point of the lens for a characteristic of the wavelength range b or in or approximately in the luminous intensity-centered focus of the focal point of the light beams for the individual wavelengths of the wavelength range b of the lens, wherein the light intensity according to DIN 5031-3: 1982 determined
  • the first color filter has an average pure spectral transmittance, determined according to CIE 38: 1977, which has a value of at most 15%, preferably at most 5%, for the wavelength range a and at least 85%, preferably at least 95%, for the wavelength range b , more preferably at least 99%,
  • the second color filter has an average pure spectral transmittance, determined according to CIE 38: 1977, which has a value of at least 85%, preferably at least 95%, more preferably at least 99% for the wavelength range a, and a value of at most 15 for the wavelength range b %, preferably at most 5%.
  • the focal point for the dominant wavelength of the respective wavelength range the focal point for the wavelength of the maximum intensity - peak wavelength - of the respective wavelength range
  • the light from the LED consists wholly or to a substantial extent of light from the VIS range, but the VIS range is in any case for the present invention essential area of the spectrum.
  • the "dominant wavelength" of the respective wavelength range of the light is the wavelength determined by intersecting a straight line between the chromatic point and the color locus of the light source in this wavelength range with the spectral curve for a 2 ° observer (definition according to CIE 15: 2004).
  • the "peak wavelength” is the maximum intensity wavelength, and to determine the peak wavelength, a radiation equivalent quantity, such as flux or irradiance, is spectrally resolved and displayed in a Cartesian coordinate system.
  • Axis is the radiation-equivalent size and plotted on the x-axis wavelengths.
  • the absolute maximum of this curve is the "peak wavelength” (definition according to DIN 5031-1 (1982)).
  • the light intensity is determined according to DIN 5031-3 (1982).
  • the present invention is directed to novel light sources, LED light sources, that provide white and near-white light, such as through the combination of blue-emitting InGaN chips with matching phosphor converters that produce yellow light.
  • the light of such light sources usually has a correlated color temperature, determined according to CTE 15: 2004, of 2500 K to 10000 K, preferably from 5000 to 6000 K.
  • the reflector is preferably an ellipsoidal reflector or a free-form surface reflector.
  • the projection headlamp module has in addition to the one lens even more lenses. If the projection headlight module comprises a plurality of lenses, these can be arranged either directly adjacent to one another or at a distance from one another. These lenses can be made of the same or different materials.
  • a lens material in the arrangement with a lens as well as in a system with more than one lens can be used as a lens material, a glass material, a thermoplastic material, a thermosetting material, such as an aliphatic polycarbonate, or a silicone, and hereby also compositions containing these materials and usual additives, are meant.
  • thermoplastic materials are polyamides, polyesters, polyphenylene sulfides, polyphenylene oxides, polyether sulfones, polysulfones, poly (meth) acrylates, polyimides, polyetherimides, polyether ketones, such as PEK, PEEK or PEKK, and also polycarbonates.
  • a polycarbonate-based composition is used as the lens material.
  • “Polycarbonate-based” means that the thermoplastic composition is at least 50% by weight, preferably at least 60% by weight, more preferably at least 75% by weight, most preferably at least 85% by weight of polycarbonate, in particular aromatic polycarbonate, contains.
  • Polycarbonates in the context of the present invention are both homopolycarbonates and copolycarbonates and / or polyestercarbonates;
  • the polycarbonates may be linear or branched in a known manner. According to the invention, it is also possible to use mixtures of polycarbonates.
  • thermoplastic polycarbonates including the thermoplastic aromatic polyester carbonates have average molecular weights M w (determined by measuring the relative viscosity at 25 ° C in CH 2 Cl 2 and a concentration of 0.5 g per 100 ml CH 2 Cl 2) of 20,000 g / mol to 32,000 g / mol, preferably from 23,000 g / mol to 31,000 g / mol, in particular from 24,000 g / mol to 31,000 g / mol.
  • a part, up to 80 mol%, preferably from 20 mol% up to 50 mol%, of the carbonate groups in the polycarbonates used according to the invention may be replaced by aromatic dicarboxylic acid ester groups.
  • Such polycarbonates which contain both acid residues of carbonic acid and acid residues of aromatic dicarboxylic acids incorporated into the molecular chain, are referred to as aromatic polyester carbonates. They are subsumed in the context of the present invention under the generic term of the thermoplastic, aromatic polycarbonates.
  • the preparation of the polycarbonates is carried out in a known manner from Dihydroxyaryl füren, carbonic acid derivatives, optionally chain terminators and optionally branching agents, wherein the preparation of the polyester carbonates, a part of the carbonic acid derivatives is replaced by aromatic dicarboxylic acids or derivatives of dicarboxylic acids, depending on the extent to be replaced in the aromatic polycarbonates Carbonate structural units by aromatic dicarboxylic ester structural units.
  • Dihydroxyaryl compounds suitable for the preparation of polycarbonates are those of the formula (I)
  • Z is an aromatic radical having 6 to 30 carbon atoms, which may contain one or more aromatic nuclei, may be substituted and may contain aliphatic or cycloaliphatic radicals or alkylaryls or heteroatoms as bridge members.
  • Z in formula (I) preferably represents a radical of the formula (II)
  • R 6 and R 7 independently of one another are H, cis to cis-alkyl, cis to cis-alkoxy, halogen, such as Cl or Br, or in each case optionally substituted aryl or aralkyl, preferably H or Ci to Ci2-alkyl , particularly preferred for H or Ci- to Cs-
  • X is a single bond, -SO 2, -CO-, -O-, -S-, C 1 - to C 6 -alkylene, C 2 - to C 5 -alkylidene or C 5 - to C 6 -C 6 -cycloalkylidene which may be substituted by C 1 -C 6 -alkyl, preferably methyl or ethyl, furthermore C 1 -C 12 -arylene, which may optionally be condensed with further heteroatom-containing aromatic rings.
  • X is preferably a single bond, C to C 5 -alkylene, C to C 5 -alkylidene, C 5 to C 6
  • dihydroxyaryl compounds are: dihydroxybenzenes, dihydroxydiphenyls, bis (hydroxyphenyl) alkanes, bis (hydroxyphenyl) cycloalkanes, bis (hydroxyphenyl) aryls, bis (hydroxyphenyl) ethers, bis (hydroxyphenyl) ketones , Bis (hydroxyphenyl) sulfides, bis (hydroxyphenyl) sulfones, bis (hydroxyphenyl) sulfoxides, l, l 'bis (hydroxyphenyl) diisopropylbenzenes, and their nuclear alkylated and nuclear halogenated compounds.
  • Suitable dihydroxyaryl compounds for the preparation of the polycarbonates to be used according to the invention are, for example, hydroquinone, resorcinol, dihydroxydiphenyl, bis (hydroxyphenyl) alkanes, bis (hydroxyphenyl) cycloalkanes, bis (hydroxyphenyl) sulfides, bis (hydroxyphenyl) ether, bis - (hydroxyphenyl) ketones, bis (hydroxyphenyl) sulfones, bis (hydroxyphenyl) sulfoxides, a, a'-bis (hydroxyphenyl) diisopropylbenzenes and their alkylated, nuclear-alkylated and ring-halogenated compounds.
  • Preferred dihydroxyaryl compounds are 4,4'-dihydroxydiphenyl, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -
  • diphenols are 4,4'-dihydroxydiphenyl, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -phenyl-ethane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -propane, 2,2-bis (3,5 -dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -cyclohexane and 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane (bisphenol TMC).
  • the monofunctional chain terminators required to control the molecular weight such as phenols or alkylphenols, in particular phenol, p-tert. Butylphenol, iso-octylphenol, cumylphenol, their chlorocarbonic acid esters or acid chlorides of monocarboxylic acids or mixtures of these chain terminators are either added to the bisphenolate or the bisphenolates of the reaction or added at any time during the synthesis, as long as phosgene or Chlorkohlenquipreend phenomenon in the reaction mixture are present, or in the case of acid chlorides and chloroformate as a chain terminator, as long as enough phenolic end groups of the forming polymer are available.
  • the chain terminator (s) are added after phosgenation at one point or at a time when phosgene is no longer present but the catalyst has not yet been metered or are added in front of the catalyst, together with the catalyst or in parallel.
  • any branching or debranching compounds to be used are added to the synthesis, but usually before the chain terminators.
  • trisphenols, quarterphenols or acid chlorides of tri- or tetracarboxylic acids are used or mixtures of polyphenols or acid chlorides.
  • Some of the compounds which can be used as branching agents having three or more than three phenolic hydroxyl groups are, for example, phloroglucinol, 4,6-dimethyl-2,4,6-tri- (4-hydroxyphenyl) -heptene-2, 4,6-dimethyl-2, 4,6-tri- (4-hydroxyphenyl) -heptane, 1,3,5-tris- (4-hydroxyphenyl) -benzene, 1,1-tri (4-hydroxyphenyl) -ethane, tris- (4 -hydroxyphenyl) -phenylmethane, 2,2-bis [4,4-bis (4-hydroxyphenyl) -cyclohexyl] -propane, 2,4-bis (4-hydroxyphenyl-isopropyl) -phenol, tetra- (4 hydroxyphenyl) methane.
  • Some of the other trifunctional compounds are 2,4-dihydroxybenzoic acid, trimesic acid, cyanuric chloride and 3,3-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -2-oxo-2,3-dihydroindole.
  • Preferred branching agents are 3,3-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -2-oxo-2,3-dihydroindole and 1,1,1-tri (4-hydroxyphenyl) -ethane.
  • the amount of optionally used branching agent is 0.05 mol% to 2 mol%, based in turn on moles of diphenols used in each case.
  • the branching agents may either be initially charged with the diphenols and the chain terminators in the aqueous alkaline phase or may be added dissolved in an organic solvent prior to phosgenation.
  • Suitable aromatic dicarboxylic acids for the preparation of the polyester carbonates are, for example, orthophthalic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, tert-butyl isophthalic acid, 3,3'-diphenyldicarboxylic acid, 4,4'-diphenyldicarboxylic acid, 4,4-benzophenone dicarboxylic acid, 3,4'-benzophenone dicarboxylic acid, 4,4'-diphenyl ether dicarboxylic acid, 4,4'-diphenylsulfonedicarboxylic acid, 2,2-bis- (4-carboxyphenyl) -propane, trimethyl-3-phenylindane-4,5'-dicarboxylic acid.
  • aromatic dicarboxylic acids terephthalic acid and / or isophthalic acid are particularly preferably used.
  • dicarboxylic acids are the dicarboxylic acid dihalides and the dicarboxylic acid dialkyl esters, in particular the dicarboxylic acid dichlorides and the dimethyl dicarboxylates.
  • Substitution of the carbonate groups by the aromatic dicarboxylic ester groups is essentially stoichiometric and also quantitative, so that the molar ratio of the reactants is also found in the finished polyester carbonate.
