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Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter für ein Innen- oder Außenleuchtelement eines Kraftwagens, mit einer Lichtaustrittsfläche, aus welcher Licht aus dem Inneren des Lichtleiters in einer Umgebung des Lichtleiters abstrahlbar ist, und mit zumindest einem fest mit dem Lichtleiter verbundenen Befestigungsmittel, wobei der Lichtleiter einen Kernbereich aus einem transparenten ersten Material mit einem ersten Brechungsindex aufweist, und der Kernbereich ausgelegt ist, Licht in einer Haupt-Lichtausbreitungsrichtung entlang dem Lichtleiter zu leiten.
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In Kraftwagen kommen heutzutage in einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten Lichtleiter für Innen- oder Außenleuchtelemente zum Einsatz. Die Lichtleiter sind dabei oft an entsprechenden Innen- oder Außenelementen des Kraftwagens angeordnet. Hierfür weisen Sie oft ein Befestigungsmittel zum Befestigen an jenem Innen- oder Außenelement auf.
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So offenbart die
DE 10 2010 050 511 A1 eine Beleuchtungseinrichtung mit zumindest einem Leuchtmittel, einem Lichtleiter sowie einem Trägerteil für den Lichtleiter. Das Trägerteil hat dabei eine Aufnahmenut für den Lichtleiter. Die Aufnahmenut weist hier eine Einführöffnung für einen Haltevorsprung des Lichtleiter auf. In einer Montagestellung greift der mindestens eine Haltevorsprung in die Aufnahmenut ein, sodass der Lichtleiter durch den Haltevorsprung als Befestigungsmittel an den Trägerteil befestigt ist.
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Auch die
EP 2 775 197 A1 zeigt einen Lichtleiter, welcher einen Vorsprung aufweist, der sich durch eine Platine hindurch erstreckt und so den Lichtleiter fixiert.
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Die
US 2014/0029292 A1 offenbart eine geradlinige Leuchteinrichtung mit einem länglichen Lichtleiter sowie einer Lichtquelle an einem Ende des länglichen Lichtleiters. Der Lichtleiter wird dabei in ein Gehäuse eingelegt und über Befestigungsmittel in einer Verbauposition gehalten.
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Es ergibt sich die Aufgabe, einen Lichtleiter für ein Innen- oder Außenleuchtelement eines Kraftwagen bereitzustellen, welcher eine möglichst homogene Helligkeitsverteilung an einer Lichtaustrittsfläche ermöglicht oder aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter für ein Innen- oder Außenleuchtelement eines Kraftwagens. Der Lichtleiter hat eine Lichtaustrittsfläche, aus welcher Licht aus dem Inneren des Lichtleiters in einer Umgebung des Lichtleiters abstrahlbar oder auskoppelbar ist. Der Lichtleiter weist auch zumindest ein fest mit dem Lichtleiter verbundenes oder fest mit dem Lichtleiter mechanisch gekoppeltes Befestigungsmittel auf. Das Befestigungsmittel kann auch kraftschlüssig mit dem Lichtleiter verbunden sein. Das Befestigungsmittel ist somit ein wesentliches Teil des Lichtleiters. Das oder die Befestigungsmittel kann oder können bevorzugt auch in einem oder zwei Endbereichen des Lichtleiters angeordnet sein. Die Endbereiche des Lichtleiters befinden sich dabei vorteilhafterweise entlang einer Haupterstreckung des Lichtleiters in entgegengesetzten Richtungen. Der Lichtleiter hat dabei einen Kernbereich aus einem transparenten ersten Material mit einem ersten Brechungsindex. Der Kernbereich ist ausgelegt, Licht in einer Haupt-Lichtausbreitungsrichtung entlang dem Lichtleiter in seiner Haupterstreckung zu leiten. Der Lichtleiter ist dabei insbesondere länglich ausgeführt. Um eine möglichst homogene Helligkeitsverteilung an der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters zu erreichen, ist das Befestigungsmittel teilweise oder ganz aus einem zweiten, insbesondere ebenfalls transparenten, Material mit einem im Vergleich zum ersten kleineren zweiten Brechungsindex gefertigt.
