Verfahren zum Herstellen eines Lichtleitelements, Lichtleitelement, Beleuchtungselement und Bedienelement für ein Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtleitelements, auf ein Lichtleitelement, auf ein Beleuchtungselement sowie auf ein Bedienelement für ein Fahrzeug.

Die DE 103 20 237 B4 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung durchleuchtbarer, galvanisch veredelter Thermoplastteile mit Symbolen, bei dem ein Thermoplastteil aus einem transparenten, amorphen Kunststoff mit einer opaken Lackschicht aus einem galvanisierbaren Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) überzogen wird. Die galvanisierbare Lackschicht wird anschließend im Bereich der Symbole durch einen verbrennenden Laserstrahl abgetragen. Auf die verbleibende galvanisierbare Lackschicht wird schließlich eine Galvanikschicht aufgebracht.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Lichtleitelements, ein verbessertes Lichtleitelement, ein verbessertes Beleuchtungselement und ein verbessertes Bedienelement für ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtleitelements vorgestellt, wobei in einem Schritt des Beschichtens ein Lichtleitkörper durch Sputtern zumindest eines metallischen Streukörpers zumindest abschnittsweise mit einer lichtdurchlässigen Metallschicht beschichtet wird.

Unter einem Lichtleitelement kann ein optisches Bauteil zum Leiten von Licht verstanden werden. Beispielsweise kann das Lichtleitelement ausgebildet sein, um Licht zu streuen oder zu fokussieren. Insbesondere kann das Lichtleitelement ausgebildet sein, um Licht derart zu streuen, dass ein optischer Effekt ähnlich einem Glühen erzielt wird. Unter einem Lichtleitkörper kann ein ein- oder mehrteiliger Grundkörper des Lichtleitelements verstanden werden. Der Lichtleitkörper kann aus einem lichtdurchlässigen, insbesondere transparenten Material gefertigt sein. Insbesondere kann der Lichtleitkörper aus einem Kunststoff wie beispielsweise Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat oder als ein Verbund aus mehreren unterschiedlichen Kunststoffen gefertigt sein. Der Lichtleitkörper kann zumindest abschnittsweise eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, wobei im Schritt des Beschichtens die gekrümmte Oberfläche mit der Metallschicht beschichtet werden kann.

Unter einem Streukörper kann ein als Kathode fungierendes Target verstanden werden. Von dem Streukörper kann durch lonenbeschuss eine atomar dünne Schicht abgetragen werden, die sich auf dem als Substrat fungierenden Lichtleitkörper ablagern kann, um die Metallschicht zu bilden. Beispielsweise kann die Metallschicht ausgebildet sein, um Lichtstrahlen nicht komplett zu absorbieren, sondern je nach Schichtdicke teilweise zu transmittieren. Optisch betrachtet kann die Metallschicht beispielsweise einer Verchromung ähneln.

Der hier beschriebene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein Durchlichtbauteil durch Sputtern mit einer metallischen Oberfläche realisiert werden kann. Insbesondere im Bereich der Benutzerschnittstellen, auch Human Machine Interfaces oder HMI genannt, sind in der Ausleuchtung immer höhere Ansprüche und Designs gefordert. Vor allem metallische Oberflächen haben im Lichttechnikdesign ihre Grenzen. Einerseits können Werkstoffe galvanisiert und in bestimmten Bereichen freigelassen werden, um hier eine Durchleuchtung zu erzeugen. Andererseits gibt es Möglichkeiten, mittels In-Mold-Labeling-Technologie, kurz IML, vollflächig metallisch durchleuchtbare Oberflächen zu erzeugen. Allerdings können die zur IML-Folienhinterspritzung verwendeten Folien eine geringe Ausformbarkeit bei kleinen Radien und tiefen Ent- formungen aufweisen.

Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht es nun, durch ein Sputterverfahren eine dünne Metallschicht auf durchleuchtbare Materialien wie beispielsweise Polycarbonat oder ABS, insbesondere auch auf Bauteile mit stark gekrümmten Oberflächen oder scharfen Kanten, ohne Qualitätseinbu ßen aufzubringen. Je nach Schichtdicke der Metallschicht kann damit erreicht werden, dass Licht beim Beleuchten der Metallschicht nicht komplett absorbiert, sondern zumindest teilweise transmittiert wird. Beispielsweise kann durch eine derartige Sputterbeschichtung ein Bauteil hergestellt werden, das optisch betrachtet einem verchromten Bauteil ähnelt. Im Gegensatz zur galvanotechnischen Erzeugung eines Chromüberzugs, dessen Schichtstärke keine Transmission von Licht erlaubt, kann eine durch Sputtern aufgebrachte Metallschicht lichtdurchlässig sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Beschichtens der Lichtleitkörper mit der Metallschicht beschichtet werden, um den Lichtleitkörper zu verspiegeln. Somit kann die Metallschicht ausgebildet sein, um d Lichtleitkörper zu verspiegeln. Dadurch kann mit verhältnismäßig geringen Fertigungskosten ein hochwertiges Aussehen des Lichtleitelements erreicht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Kunststoffkörper als der Lichtleitkörper beschichtet werden. Je nach Ausführungsform kann der Kunststoffkörper aus einem einzigen Kunststoff oder ein Gemisch oder ein Verbund aus mehreren unterschiedlichen Kunststoffen gefertigt sein. Dadurch kann der Lichtleitkörper gezielt mit bestimmten optischen Eigenschaften realisiert werden. Zudem kann der Lichtleitkörper besonders kostengünstig in einem Spritzgießverfahren hergestellt werden, womit die Fertigungskosten des Lichtleitelements reduziert werden können.

Es ist von Vorteil, wenn im Schritt des Beschichtens der Lichtleitkörper durch Mag- netronsputtern des Streukörpers beschichtet wird. Dadurch kann eine hohe Qualität der Metallschicht gewährleistet werden.

Des Weiteren kann das Verfahren einen Schritt des Aufbringens einer Schutzschicht auf die Metallschicht umfassen. Beispielsweise kann es sich bei der Schutzschicht um eine transparente Schicht aus einem kratzfesten, chemisch beständigen Material wie etwa Klarlack oder Glas handeln. Dadurch kann die Verschleißbeständigkeit des Lichtleitelements erhöht werden.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform im Schritt des Aufbringens die Schutzschicht durch Sputtern eines Glasstreukörpers auf die Metallschicht aufgebracht wird. Eine solche Schutzschicht bietet den Vorteil einer besonders hohen Kratzfestigkeit und chemischen Beständigkeit. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Schutzschicht auch auf scharfkantige oder stark verformte Oberflächen ohne Qualitätseinbußen aufgetragen werden kann.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft zudem ein Lichtleitelement mit einem Lichtleitkörper, auf den durch Sputtern zumindest eines metallischen Streukörpers zumindest abschnittweise eine lichtdurchlässige Metallschicht aufgebracht ist. Ein solches Lichtleitelement bietet den Vorteil einer hohen Oberflächenqualität bei verhältnismäßig geringen Fertigungskosten.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Lichtleitkörper einen Kern und einen den Kern zumindest teilweise umgebenden Mantel aufweisen. Der Kern und der Mantel können voneinander abweichende optische Eigenschaften aufweisen. Die Metallschicht kann auf den Mantel aufgebracht sein. Beispielsweise können der Kern und der Mantel aus ein und demselben Kunststoff oder je aus einem anderen Kunststoff gefertigt sein. Der Lichtleitkörper kann beispielsweise in einem kostengünstigen Spritzgießverfahren hergestellt sein. Durch diese Ausführungsform können je nach Material des Kerns oder des Mantels mit verhältnismäßig geringem Fertigungsaufwand unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken des Lichtleitelements realisiert werden.

Beispielsweise kann der Kern ausgebildet sein, um Licht stärker zu streuen als der Mantel. Dadurch kann beim Durchleuchten des Lichtleitelements ein sogenannter Ghost-Light-Effekt, ähnlich einem diffusen Glühen, erzeugt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Lichtleitkörper einen halbkugelförmigen oder einen halbellipsenförmigen Querschnitt aufweisen. Dabei kann die Metallschicht auf einen gekrümmten Abschnitt des Lichtleitkörpers aufgebracht sein. Dadurch kann Licht in einen möglichst breiten Bereich abgestrahlt werden.

Ferner schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Beleuchtungselement mit folgenden Merkmalen: einem Lichtleitelement gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen; und einer Lichtquelle zum Einkoppeln von Lichtstrahlen in das Lichtleitelement.

Bei der Lichtquelle kann es sich beispielsweise um eine oder mehrere Leucht- oder Laserdioden handeln. Insbesondere kann das Beleuchtungselement als Komponente eines Bedienelements für ein Fahrzeug realisiert sein.