  • the incorporation of the aromatic dicarboxylic acid ester groups can be carried out both statistically and in blocks.
  • Preferred methods of preparation of the polycarbonates to be used according to the invention, including the polyester carbonates, are the known interfacial process and the known melt transesterification process (cf., for example, WO 2004/063249 A1, WO 2001/05866 A1, US Pat. No. 5,340,905 A, US Pat. No. 5,097,002 A, US Pat 5,717,057 A).
  • acid derivatives are phosgene and optionally dicarboxylic acid dichlorides, in the latter case preferably diphenyl carbonate and optionally dicarboxylic acid diester.
  • Catalysts, solvents, workup, reaction conditions, etc. for the poly carbonatesstellurig or Polyestercarbonatherstellurig are sufficiently described and known in both cases.
  • a high temperature stable copolycarbonate is used.
  • a corresponding copolycarbonate is obtainable, for example, under the name "APEC®” from Covestro GmbH AG, which is a copolycarbonate containing one or more monomer units of the formula (Ia)
  • R is hydrogen or a C 1 - to C 8 -t-alkyl radical, preferably hydrogen
  • R 2 is a Ci to C / t-alkyl radical, preferably methyl, is, n is 0, 1, 2 or 3, preferably 3, stands.
  • the high temperature stable polycarbonate is a copolycarbonate containing one or more monomer units of formulas (Ib), (Ic), (Id) and / or (Ie) shown below.
  • R 3 is a C 1 - to C 4 -alkyl radical, aralkyl radical or aryl radical, preferably a methyl radical or phenyl radical, very particularly preferably a methyl radical, and / or one or more monomer units of a siloxane of the general formula (Ie)
  • R 19 is hydrogen, Cl, Br or a C 1 -C 4 -alkyl radical, preferably hydrogen or a methyl radical, particularly preferably hydrogen
  • R 17 and R 18 are identical or different and independently of one another are an aryl radical, a C 1 to C 10 -alkyl radical or a C 1 to C 10 -alkylaryl radical, preferably in each case a methyl radical, and
  • X is a single bond, -CO-, -O-, a C 1 -C 6 -alkylene radical, a C 2 -C -alkylidene radical, a C 5 -C 12 -cycloalkylidene radical or a C 6 -C 12 -arylene radical, which is optionally with further may be condensed containing heteroatoms, wherein X is preferably a single bond, a Ci to Cs-alkylene, a C2 to Cs-alkylidene, a C5 to C12 Cycloalkylidenrest, -O- or -CO-, further preferably a single bond, an isopropylidene radical, a C 5 - to C 2 -Cycloalkylidenrest or -O-, most preferably an isopropylidene radical, n is a number from 1 to 500, preferably from 10 to 400, particularly preferably from 10 to 100 , most preferably from 20 to 60, m
  • Copolycarbonates with monomer units of the formula (Ie) and in particular also their preparation are described in WO 2015/052106 A2.
  • the copolycarbonate preferably contains monomer units of the general formula (Ia).
  • the monomer unit (s) of the general formula (Ia) are conducted via one or more
  • R 1 is hydrogen or a C 1 to C 4 alkyl radical, preferably hydrogen, a C 1 to C 4 alkyl radical, preferably a methyl radical, and n is 0, 1, 2 or 3, preferably 3.
  • the copolycarbonates with monomer units of the general formulas (Ib), (Ic) and / or (Id) have a high heat resistance and a low thermal shrinkage.
  • the Vicat temperature, determined according to ISO 306: 2013, is usually between 170 ° C and 230 ° C.
  • the monomer unit (s) of the general formula (Ib), (Ic) and / or (Id) are introduced via one or more corresponding diphenols of the general formulas (Ib '), (Ic') and (Id '):
  • R 3 is a Ci to C t-alkyl radical, aralkyl radical or aryl radical, preferably a
  • Methyl radical or phenyl radical very particularly preferably a methyl radical.
  • the copolycarbonates used according to the invention may have one or more monomer units of formula (2):
  • R 7 and R 8 independently of one another are H, a C 1 - to C 18 -alkyl radical, a C 1 - to C 6 -alkoxy radical, halogen, such as Cl or Br, or in each case an optionally substituted aryl radical or aralkyl radical, preferably H or a C 1 - to C 1 2 alkyl, particularly preferably H or a Ci to Cs alkyl radical and most preferably H or a methyl radical, are, and
  • Y represents a single bond, -SO2-, -CO-, -O-, -S-, a Ci to Coe-alkylene or C2 to C5 alkylidene, further for a Ce- to Ci 2 -arylene which is optionally substituted with may be condensed further heteroatom-containing aromatic rings is.
  • the monomer unit (s) of the general formula (2) are introduced via one or more corresponding dihydroxyaryl compounds of the general formula (2a):
  • R 7 , R 8 and Y each have the meaning already mentioned in connection with the formula (2).
  • dihydroxyaryl compounds of the formula (2a) which can be used in addition to the dihydroxyaryl compounds of the formula (Ia '), (Ib'), (Ic ') and / or (Id'), hydroquinone, resorcinol, dihydroxybiphenyls, bis- (hydroxyphenyl) alkanes, bis- (hydroxyphenyl) sulfides, bis (hydroxyphenyl) ethers, bis (hydroxyphenyl) ketones, bis (hydroxyphenyl) sulfones, bis (hydroxyphenyl) sulfoxides, a, a'-bis (hydroxyphenyl) diisopropylbenzenes , as well as their ring-alkylated and ring-halogenated compounds and also ⁇ , ⁇ -bis (hydroxyphenyl) polysiloxanes called.
  • Preferred dihydroxyaryl compounds of the formula (2a) are, for example, 4,4'-dihydroxybiphenyl (DOD), 4,4'-dihydroxybiphenyl ether (DOD ether), 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -propane (bisphenol A) , 2,4-bis (4-hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -l-phenylethane, 1,1-bis [2- (4-hydroxyphenyl) -2-propyl ] -benzene, 1,3-bis [2- (4-hydroxyphenyl) -2-propyl] -benzene (bisphenol M), 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -propane, 2,2 Bis (3-chloro-4-hydroxyphenyl) propane, bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) methane, 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane , Bis (3
  • dihydroxyaryl compounds are, for example, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A), 4,4'-dihydroxybiphenyl (DOD), 4,4'-dihydroxybiphenyl ether (DOD ether), l, 3 Bis [2- (4-hydroxyphenyl) -2-propyl] -benzene (bisphenol M), 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane, 1, 1-bis (4-bis) hydroxyphenyl) -1-phenylethane, 2,2-bis (3,5-dichloro-4-hydroxyphenyl) -propane and 2,2-bis (3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl) -propane.
  • bisphenol A 4,4'-dihydroxybiphenyl
  • DOD ether 4,4'-dihydroxybiphenyl ether
  • l 3 Bis [2- (4-hydroxyphenyl) -2-propyl] -benzene (bisphenol
  • R is H, linear or branched Ci to Cio alkyl groups, preferably linear or branched Ci to C ⁇ alkyl radicals, particularly preferably linear or branched Ci to C4 alkyl, most preferably H or a Ci alkyl ( Methyl radical), and
  • R 12 is linear or branched C 1 - to Cio-alkyl radicals, preferably linear or branched C 1 - to C 6 -alkyl radicals, particularly preferably linear or branched C 1 - to C 4 -alkyl radicals, very particularly preferably a C 1 -alkyl radical (methyl radical), stands.
  • the dihydroxyaryl compound (2c) is particularly particularly preferred.
  • the Dihydroxyarylverbindurigen the general formulas (2a) can be used both alone and in admixture with each other.
  • the dihydroxyaryl compounds are known from the literature or can be prepared by methods known from the literature (see, for example, H.J. Buysch et al., Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH, New York 1991, 5th Ed., Vol. 19, p.
  • the total proportion of the monomer units of the formulas (Ia), (Ib), (Ic) and (Id) in the copolycarbonate is preferably 0.1-88 mol%, particularly preferably 1-86 mol%, very particularly preferably 5-84 mol -% and in particular 10 - 82 mol% (based on the sum of the moles of Dihydroxyaryltagen used).
  • the diphenolate units of the copolycarbonates according to component A are preferably derived from monomers having the general structures of the formulas (Ia ') described above, more preferably (Ia "), and (2a), very particularly preferably (2c).
  • the diphenolate units of the copolycarbonates according to component A are derived from monomers having the general structures of the formulas (2a) and (1b '), (1c') and / or (ld ') described above.
  • a preferred copolycarbonate is composed of 17 to 62 wt .-% bisphenol A and 83 to 38 wt .-% comonomer of the general formula (lb), (lc) and / or (ld), wherein the amounts of bisphenol A and comonomer of the general formulas (Ib), (Ic) and / or (Id) to 100 wt .-%.
  • Copolycarbonate is 10 to 95% by weight, more preferably 44 to 85% by weight.
  • the monomer of the formula (2) used is preferably bisphenol A, the proportion of which is preferably from 15 to 56% by weight.
  • the copolycarbonate is particularly preferably built up from the monomers bisphenol TMC and bisphenol A.
  • the copolycarbonates used according to the invention preferably have a Vicat
  • Softening temperature determined according to ISO 306: 2013, from 150 to 230 ° C, more preferably from 160 ° C to 220 ° C, more preferably 175 ° C to 220 ° C, most preferably from 180 ° C to 218 ° C, on ,
  • the copolycarbonates may be present as block and random copolycarbonate. Particularly preferred are random copolycarbonates. This results in the ratio of the frequency of the diphenolate monomer units in
  • Copolycarbonate from the molar ratio of Dihydroxyarylharmen used.
  • the weight-average molar masses M w of the copolycarbonates are preferably from 15,000 to
  • the aperture system is a combination of a first aperture with a first color filter and a second aperture with a second color filter, i. the diaphragm system comprises a first and a second color filter.
  • the first and / or the second aperture can each consist of only one color filter.
  • one or more further apertures are provided, which are preferably between the first and the second aperture.
  • the first and / or the second color filter has a planar surface or a curved surface, "surface” meaning the surface through which the optical axis passes.
  • the first and the second color filter are preferably of the same shape, ie the contour of both color filters is the same when viewed along the optical axis, the thickness of both diaphragms, ie the extent along the optical axis (iris depth), being the same or different corresponds preferably blue light, while the wavelength range b preferably corresponds to yellow light.
  • An "arrangement of the light source in the first focal point of the lens” leads in the ideal case of a point-like light source to a parallel beam path of the projected light.
  • Such arrangements are included, in which the light source in the vicinity of Such arrangements result in an approximately parallel beam path of the projected light.
  • approximately hereby means a deviation of 5%, preferably 2%, more preferably 1%, based on the total distance between the lens and reflector surfaces along the optical axis. If the system comprises a plurality of lenses, this refers to the lens closest to the reflector along the optical axis.
