WO2023088716A1 - Lichtleiterelement für eine beleuchtungsvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents
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Definitions
- EdgeLight light guides are also suitable for elongated light signatures. These are plate-shaped light guides on the back of which light from LED light sources is coupled, which EdgeLight passes through to the front edge by means of total reflection and is then emitted at the narrow front edge.
- EdgeLight light guides can take on any contour and therefore form the light signatures desired by the design in a very variable manner.
- TIR Total Internal Reflection
- Light guide technology is a technology that is often and willingly used in the design and implementation of lighting systems in automotive lighting technology and beyond.
- the predetermined position can be arranged on the upper section or the top of the light guide element.
- the upper section connects the first reflective surface to the second reflective surface.
- the predetermined position can be designed as an opening or a light entry area for the light-emitting diode.
- the light-emitting diode can consequently be arranged or positioned in the opening.
- a holographic element or optical scattering element can be arranged or formed on the decoupling surface.
- Holography is a very interesting subject in terms of lighting technology.
- Holography in the form of volume holograms, can create three-dimensional luminous images and light signatures that enable completely new effects and light signatures to float freely in space.
- Today's technologies on the other hand, are always two-dimensional when a lens is backlit or a light guide forms a light signature.
- Volume holograms can be used for luminous 3D image holograms, in particular foils with a photopolymer layer into which the desired holographic image information is exposed.
- a holographic film in particular a photopolymer film
- the holographic element can, for example, be glued flat to the decoupling surface or inserted into the injection molding tool during the injection molding process of the light guide element and back-injected with the light guide element.
- any information of the hologram defined therein for example graphics, objects, texts, symbols, etc.
- the light-emitting diode can be a top emitter LED or a side emitter LED, for example.
- the lighting device 2 also includes a light-emitting diode 4 which is arranged or fixed at a predetermined position 3 of the light guide element 1 .
- the predetermined position 3 is in the form of an opening, in particular a hole, in an upper section 12 or on an upper side of the light guide element 1 . In this predetermined position 3, the light-emitting diode 4 is held in the assembled state.
- FIG. 2 shows in a schematic view similar to FIG. 1, but for a further exemplary embodiment of the lighting device 2, a top emitter LED can in principle also be used as the light-emitting diode 4, which emits light from the front instead of radiating sideways.
- the light-emitting diode 4 and the printed circuit board 11 are different in the exemplary embodiment in FIG. 2 than in the exemplary embodiment in FIG.
- a free installation space 13 which can be used for further components of the lighting device 2, for example a further reflection surface 21, as can be seen in FIG.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Lichtleiterelement (1 ) für eine Beleuchtungsvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (24), wobei das Lichtleiterelement (1) eine vorgegebene Position (3) für eine Leuchtdiode (4), eine erste Reflektionsfläche (5), eine zweite Reflektionsfläche (6) und eine Auskoppelfläche (7) aufweist, wobei die vorgegebene Position (3), die erste Reflektionsfläche (5), die zweite Reflektionsfläche (6) und die Auskoppelfläche (7) derart zueinander angeordnet sind, dass Licht der Leuchtdiode (4) von der vorgegebenen Position (3) aus in einer ersten Lichtrichtung (8) auf die erste Reflektionsfläche (5) ausgestrahlt, an der ersten Reflektionsfläche (5) in einer der ersten Lichtrichtung (8) im Wesentlichen entgegengesetzten zweiten Lichtrichtung (9) auf die zweite Reflektionsfläche (6) reflektiert wird und von der zweiten Reflektionsfläche (6) in einer dritten Lichtrichtung (10) auf die Auskoppelfläche (7) umgelenkt werden kann.
Description
Lichtleiterelement für eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Lichtleiterelement für eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, eine Beleuchtungsvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug.
In der automobilen Lichttechnik hat sich seit dem Einzug der LED-Technologie in den späten 1990er Jahren und der ständigen Weiterentwicklung und Anpassung der optischen Technologien und Bauteile an die kleinen LED-Lichtquellen ein hohes Maß an unterschiedlichen optischen Systemen und eine ständige Suche nach neuen optischen Systemen und lichttechnischen Effekten ergeben.
Insbesondere die Lichtleittechnologie lebt von der Verwendung von LED-Lichtquellen. Eine Vielzahl von Lichtleitersystemen hat sich für die Signalfunktionen eines Fahrzeugs - Schlusslicht, Bremslicht, Fahrtrichtungsanzeiger und Tagfahrlicht - etabliert und wird ständig optimiert und verändert. So sind beispielsweise stabförmige Lichtleiter als direkt lichtemittierende Lichtleiter beispielsweise für Schlusslicht und Tagfahrlicht mit lang gestreckten Lichtsignaturen in Verwendung.
