CN114787556A - 用于机动车的照明设备及用于制造这种照明设备的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机动车辆的照明设备，其包括至少一个光源(1)、面式的光导体(2)，在照明设备的运行中，由所述至少一个光源(1)产生的光(4)至少部分地进入所述光导体中，光导体(2)具有出射面(6)，光(4)在照明设备的运行中至少部分地从所述出射面射出，所述照明设备还包括多个微结构元件(7)，所述微结构元件使光(4)偏转，以使其能够从出射面(6)射出，所述微结构元件(7)设置在光导体(2)的出射面(6)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于机动车的照明设备以及一种根据权利要求14的前序部分所述的方法。
背景技术
在设计机动车上的信号功能、例如在车辆前部或在前照灯中的日间行车灯和行驶方向指示灯以及在后部灯中的尾灯、制动灯、行驶方向指示灯、倒车灯和雾尾灯时，通常已知的和常用的光学***，例如反射器、透镜和光导体是经常使用的***。在光导体的情况下，根据光功能的设计和参数，不仅使用棒状的光导体、而且使用板状的或面状的光导体。作为光源，对于低成本的灯具，例如小型汽车的灯具，或者作为中型汽车中尾灯的入门级变型，白炽灯仍然总是经常使用的照明器件，而LED技术已被用于复杂设计的尾灯和前照灯。
开头所述类型的照明设备由DE 10 2012 103 997 A1已知。其中所描述的照明设备可以包括棒状或面状构造的光导体，发光二极管(LED)的光可以耦合输入到所述光导体中。光导体在一侧上具有多个微结构元件，所述微结构元件使光偏转，使得所述光从对置的一侧射出。相邻的微结构元件的中心间距可以例如在0.1mm和0.5mm之间的范围中。
这些由现有技术已知的微结构元件产生两侧的光耦合输出，使得大约50％的光被发射到不能用于所寻求的功能、例如信号功能的一侧。
随着技术的不断发展和对尾灯和前照灯设计的更高要求，进一步的特征、要求和技术正日益成为人们关注的焦点。例如，这可以在具有较小的、分开的发光元件的光功能的设计和实施中注意到。这在后部灯中的尾灯的例子中可以特别清楚地注意到，其为此使用OLED技术作为设计精确实施的发光元件的可能性。此外，作为所有车辆制造商的一个重要趋势，可关注到照明表面的均匀照明。均匀照明在某种程度上代表了质量特征，并且因此对于车辆制造商来说是非常重要的，以便向车辆购买者展示在开发灯具或信号功能时的相应的能力和精密性。为此，OLED技术在发光OLED面的实施中也提供了出色的均匀性。
由WO2005/025275A1已知一种用于机动车的具有至少一个有机发光二极管(OLED)的照明设备的示例。
在过去20年的时间段里，用于发光元件的OLED技术得到了持续的发展，以满足在汽车中具有特殊要求的应用。这些要求的例子包括温度范围、机械应力，如振动、冲击和振动试验，以及寿命。作为第一种OLED技术，刚性的、基于玻璃的发光元件同时被用于单个灯具中，通常用于高档车辆或量少的特殊车辆变型，并且在发光元件本身的极其平坦的、例如约1mm平坦的实施方案的同时显示出令人印象深刻的均匀照明。OLED在技术上可与LED的半导体芯片相当，然而实施为面状元件。通过施加在薄玻璃板上并在边缘接触的不同材料的不同材料层，产生和激发发光层，以便使整个面均匀且匀质地发光。这种新技术和期望的照明均匀性结合新颖的面式照明元件的组合是在车辆灯具中选择OLED时的驱动因素。汽车制造商喜欢使用新技术，特别是在其他领域、如消费领域也知道这些技术时，以因此做广告和作为技术领先者展示。该技术仅受到有限的光色的限制，因为目前汽车市场上只有红色OLED可用，其具有低照明度或亮度以及OLED的非常高的成本。
OLED技术的这些限制方面导致利用用于产生均匀的发光面或发光元件的替代可能性是值得期望的，所述发光面或发光元件具有产生类似外观的潜力。
发明内容
因此，本发明所基于的问题是，提供一种开头所述类型的照明设备，所述照明设备更有效并且尤其能够确保照明设备的面的尽可能均匀的照明。此外，应提出一种用于制造这种照明设备的方法。