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Das hat den Vorteil, dass in dem Grenzbereich zwischen den beiden Materialien eine Totalreflexion des in dem Lichtleiter geleiteten Lichtes gefördert wird und ein Eintreten des geleiteten Lichtes in das Befestigungsmittel verhindert wird. Dadurch wird das Auftreten von Vielfachreflexionen innerhalb des Lichtleiters im Bereich des Befestigungsmittels vermieden. Die Vielfachreflexionen führen sonst zu einer im Bereich des Befestigungsmittels auftretenden lokalen Erhöhung der Helligkeit im Lichtleiter und somit auch zu einer lokalen Erhöhung der Helligkeit an einem zugeordneten Ausschnitt der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters. Folglich wird durch die Erfindung die Homogenität der Helligkeitsverteilung auf der Lichtaustrittsfläche verbessert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Befestigungsmittel einen Haken und/oder eine Öse und/oder ein Rastelement und/oder einen Zapfen und/oder einen Stift und/oder eine Klammer und/oder einen Clip und/oder eine Vertiefung und/oder eine Aussparung umfasst. Die genannten Befestigungsmittel eignen sich besonders gut für ein Befestigen eines Lichtleiters in einem Innen- oder Außenleuchtelement eines Kraftwagens und sind überdies leicht einstückig mit dem Lichtleiter ausführbar oder herstellbar. Somit sind die genannten Geometrien, welche fertigungstechnische und montagetechnische Vorteile bieten, anfällig für die besagten Vielfach- oder Mehrfachreflexionen. Entsprechend ist gerade bei den genannten Befestigungsmitteln die Problematik der inhomogenen Helligkeitsverteilung auf der Lichtaustrittsfläche besonders ausgeprägt. Überdies lassen sich besagte Befestigungsmittel aus dem zweiten Material gut zusammen mit dem restlichen Lichtleiter aus dem ersten Material fertigen.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Lichtleiter in einem Umgebungsbereich des Befestigungsmittels an einer von der Lichtaustrittsfläche verschiedenen Außenfläche des Lichtleiters eine Mantelschicht aus dem zweiten Material aufweist. Die Mantelschicht kann einstückig mit dem Befestigungsmittel ausgeführt sein. Das hat den Vorteil, dass einerseits das Befestigungsmittel großflächig an dem restlichen Lichtleiter befestigt ist und andererseits eine Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Material vergrößert ist. Entsprechend treten eventuell auftretende optische Effekte wie Reflexionen oder Brechungen über einen größeren Bereich verteilt auf. Somit wird die Homogenität der Helligkeitsverteilung an der Lichtaustrittsfläche weiter verbessert.
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Insbesondere kann der Lichtleiter zumindest einen länglichen kabel- und/oder bandartigen Lichtleiter-Bereich umfassen und/oder einen flächigen Lichtleiterbereich. Im flächigen Lichtleiterbereich ist die Lichtaustrittsfläche dabei bevorzugt in einer zur Lichtaustrittsfläche parallelen x- und/oder y-Richtung stärker ausgedehnt, als der Lichtleiter in einer z-Richtung senkrecht zu x- und y-Richtung. Dies soll hier als flächige Lichtaustrittsfläche bezeichnet werden. Gerade bei einer flächigen Lichtaustrittsfläche ist die geschilderte Gestaltung vorteilhaft, da dort eine inhomogene Helligkeitsverteilung besonders auffällig ist.