Ebenfalls für lang gestreckte Lichtsignaturen eignen sich sogenannte EdgeLight- Lichtleiter. Dieses sind plattenförmige Lichtleiter an deren Rückseite Licht von LED- Lichtquellen eingekoppelt wird, das EdgeLight bis zur vorderen Kante mittels Totalreflexion durchläuft und dann an der vorderen schmalen Kante abgestrahlt wird. Vorteilhaft können EdgeLight-Lichtleiter jede beliebige Kontur annehmen und deshalb sehr variabel die vom Design gewünschten Lichtsignaturen bilden.
Für flächige Leuchtflächen kommen kleinere oder größere Lichtleitflächen, flache Lichtleiter, auch Lichtvorhang genannt, zum Einsatz.
Weiterhin sind Lichtleitelemente als Primäroptiken oder TIR-Optiken (TIR = Total Internal Reflexion) in Verwendung.
Lichtleittechnik ist bei der Gestaltung und Ausführung von lichttechnischen Systemen in der automobilen Lichttechnik und darüber hinaus eine oft und gern genutzte Technologie. Daneben gibt es aber den starken Drang, vor allem getrieben vom Styling und Design der Fahrzeuge und im speziellen von den Lichtdesignern, ständig neue Technologien, Systeme und Effekte zu betrachten und für die automobile Lichttechnik serienreif zu machen, da mit jeder Fahrzeuggeneration ein neues Erscheinungsbild oder Technologie oder eine entscheidende Weiterentwicklung in Fahrzeugen realisiert wird.
In der DE 10 2017 124 296 A1 sind verschiedene Ausführungsformen von Edge-Lit- Lichtleitkörpern beschrieben. Allen gemeinsam ist eine sehr kurze vorwärts gerichtete Einkoppelstrecke des Lichts bis zu einer Umlenk- bzw. Reflektionsfläche. Die kurze Einkoppelstrecke bewirkt, dass sich das Licht der Lichtquelle im Lichtleitkörper nur in einem engen, begrenzten Raum bzw. Winkelbereich ausbreiten kann und somit die Größe der ausgeleuchteten Auskoppelfläche, insbesondere die Breite der Ausleuchtfläche und damit die Breite des Lichtleitelements, stark begrenzt ist.
Der aktuelle Designtrend bei der Fahrzeugbeleuchtung entwickelt sich seit Jahren in eine Richtung immer schmaler werdender und lang gestreckter Leuchten, d.h. die Höhe der Leuchten und Scheinwerfer wird immer weiter reduziert und ihre Länge nimmt immer weiter zu. Dies wird besonders deutlich bei Heckleuchten und Scheinwerfern die als gesamtes Leuchtband ausgebildet sind und sich über die gesamte Fahrzeugbreite erstrecken. Meistens ist das Heck des Fahrzeugs mit dreiteiligen Leuchten bestückt, zwei außenseitigen Leuchten und eine Mittelleuchte, montiert auf dem Kofferraumdeckel.
Für derartige schmale Leuchtendesigns sind Lichtleitelemente und EdgeLit-Lichtleiter demnach für eine optimale Integration ebenfalls als schmale aber zugleich breite Elemente vorzusehen. Mit dem Prinzip aus der DE 10 2017 124 296 A1 mit den kurzen Einkoppelstrecken ist dies jedoch nicht zu realisieren, bzw. nur mit einem hohen Aufwand an Teilen und LED-Lichtquellen.
Die Aufgabe ist deshalb, ein verbessertes Lichtleiterelement anzugeben, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise überwindet.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe durch das Lichtleiterelement gemäß Anspruch 1 , die Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 11 und das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 15 gelöst. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lichtleiterelement offenbart sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung und mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die eingangs gestellte Aufgabe gelöst durch ein Lichtleiterelement, insbesondere ein Edge-Lit-Lichtleiterelement, für eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei das Lichtleiterelement eine vorgegebene Position für eine Leuchtdiode, eine erste Reflektionsfläche, eine zweite Reflektionsfläche und eine Auskoppelfläche aufweist, wobei die vorgegebene Position, die erste Reflektionsfläche, die zweite Reflektionsfläche und die Auskoppelfläche derart (relativ) zueinander angeordnet sind, dass Licht der Leuchtdiode von der vorgegebenen Position aus in einer ersten Lichtrichtung auf die erste Reflektionsfläche ausgestrahlt, an der ersten Reflektionsfläche in einer der ersten Lichtrichtung im Wesentlichen entgegengesetzten zweiten Lichtrichtung auf die zweite Reflektionsfläche reflektiert wird und von der zweiten Reflektionsfläche in einer dritten Lichtrichtung auf die Auskoppelfläche umgelenkt werden kann.