根据本发明，这通过一种开头所述类型的具有权利要求1的特征部分的特征的照明设备以及通过一种开头所述类型的具有权利要求14的特征部分的特征的方法来实现。从属权利要求涉及本发明的优选设计方案。
根据权利要求1规定，微结构元件设置在光导体的出射面上。通过设置在光导体的出射面上的微结构元件可以确保光的均匀耦合输出并且因此确保出射面的均匀照明。
可以规定，微结构元件构成为，使得由微结构元件偏转的光基本上、尤其超过80％、优选超过90％从出射面射出。由此可以提高照明设备的效率，因为尤其是比例如从与出射面相对置的面中明显更多的光从出射面中射出。
存在如下的可能性：相邻的微结构元件具有优选随机变化的、在0.03mm和0.20mm之间的中心间距。由此，通过微结构元件形成的微结构光学器件在用人眼观察时不再能够作为结构被分辨出来，使得出射面看起来是漫射且均匀地被照明的。
此外，微结构元件可以这样构造，使得基本上发生光从光导体的向前定向的耦合输出。由此，耦合输入的光可以主要沿如下方向耦合输出，所述方向对于实现信号功能和期望的照明也是决定性的。
可以规定，光导体具有用于所述至少一个光源的光的入射面，该入射面尤其构造为光导体的端面。特别地，在板状光导体的情况下，光耦合输入可以直接在光导体的边缘或端侧上进行。
存在如下的可能性：光导体具有用于所述至少一个光源的光的弯曲的或成角度的光输入区段和/或用于所述至少一个光源的光的耦合输入光学器件。通过特别替选地设置弯曲的或成角度的光输入区段或耦合输入光学器件，提供了用于例如到尾灯或前照灯中的多个不同的集成的适配可能性。在此，耦合输入光学器件例如可以用于使入射光平行化或预定向入射光。
可以规定，光导体的厚度在垂直于出射面的方向上沿光在光导体中的传播方向、特别是从入射面出发减小。例如，在此可以设置线性的壁厚减小或具有非线性走向的适配的壁厚减小。特别地，光导体的厚度由此可以实施成薄的，例如具有在1mm和2mm之间的厚度，而在入射面上能够实现足够大的壁厚，例如具有在2mm和4mm之间的厚度，用于定位光源。因此，可以实现类似于薄有机发光二极管(OLED)的外观。特别地，微结构元件和光导体的厚度变化在此可以在光导体的长度上相互关联，以便产生出射表面的均匀照明。
存在如下可能性：所述至少一个光源构造为发光二极管或激光二极管。例如，与OLED元件不同，通过使用传统的发光二极管作为光源可以实现任意的光色，例如红色、暗红色、黄色、白色、蓝色、绿色、青色或其他颜色。此外，发光二极管的相应的光功率也能够实现光更强的信号功能，如制动灯或行驶方向指示灯。通过在其光功率方面不同的、可用的发光二极管，例如具有在1lm和2lm之间的低光流的发光二极管、具有在5lm和10lm之间的中等光流的发光二极管、具有在15lm和25lm之间的高光流的发光二极管或具有在30lm和100lm之间的非常高的光流的发光二极管或者以白色至大于250lm的发光二极管，能够实现期望的亮度或照明密度和发光强度，以便能够实现任何常见的信号功能，例如尾灯、制动灯、行驶方向指示灯或日间行车灯。日间行车灯、制动灯和行驶方向指示灯在此是特别的不能利用当前的OLED技术实现的实施方案。
可以规定，第一多个微结构元件设计成与第二多个微结构元件不同的，从而形成微结构的彼此不同的子结构，所述子结构例如可以是背景图案和/或分界线和/或文字和/或标志。在此，例如微结构的高度可以变化。子结构可以对于观察者在光导体的照明中可见。子结构可以是反面的、填充面的背景图案，例如六边形、蜂窝状、矩形、圆形、三角形等。子结构也可以形成分离线，以便对发光面进行分段。此外，子结构可以是字体、文本或图标，例如车辆制造商的图标。如果以这种方式改变出射面的区段，则也可以在照明中产生期望的亮度差异。例如，由此能够实现三维的照明效果。
存在如下可能性：微结构元件是注塑件的一部分。由此实现成本有利且简单地制造微结构元件。