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Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Mantelschicht sich in der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung durchgängig entlang des Lichtleiters erstreckt, und sich dabei in einer Schnittebene quer zu der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung nur auf der einen von der Lichtaustrittsfläche verschiedenen Außenfläche oder nur auf der einen und mehreren weiteren von der Lichtaustrittsfläche verschiedenen Außenflächen des Lichtleiters erstreckt. Das hat den Vorteil, dass die Grenzfläche zwischen den beiden Materialien sich über den gesamten Lichtleiter erstreckt und somit an der Grenzfläche auftretende Reflexionen homogen entlang des Lichtleiters erfolgen. Entsprechend ist die resultierende Lichtverteilung an der Lichtaustrittsfläche ebenfalls homogen. Durch die Mantelschicht an mehreren von der Lichtaustrittsfläche verschiedenen Außenflächen des Lichtleiters wird einerseits die Stabilität der Verbindung zwischen der Mantelschicht und dem Kernbereich verbessert, andererseits über eine verbesserte Totalreflexion an der Grenzfläche das Licht effizienter durch den Lichtleiter geleitet. Entsprechend wird an der Lichtaustrittsfläche eine erhöhte Helligkeit erreicht.
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Alternativ kann sich die Mantelschicht in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform in der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung durchgängig entlang im Lichtleiter erstrecken und dabei in einer Schnittebene quer zur Haupt-Lichtausbreitungsrichtung den Kernbereich des Lichtleiters vollständig umgeben. Dies vereint die im Absatz beschriebenen Vorteile mit einer vereinfachten Herstellungsweise.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen den Befestigungsmittel und dem Kernbereich des Lichtleiters oder zwischen der Mantelschicht und dem Kernbereich des Lichtleiters eine weitere Schicht aus einem Material mit einem dritten Brechungsindex angeordnet ist. Der dritte Brechungsindex ist insbesondere kleiner als der erste und größer als der zweite Brechungsindex. Die weitere Schicht kann insbesondere sich in der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung durchgängig entlang dem Lichtleiter erstrecken. Dabei kann sie sich in einer Schnittebene quer (insbesondere senkrecht) zur Haupt-Lichtausbreitungsrichtung entweder nur zwischen der einen von der Lichtaustrittsfläche verschiedenen Außenfläche und dem Kernbereich oder nur zwischen der einen und mehreren weiteren von der Lichtaustrittsfläche verschiedenen Außenflächen des Lichtleiters erstrecken.
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Alternativ kann die Mantelschicht den Kernbereich des Lichtleiters vollständig umgeben. Das hat den Vorteil, dass das Brechungsverhalten des Lichtes im Lichtleiter nochmals optimiert werden kann, so dass eine wiederum verbesserte Homogenität der Lichtverteilung im Lichtleiter und somit auch an der Lichtaustrittsfläche erreicht ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Befestigungsmittel einstückig mit dem Lichtleiter ausgeführt ist. Es ist also der Lichtleiter einstückig ausgeführt. Somit ist das Befestigungsmittel mit dem Kernbereich einstückig ausgeführt. Gerade in diesem Anwendungsbereich ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung besonders vorteilhaft, da gerade eine einstückige Fertigung des Lichtleiters mit Befestigungsmittel kostengünstig und so im Fahrzeugbau besonders verbreitet ist. Gerade die bisher üblichen einstückigen Ausführungsformen sind jedoch besonders anfällig für die besagten Mehrfachreflexionen, sodass hier die Reduktion der Mehrfachreflexionen zu einer besonderen Erhöhung der Homogenität der Helligkeitsverteilung führt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Innenleuchtelement für einen Kraftwagen oder für eine Kraftwagenkomponente mit einem Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Gerade für Innenleuchtelemente ist eine homogene Helligkeitsverteilung besonders wünschenswert, da diese im Allgemeinen besonders nah an einem Betrachter angeordnet sind, weshalb inhomogene Helligkeitsverteilungen besonders auffallen und stören.
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Die Erfindung betrifft auch einen Kraftwagen mit einem Lichtleiter nach einem der geschilderten Ausführungsformen oder mit einem Innenleuchtelement des letzten Absatzes.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten abhängigen oder unabhängigen Anspruchs aufweisen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Lichtleiter mit einem Befestigungsmittel, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, in einer schematischen Schnittdarstellung in einer Haupt-Lichtausbreitungsrichtung;
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2 eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleiters mit einem Befestigungsmittel in einer schematischen Schnittdarstellung in der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung;
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3 eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Lichtleiters in einer schematischen Schnittdarstellung senkrecht zu der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung;
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4 eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleiters mit einem Befestigungsmittel in einer schematischen Schnittdarstellung senkrecht zu der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung und
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5 eine vierte beispielhafte Ausführungsform eines Lichtleiters mit einem Befestigungsmittel in einer schematischen Schnittdarstellung in der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung.