Damit wird ein Lichtleiterelement mit einer kompakten Bauform, insbesondere mit einem Formfaktor zur Realisierung einer größeren Breite bei geringerer Höhe, bereitgestellt, bei dem eine Lichteinkopplung und Geometrie vorliegt, die eine
genügend große Einkoppelstrecke für die gewünschte breite Ausführung mit einer gleichmäßigen Ausleuchtung der Fläche zur Verfügung stellt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die beschriebenen Lichtrichtungen. Durch die Entgegensetzung der ersten und zweiten Lichtrichtungen und die weitere dritte Lichtrichtung wird dabei eine rückwärtsgerichtete Einkopplung mit Faltung des Lichtwegs im Lichtleiterelement erzielt. Man könnte auch sagen, dass das LED- bzw. Leuchtdioden-Licht entgegengesetzt der beabsichtigten Abstrahlrichtung bzw. Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungsvorrichtung in das Lichtleiterelement eingekoppelt wird. An der ersten Reflektionsfläche, die in der beabsichtigten Abstrahlrichtung bzw. im Lichtleiterelement insbesondere hinten liegt, wird das Licht dann in Vorwärtsrichtung reflektiert. So kommt das Licht bei der zweiten Reflektionsfläche an, die insoweit auch als vordere Reflektionsfläche bezeichnet werden kann. Auch kann die zweite Reflektionsfläche als Umlenk-Reflektionsfläche bezeichnet werden, welche das Licht auf die Auskoppelfläche des Lichtleiterelements lenkt.
Durch die entgegengesetzte, rückwärts gerichtete Lichteinkopplung wird die Weglänge für das Licht geschaffen, um mit der ersten bzw. hinteren Reflektionsfläche auch breite Ausleuchtflächen beleuchten zu können. Als Leuchtdiode kann dabei eine SideEmitter-LED, also eine Leuchtdiode, die Licht seitlich abstrahlt, verwendet werden. Möglich ist auch das Nutzen einer TopEmitter-LED bzw. Top-LED, also einer Leuchtdiode, die Licht nach oben aus ihrem Gehäuse abstrahlt. Das Lichtleiterelement kann dabei mit einer großen Breite und demgegenüber geringeren Höhe einer vorgesehenen Ausleuchtfläche vorgesehen sein.
Dass die Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist bedeutet insbesondere, dass die Beleuchtungsvorrichtung für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug geeignet ist. Gleichwohl sind auch andere Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung denkbar und möglich. Das Anwendungsgebiet des Kraftfahrzeugs ist allerdings besonders bevorzugt. So kann die Beleuchtungsvorrichtung ganz besonders eine
Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung sein. Beispielsweise kann die Beleuchtungsvorrichtung eine Heck- bzw. Rückleuchte, eine Zusatzleuchte, ein Scheinwerfer oder dergleichen sein.
Die erste Reflektionsfläche kann insbesondere gegenüber von der zweiten Reflektionsfläche angeordnet sein. Dabei kann die vorgegebene Position bzw. die Leuchtdiode zwischen der ersten Reflektionsfläche und der zweiten Reflektionsfläche angeordnet sein, um den bereits beschriebenen Lichtweg bzw. die Lichtrichtungen zu ermöglichen.
Die zweite Reflektionsfläche kann schräg angestellt sein (insbesondere gegenüber der ersten Reflektionsfläche und/oder der zweiten Lichtrichtung), um das Licht der Leuchtdiode von der zweiten Reflektionsfläche aus auf die Auskoppelfläche umzulenken bzw. auszukoppeln. Die zweite Reflektionsfläche kann insoweit auch als Umlenk-Reflektionsfläche bezeichnet werden.
Die zweite Reflektionsfläche und die zweite Auskoppelfläche können aneinander bzw. unmittelbar nebeneinander angeordnet bzw. ausgebildet sein. Ebenso kann die zweite Reflektionsfläche an einem oberen Abschnitt bzw. einer Oberseite des
Lichtleiterelements angeordnet bzw. ausgebildet sein. Ferner kann die erste Reflektionsfläche an dem oberen Abschnitt bzw. der Oberseite des Lichtleiterelements angeordnet bzw. ausgebildet sein. Die erste Reflektionsfläche kann konvex geformt sein.
Die Auskoppelfläche kann in einem Winkel im Bereich zwischen einschließlich 90 0 bis einschließlich 170 °, insbesondere im Bereich zwischen einschließlich 110 ° und einschließlich 160 °, ganz besonders im Bereich zwischen einschließlich 130 0 und 150 °, zu der zweiten Reflektionsfläche angeordnet sein. Ebenso kann zwischen dem erwähnten oberen Abschnitt des Lichtleiterelements und der ersten Reflektionsfläche ein Winkel, der beispielsweise im Bereich von einschließlich 60 0 bis einschließlich 120 ° liegen kann, bestehen. Ferner kann auch ein Winkel zwischen der zweiten Reflektionsfläche und dem oberen Abschnitt des Lichtleiterelements vorgesehen sein,
der beispielsweise im Bereich von einschließlich 120 0 bis einschließlich 160 ° liegen kann. Die angegebenen, beispielhaften Winkelbereiche erlauben eine kompakte Bauweise des Lichtleiterelements bei gleichzeitiger Ermöglichung der gewünschten Lichtrichtungen zur Erzielung der gleichmäßigen Ausleuchtung der Auskoppelfläche.