可以规定，照明设备包括用作光导体的第一基材和具有微结构元件的第二基材，其中，两个基材尤其通过卡锁或通过焊接这样相互连接，使得微结构元件贴靠在用作光导体的第一基材的出射面上。虽然这样的设计通常会伴随着***的平坦设计的损失，但是通过将功能划分成无光学器件的光导体和在其前面定位的设有微结构元件的基材，提供了更好的优化可能性。用作光导体的第一基材与第二基材的连接在此可设计为，使得微结构元件接触光导体的出射面。由此实现：耦合输入到光导体中的光通过微结构元件偏转并且穿过第二基材，以便射出到期望的设置的发射区域中。附加地可以在第二基材的光出射侧上设置另外的微结构光学器件。两个基材的必要的连接或接触可以通过两个基材的卡锁或焊接，例如通过超声波焊接或激光焊接来实现。在卡锁和/或焊接过程中，至少一个基材的预张紧可以是有意义的，例如以第二基材的略微弯曲的面的形式，该面通过固定方法压到光导体上，以便确保微结构与光导体的出射面接触。
存在如下的可能性：照明设备包括具有多于一个出射面的多于一个的面式的光导体。在功能上，为了产生车辆的前照灯和/或尾灯或任意照明设备、例如车辆的面状的车内灯的信号功能可能有意义的是，设置多于一个具有多于一个出射面的光导体，所述出射面可以并排地或者说相叠地或彼此错开地、尤其也重叠地设置，以便产生期望的外观。
可以规定，照明设备构造为机动车的尾灯或制动灯或行驶方向指示灯或日间行车灯或车内灯。
存在如下的可能性：光导体和/或两个基材是平坦的或弯曲的。光导体和/或两个基材可以在很大程度上二维地构造为板或构造为例如圆柱形弯曲的面或构造为三维弯曲的面。在此，光导体和/或两个基材可以具有任意的尺寸、轮廓和形状，例如正方形、矩形、多边形、圆形或椭圆形，或者设有任意的轮廓。
根据权利要求14规定，所述微结构元件通过注塑法、尤其与所述光导体或所述第二基材一起制造。例如存在设有微结构光学器件的漫射膜或光引导膜。如果光导体或第二基材必须设置有这种膜，则这被证明是耗费并且成本密集的制造步骤，特别是由于与之相关联的粘合方法和膜的事先切割。此外，会存在如下风险：膜再次脱落或粘合层对***的特性产生负面影响，或在批量生产中出现定性的、主要是可见的缺陷。
通过注塑方法与光导体或第二基材一起制造微结构元件，避免这些缺点，从而产生显著的制造技术优点。在此，可以通过用于塑料注塑模具的相应成形的模具***件将微结构在注射成型中直接模制到每个注射成型的光导体或每个注射成型的第二基材上。为此，对于注射过程可能需要适配的模具概念以及适配的温度和参数，以便一方面使注射的塑料材料填充模具型腔或设置在其中的空腔，并且另一方面使塑料材料能够进入模具壁中的非常精细的微结构中，以便以高质量和形状精度对其进行成型。
存在以下可能性：微结构元件的模板通过刻印法产生并且尤其通过电镀工艺转移到注塑模具上。
附图说明
下面根据附图详细阐述本发明。其中：
图1示出具有光导体的第一实施方式的根据本发明的照明设备的第一实施方式的示意性侧视图；
图2示出了根据图1的照明设备的示意性侧视图，其中示出了由光源发出的光的示例性的射束走向；
图3示出了根据图1中的箭头III的视图；
图4示出具有光导体的第一实施方式的根据本发明的照明设备的第二实施方式的示意性侧视图；
图5示出具有光导体的第二实施方式的根据本发明的照明设备的第三实施方式的示意性透视图；
图6示出根据本发明的照明设备的光导体的第三实施方式的示意性透视图；
图7示出根据本发明的照明设备的光导体的第四实施方式的示意性透视图；
图8示出具有光导体的第一实施方式的多个光导体的根据本发明的照明设备的第四实施方式的示意性前视图；
图9示出具有光导体的第三实施方式的多个光导体的根据本发明的照明设备的第五实施方式的示意性前视图；
图10示出具有光导体的第四实施方式的多个光导体的根据本发明的照明设备的第六实施方式的示意性前视图；
图11示出根据本发明的照明设备的第七实施方式的示意性前视图；
图12示出根据本发明的照明设备的第八实施方式的示意性侧视图；
图13示出根据图12的照明设备的示意性侧视图，其中示出了由光源发出的光的示例性的射束走向；
图14示出根据图12的照明设备处于尚未组装状态的示意性侧视图；
图15示出根据图1的照明设备的示意性透视细节图。
具体实施方式
在附图中，相同的或功能上相同的部件设有相同的附图标记。
根据本发明的照明设备的在图1至图3和图15中示出的实施方式包括光源1和光导体2。从图3可以看出，光源1具有多个发光二极管3。