  • This definition of "approximate” also applies to the other use of the word in the context of the description of this invention as it relates to the positioning of the various elements of the projection headlamp module.
  • the color filters used differ by the respective spectral transmittance, adapted to the spectral properties of the emission centers.
  • One or both color filters are preferably selected from the group of dichroic filters or gel type filters.
  • the average net transmissivity i. the transmission without surface reflection, determined according to CIE 38: 1977, within a color filter perpendicular to the optical axis.
  • the color filter as such at the same time assumes the function of a diaphragm which is required to produce dipped beam. Therefore, the aperture no longer has to comprise any other components besides the color filter, in particular no frame.
  • a variation of the mean spectral pure transmission of the color filter perpendicular to the optical axis can preferably be achieved by printing, preferably with the same over the entire color filter consistent substrate material, by laser structuring and / or thin-film technology or by the filter thickness is varied depending on location. The latter can be achieved in particular by the color filter is wedge-shaped.
  • the spectral range of the light is particularly wide for a color range, for example yellow, and several wavelengths are similarly dominant, it is also possible to use further color filters which are arranged in the corresponding focal points of the further "dominant" wavelengths.
  • a color fringe can be further reduced in a projection headlamp module according to the invention if the color filters are provided with a chamfer.
  • the chamfer is preferably wedge-shaped.
  • the transmittance is location-dependent.
  • a "chamfer” is a chamfered surface on one edge of a color filter, Preferably, a chamfer has an angle of 45 ° to the plane. If the color filters have a chamfer, chamfering is preferably carried out by grinding, lasering or by means of plastic injection molding. If a plurality of color filters with bevel are used, the chamfers of the color filters are preferably oriented the same. Even with a different orientation of the chamfers, however, a reduction in the intensity of the fringe is measurable compared with a system consisting of the non-fast color filters. With different orientation of the fibers, however, more scattering effects occur.
  • the material used for the color filters are preferably thermoplastic compositions, for example based on polycarbonate.
  • a color filter made of a polycarbonate composition is preferably used. "Based on” means that the thermoplastic composition is at least 50% by weight, preferably at least 60% by weight, more preferably at least 75% by weight, most preferably at least Contains 85 wt .-% polycarbonate.
  • thermoplastic compositions for the color filters are, for example, those based on polystyrene, polyamides, polyesters, in particular polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfides, polyphenylene oxides, polysulfones, poly (meth) acrylates, in particular polymethyl methacrylate, polyimides, polyetherimides, polyether ketones.
  • a glass material is used as the material for the color filters.
  • the light rays are as possible not deflected by their direction when passing through the color filter by the thermoplastic material.
  • the surface of the color filter must be as smooth as possible and the thermoplastic material should be free of volume scatterers, in particular of scattering particles and air inclusions.
  • one of the color filters is based on a thermoplastic material and the other color filter is based on a glass material.
  • Projection headlight modules according to the invention are preferred for lighting in the automotive sector, of commercial vehicles, of rail vehicles, of two-wheelers, in particular as headlights, of ships, as theater spotlights, as architectural lighting, for example for the illumination of facades or shop windows, or as aircraft lighting, such as cabin lighting or landing lights used.
  • FIGS. 1 to 5 The invention is illustrated in more detail with reference to FIGS. 1 to 5:
  • FIG. 1 shows a cross section through the essential elements of an embodiment of a projection headlamp module according to the invention
  • Fig. 2 As in Fig. 1, but the two diaphragms (double diaphragm) additionally comprise frames;
  • FIG. 3 As in FIG. 1, but with chamfered color filters, wherein the chamfers are oriented differently; FIG.
  • Fig. 4 As in Figure 1, but with chamfered color filters, the chamfers are oriented the same.
  • Fig. 5 Different views of an ellipsoidal reflector, as used in the example.
  • FIG. 1 shows a projection headlamp module according to the invention.
  • the optical axis here runs along an imaginary coordinate system along the z-axis.
  • On the optical axis are an ellipsoidal reflector 1, a lens 2 and a light source 3.
  • the light source 3 is positioned in the first focal point of the reflector 1.
  • Apertures with color filters 4a, 4b are positioned in the determined focal points 5a, 5b of the respectively dominant wavelength of the individual spectral regions perpendicular to the optical axis between the ellipsoidal reflector 1 and the lens 2.
  • FIG. 2 shows a variant of FIG. 1, in which the diaphragms in addition to the color filters 4a, 4b also each comprise frames 6a, 6b.
  • the color filters 4a, 4b are provided with a chamfer 7a, 7b at a 45 ° angle.
  • the chamfers 7a, 7b of the two color filters 4a, 4b are oriented differently here.
  • the chamfer 7a of the color filter 4a is oriented towards the reflector 1, while the chamfer 7b of the color filter 4b is oriented toward the lens 2.
  • the chamfers 7a, 7b are the same orientation and both point in the direction of the reflector first Examples
  • the projection headlamp module for a dipped beam was simulated.
  • the structure included a spatially extended cylindrical light source with a radius of 0.61 mm and a length of 5 mm, the surface of which emitted Lambertian emission properties and the spectrum of an Osram OSTAR LED ultra white with a luminous flux of 1150 Im.
  • the center of gravity of the cylindrical light source was located at the first focus of a free-form surface reflector.
  • the first focal length of the reflector whose shape is shown in FIGS. 5a to 5d, was 15 mm, the second focal length was 70 mm.
  • the radius of the reflector in the x-direction was 46 mm and in the y-direction 35 mm.
  • the lens was an aspherical lens with a lens diameter of 70 mm and a focal length of 30 mm.
  • the lens material was a polycarbonate composition with a refractive index of 1.586 (at a wavelength of 589 nm).
  • the refractive index of the lens varied as a function of the wavelength ⁇ .
  • the distance between lens and reflector was 100 mm.
  • the system was suitable for producing a light distribution according to ECE R98.
  • the panels each had a material thickness of 0.5 mm and consisted of a color filter made of a polycarbonate material.
  • the first color filter had an average pure spectral transmittance, determined according to CIE 38: 1977, having a value of 5% for the wavelength range a-380 nm to 474 nm and a value of 100% for the wavelength range b-475 nm to 780 nm. had.
  • the second color filter had a spectral pure transmission determined according to CIE 38: 1977, which has a value of 100% for the wavelength range a and a value of 5% for the wavelength range b.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Projektionsscheinwerfer-Modul, umfassend einen Reflektor mit einem ersten und einem zweiten Brennpunkt, eine Lichtquelle, welche im ersten Brennpunkt des Reflektors oder annähernd im ersten Brennpunkt des Reflektors angeordnet ist, eine Linse, welche ihren Brennpunkt mit dem zweiten Brennpunkt des Reflektors gemeinsam hat, und ein Blendensystem mit Farbfiltern zur Reduzierung des Farbsaumes. Erfindungsgemäße Projektionsscheinwerfer-Module sind insbesondere für die Beleuchtung von Automobilen, von Nutzfahrzeugen, von Schienenfahrzeugen, Zweirädern, Schiffen, insbesondere von Frontscheinwerfern, als Theaterscheinwerfer, als Architekturbeleuchtung, etwa für die Anstrahlung von Fassaden, geeignet.

Description

Vorrichtung zur Reduzierung des Farbsaums
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Projektionsscheinwerfer-Modul, umfassend einen
Reflektor mit einem ersten und einem zweiten Brennpunkt, eine LED-Lichtquelle, deren Licht sich aus einem ersten Wellenlängenbereich a und aus Licht aus einem zweiten Wellenlängenbereich b zusammensetzt, wobei die Lichtquelle im ersten Brennpunkt des Reflektors oder annähernd im ersten Brennpunkt des Reflektors angeordnet ist, eine Linse, welche ihren Brennpunkt mit dem zweiten Brennpunkt des Reflektors gemeinsam hat, und ein Blendensystem. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung solcher Projektionsscheinwerfer-Module.
Fahrzeugbeleuchtungen umfassen in den meisten Ländern vorschriftsmäßig Abblendlicht. Dieses dient der eigenen Sichtbarkeit als auch einer Ausleuchtung der Fahrbahn. Das Licht muss in Helligkeit und Geometrie so beschaffen sein, dass weder Gegenverkehr noch andere Verkehrsteilnehmer geblendet werden. Zu diesem Zweck zeigt das Projektionsmodul eines Kfz- Scheinwerfers, üblicherweise umfassend eine Lichtquelle, einen Reflektor und eine optische Linse, im Lichtweg üblicherweise eine relativ deutlich ausgebildete Hell-Dunkel-Grenze auf, die durch Einsatz einer Blende entsteht. Die Blende ist üblicherweise zwischen Linse und Reflektor des Projektionsmoduls angeordnet, wo der zweite Brennpunkt des Reflektors und der Brennpunkt der Linse zusammenfallen. Die Blende wird im unteren Teil des Lichtweges zwischen der Lichtquelle und dem Reflektor positioniert. Durch die Kontur der Linse wird die Form der Hell-Dunkel-Grenze vorgegeben. Durch die invertierenden Eigenschaften der Linse wird der Schlagschatten in den oberen Lichtweg verlagert.
Allen Lichtquellen ist gemeinsam, dass bei ihrem Einsatz in sogenannten Projektionsmodulen in Kfz-Scheinwerfern ein unerwünschter Farbsaum wahrnehmbar ist. Dieser Farbsaum wird insbesondere bei der Abblendlichtfunktion im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze ganz besonders störend wahrgenommen.
Ein Farbsaum ist ein farbiges Lichtband, hervorgerufen durch chromatische Aberration. Bei Kfz- Scheinwerfern werden insbesondere blaue Farbsäume nicht nur als störend wahrgenommen, sondern können den entgegenkommenden Verkehr auch verwirren, da auf den ersten Blick eine Verwechslung mit Blaulicht von Polizei oder Krankenwagen erfolgen kann.
Aus dem Stand der Technik sind Ansätze bekannt, die sich mit der Beseitigung des Farbsaumes befassen. So wird beispielsweise durch eine vertikale Kontrastreduzierung und damit einhergehende Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze die Wahrnehmbarkeit des Farbsaumes reduziert, wie in der EP 0 390 208 A2, der DE 4329332 AI und der US 7,455,439 B2 beschrieben. Auch konnte, z.B. in der US 4,851,968 A beschrieben, eine Farbsaumreduzierung durch das Erzeugen einer speziellen Lichtverteilung der Lichtquelle erreicht werden.
Die US 7,175,323 B2 beschreibt ein KFZ-Projektionsmodul, welches ein transparentes Substrat mit aufgebrachter Maskierung zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze als Blende einsetzt. Über die Gestaltung der Maskierung soll die Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze beeinflusst und darüber auch der Farbsaum aufgeweicht werden. Zusätzlich ist der Einsatz eines Farbfilters irgendwo im Lichtweg, auf der Innenseite der Linse und/oder dem Substrat beschrieben, um der chromatischen Aberration zu begegnen.