Die vorgegebene Position kann an dem oberen Abschnitt bzw. der Oberseite des Lichtleiterelements angeordnet sein. Der obere Abschnitt verbindet die erste Reflektionsfläche mit der zweiten Reflektionsfläche. Außerdem kann die vorgegebene Position als eine Öffnung oder ein Lichteintrittsbereich für die Leuchtdiode ausgebildet sein. Die Leuchtdiode kann folglich in der Öffnung angeordnet bzw. positioniert werden.
An der Auskoppelfläche kann ein holografisches Element oder optisches Streuelement angeordnet oder ausgebildet sein. Dabei ist die Holografie ein lichttechnisch sehr interessantes Thema. Holografie, in Form von Volumenhologrammen, kann dreidimensionale Leuchtbilder und Lichtsignaturen schaffen, die frei im Raum schwebend völlig neue Effekte und Lichtsignaturen ermöglichen. Heutige Technologien sind dagegen immer zweidimensional, wenn eine Lichtscheibe hinterleuchtet ist oder ein Lichtleiter eine Lichtsignatur bildet. Für leuchtende 3D-Bildhologramme können Volumenhologramme genutzt werden, insbesondere Folien mit einer Photopolymerschicht, in die die gewünschte holografische Bildinformation einbelichtet ist. Der Lichtdesigner des Fahrzeugherstellers hat völlig freie Hand bei der dreidimensionalen Gestaltung des holografischen Bildes, da dieses heute auch als digitales Hologramm erzeugt und verarbeitet werden kann. Früher musste als Hologramm ein vorhandenes Objekt dienen, welches für ein analoges Hologramm von einem Laser beleuchtet wurde um die Bildinformation für die Interferenz mit dem Referenzstrahl (= Beleuchtungsrichtung des Hologramms) zu generieren. Wird Holografie und die beschriebene Lichtleittechnologie zusammen gebracht ist das Resultat ein sogenanntes Edge-Lit- Hologramm, ein Hologramm, dass auf einer Lichtleiterfläche aufgebracht ist (als Folien-Volumenhologramm), wobei der Lichtleiter von einer Kante beleuchtet ist (= Edge-Lit). Dies können prinzipiell flache Lichtleiterscheiben mit einer randseitigen
Beleuchtung sein oder auch dickwandige Körper, meistens für kleinere Hologrammflächen.
Entsprechend kann insbesondere eine holografische Folie, insbesondere Photopolymerfolie, auf der Auskoppelfläche angeordnet bzw. aufgebracht werden. Das holografische Element kann beispielsweise flächig auf die Auskoppelfläche aufgeklebt oder beim Spritzgussvorgang des Lichtleiterelements in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit dem Lichtleiterelement hinterspritzt werden. Durch die Beleuchtung des holografischen Elements wird eine darin beliebig definierte Information des Hologramms (beispielsweise Grafiken, Objekte, Texte, Symbole etc.) rekonstruiert und das Hologramm für einen Betrachter sichtbar. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung eines holografischen Elements ist es beispielsweise denkbar, ein oder mehrere optische Streuelemente zu verwenden. Das oder die optischen Streuelemente können auf der Auskoppelfläche aufgebracht oder auf dieser, insbesondere einstückig, ausgebildet sein. Das optische Streuelement kann beispielsweise in Form einer Mikrooptik, einer Mikrostruktur oder einer diffraktiven Optikstruktur ausgebildet sein, und somit direkt als Leuchtkörper verwendet werden.
Kostengünstig und einfach lässt sich das Lichtleiterelement als Kunststoffspritzgussteil fertigen. Insbesondere kann es mit einem transparenten Kunststoff gefertigt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Beleuchtungsvorrichtung einen Lichtleiter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und eine an der vorgegebenen Position des Lichtleiters angeordnete Leuchtdiode umfasst.
Dabei kann die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Lichtleiter, insbesondere zumindest zwei oder mehr Lichtleiter, mit jeweils an ihren vorgegebenen Positionen angeordneten Leuchtdioden umfassen, die in Reihe nebeneinander angeordnet sind.
Wie zuvor bereits erwähnt, kann die Leuchtdiode beispielsweise eine TopEmitter-LED oder eine SideEmitter-LED sein.