光导体2构造为平板，在该平板中，从发光二极管3发出的光4被耦合输入到用作入射面5的端侧的面中。光导体2的在图1和图2中位于右侧的侧面用作光4的射出面6。
完全存在将光4耦合输入到光导体2的另一窄侧中的可能性。例如到在图1和图2位于下面的端侧中或到在图1和图2中位于右侧或或左侧的侧面中。
照明设备还包括在光导体2的出射面6上的多个微结构元件7。微结构元件7在图1和图2中通过虚线示出。相邻的微结构元件7的中心间距可以小于0.1mm。由此可以实现，通过微结构元件7形成的微结构光学器件在用人眼观察时不再能够作为结构被分辨出来，使得出射面6看起来是漫射的。
在图15中，微结构元件7不是按比例、而是明显放大地示出。所描绘的微结构元件7分别具有远离出射面6延伸的截锥的形状，其中，微结构元件7从出射面6出发逐渐变小。截锥的基部可以具有大约25μm的直径。截锥体的高度也可以具有大约25μm的高度。锥角可以在1°和5°之间。各个截锥的间距可以在入射面3上在30μm和150μm之间，其中，间距尤其可以随机地变化。
由于物理原因，在耦合输出时，从出射面6射出的光分布的最大值不能垂直于出射面6定向。因此，图4示出了一种照明设备，光导体2以与竖直线成角度的方式安装到该照明设备中。由此可以实现，光4水平地从出射面6射出，由此得到对于观察者改善的感知和可识别性，所述观察者更确切地从上方观察区域看向车辆的尾灯并且因此将出射面6感知为朝向其的面。
在图5中示出一光导体2，其厚度沿光4在光导体2中的传播方向变化。在入射面5的区域中，光导体2具有例如2mm至4mm的相对大的第一厚度d1。该厚度d1应足够大，以便能够实现光4通过入射面5耦合输入。在光导体2的端部区域中的第二厚度d2明显更小，其中，在那里的厚度d2大约还仅为1mm至2mm。
图6示出圆柱形弯曲的光导体2的一个例子。图7示出了三维弯曲光导体2的示例。
图8至图10示出了根据本发明的照明设备可以具有多于一个光导体2。在此，光导体2可以彼此并排地或者相叠地或者彼此错开地、尤其也重叠地设置，以便产生期望的外观。
图11示出照明设备的一种实施方式，其中，第一多个微结构元件设计成与第二多个微结构元件不同的，从而形成微结构的两个彼此不同的子结构8a、8b。在此，两个子结构8a、8b分别形成由六边形构成的结构。子结构8a、8b在此尤其彼此不同，使得产生三维发光效果。在此，子结构8a、8b例如可以通过改变微结构或微结构元件7的高度来实现。
完全存在如下的可能性：代替由六边形形状构成的背景图案，使用其他几何元素来设计子结构8a、8b。这例如可以是矩形、圆形、三角形或蜂窝。替代地，也可以代替重复的背景图案实现其他子结构，例如分界线和/或文字和/或图标。
根据图12至图14的照明设备的实施方式包括第一和第二基材9、10，光4可以穿过所述第一和第二基材。在此，第一基材9用作光导体2，所述光导体具有在图13中构造为上端面的用于光4的入射面5。第二基材10在面向第一基材的面11上具有微结构元件7，用于将光4从第一基材9的出射面6耦合输出。
为了能够实现耦合输出，第一基材9的出射面6和第二基材10的在其上设置有微结构元件7的面11必须彼此贴靠。为此，两个基材9、10例如通过卡锁或通过焊接固定地彼此连接。图14示出在连接之前的两个基材9、10。
当用作光导体2的第一基材9的出射面6和第二基材10的设有微结构元件7的面11面状地相互贴靠时，光4从第一基材9通过出射面6射出并且通过面11进入第二基材10中。通过与设有微结构元件7的面11相对置的面12，光4然后从第二基材10射出(参见图13)。
附图标记列表
1 光源
2 光导体
3 光源1的发光二极管
4 由光源1发出的光
5 光导体2的用于光4的入射面
6 光导体2的用于光4的出射面
7 微结构元件
8a 由微结构元件7形成的微结构的子结构
8b 由微结构元件7形成的微结构的子结构
9 第一基材
10 第二基材
11 第二基材10的设有微结构元件7的面
12 第二基材10的与面11相对的面
d1 光导体2的第一厚度
d2 光导体2的第二厚度
Claims (15)
1.用于机动车的照明设备，包括
至少一个光源(1)，