In der US 2005/0225996 AI ist eine Kombination aus zwei Blenden beschrieben, wobei die zweite einen transmittierenden Bereich hat, der dazu führt, dass die Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze reduziert wird, wodurch auch hier der Farbsaum aufgeweicht wird. Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Reduzierung des Blausaumes sind stets mit einer Reduktion der Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze verbunden. Dieses ist jedoch problematisch, da in verschiedenen Ländern weltweit gesetzliche Anforderungen an die Mindestschärfe gestellt werden. In Deutschland gilt laut der Regelung ECE R98 ein Mindestwert für die Schärfe G von 0,08 (ECE R98 Annex 10, Absatz 3,2b).
Aufgabe war es daher, ein Projektionsmodul für eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für einen Kfz-Scheinwerfer, bereitzustellen, bei welchem eine effektive Reduzierung des Farbsaumes, insbesondere des Blausaumes, bei einer möglichst geringen Veränderung des Kontraste bzw. der Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze erfolgt.
Dabei befasst sich die vorliegende Erfindung bevorzugt mit solchen Projektionsmodulen, bei denen ein ellipsoider Reflektor oder ein Freiformflächenreflektor eingesetzt wird. Diese Art von Reflektoren besitzen zwei konjugierte Brennpunkte. Das Licht aus einem Brennpunkt geht nach der Reflexion durch den anderen Brennpunkt. Durch die Form des Reflektors in Kombination mit der Anordnung der Lichtquelle im oder annähernd im ersten Brennpunkt wird ein relativ großer Teil des gesamten emittierten Lichtes durch den Reflektor gesammelt. Wird Licht unterschiedlicher Wellenlänge eingesetzt, so ergibt sich für das reflektierte Licht unterschiedlicher Wellenlängen jeweils ein anderer Brennpunkt. Alternativ weiter bevorzugt ist der Reflektor ein Freiformflächenreflektor.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass der Farbsaum, insbesondere der Blausaum, unter Erhaltung der Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze reduziert werden kann, wenn an Stelle der herkömmlich zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze eingesetzten Blenden, die typischerweise homogen oder gelocht ausgeführt sind, Farbfilter - ggf. mit Blenden - als Blendensystem verwendet und gezielt positioniert werden.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Projektionsscheinwerfer-Modul, umfassend einen
Reflektor mit einem ersten und einem zweiten Brennpunkt,
eine LED-Lichtquelle, deren Licht sich aus einem ersten Wellenlängenbereich a von 380 nm bis 474 nm und aus Licht aus einem zweiten Wellenlängenbereich b von 475 nm bis 780 nm zusammensetzt, wobei die Lichtquelle im ersten Brennpunkt des Reflektors oder annähernd im ersten Brennpunkt des Reflektors angeordnet ist,
eine Linse, welche ihren Brennpunkt mit dem zweiten Brennpunkt des Reflektors gemeinsam hat, jeweils bezogen auf die Lichtquelle mit ihrer Wellenlängenverteilung, und
ein Blendensystem, dadurch gekennzeichnet, dass
das Blendensystem einen ersten und einen zweiten Farbfilter umfasst,
wobei
der erste Farbfilter im Brennpunkt der Linse oder annähernd im Brennpunkt der Linse für eine Kenngröße des Wellenlängenbereiches a oder im oder annähernd im Lichtstärke-gemittelten Schwerpunkt der Brennpunktschar der Lichtstrahlen für die einzelnen Wellenlängen des Wellenlängenbereichs a der Linse angeordnet ist
und
der zweite Farbfilter im Brennpunkt der Linse oder annähernd im Brennpunkt der Linse für eine Kenngröße des Wellenlängenbereiches b oder im oder annähernd im Lichtstärke-gemittelten Schwerpunkt der Brennpunktschar der Lichtstrahlen für die einzelnen Wellenlängen des Wellenlängenbereichs b der Linse angeordnet ist, wobei sich die Lichtstärke nach DIN 5031-3: 1982 bestimmt,
und wobei
der erste Farbfilter einen mittleren spektralen Reintransmissionsgrad, bestimmt nach CIE 38: 1977, aufweist, der für den Wellenlängenbereich a einen Wert von höchstens 15 %, bevorzugt höchstens 5 %, und für den Wellenlängenbereich b einen Wert von mindestens 85 %, bevorzugt mindestens 95 %, weiter bevorzugt mindestens 99 %, aufweist,
und
der zweite Farbfilter einen mittleren spektralen Reintransmissionsgrad, bestimmt nach CIE 38: 1977, aufweist, der für den Wellenlängenbereich a einen Wert von mindestens 85 %, bevorzugt mindestens 95 %, weiter bevorzugt mindestens 99 %, und für den Wellenlängenbereich b einen Wert von höchstens 15 %, bevorzugt höchstens 5 %, aufweist.
Anstelle der vorgegebenen Reintransmissionsgrade könnte man auch die spektralen Absorptionskoeffizienten so wählen, dass der spektrale Absorptionskoeffizient der Farbfilter an die spektrale Lichtstärkeverteilung der Lichtquelle angepasst ist, d.h., dass der jeweilige Absorptionskoeffizient in den Spektralbereichen geringer ausfällt, in denen spektral aufgelöst weniger Lichtstärke von der Lichtquelle emittiert wird. Diese Methode ist aufgrund der technisch deutlich komplexeren Umsetzung jedoch weniger bevorzugt. Unter „Brennpunkt der Linse für eine Kenngröße" eines Wellenlängenbereiches wird erfindungsgemäß bevorzugt eine der folgenden Größen verstanden:
der Brennpunkt für die dominante Wellenlänge des jeweiligen Wellenlängenbereiches, der Brennpunkt für die Wellenlänge der maximalen Intensität - Peakwellenlänge - des jeweiligen Wellenlängenbereiches,
- der Lichtstärke-gemittelte Schwerpunkt der Brennpunktschar der Lichtstrahlen für die einzelnen Wellenlängen des jeweiligen Wellenlängenbereichs.
„Deren Licht sich aus einem ersten Wellenlängenbereich a und einem zweiten Wellenlängenbereich b" zusammensetzt: Dieses bedeutet, dass das Licht der LED ganz oder zu einem wesentlichen Teil aus Licht des VIS-Bereichs besteht. Der VIS-Bereich ist jedenfalls der für die vorliegende Erfindung wesentliche Bereich des Spektrums.
Unter der „dominanten Wellenlänge" des jeweiligen Wellenlängenbereiches des Lichtes ist erfindungsgemäß die Wellenlänge zu verstehen, die durch Schnitt einer Geraden zwischen dem Unbuntpunkt und dem Farbort der Lichtquelle in diesem Wellenlängenbereich mit dem spektralen Kurvenzug für einen 2°-Beobachter ermittelt wird (Definition nach CIE 15:2004).
Die„Peakwellenlänge" ist die Wellenlänge mit der maximalen Intensität. Zur Ermittlung der Peakwellenlänge wird eine strahlungsäquivalente Größe wie z.B. Fluss oder Bestrahlungsstärke spektral aufgelöst gemessen und in einem kartesischen Koordinatensystem dargestellt. Auf der y-
Achse wird die strahlungsäquivalente Größe aufgetragen und auf der x-Achse die Wellenlängen. Das absolute Maximum dieser Kurve ist die „Peakwellenlänge" (Definition nach DIN 5031-1 (1982)). Die Lichtstärke bestimmt sich nach DIN 5031 -3 (1982).
Die vorliegende Erfindung befasst sich insbesondere mit neuartigen Lichtquellen, LED- Lichtquellen, die weißes bzw. annähernd weißes Licht bereitstellen, etwa durch die Kombination von blau emittierenden InGaN-Chips mit passenden Phosphorkonvertern, die gelbes Licht erzeugen.
Weitere grundsätzlich geeignete Lichtquellen sind solche Lichtquellen, die einen durch einen Laser angeregten Phosphor aufweisen. Das Licht solcher Lichtquellen weist üblicherweise eine korrelierte Farbtemperatur, bestimmt nach CTE 15:2004, von 2500 K bis 10000 K, bevorzugt von 5000 bis 6000 K auf. Bevorzugt ist der Reflektor ein Ellipsoid-Reflektor oder ein Freiformflächenreflektor.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Projektionsscheinwerfer-Moduls weist dieses neben der einen Linse noch weitere Linsen auf. Sofern das Projektionsscheinwerfer- Modul mehrere Linsen umfasst, können diese entweder direkt benachbart zueinander oder mit Abstand zueinander angeordnet sein. Diese Linsen können aus dem gleichen oder aus verschiedenen Materialien bestehen.
Bei der Anordnung mit einer Linse als auch bei einem System mit mehr als einer Linse kann als Linsenmaterial ein Glasmaterial, ein thermoplastisches Material, ein duroplastisches Material, beispielsweise ein aliphatisches Polycarbonat, oder ein Silikon eingesetzt werden, wobei hiermit auch Zusammensetzungen, enthaltend diese Materialien und übliche Additive, gemeint sind.
Geeignete thermoplastische Materialien sind Polyamide, Polyester, Polyphenylensulfide, Polyphenylenoxide, Polyethersulfone, Polysulfone, Poly(meth)acrylate, Polyimide, Polyetherimide, Polyetherketone, wie PEK, PEEK oder PEKK, sowie Polycarbonate.
Bevorzugt wird als Linsenmaterial eine auf Polycarbonat basierende Zusammensetzung eingesetzt. „Auf Polycarbonat basierend" bedeutet, dass die thermoplastische Zusammensetzung mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 75 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 85 Gew.-% Polycarbonat, insbesondere aromatisches Polycarbonat, enthält.
Polycarbonate im Sinne der vorliegenden Erfindung sind sowohl Homopolycarbonate als auch Copolycarbonate und/oder Polyestercarbonate; die Polycarbonate können in bekannter Weise linear oder verzweigt sein. Erfindungsgemäß können auch Mischungen von Polycarbonaten verwendet werden.
Die thermoplastischen Polycarbonate einschließlich der thermoplastischen, aromatischen Poly- estercarbonate haben mittlere Molekulargewichte Mw (ermittelt durch Messung der relativen Viskosität bei 25°C in CH2CI2 und einer Konzentration von 0,5 g pro 100 ml CH2CI2) von 20.000 g/mol bis 32.000 g/mol, vorzugsweise von 23.000 g/mol bis 31.000 g/mol, insbesondere von 24.000 g/mol bis 31.000 g/mol. Ein Teil, bis zu 80 Mol-%, vorzugsweise von 20 Mol-% bis zu 50 Mol-%, der Carbonat-Gruppen in den erfindungsgemäß eingesetzten Polycarbonaten können durch aromatische Dicarbonsäureester-Gruppen ersetzt sein. Derartige Polycarbonate, die sowohl Säurereste der Kohlensäure als auch Säurereste von aromatischen Dicarbonsäuren in die Molekülkette eingebaut enthalten, werden als aromatische Polyestercarbonate bezeichnet. Sie werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Oberbegriff der thermoplastischen, aromatischen Polycarbonate subsumiert. Die Herstellung der Polycarbonate erfolgt in bekannter Weise aus Dihydroxyarylverbindungen, Kohlensäurederivaten, gegebenenfalls Kettenabbrechern und gegebenenfalls Verzweigern, wobei zur Herstellung der Polyestercarbonate ein Teil der Kohlensäurederivate durch aromatische Dicarbonsäuren oder Derivate der Dicarbonsäuren ersetzt wird, und zwar je nach Maßgabe der in den aromatischen Polycarbonaten zu ersetzenden Carbonatstruktureinheiten durch aromatische Dicarbonsäureesterstruktureinheiten.