Schließlich kann die Beleuchtungsvorrichtung zumindest eine weitere Leuchtdiode und zumindest eine weitere Reflektionsfläche umfassen, welche dazu eingerichtet ist, von der zumindest einen weiteren Leuchtdiode bestrahlt zu werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung gemäß von Ausführungsbeispielen nachfolgend näher erläutert. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Figur hervorgehenden Merkmale, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, können sowohl für sich als auch in den beliebigen verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf die Beleuchtungsvorrichtung aus Fig. 1 ;
Fig. 4 die perspektivische Ansicht der Beleuchtungsvorrichtung aus Fig. 3 mit eingezeichneten Lichtrichtungen bzw. -wegen;
Fig. 5 eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung der Fig. 1 ;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Lichtleiterelements der
Beleuchtungsvorrichtung der Fig. 1 ;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Beleuchtungsvorrichtung aus Fig. 1 mit einem abgeänderten Lichtleiterelement;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Beleuchtungsvorrichtung aus Fig. 1 mit einem über die Fig. 7 hinaus weiter abgeänderten Lichtleiterelement;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei Lichtleiterelementen;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines großen Lichtleiterelements, wie es in der Beleuchtungsvorrichtung der Fig. 9 eingesetzt werden kann;
Fig. 11 eine Schnittansicht durch eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 12 eine Vorderansicht eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gleichartige oder identische Elemente sind in den Figuren 1 bis 12 mit denselben Bezugszeichen versehen. Gleichartige oder identische Elemente sind der Übersichtlichkeit halber dabei nicht alle durchgehend mit einem Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 2 mit einem erfindungsgemäßen Lichtleiterelement 1 .
Die Beleuchtungsvorrichtung 2 umfasst das Lichtleiterelement 1 , welches, wie der schematischen Ansicht der Fig. 1 entnommen werden kann, zumindest eine erste
Reflektionsfläche 5, eine der ersten Reflektionsfläche 5 gegenüberliegende und schräg angestellte zweite Reflektionsfläche 6 sowie eine Auskoppelfläche 7 umfasst.
Wie die Figur 3 dabei in einer perspektivischen Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Lichtleiterelements 1 zeigt, ist das Lichtleiterelement 1 dabei als ein einstückiger Körper ausgebildet, an dem die erste Reflektionsfläche 5, die zweite Reflektionsfläche 6 und die Auskoppelfläche 7 ausgebildet sind. Das Lichtleiterelement 1 kann dabei einfach und kostengünstig als ein Kunststoffspritzgussteil hergestellt sein. Zudem kann es transparent ausgeführt sein.
Die Beleuchtungsvorrichtung 2 umfasst ferner eine Leuchtdiode 4, die an einer vorgegebenen Position 3 des Lichtleiterelements 1 angeordnet bzw. befestigt ist. Wie den Figuren 3 und 6 besonders gut entnommen werden kann, ist die vorgegebene Position 3 vorliegend als eine Öffnung, insbesondere ein Loch in einem oberen Abschnitt 12 bzw. an einer Oberseite des Lichtleiterelements 1 ausgebildet. In dieser vorgegebenen Position 3 wird die Leuchtdiode 4 im Montagezustand gehalten.
Auch umfasst die Beleuchtungsvorrichtung 2 eine Leiterplatte 11 , an der die Leuchtdiode 4 angeordnet ist, zum Ansteuern der Leuchtdiode 4. Wie der Figur 5 entnommen werden kann, ist die Leiterplatte 5 oberhalb bzw. gegenüber des oberen Abschnitts 12 des Lichtleiterelements 1 angeordnet bzw. befestigt.
Die Fig. 1 zeigt nun anhand des Beispiels einer SideEmitter-LED für die Leuchtdiode 4, also einer seitlich abstrahlenden Leuchtdiode 4, mittels entsprechender, durch Pfeile 8, 9, 10 angedeuteter Lichtstrahlen bzw. Lichtrichtungen, das Funktionsprinzip der Beleuchtung der Beleuchtungsvorrichtung 2 mittels der Leuchtdiode 4. Ein Koordinatensystem mit Richtungen x, y, z unterstützt die Erklärung.
Von der Leuchtdiode 4 aus wird mit der ersten Lichtrichtung 8 im Wesentlichen entgegengesetzt zur gezeigten x-Richtung Licht auf die erste Reflektionsfläche 5 abgestrahlt. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass dies nicht die einzige Richtung sein muss, der das Licht folgt. So ist zu sehen, dass die erste Lichtrichtung 8
tatsächlich eine Komponente in entgegengesetzter x-Richtung und in entgegengesetzter y-Richtung aufweist, also in Bildebene nach unten links verläuft. Dies ist, dass die Leuchtdiode 4 oberhalb bzw. in einer oberen Höhe der ersten Reflektionsfläche 5 angeordnet ist. Damit verläuft die erste Lichtrichtung 8 im Wesentlichen entgegengesetzt zu der eigentlichen Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungsvorrichtung 2, welches die x-Richtung ist, weil das Licht an der Auskoppelfläche 7 ausgekoppelt werden soll, um die Straße zu beleuchten. Mit anderen Worten verläuft das Licht innerhalb des Lichtleiterelements 1 zunächst entgegengesetzt zu der eigentlichen Richtung, in der es aus dem Lichtleiterelement 1 ausgekoppelt werden soll.