面式的光导体(2)，在所述照明设备的运行中，由所述至少一个光源(1)产生的光(4)至少部分地进入所述光导体中，其中，所述光导体(2)具有出射面(6)，所述光(4)在所述照明设备的运行中至少部分地从所述出射面射出，
多个微结构元件(7)，所述多个微结构元件使所述光(4)偏转，使得所述光能从所述出射面(6)射出，
其特征在于，所述微结构元件(7)设置在所述光导体(2)的出射面(6)上。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述微结构元件(7)构成为，使得由所述微结构元件(7)偏转的光(4)基本上、尤其多于80％、优选多于90％从所述出射面(6)出射。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，相邻的微结构元件(7)具有优选随机变化的、在0.03mm与0.20mm之间的中心间距。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明设备，其特征在于，所述光导体(2)具有用于所述至少一个光源(1)的光(4)的入射面(5)，所述入射面尤其构造为所述光导体(2)的端面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的照明设备，其特征在于，所述光导体(2)具有用于所述至少一个光源(1)的光(4)的弯曲的或成角度的光输入区段和/或用于所述至少一个光源(1)的光(4)的耦合输入光学器件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的照明设备，其特征在于，所述光导体(2)的厚度(d1、d2)在垂直于所述出射面(6)的方向上沿光(4)在光导体(2)中的传播方向、尤其从所述入射面(5)出发减小。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的照明设备，其特征在于，所述至少一个光源(1)构造为发光二极管(3)或激光二极管。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的照明设备，其特征在于，第一多个微结构元件(7)构造成与第二多个微结构元件(7)不同的，从而形成所述微结构的彼此不同的子结构(8a、8b)，所述子结构例如能够是背景图案和/或分界线和/或文字和/或图标。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的照明设备，其特征在于，所述微结构元件(7)是注塑件的一部分。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括用作光导体(2)的第一基材(9)和具有所述微结构元件(7)的第二基材(10)，其中，所述两个基材(9、10)相互连接，特别是通过卡锁或通过焊接相互连接，使得所述微结构元件(7)贴靠在用作光导体(2)的第一基材(10)的出射面(6)上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备包括具有多于一个出射面(6)的多于一个面状的光导体(2)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的照明设备，其特征在于，所述照明设备构造为机动车的尾灯或制动灯或行驶方向指示灯或日间行车灯或车内灯。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的照明设备，其特征在于，所述光导体(2)和/或所述两个基材(9、10)是平坦的或弯曲的。
14.用于制造根据权利要求1至13中任一项所述的照明设备的方法，其特征在于，所述微结构元件(7)通过注塑方法、尤其与所述光导体(2)或所述第二基材(10)一起制造。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述微结构元件(7)的模板通过刻印方法产生，并且尤其通过电镀工艺转移到用于执行所述注塑方法的注塑模具上。
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