Für die Herstellung von Polycarbonaten geeignete Dihydroxyarylverbindungen sind solche der Formel (I)
HO-Z-OH (I),
in welcher
Z ein aromatischer Rest mit 6 bis 30 C-Atomen ist, der einen oder mehrere aromatische Kerne enthalten kann, substituiert sein kann und aliphatische oder cycloaliphatische Reste bzw. Alkylaryle oder Heteroatome als Brückenglieder enthalten kann. Bevorzugt steht Z in Formel (I) für einen Rest der Formel (II)
in der
R6 und R7 unabhängig voneinander für H, Ci- bis Cis-Alkyl-, Ci- bis Cis-Alkoxy, Halogen wie CI oder Br oder für jeweils gegebenenfalls substituiertes Aryl- oder Aralkyl, bevorzugt für H oder Ci- bis Ci2-Alkyl, besonders bevorzugt für H oder Ci- bis Cs-
Alkyl und ganz besonders bevorzugt für H oder Methyl, stehen, und X für eine Einfachbindung, -SO2-, -CO-, -O-, -S-, Ci- bis Cö-Alkylen, C2- bis Cs-Alkyliden oder C5- bis Cö-Cycloalkyliden, welches mit Ci- bis Cö-Alkyl, vorzugsweise Methyl oder Ethyl, substituiert sein kann, ferner für Ce- bis Ci2-Arylen, welches gegebenenfalls mit weiteren Heteroatome enthaltenden aromatischen Ringen kondensiert sein kann, steht. Bevorzugt steht X für eine Einfachbindung, C - bis C5-Alkylen, C - bis C5-Alkyliden, C5- bis C6-
Cycloalkyliden, -O-, -SO-, -CO-, -S-, -S02- oder für einen Rest der Formel (III)
Beispiele für Dihydroxyarylverbindungen sind: Dihydroxybenzole, Dihydroxydiphenyle, Bis- (hydroxyphenyl)-alkane, Bis-(hydroxyphenyl)-cycloalkane, Bis-(hydroxyphenyl)-aryle, Bis-(hy- droxyphenyl)-ether, Bis-(hydroxyphenyl)-ketone, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfide, Bis-(hydroxy- phenyl)-sulfone, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfoxide, l,l '-Bis-(hydroxyphenyl)-diisopropylbenzole sowie deren kernalkylierte und kernhalogenierte Verbindungen.
Für die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Polycarbonate geeignete Dihydroxyarylverbindungen sind beispielsweise Hydrochinon, Resorcin, Dihydroxydiphenyl, Bis- (hydroxyphenyl)-alkane, Bis(hydroxyphenyl)-cycloalkane, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfide, Bis- (hydroxyphenyl)-ether, Bis-(hydroxyphenyl)-ketone, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfone, Bis- (hydroxyphenyl)-sulfoxide, a,a'-Bis-(hydroxyphenyl)-diisopropylbenzole sowie deren alkylierte, kernalkylierte und kernhalogenierte Verbindungen.
Bevorzugte Dihydroxyarylverbindungen sind 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-
1- phenylpropan, l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-phenylethan, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)propan, 2,4- Bis-(4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, l,3-Bis-[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]benzol (Bisphenol M), 2,2-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-propan, Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-methan, 2,2-Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan, Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-sulfon, 2,4- Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, l,3-Bis-[2-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-
2- propyl]-benzol und l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan (Bisphenol TMC).
Besonders bevorzugte Diphenole sind 4,4'-Dihydroxydiphenyl, l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-phenyl- ethan, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan, 1,1-Bis- (4-hydroxyphenyl)-cyclohexan und l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan (Bisphenol TMC).
Diese und weitere geeignete Diphenole sind z.B. in US 2 999 835 A, 3 148 172 A, 2 991 273 A, 3 271 367 A, 4 982 014 A und 2 999 846 A, in den deutschen Offenlegungsschriften 1 570 703 A, 2 063 050 A, 2 036 052 A, 2 211 956 A und 3 832 396 A, der französischen Patentschrift 1 561 518 AI, in der Monographie„H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, New York 1964, S. 28 ff.; S.102 ff.", und in„D.G. Legrand, J.T. Bendler, Handbook of Polycarbonate Science and Technology, Marcel Dekker New York 2000, S. 72 ff." beschrieben.
Im Falle der Homopolycarbonate wird nur ein Diphenol eingesetzt, im Falle von Copolycarbonaten werden zwei oder mehr Diphenole eingesetzt. Die verwendeten Diphenole, wie auch alle anderen der Synthese zugesetzten Chemikalien und Hilfsstoffe, können mit den aus ihrer eigenen Synthese, Handhabung und Lagerung stammenden Verunreinigungen kontaminiert sein. Es ist jedoch wünschenswert, mit möglichst reinen Rohstoffen zu arbeiten.
Die zur Regelung des Molekulargewichtes benötigten monofunktionellen Kettenabbrecher, wie Phenole oder Alkylphenole, insbesondere Phenol, p-tert. Butylphenol, iso-Octylphenol, Cumylphenol, deren Chlorkohlensäureester oder Säurechloride von Monocarbonsäuren bzw. Gemische aus diesen Kettenabbrechern, werden entweder mit dem Bisphenolat bzw. den Bisphenolaten der Reaktion zugeführt oder aber zu jedem beliebigen Zeitpunkt der Synthese zugesetzt, solange im Reaktionsgemisch noch Phosgen oder Chlorkohlensäureendgruppen vorhanden sind, bzw. im Falle der Säurechloride und Chlorkohlensäureester als Kettenabbrecher, solange genügend phenolische Endgruppen des sich bildenden Polymers zur Verfügung stehen. Vorzugsweise werden der oder die Kettenabbrecher jedoch nach der Phosgenierung an einem Ort oder zu einem Zeitpunkt zugegeben, wenn kein Phosgen mehr vorliegt, aber der Katalysator noch nicht dosiert wurde, bzw. sie werden vor dem Katalysator, mit dem Katalysator zusammen oder parallel zudosiert. In der gleichen Weise werden eventuell zu verwendende Verzweiger oder Verzweigermischungen der Synthese zugesetzt, üblicherweise jedoch vor den Kettenabbrechern. Üblicherweise werden Trisphenole, Quarterphenole oder Säurechloride von Tri- oder Tetracarbonsäuren verwendet oder auch Gemische der Polyphenole oder der Säurechloride. Einige der als Verzweiger verwendbaren Verbindungen mit drei oder mehr als drei phenolischen Hydroxylgruppen sind beispielsweise Phloroglucin, 4,6-Dimefhyl-2,4,6-tri-(4-hydroxyphenyl)- hepten-2, 4,6-Dimethyl-2,4,6-tri-(4-hydroxyphenyl)-heptan, l,3,5-Tris-(4-hydroxyphenyl)-benzol, l,l,l-Tri-(4-hydroxyphenyl)-ethan, Tris-(4-hydroxyphenyl)-phenylmethan, 2,2-Bis-[4,4-bis-(4- hydroxyphenyl)-cyclohexyl]-propan, 2,4-Bis-(4-hydroxyphenyl-isopropyl)-phenol, Tetra-(4- hydroxyphenyl)-methan.
Einige der sonstigen trifunktionellen Verbindungen sind 2,4-Dihydroxybenzoesäure, Trimesinsäure, Cyanurchlorid und 3,3-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-2-oxo-2,3-dihydroindol. Bevorzugte Verzweiger sind 3,3-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-2-oxo-2,3-dihydroindol und 1,1,1 -Tri-(4-hydroxyphenyl)-ethan. Die Menge der gegebenenfalls einzusetzenden Verzweiger beträgt 0,05 Mol-% bis 2 Mol-%, bezogen wiederum auf Mole an jeweils eingesetzten Diphenolen.
Die Verzweiger können entweder mit den Diphenolen und den Kettenabbrechern in der wässrigen alkalischen Phase vorgelegt werden oder in einem organischen Lösungsmittel gelöst vor der Phosgenierung zugegeben werden.
Alle diese Maßnahmen zur Herstellung der Polycarbonate sind dem Fachmann geläufig.
Für die Herstellung der Polyestercarbonate geeignete aromatische Dicarbonsäuren sind beispiels- weise Orthophthalsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure, tert-Butylisophthalsäure, 3,3'-Diphenyl- dicarbonsäure, 4,4'-Diphenyldicarbonsäure, 4,4-Benzophenondicarbonsäure, 3,4'-Benzophenon- dicarbonsäure, 4,4'-Diphenyletherdicarbonsäure, 4,4'-Diphenylsulfondicarbonsäure, 2,2-Bis-(4- carboxyphenyl)-propan, Trimethyl-3-phenylindan-4,5'-dicarbonsäure. Von den aromatischen Dicarbonsäuren werden besonders bevorzugt die Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure eingesetzt.
Derivate der Dicarbonsäuren sind die Dicarbonsäuredihalogenide und die Dicarbonsäure- dialkylester, insbesondere die Dicarbonsäuredichloride und die Dicarbonsäuredimethylester.
Der Ersatz der Carbonatgruppen durch die aromatischen Dicarbonsäureestergruppen erfolgt im Wesentlichen stöchiometrisch und auch quantitativ, so dass das molare Verhältnis der Reaktionspartner sich auch im fertigen Polyestercarbonat wiederfindet. Der Einbau der aromatischen Dicarbonsäureestergruppen kann sowohl statistisch als auch blockweise erfolgen.
Bevorzugte Herstellungsweisen der erfindungsgemäß zu verwendenden Polycarbonate, einschließlich der Polyestercarbonate, sind das bekannte Grenzflächenverfahren und das bekannte Schmelzeumesterungsverfahren (vgl. z. B. WO 2004/063249 AI, WO 2001/05866 AI, US 5,340,905 A, US 5,097,002 A, US-A 5,717,057 A).
Im ersten Fall dienen als Säurederivate vorzugsweise Phosgen und gegebenenfalls Dicarbonsäuredichloride, im letzteren Fall vorzugsweise Diphenylcarbonat und gegebenenfalls Dicarbon- säurediester. Katalysatoren, Lösungsmittel, Aufarbeitung, Reaktionsbedingungen etc. für die Poly- carbonatherstellurig bzw. Polyestercarbonatherstellurig sind in beiden Fällen hinreichend beschrieben und bekannt.