An der ersten Reflektionsfläche 5 angekommen, wird das Licht in Richtung auf die zweite Reflektionsfläche 6 reflektiert. Die sich dadurch ergebende zweite Lichtrichtung 9 des Lichts der Leuchtdiode 4 entspricht der x-Richtung. Die Reflektionsfläche 5 ist hier schräg, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig, gegenüber dem oberen Abschnitt 12 bzw. der Oberseite des Lichtleiterelements 1 angestellt und beispielhaft konvex geformt (siehe Fig. 6).
An der zweiten Reflektionsfläche 6 wird das Licht schließlich durch die schräge Anstellung der zweiten Reflektionsfläche 6 gegenüber der x-Richtung bzw. zweiten Lichtrichtung 9 und der ersten Reflektionsfläche 5 auf die Auskoppelfläche 7 umgelenkt.
Auf die Auskoppelfläche 7 trifft das Licht dann mit der dritten Lichtrichtung 10, die eine Komponente in x-Richtung und eine Komponente entgegengesetzt zur y-Richtung aufweist. Von der Auskoppelfläche 7, die wiederum gegenüber der x-Richtung und der zweiten Reflektionsfläche 6 schräg angestellt ist, wird das Licht dann ausgekoppelt (siehe Pfeile hinter der Auskoppelfläche 7).
Wie Figur 2 in einer schematischen Ansicht ähnlich der Figur 1 , jedoch zu einem weiteren Ausführungsbeispiel der Beleuchtungsvorrichtung 2 zeigt, kann grundsätzlich auch eine TopEmitter-LED als Leuchtdiode 4 eingesetzt werden, die Licht von vorne
statt seitlich abstrahlt. Entsprechend sind in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die Leuchtdiode 4 und die Leiterplatte 11 anders als in dem Ausführungsbeispiel der Fig.
1 angeordnet. Insgesamt ist ersichtlich, dass der Einsatz einer SideEmitter-LED einen kompakteren Aufbau der Beleuchtungsvorrichtung 2 ermöglichen kann als der Einsatz einer TopEmitter-LED.
Figur 3 zeigt, wie bereits erläutert, eine perspektivische Ansicht auf ein Lichtleiterelement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 , bei der eine SideEmitter-LED als Leuchtdiode 4 eingesetzt wird.
Der Fig. 3 kann ferner der hier eingezeichnete Winkel a zwischen der ersten Reflektionsfläche 5 und dem oberen Abschnitt 12 bzw. der Oberseite des Lichtleiterelements 1 entnommen werden, der hier beispielsweise im Wesentlichen 90 ° beträgt, aber auch etwa im Bereich von einschließlich 60 ° bis einschließlich 120 0 liegen kann. Auch der Winkel ß zwischen der zweiten Reflektionsfläche 6 und dem oberen Abschnitt 12 bzw. der Oberseite des Lichtleiterelements 1 , die ebenfalls aneinander angeordnet sind, ist in der Fig. 3 eingezeichnet. Der Winkel ß kann beispielsweise im Bereich 90 0 bis 160 °, insbesondere im Bereich einschließlich 120 0 bis einschließlich 150 0 liegen. Schließlich ist auch der Winkel Y zwischen der Auskoppelfläche 7 und der zweiten Reflektionsfläche 6, die ebenfalls einander angeordnet sind, eingezeichnet. Der Winkel y kann beispielsweise in einem im Bereich zwischen einschließlich 90 ° bis einschließlich 170 °, insbesondere einschließlich 120 ° bis einschließlich 150 0 liegen.
An dem Lichtleiterelement 1 befinden sich zudem gegenüberliegende seitliche Abschnitte, welche die erste Reflektionsfläche 5, die zweite Reflektionsfläche 6 und die Auskoppelfläche 7 miteinander verbinden. Ferner ist hinter der Auskoppelfläche 7 bzw. unterhalb der ersten Reflektionsfläche 5 und der zweiten Reflektionsfläche 6 ein freier Bauraum 13 vorhanden, der für weitere Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung 2 verwendet werden kann, beispielsweise eine weitere Reflektionsfläche 21 , wie der Fig. 11 entnommen werden kann.
Ferner ist in der Fig. 3, ebenso wie in der Figur 6, die eine andere perspektivische Ansicht des Lichtleiterelements 1 zeigt, zu sehen, dass an dem Lichtleiterelement 1 , insbesondere an der ersten Reflektionsfläche 5, Befestigungselemente 14, insbesondere Befestigungsarme, mit entsprechenden Befestigungsöffnungen 15 angeordnet sind. Die Befestigungselemente 14 sind jeweils an gegenüberliegenden Enden des Lichtleiterelements 1 angeordnet, insbesondere einstückig mit dem Lichtleiterelement 1 angeordnet. Sie erlauben eine einfache Befestigung, bspw. mittels Verschraubung, des Lichtleiterelements 1 in einem entsprechenden Halteelement (nicht gezeigt) der Beleuchtungsvorrichtung 2 bzw. im Kraftfahrzeug 24 (siehe Fig. 12) zur relativen Positionierung gegenüber der Leuchtdiode 4.