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Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Lichtleiter für ein Innen- oder Außenleuchtelement eines Kraftwagens gemäß dem Stand der Technik schematisch in einer Schnittdarstellung in einer Haupt-Lichtausbreitungsrichtung entlang dem Lichtleiter gezeigt. Der Lichtleiter 1 erstreckt sich dabei vorliegend hauptsächlich in eine x-Richtung, welche auch der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung entspricht, und entlang welcher ein Licht 2 durch den Lichtleiter 1 geleitet wird. Der Lichtleiter 1 weist dabei vorliegend ein Befestigungsmittel 3 auf, welches vorliegend in Form eines Zapfens vorhanden ist. Der Lichtleiter 1 weist hier eine Lichtaustrittsfläche 4 auf, an welcher Licht 2 aus dem Inneren des Lichtleiters 1 als Licht 2' in eine Umgebung des Lichtleiters 1 austritt. Das Befestigungsmittel 3 ist hier an einer von der Lichtaustrittsfläche 4 verschiedenen Außenfläche 5 ausgeformt. Die Außenfläche 5 und damit das Befestigungsmittel 3 liegt im gezeigten Beispiel der Lichtaustrittsfläche 4 diametral gegenüber. Entsprechend wird das Licht 2 im Inneren des Lichtleiters 1 an der Geometrie des Befestigungsmittels 3 mehrfach gebrochen, was an der dem Befestigungsmittel 3 gegenüberliegenden Seite (vorliegend in negativer x-Richtung gegenüberliegend) zu einem verstärkten Austritt des Lichtes 2' in die Umgebung des Lichtleiters 1 führt. Somit ist an der Lichtaustrittsfläche 4 eine inhomogene Helligkeitsverteilung vorhanden.
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In 2 ist nun eine erste beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleiters dargestellt. Der Lichtleiter 1 ist hier in einer Schnittdarstellung analog zu dem in 1 gezeigten Lichtleiter 1 schematisch dargestellt. Wieder ist das Befestigungsmittel 3 als Zapfen ausgeführt und aus einer der Lichtaustrittsfläche 4 gegenüberliegenden, hier diametral gegenüberliegenden Außenfläche 5 ausgeformt. Vorliegend ist jedoch ein Kernbereich 6 des Lichtleiters 1 aus einem ersten Material mit einem ersten Brechungsindex ausgeführt und eine Mantelschicht 7 des Lichtleiters 1 aus einem zweiten Material mit einem im Vergleich zum ersten kleineren zweiten Brechungsindex. Dabei ist auch das Befestigungsmittel 3 aus diesem zweiten Material. Die Mantelschicht 7 ummantelt den Kernbereich 6 entlang der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung vorliegend vollständig (vgl. 4). Die Mantelschicht 7 und das Befestigungsmittel 3 sind in diesem Beispiel einstückig gefertigt. Es kann auch der gesamte Lichtleiter 1 inklusive Mantelschicht 7 und Kernbereich 6 sowie dem Befestigungsmittel 3 einstückig gefertigt sein. Dies kann z. B. durch ein Spritzgussverfahren realisiert sein.