Besonders bevorzugt wird als Linsenmaterial ein hochtemperaturstabiles Copolycarbonat eingesetzt.
Ein entsprechendes Copolycarbonat ist beispielsweise unter der Bezeichnung„APEC®" von der Covestro Deutschland AG erhältlich. Es handelt sich dabei um ein Copolycarbonat, enthaltend eine oder mehrere Monomereinheiten der Formel (la)
in der
R für Wasserstoff oder einen Ci- bis C/t-Alkylrest, bevorzugt für Wasserstoff, steht,
R2 für einen Ci- bis C/t-Alkylrest, bevorzugt Methylrest, steht, n für 0, 1, 2 oder 3, bevorzugt 3, steht.
Alternativ handelt es sich bei dem hochtemperaturstabilen Polycarbonat um ein Copolycarbonat, enthaltend eine oder mehrere Monomereinheiten der Formeln (lb), (lc), (ld) und/oder (le), welche nachfolgend gezeigt sind.
(1 c) (1 d)
in denen
R3 für einen Ci- bis C4-Alkylrest, Aralkylrest oder Arylrest, bevorzugt für einen Methylrest oder Phenylrest, ganz besonders bevorzugt für einen Methylrest, steht, und/oder eine oder mehrere Monomereinheiten eines Siloxans der allgemeinen Formel (le)
(1 e) in der R19 für Wasserstoff, Cl, Br oder einen Ci- bis C t-Alkylrest, vorzugsweise für Wasserstoff oder einen Methylrest, besonders bevorzugt für Wasserstoff, steht, R17 und R18 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander für einen Arylrest, einen Ci- bis Cio-Alkylrest oder einen Ci- bis Cio-Alkylarylrest, bevorzugt jeweils für einen Methylrest, stehen und wobei
X eine Einfachbindung, -CO-, -O-, ein Ci- bis Cö-Alkylenrest, ein C2- bis Cs-Alkylidenrest, ein C5- bis Ci2-Cycloalkylidenrest oder ein CÖ- bis Ci2-Arylenrest ist, der optional mit weiteren aromatischen Ringen kondensiert sein kann, welche Heteroatome enthalten, wobei X bevorzugt eine Einfachbindung, ein Ci- bis Cs-Alkylenrest, ein C2- bis Cs-Alkylidenrest, ein C5- bis C12- Cycloalkylidenrest, -O- oder -CO- ist, weiter bevorzugt eine Einfachbindung, ein Isopropylidenrest, ein C5- bis Ci2-Cycloalkylidenrest oder -O- ist, ganz besonders bevorzugt ein Isopropylidenrest, ist, n eine Zahl von 1 bis 500, vorzugsweise von 10 bis 400, besonders bevorzugt von 10 bis 100, ganz besonders bevorzugt von 20 bis 60, ist, m eine Zahl von 1 bis 10, bevorzugt von 1 bis 6, besonders bevorzugt von 2 bis 5, ist, p 0 oder 1, bevorzugt 1, ist, und der Wert von n mal m vorzugsweise zwischen 12 und 400, weiter bevorzugt zwischen 15 und 200 liegt, wobei das Siloxan bevorzugt mit einem Polycarbonat in Gegenwart eines organischen oder anorganischen Salzes einer schwachen Säure mit einem PKA Wert von 3 bis 7 (25 °C) umgesetzt wird, verwendet wird.
Copolycarbonate mit Monomereinheiten der Formel (le) und insbesondere auch deren Herstellung sind in der WO 2015/052106 A2 beschrieben.
Bevorzugt enthält das Copolycarbonat aber Monomereinheiten der allgemeinen Formel (la).
Die Monomereinheit(en) der allgemeinen Formel (la) führt man über ein oder mehrere
(1 a1) in der
R1 für Wasserstoff oder einen Ci- bis C4-Alkylrest, bevorzugt Wasserstoff, einen Ci- bis C4-Alkylrest, bevorzugt einen Methylrest, und n für 0, 1, 2 oder 3, bevorzugt 3, stehen.
Die Diphenole der Formel (la') und ihr Einsatz in Homopolycarbonaten sind in der Literatur bekannt (DE 3918406 AI).
Besonders bevorzugt ist l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan (Bisphenol TMC) mit der Formel (la"):
(1a")
Die Copolycarbonate mit Monomereinheiten der allgemeinen Formeln (lb), (lc) und/oder (ld) weisen eine hohe Wärmeformbeständigkeit und eine geringe thermische Schwindung auf. Die Vicat-Temperatur, bestimmt nach ISO 306:2013, liegt üblicherweise zwischen 170°C und 230°C.
Die Monomereinheit(en) der allgemeinen Formel (lb), (lc) und/oder (ld) führt man über ein oder mehrere entsprechenden Diphenole der allgemeinen Formeln (lb'), (lc') und (ld') ein:
(1 b') (1 c') (1d')
in denen R3 für einen Ci- bis C t-Alkylrest, Aralkylrest oder Arylrest, bevorzugt für einen
Methylrest oder Phenylrest, ganz besonders bevorzugt für einen Methylrest, steht. Neben einer oder mehreren Monomereinheiten der Formeln (la), (lb), (lc), (ld) und/oder (le) können die erfindungsgemäß eingesetzten Copolycarbonate ein oder mehrere Monomereinheit(en) der Formel (2) aufweisen:
in der
R7 und R8 unabhängig voneinander für H, einen Ci- bis Cis-Alkylrest, einen Ci- bis Cis- Alkoxyrest, Halogen wie CI oder Br oder für jeweils einen gegebenenfalls substituierten Arylrest oder Aralkylrest, bevorzugt für H oder einen Ci- bis Ci2-Alkylrest, besonders bevorzugt für H oder einen Ci- bis Cs-Alkylrest und ganz besonders bevorzugt für H oder einen Methylrest, stehen, und
Y für eine Einfachbindung, -SO2-, -CO-, -O-, -S-, einen Ci- bis Cö-Alkylenrest oder C2- bis C5-Alkylidenrest, ferner für einen Ce- bis Ci2-Arylenrest, welches gegebenenfalls mit weiteren Heteroatome enthaltenden aromatischen Ringen kondensiert sein kann, steht.
Die Monomereinheit(en) der allgemeinen Formel (2) führt man über ein oder mehrere entsprechende Dihydroxyarylverbindungen der allgemeinen Formel (2a) ein:
wobei R7, R8 und Y jeweils die bereits im Zusammenhang mit der Formel (2) erwähnte Bedeutung haben.
Beispielhaft werden für die Dihydroxyarylverbindungen der Formel (2a), die neben den Dihydroxyarylverbindungen der Formel (la'), (lb'), (lc') und/oder (ld') eingesetzt werden können, Hydrochinon, Resorcin, Dihydroxybiphenyle, Bis-(hydroxyphenyl)-alkane, Bis- (hydroxyphenyl)-sulfide, Bis-(hydroxyphenyl)-ether, Bis-(hydroxyphenyl)-ketone, Bis- (hydroxyphenyl)-sulfone, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfoxide, a,a'-Bis-(hydroxyphenyl)- diisopropylbenzole, sowie deren kernalkylierte und kernhalogenierte Verbindungen und auch α,ω- Bis-(hydroxyphenyl)-polysiloxane genannt. Bevorzugte Dihydroxyarylverbindungen der Formel (2a) sind beispielsweise 4,4'-Dihydroxy- biphenyl (DOD), 4,4'-Dihydroxybiphenylether (DOD-Ether), 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A), 2,4-Bis-(4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-l- phenylethan, l,l-Bis[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]-benzol, l,3-Bis[2-(4-hydroxyphenyl)-2- propyl]-benzol (Bisphenol M), 2,2-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2-Bis-(3-chlor-4- hydroxyphenyl)-propan, Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-methan, 2,2-Bis-(3,5-dimefhyl-4- hydroxyphenyl)-propan, Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-sulfon, 2,4-Bis-(3,5-dimefhyl-4- hydroxyphenyl)-2-methylbutan, 2,2-Bis-(3,5-dichlor-4-hydroxyphenyl)-propan und 2,2-Bis-(3,5- dibrom-4-hydroxyphenyl)-propan.
Besonders bevorzugte Dihydroxyarylverbindungen sind beispielsweise 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)- propan (Bisphenol A), 4,4'-Dihydroxybiphenyl (DOD), 4,4 '-Dihydroxybipheny lether (DOD- Ether), l,3-Bis[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]-benzol (Bisphenol M), 2,2-Bis-(3,5-dimethyl-4- hydroxyphenyl) -propan, 1 , l-Bis-(4-hydroxyphenyl)- 1 -phenylethan, 2,2-Bis-(3,5-dichlor-4- hydroxyphenyl) -propan und 2,2-Bis-(3,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)-propan.
Ganz besonders bevorzugt sind Verbindungen der allgemeinen Formel (2b),
in der
R für H, lineare oder verzweigte Ci- bis Cio -Alkylreste, bevorzugt lineare oder verzweigte Ci- bis CÖ -Alkylreste, besonders bevorzugt für lineare oder verzweigte Ci- bis C4-Alkylreste, ganz besonders bevorzugt für H oder einen Ci-Alkylrest (Methylrest), steht und
R12 für lineare oder verzweigte Ci- bis Cio-Alkylreste, bevorzugt lineare oder verzweigte Ci- bis CÖ- Alkylreste, besonders bevorzugt für lineare oder verzweigte Ci- bis C4-Alkylreste, ganz besonders bevorzugt für einen Ci-Alkylrest (Methylrest), steht.
Hierbei ist insbesondere die Dihydroxyarylverbindung (2c) ganz besonders bevorzugt.
Die Dihydroxyarylverbindurigen der allgemeinen Formeln (2a) können sowohl allein als auch im Gemisch miteinander verwendet werden. Die Dihydroxyarylverbindungen sind literaturbekannt oder nach literaturbekannten Verfahren herstellbar (siehe z.B. H. J. Buysch et al., Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH, New York 1991, 5. Ed., Vol. 19, p. 348).
Der Gesamtanteil der Monomereinheiten der Formeln (la), (lb), (lc) und (ld) im Copolycarbonat beträgt vorzugsweise 0,1 - 88 mol-%, besonders bevorzugt 1 - 86 mol-%, ganz besonders bevorzugt 5 - 84 mol-% und insbesondere 10 - 82 mol-% (bezogen auf die Summe der Mole eingesetzter Dihydroxyarylverbindungen) . Bevorzugt leiten sich die Diphenolateinheiten der Copolycarbonate gemäß Komponente A von Monomeren mit den allgemeinen Strukturen der oben beschriebenen Formeln (la'), weiter bevorzugt (la"), und (2a), ganz besonders bevorzugt (2c), ab.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung leiten sich die Diphenolateinheiten der Copolycarbonate gemäß Komponente A von Monomeren mit den allgemeinen Strukturen der oben beschriebenen Formeln (2a) und (lb'), (lc') und/oder (ld') ab.