Schließlich ist auf der Auskoppelfläche 7 vorliegend ein holografisches Element 16, beispielsweise eine holografische Folie, insbesondere Photopolymerfolie, angeordnet bzw. aufgebracht. Das holografische Element 16 kann beispielsweise flächig auf die Auskoppelfläche 7 aufgeklebt oder beim Spritzgussvorgang des Lichtleiterelements 1 in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit dem Lichtleiterelement 1 hinterspritzt werden. Durch die Beleuchtung des holografischen Elements 16 wird eine darin beliebig definierte Information des Hologramms (beispielsweise Grafiken, Objekte, Texte, Symbole etc.) rekonstruiert und das Hologramm für einen Betrachter sichtbar.
Alternativ zur Verwendung eines holografischen Elements 16 ist es beispielsweise denkbar, ein oder mehrere optische Streuelemente 17 zu verwenden, wie die Fig. 7 in einer weiteren perspektivischen Ansicht des Lichtleiterelements 1 des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 zeigt. Das oder die optischen Streuelemente 17 können auf der Auskoppelfläche 7 aufgebracht oder auf dieser, insbesondere einstückig, ausgebildet sein. Das optische Streuelement kann beispielsweise in Form einer Mikrooptik, einer Mikrostruktur oder einer diffraktiven Optikstruktur ausgebildet sein, und somit direkt als Leuchtkörper verwendet werden.
Als weitere Variation kann auch auf der schrägen zweiten Reflexionsfläche 6 ein optisches Streuelement 18 angeordnet oder ausgebildet sein, insbesondere eine lichtstreuende Struktur oder Optik vorgesehen sein, die für eine zusätzliche
Lichtdurchmischung und ggf. bessere Homogenität der Ausleuchtung beitragen kann, wie die Figur 8 in einer weiteren perspektivischen Ansicht der Beleuchtungsvorrichtung 2 des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 zeigt.
Die Figuren 4 und 5 verdeutlichen jeweils in einer perspektivischen Ansicht und in einer Schnittansicht und damit in unterschiedlichen Ansichten noch einmal den Strahlenweg des Lichts mit der ersten Lichtrichtung 8, der zweiten Lichtrichtung und der dritten Lichtrichtung 10 bei der Beleuchtungsvorrichtung 2 des Ausführungsbeispiels der Fig. 1.
Figur 9 zeigt, wie mehrere der Lichtleiterelemente 1 in einer Beleuchtungsvorrichtung 2 nebeneinander positioniert bzw. angeordnet werden, um eine breitere, ausgedehnte Beleuchtungsfunktion zur Verfügung zu stellen. Die einzelnen Leuchtdioden 4 können dabei auf jeweils einzelnen oder einer gemeinsamen Leiterplatte 11 angeordnet werden.
Figur 10 zeigt anhand einer perspektivischen Ansicht, dass vorteilhafterweise mehrere Lichtleiterelemente 1 an Stelle von einzelnen Lichtleiterelementen 1 auch zu einem gemeinsamen, zusammenhängenden Lichtleiterelement 1 zusammengefasst werden können, um als ein großes Lichtleiterelement 1 hergestellt und mit geringerem Montageaufwand, weil nur einmal zu montieren (siehe beispielsweise hier die nur zwei statt sechs Befestigungselemente 14 für drei Lichtleiterelemente 1), in eine Beleuchtungsvorrichtung 2 integriert werden. Die Lichtleiterelemente 1 sind hier beispielhaft mittels jeweils einzelner Zwischenabschnitte 19 miteinander verbunden.
Figur 11 zeigt in einer Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 2, dass die Beleuchtungsvorrichtung 2 auch mit weiteren bzw. zusätzlichen Lichtfunktionen im Bereich des Lichtleiterelements 1 ausgestattet werden kann. Dazu kann im Beispiel der weiteren Leuchtdiode 20, hier beispielhaft ebenfalls an der Leiterplatte 11 der Leuchtdiode 4, eine Reflektionsfläche 21 im Bereich des bereits erwähnten freien Bauraums 12 angeordnet werden, die ein
weiteres Licht bzw. eine weitere Lichtfunktion an der Beleuchtungsvorrichtung 2 bereitstellt, welche das Lichtleiterelement 1 von der Rückseite her durchleuchtet.
Denkbar ist, dass eine noch weitere Lichtfunktion oder alternative Lichtfunktion vorgesehen wird, wie sie am Beispiel der noch weiteren Leuchtdiode 22 und der noch weiteren Reflektionsfläche 23 in der Fig. 11 gezeigt ist. Dabei wird der Raum oberhalb der Leiterplatte 11 genutzt, in dem die noch weitere Reflektionsfläche 23 angeordnet ist, um mittels des Lichts der noch weiteren Leuchtdiode 22 eine noch weitere Lichtfunktion bereitzustellen. Beide Leuchtdioden 20, 22 sind hier beispielhaft als TopEmitter-LEDs dargestellt, wobei auch andere Leuchtdioden verwendet werden können.