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Da zwischen der Mantelschicht 7 und dem Kernbereich 6 nunmehr eine Grenzschicht 8 vorhanden ist, welche unabhängig von dem Befestigungsmittel 3 gestaltet ist, und zwar vorliegend geradlinig, wird das Licht 2 im Innern des Lichtleiters 1 an dieser Grenzschicht 8 reflektiert. Mehrfachreflexionen an dem Befestigungsmittel 3, welche durch die Geometrie des Befestigungsmittels 3 bedingt sind, entfallen so. Damit wird an der Lichtaustrittsfläche 4 eine homogene oder weitgehend homogene Helligkeitsverteilung erreicht. In einer alternativen Ausführungsform kann die Mantelschicht 7 auch an der Lichtaustrittsfläche 4 weggelassen sein (vgl. 3). Entsprechend ist die Mantelschicht 7 dann nur auf einer oder mehrerer von der Lichtaustrittsfläche 4 verschiedenen Außenflächen 5 angeordnet.
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In 3 ist eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines Lichtleiters dargestellt, vorliegend in einer schematischen Schnittdarstellung senkrecht zur Haupt-Lichtausbreitungsrichtung. Im gezeigten Beispiel weist der Lichtleiter 1 an in y-Richtung gegenüberliegenden Seiten des Lichtleiters 1 angeordnete Befestigungsmittel 3 auf. Diese sind gemeinsam mit der Mantelschicht 7 aus dem zweiten Material gefertigt. In dem Kernbereich 6 hingegen ist der Lichtleiter 1 auch hier aus dem ersten Material gefertigt. Da die Mantelschicht 7 sich hier nicht über die Lichtaustrittsfläche 4 erstreckt wird hier besonders viel Licht 2' in die Umgebung des Lichtleiters 1 abgegeben. Gleichzeitig wird durch die Grenzschicht 8 eine Mehrfachreflexion an den Befestigungsmitteln 3 vermieden, sodass die Helligkeitsverteilung an der Lichtaustrittsfläche 4 homogen ist.
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In 4 ist eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines Lichtleiters schematisch dargestellt und zwar ebenfalls in einer Schnittdarstellung senkrecht zu der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung. Im Gegensatz zu der in 3 dargestellten Ausführungsform umgibt der Mantel 7 den Kernbereich 6 nunmehr vollständig, sodass die Grenzschicht 8 rund um den Kernbereich 6 ausgebildet ist. Auch hier wird durch die Mantelschicht 7 die Mehrfachreflexion an den Befestigungsmitteln 3 verhindert und somit an der Lichtaustrittsfläche 4 eine homogene Lichtverteilung erzielt. Diese Ausführungsform ist besonders einfach herzustellen.
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In 5 ist eine vierte beispielhafte Ausführungsform eines Lichtleiters schematisch in einer Schnittdarstellung parallel zu der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung dargestellt. In diesem Beispiel ist die Mantelschicht 7 entlang der Haupt-Lichtausbreitungsrichtung des Lichtleiters 1 vorhanden, und zwar nur an einer von der Lichtaustrittsfläche 4 verschiedenen Außenfläche 5 des Lichtleiters 1. Zwischen der Mantelschicht 7 und dem Kernbereich 6 ist hier eine weitere Schicht 9 angeordnet. Diese weist hier einen Brechungsindex auf, welcher zwischen dem Brechungsindex des ersten und des zweiten Materials von Kernbereich 6 und Mantelschicht 7 liegt. Im gezeigten Beispiel ist die weitere Schicht 9 auch zwischen der Lichtaustrittsfläche 4 und dem Kernbereich 6 des Lichtleiters 1 angeordnet. Dies muss jedoch nicht zwingend gegeben sein. Selbstverständlich kann die Mantelschicht 7 sich ebenfalls in der vorliegenden Darstellung an der in Negativ-y-Richtung liegenden Unterseite des Lichtleiters 1 befinden, sodass der Kernbereich 6 dann senkrecht zur Haupt-Lichtausbreitungsrichtung zunächst von der weiteren Schicht 9 und dann von der Mantelschicht 7 umgeben ist. Durch die weitere Schicht 9 werden die optischen Reflexionseigenschaften weiter optimiert, sodass an der Lichtaustrittsfläche 4 eine homogene Helligkeitsverteilung erzielt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010050511 A1 [0003]
- EP 2775197 A1 [0004]
- US 2014/0029292 A1 [0005]