Ein bevorzugtes Copolycarbonat ist aufgebaut aus 17 bis 62 Gew.-% Bisphenol A und 83 bis 38 Gew.-% Comonomer der allgemeinen Formel (lb), (lc) und/oder (ld), wobei sich die Mengen von Bisphenol A und Comonomer der allgemeinen Formeln (lb), (lc) und/oder (ld) zu 100 Gew.-% ergänzen. Der Anteil der Monomereinheiten der Formel (la), bevorzugt von Bisphenol TMC, im
Copolycarbonat beträgtlO - 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 44 - 85 Gew.-%. Dabei wird als Monomer der Formel (2) bevorzugt Bisphenol A eingesetzt, dessen Anteil bevorzugt 15 bis 56 Gew.-% beträgt. Besonders bevorzugt ist das Copolycarbonat aus den Monomeren Bisphenol TMC und Bisphenol A aufgebaut. Die erfindungsgemäß eingesetzten Copolycarbonate weisen bevorzugt eine Vicat-
Erweichungstemperatur, bestimmt nach ISO 306:2013, von 150 bis 230°C , weiter bevorzugt von 160°C bis 220°C, besonders bevorzugt 175°C bis 220 °C, ganz besonders bevorzugt von 180°C bis 218°C, auf.
Die Copolycarbonate können als block- und statistisches Copolycarbonat vorliegen. Besonders bevorzugt sind statistische Copolycarbonate. Dabei ergibt sich das Verhältnis der Häufigkeit der Diphenolat-Monomereinheiten im
Copolycarbonat aus dem Molverhältnis der eingesetzten Dihydroxyarylverbindungen.
Die relative Lösungsviskosität der Copolycarbonate, bestimmt nach ISO 1628-4: 1999, liegt bevorzugt im Bereich von = 1,15 - 1,35. Die gewichtsmittleren Molmassen Mw der Copolycarbonate betragen vorzugsweise 15.000 bis
40.000 g/mol, besonders bevorzugt 17.000 bis 36.000 g/mol, ganz besonders bevorzugt 17.000 bis 34.000 g/mol, und werden mittels GPC in Methylenchlorid gegen eine Polycarbonat-Kalibrierung bestimmt.
Das Blendensystem ist eine Kombination aus einer ersten Blende mit einem ersten Farbfilter und einer zweiten Blende mit einem zweiten Farbfilter, d.h. das Blendensystem umfasst einen ersten und einen zweiten Farbfilter.
Die erste und/oder die zweite Blende können jeweils nur aus einem Farbfilter bestehen. Alternativ bevorzugt weisen die erste und/oder die zweite Blende neben dem Farbfilter jeweils einen Rahmen auf.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn neben der zwingend vorhandenen ersten und der zwingend vorhandenen zweiten Blende zusätzlich eine oder mehrere weitere Blenden vorgesehen sind, welche bevorzugt zwischen der ersten und der zweiten Blende liegen.
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Blenden weist der erste und/oder der zweite Farbfilter eine ebene Oberfläche oder eine gekrümmte Oberfläche auf, wobei mit„Oberfläche" die Oberfläche gemeint ist, durch welche die optische Achse verläuft. Sofern das Projektionsscheinwerfer-Modul als Abblendlicht eingesetzt wird, sind der erste und der zweite Farbfilter bevorzugt gleich geformt, d.h. die Kontur beider Farbfilter ist bei Blick entlang der optischen Achse gleich, wobei die Dicke beider Blenden, d.h. die Erstreckung entlang der optischen Achse (Blendentiefe), gleich oder unterschiedlich ist. Der Wellenlängenbereich a entspricht bevorzugt blauem Licht, während der Wellenlängenbereich b bevorzugt gelbem Licht entspricht. Bei optimaler Positionierung der beiden Farbfilter in den jeweiligen Brennpunkten kann der Farbsaum vollständig beseitigt werden.
Eine „Anordnung der Lichtquelle im ersten Brennpunkt der Linse" führt im Idealfall einer punktförmigen Lichtquelle zu einem parallelen Strahlengang des projizierten Lichts.
Erfindungsgemäß sind solche Anordnungen umfasst, bei denen die Lichtquelle in der Nähe des ersten Brennpunktes -„annähernd im ersten Brennpunkt" - angeordnet ist. Solche Anordnungen führen zu einem annähernd parallelen Strahlengang des projizierten Lichtes.„Annähernd" bedeutet hierbei eine Abweichung von 5 %, bevorzugt 2 %, weiter bevorzugt von 1 %, bezogen auf die Gesamtentfernung zwischen den zueinander angeordneten Oberflächen von Linse und Reflektor entlang der optischen Achse. Sofern das System mehrere Linsen umfasst, ist hierbei die Linse gemeint, die dem Reflektor entlang der optischen Achse am nächsten liegt. Diese Definition von „annähernd" gilt auch für die sonstige Verwendung des Wortes im Rahmen der Beschreibung dieser Erfindung, wie sie in Bezug auf die Positionierung der verschiedenen Elemente des Projektionsscheinwerfer-Moduls erfolgt.
Die eingesetzten Farbfilter unterscheiden sich durch den jeweiligen spektralen Transmissionsgrad, angepasst an die spektralen Eigenschaften der Emissionsschwerpunkte.
Eine oder beide Farbfilter sind bevorzugt aus der Gruppe der dichroitischen Filter oder der Geltyp- Filter ausgewählt.
Bevorzugt variiert der mittlere Reintransmissionsgrad, d.h. die Transmission ohne Oberflächenreflexion, bestimmt nach CIE 38: 1977, innerhalb eines Farbfilters senkrecht zur optischen Achse. Hierdurch wird durch den Farbfilter als solchen gleichzeitig die Funktion einer Blende übernommen, welche erforderlich ist, um Abblendlicht zu erzeugen. Die Blende muss daher außer dem Farbfilter keine weiteren Komponenten mehr, insbesondere keinen Rahmen, umfassen. Eine Variation des mittleren spektralen Reintransmissionsgrades der Farbfilter senkrecht zur optischen Achse lässt sich bevorzugt durch Bedrucken, bevorzugt bei sonst über den gesamten Farbfilter gleichbleibendem Substratmaterial, durch Laserstrukturierung und/oder Dünnschichttechnologie erreichen bzw. indem die Filterdicke ortsabhängig variiert wird. Letzteres lässt sich insbesondere erreichen, indem der Farbfilter keilförmig ausgebildet ist.
Sofern der Spektrenbereich des Lichts für einen Farbbereich, etwa gelb, besonders breit ist und mehrere Wellenlängen ähnlich dominant sind, können auch weitere Farbfilter eingesetzt werden, die in den entsprechenden Brennpunkten der weiteren„dominanten" Wellenlängen angeordnet werden.
Ein Farbsaum lässt sich bei einem erfindungsgemäßen Projektionsscheinwerfer-Modul weiter reduzieren, wenn die Farbfilter mit einer Fase versehen werden. Bevorzugt ist die Fase keilförmig.
Auch im Bereich der Fase ist der Transmissionsgrad, bestimmt nach CIE 38: 1977, ortsabhängig. Eine„Fase" ist eine abgeschrägte Fläche an einer Kante eines Farbfilters. Bevorzugt hat eine Fase einen Winkel von 45° zur Ebene. Sofern die Farbfilter eine Fase aufweisen, erfolgt das Anfasen bevorzugt per Schleifen, Lasern oder mittels Kunststoffspritzguss. Bevorzugt werden, sofern mehrere Farbfilter mit Fase genutzt werden, die Fasen der Farbfilter gleich orientiert. Auch bei einer unterschiedlichen Orientierung der Fasen ist aber eine Reduzierung der Intensität des Farbsaumes, verglichen mit einem System aus den unangefasten Farbfiltern, messbar. Bei unterschiedlicher Orientierung der Fasern treten jedoch mehr Streueffekte auf.
Als Material für die Farbfilter werden bevorzugt thermoplastische Zusammensetzungen, beispielsweise auf Basis von Polycarbonat, eingesetzt. Bevorzugt wird ein Farbfilter aus einer Polycarbonat-Zusammensetzung verwendet.„Auf Basis von" bedeutet, dass die thermoplastische Zusammensetzung mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 75 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 85 Gew.-% Polycarbonat enthält.
Für die Polycarbonat-Zusammensetzungen, welche für die Farbfilter eingesetzt werden können, gilt das gleiche, was zu den Polycarbonat-Zusammensetzungen der Linse gesagt wurde. Insbesondere ist auch hier der Einsatz hochtemperaturstabiler Copolycarbonate besonders bevorzugt.
Weitere geeignete thermoplastische Zusammensetzungen für die Farbfilter sind beispielsweise solche auf Basis von Polystyrol, Polyamiden, Polyestern, insbesondere Polyethylenterephthalat, Polyphenylensulfiden, Polyphenylenoxiden, Polysulfonen, Poly(meth)acrylaten, insbesondere Polymethylmethacrylat, Polyimiden, Polyetherimiden, Polyetherketonen.
Alternativ bevorzugt wird als Material für die Farbfilter ein Glasmaterial eingesetzt.
Bevorzugt werden die Lichtstrahlen beim Durchgang durch die Farbfilter durch das thermoplastische Material möglichst nicht von ihrer Richtung abgelenkt. Dafür muss die Oberfläche der Farbfilter möglichst glatt sein und das thermoplastische Material sollte frei von Volumenstreuern, insbesondere von Streupartikeln und Lufteinschlüssen, sein.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, wenn einer der Farbfilter auf einem thermoplastischen Material basiert und der andere Farbfilter auf einem Glasmaterial basiert.
Erfindungsgemäße Projektionsscheinwerfer-Module werden bevorzugt für die Beleuchtung im Automobil-Bereich, von Nutzfahrzeugen, von Schienenfahrzeugen, von Zweirädern, insbesondere jeweils als Frontscheinwerfer, von Schiffen, als Theaterscheinwerfer, als Architekturbeleuchtung, etwa für die Beleuchtung von Fassaden oder Schaufenstern, oder als Flugzeugbeleuchtung, etwa als Kabinenbeleuchtung oder Landescheinwerfer, verwendet.
Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 5 näher illustriert:
Fig. 1 : Querschnitt durch die wesentlichen Elemente einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Projektionsscheinwerfer-Moduls;
Fig. 2: Wie Fig. 1, aber die beiden Blenden (Doppelblende) umfassen zusätzlich Rahmen;
Fig. 3: Wie Fig. 1, aber mit angefasten Farbfiltern, wobei die Fasen unterschiedlich orientiert sind;
Fig. 4: Wie Fig. 1, aber mit angefasten Farbfiltern, wobei die Fasen gleich orientiert sind;
Fig. 5: Verschiedene Ansichten eines ellipsoiden Reflektors, wie im Beispiel verwendet.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Projektionsscheinwerfermodul. Die optische Achse verläuft hier bei einem gedachten Koordinatensystem entlang der z- Achse. Auf der optischen Achse liegen ein ellipsoider Reflektor 1, eine Linse 2 und eine Lichtquelle 3. Die Lichtquelle 3 ist im ersten Brennpunkt des Reflektors 1 positioniert. Es sind Blenden mit Farbfiltern 4a, 4b in den ermittelten Brennpunkten 5a, 5b der jeweils dominanten Wellenlänge der einzelnen Spektrenbereiche senkrecht zur optischen Achse zwischen dem ellipsoiden Reflektor 1 und der Linse 2 positioniert.
Figur 2 zeigt eine Variante zu Figur 1, bei welcher die Blenden neben den Farbfiltern 4a, 4b jeweils noch Rahmen 6a, 6b umfassen.
Bei der Ausführungsform in Figur 3 sind demgegenüber die Farbfilter 4a, 4b mit einer Fase 7 a, 7b im 45°-Winkel versehen. Die Fasen 7a, 7b der beiden Farbfilter 4a, 4b sind hier unterschiedlich orientiert. Die Fase 7a des Farbfilters 4a ist zum Reflektor 1 hin orientiert, während die Fase 7b des Farbfilters 4b zur Linse 2 hin orientiert ist.
Bei der Ausführungsform in Figur 4 sind die Fasen 7a, 7b gleich orientiert und zeigen beide in Richtung des Reflektors 1. Beispiele
In dieser Versuchsreihe wurden die Auswirkungen verschiedener optischer Eigenschaften der beiden Blenden auf den Farbsaum untersucht.
Es wurde das Projektionsscheinwerfer-Modul für ein Abblendlicht simuliert. Der Aufbau umfasste eine räumlich ausgedehnte -zylinderförmige- Lichtquelle mit einem Radius von 0,61 mm und einer Länge von 5 mm, deren Oberfläche mit Lambertschen Emissionseigenschaften und dem Spektrum einer Osram OSTAR LED ultra white mit einem Lichtstrom von 1150 Im emittiert. Der Schwerpunkt der zylinderförmigen Lichtquelle war im ersten Brennpunkt eines Freiformflächenreflektors angeordnet. Die erste Brennweite des Reflektors, dessen Form in den Figuren 5a bis 5d gezeigt ist, betrug 15 mm, die zweite Brennweite betrug 70 mm. Der Radius des Reflektors in x-Richtung betrug 46 mm und in y-Richtung 35 mm.
Die Linse war eine asphärische Linse mit einem Linsendurchmesser von 70 mm und mit einer Brennweite von 30 mm. Das Linsenmaterial war eine Polycarbonat-Zusammensetzung mit einem Brechungsindex von 1,586 (bei einer Wellenlänge von 589 nm).
Die Brechzahl der Linse variierte in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ.
Der Abstand zwischen Linse und Reflektor betrug 100 mm.
Das System war geeignet, eine Lichtverteilung nach ECE R98 zu erzeugen.
Die Blenden hatten jeweils eine Materialstärke von 0,5 mm und bestanden aus einem Farbfilter aus einem Polycarbonat-Material.
Der erste Farbfilter hatte einen mittleren spektralen Reintransmissionsgrad, bestimmt nach CIE 38: 1977, der für den Wellenlängenbereich a - 380 nm bis 474 nm- einen Wert von 5 % und für den Wellenlängenbereich b - 475 nm bis 780 nm- einen Wert von 100 % aufwies. Der zweite Farbfilter hatte einen spektralen Reintransmissionsgrad bestimmt nach CIE 38: 1977, der für den Wellenlängenbereich a einen Wert von 100 % und für den Wellenlängenbereich b einen Wert von 5 % aufweist.
Bei Blick auf das System entlang der optischen Achse war kein Blausaum mehr erkennbar.
Es wurde ein zweiter Versuchsaufbau entsprechend dem vorbeschriebenen Versuch gewählt, bei welchem die beiden Farbfilter eine Fase aufwiesen. Die Fasen (45°) der beiden Farbfilter waren gespiegelt zueinander orientiert (Fig. 3).
Auch hier war kein Blausaum mehr erkennbar. Zudem lagen die entstandenen Farbvalenzen bei Vertikalschnitt durch die optische Achse bei diesem Aufbau noch näher am Unbuntpunkt als beim ersten Versuchsaufbau.
Es wurde ein dritter Versuchsaufbau entsprechend den vorbeschriebenen Versuchen gewählt, bei welchem die beiden Farbfilter auch eine Fase aufwiesen. Die Fasen (45°) der beiden Farbfilter wiesen die gleiche Orientierung auf (Fig. 4). Auch hier war kein Blausaum mehr erkennbar. Die entstandenen Farbvalenzen bei Vertikalschnitt durch die optische Achse lagen bei diesem Aufbau noch näher am Unbuntpunkt als beim ersten und beim zweiten Versuchsaufbau.
In allen Fällen wurde der Wirkungsgrad des Systems durch die spezielle Blendenanordnung mit den zwei Farbfiltern nicht signifikant im Vergleich zu einem konventionellen System mit absorbierender Blende verändert.
Auch wurde in allen Fällen das Kriterium hinsichtlich der gemäß ECE R98 erforderlichen Mindestschärfe von 0,08 erfüllt.

Claims

Patentansprüche
1. Projektionsscheinwerfer-Modul, umfassend einen
Reflektor mit einem ersten und einem zweiten Brennpunkt,
eine LED-Lichtquelle, deren Licht sich aus einem ersten Wellenlängenbereich a von 380 nm bis 474 nm und aus Licht aus einem zweiten Wellenlängenbereich b von 475 nm bis 780 nm zusammensetzt, wobei die Lichtquelle im ersten Brennpunkt des Reflektors oder annähernd im ersten Brennpunkt des Reflektors angeordnet ist,
eine Linse, welche ihren Brennpunkt mit dem zweiten Brennpunkt des Reflektors gemeinsam hat, und
ein Blendensystem, dadurch gekennzeichnet, dass
das Blendensystem einen ersten und einen zweiten Farbfilter umfasst,
wobei
der erste Farbfilter im Brennpunkt der Linse oder annähernd im Brennpunkt der Linse für eine Kenngröße des Wellenlängenbereiches a oder im Lichtstärke-gemittelten Schwerpunkt der
Brennpunktschar der Lichtstrahlen für die einzelnen Wellenlängen des Wellenlängenbereichs a der Linse angeordnet ist
und
der zweite Farbfilter im Brennpunkt der Linse oder annähernd im Brennpunkt der Linse für eine Kenngröße des Wellenlängenbereiches b oder im oder annähernd im Lichtstärke- gemittelten Schwerpunkt der Brennpunktschar der Lichtstrahlen für die einzelnen Wellenlängen des Wellenlängenbereichs b der Linse angeordnet ist, wobei sich jeweils die Lichtstärke nach DIN 5031-3 (1982) bestimmt,
und wobei
der erste Farbfilter einen mittleren spektralen Reintransmissionsgrad, bestimmt nach CIE
38: 1977, aufweist, der für den Wellenlängenbereich a einen Wert von höchstens 15 % und für den Wellenlängenbereich b einen Wert von mindestens 85 % aufweist,
und
der zweite Farbfilter einen mittleren spektralen Reintransmissionsgrad, bestimmt nach CIE 38: 1977, aufweist, der für den Wellenlängenbereich a einen Wert von mindestens 85 % und für den Wellenlängenbereich b einen Wert von höchstens 15 % aufweist.
2. Projektionsscheinwerfer-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Farbfilter im Brennpunkt der Linse oder annähernd im Brennpunkt der Linse für die dominante Wellenlänge des Wellenlängenbereiches a
und der zweite Farbfilter im Brennpunkt der Linse oder annähernd im Brennpunkt der Linse für die dominante Wellenlänge des Wellenlängenbereiches b angeordnet ist.
3. Projektionsscheinwerfer-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Farbfilter im Brennpunkt der Linse für die Wellenlänge der maximalen Intensität des Wellenlängenbereichs a und der zweite Farbfilter im Brennpunkt der Linse für die Wellenlänge der maximalen Intensität des Wellenlängenbereichs b angeordnet ist.
4. Projektionsscheinwerfer-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Farbfilter im oder annähernd im Lichtstärke-gemittelten Schwerpunkt der Brennpunktschar der Lichtstrahlen für die einzelnen Wellenlängen des Wellenlängenbereichs a der Linse, und der zweite Farbfilter im oder annähernd im Lichtstärke-gemittelten Schwerpunkt der Brennpunktschar der Lichtstrahlen für die einzelnen Wellenlängen des Wellenlängenbereichs b der Linse angeordnet ist, wobei sich die Lichtstärke nach DIN 5031-3 (1982) bestimmt.
5. Projektionsscheinwerfer-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor ein Ellipsoid- Reflektor ist.
6. Projektionsscheinwerfer-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor ein Freiformflächenreflektor ist.
7. Projektionsscheinwerfer-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbfilter eine Fase aufweisen.
8. Projektionsscheinwerfer-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasen der Farbfilter gleich orientiert sind.
9. Projektionsscheinwerfer-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle einen durch einen Laser angeregten Phosphor aufweist.
10. Projektionsscheinwerfer-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Lichtquelle eine korrelierte Farbtemperatur, bestimmt nach CIE 15:2004, von 5000 bis 6000 K aufweist.
11. Projektionsscheinwerfer-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Farbfilter einen mittleren spektralen Reintransmissionsgrad, bestimmt nach CIE 38: 1977, aufweist, der für den Wellenlängenbereich a einen Wert von höchstens 5 % und für den Wellenlängenbereich b einen Wert von mindestens 99 % aufweist, und der zweite Farbfilter einen mittleren spektralen Reintransmissionsgrad, bestimmt nach CIE 38: 1977, aufweist, der für den Wellenlängenbereich a einen Wert von mindestens 99 % und für den Wellenlängenbereich b einen Wert von höchstens 5 % aufweist.
12. Projektionsscheinwerfer-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des ersten und/oder des zweiten Farbfilters eine auf Polycarbonat basierende Zusammensetzung ist.
13. Projektionsscheinwerfer-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Linse eine auf Polycarbonat basierende Zusammensetzung ist.
14. Projektionsscheinwerfer-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reintransmissionsgrad, bestimmt nach CIE 38: 1977, innerhalb mindestens eines Farbfilters senkrecht zur optischen Achse variiert.
15. Verwendung eines Projektionsscheinwerfer-Moduls nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Beleuchtung im Automobil-Bereich, von Nutzfahrzeugen, von Schienenfahrzeugen, von Zweirädern, von Schiffen, als Theaterscheinwerfer, als Architekturbeleuchtung oder als Flugzeugbeleuchtung.
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