Figur 12 zeigt ein Kraftfahrzeug 24 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer frontalen Ansicht. Das Kraftfahrzeug 24 ist jeweils mit den zuvor beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen 2 ausgestattet, welche vorliegend als Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs 24 ausgebildet sind.
Bezugszeichenliste
1 Lichtleiterelement
2 Beleuchtungsvorrichtung
3 vorgegebene Position
4 Leuchtdiode
5 erste Reflektionsfläche
6 zweite Reflektionsfläche
7 Auskoppelfläche
8 erste Lichtrichtung
9 zweite Lichtrichtung
10 dritte Lichtrichtung
11 Leiterplatte
12 oberer Abschnitt
13 freier Bauraum
14 Befestigungselement
15 Befestigungsöffnung
16 holografisches Element
17 optisches Streuelement
18 optisches Streuelement
19 Zwischenabschnitt
20 weitere Leuchtdiode
21 weitere Reflektionsfläche
22 noch weitere Leuchtdiode
23 noch weitere Reflektionsfläche
24 Kraftfahrzeug
Claims
1 . Lichtleiterelement (1 ) für eine Beleuchtungsvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (24), wobei das Lichtleiterelement (1) eine vorgegebene Position (3) für eine Leuchtdiode (4), eine erste Reflektionsfläche (5), eine zweite Reflektionsfläche (6) und eine Auskoppelfläche (7) aufweist, wobei die vorgegebene Position (3), die erste Reflektionsfläche (5), die zweite Reflektionsfläche (6) und die Auskoppelfläche (7) derart zueinander angeordnet sind, dass Licht der Leuchtdiode (4) von der vorgegebenen Position (3) aus in einer ersten Lichtrichtung (8) auf die erste Reflektionsfläche (5) ausgestrahlt, an der ersten Reflektionsfläche (5) in einer der ersten Lichtrichtung (8) im Wesentlichen entgegengesetzten zweiten Lichtrichtung (9) auf die zweite Reflektionsfläche (6) reflektiert wird und von der zweiten Reflektionsfläche (6) in einer dritten Lichtrichtung (10) auf die Auskoppelfläche (7) umgelenkt werden kann.
2. Lichtleiterelement (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die erste Reflektionsfläche (5) gegenüber von der zweiten Reflektionsfläche (6) angeordnet ist.
3. Lichtleiterelement (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Reflektionsfläche (6) schräg angestellt ist, um das Licht der Leuchtdiode (4) von der zweiten Reflektionsfläche (6) aus auf die Auskoppelfläche (7) umzulenken.
4. Lichtleiterelement (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zweite Reflektionsfläche (6) und die zweite Auskoppelfläche (7) aneinander angeordnet sind.
5. Lichtleiterelement (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auskoppelfläche (7) in einem Winkel (a) im Bereich zwischen einschließlich
90 ° bis einschließlich 170 0 zu der zweiten Reflektionsfläche (6) angeordnet ist. Lichtleiterelement (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die vorgegebene Position (3) an einem oberen Abschnitt (12) des Lichtleiterelements (1 ) angeordnet ist, welcher die erste Reflektionsfläche (5) mit der zweiten Reflektionsfläche (6) verbindet. Lichtleiterelement (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die vorgegebene Position (3) als eine Öffnung oder ein Lichteintrittsbereich für die Leuchtdiode (4) ausgebildet ist. Lichtleiterelement (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei an der Auskoppelfläche (7) ein holografisches Element (16) und/oder optisches Streuelement (17) angeordnet oder ausgebildet ist. Lichtleiterelement (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei an der zweiten Reflektionsfläche (6) ein optisches Streuelement (18) angeordnet oder ausgebildet ist. Lichtleiterelement (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Lichtleiterelement (1 ) als Kunststoffspritzgussteil gefertigt ist. Beleuchtungsvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (24), wobei die Beleuchtungsvorrichtung (2) einen Lichtleiter (1 ) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche und eine an der vorgegebenen Position (3) des Lichtleiters (1 ) angeordnete Leuchtdiode (4) umfasst. Beleuchtungsvorrichtung (2) nach Anspruch 11 , wobei die Beleuchtungsvorrichtung (2) mehrere Lichtleiter (1) mit jeweils an ihren vorgegebenen Positionen (3) angeordneten Leuchtdioden (4) umfasst, die in Reihe nebeneinander angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung (2) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Leuchtdiode (4) eine TopEmitter-LED oder eine SideEmitter-LED ist. Beleuchtungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (2) zumindest eine weitere Leuchtdiode (20, 22) und zumindest eine weitere Reflektionsfläche (21 , 23) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, von der zumindest einen weiteren Leuchtdiode (20, 22) bestrahlt zu werden. Kraftfahrzeug (30) mit einer Beleuchtungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
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