Schließlich schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Bedienelement für ein Fahrzeug, wobei das Bedienelement zumindest ein Beleuchtungselement gemäß einer vorstehenden Ausführungsform aufweist. Unter einem Bedienelement kann beispielsweise ein Wählhebel wie etwa ein Gang- oder Lenkradhebel, ein Schalter, Schieberegler oder Drehknopf oder auch eine dekorative Oberfläche, etwa einer Mittelkonsole des Fahrzeugs, verstanden werden. Ein derartiges Bedienelement bietet den Vorteil einer besonders hochwertigen Optik sowie eines hohen Bedienkomforts. Vorteilhafterweise kann das Bedienelement mit verhältnismäßig geringem Kostenaufwand hergestellt werden.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungselements gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Bedienelements gemäß einem

Ausführungsbeispiel; und

Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Lichtleitelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beleuchtungselements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Beleuchtungselement 100 umfasst ein Lichtleitelement 102, das von einer Lichtquelle 104, hier beispielhaft einer Leuchtdiode, angestrahlt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Lichtleitelement 102 ausgebildet, um von der Lichtquelle 104 in das Lichtleitelement 102 eingestrahlte Lichtstrahlen 105 derart zu streuen, dass ein Betrachter des Beleuchtungselements 100 den Eindruck hat, das Beleuchtungselement 100 würde glühen, was auch als Ghost- Light-Effekt bezeichnet werden kann. Um diesen Effekt zu erzielen, umfasst das Lichtleitelement 102 einen Lichtleitkörper 106, der zumindest abschnittsweise mit einer lichtdurchlässigen Metallschicht 108 beschichtet ist. Die Metallschicht 108 ist in einem Sputterverfahren, d. h. durch Sputtern eines entsprechenden metallischen Streukörpers, insbesondere etwa durch Magnetronsputtern, auf den Lichtleitkörper 106 aufgebracht. Dadurch weist die Metallschicht 108 eine derart geringe Schichtdicke auf, dass ein bestimmter Anteil der durch den Lichtleitkörper 106 geleiteten Lichtstrahlen 105 von der Metallschicht 108 transmittiert wird. Je nach Material des verwendeten Streukörpers gleicht die Metallschicht 108 nach dem Sputtern beispielsweise einer stark spiegelnden Chromschicht.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Lichtleitkörper 106 einen ebenen Boden auf, in den das Licht der Lichtquelle 104 eingekoppelt wird. Auf einer dem Boden gegenüberliegenden Seite weist der Lichtleitkörper 106 eine gekrümmte Oberfläche auf, die im verbauten Zustand des Beleuchtungselements 100 zumindest abschnittsweise für einen Betrachter sichtbar sein kann.

Alternativ wird die Metallschicht 108 zur Realisierung eines matten oder gebürsteten Aussehens des Bauteils aufgebracht. Dabei sollten Oberflächenfehler des Lichtleitkörpers 106 möglichst vermieden werden, da diese nach dem Sputtern direkt auffielen.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Lichtleitkörper 106 als ein Verbund aus zwei unterschiedlich stark streuenden Teilkörpern in Form eines Kerns 1 10 und eines den Kern teilweise umgebenden Mantels 1 12 gefertigt, wobei der Kern 1 10 beispielsweise aus einem stark lichtstreuenden Werkstoff und der Mantel 1 12 aus einem leicht lichtstreuenden Werkstoff gefertigt ist. Je nach Ausführungsbeispiel können sich der Kern 1 10 und der Mantel 1 12 auch hinsichtlich anderer optischer Eigenschaften voneinander unterscheiden. Beispielsweise sind der Kern 1 10 und der Mantel 1 12 aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien in einem Spritzgießverfahren hergestellt. Alternativ kann der Lichtleitkörper 106 auch einteilig aus Kunststoff oder einem sonstigen geeigneten lichtdurchlässigen Material gefertigt sein.

Der eigentliche Leuchtkern des Beleuchtungselements 100 besteht somit aus einem stark lichtstreuenden Material, das beispielsweise mit einem leicht bis nicht lichtstreuenden Material übergespritzt wird, um den Mantel 1 12 zu bilden. Darüber wird dann die Sputterschicht 108 aufgebracht. Wird der Aufbau mittels der Lichtquelle 104 hinterleuchtet, so wird der Grundkern 1 10 stark leuchten und der Mantel 1 12 einen leichten oder auch keinen Leuchtschleier erzeugen. In Verbindung mit der metallischen Optik der Metallschicht 108 entsteht dann der Ghost-Light-Effekt.

Beispielhaft weist der Lichtleitkörper 106 gemäß Figur 1 einen halbkugelförmigen Querschnitt auf, wobei die Metallschicht 108 auf einen gekrümmten Abschnitt des Lichtleitkörpers 106 aufgebracht ist. Bei dem gekrümmten Abschnitt handelt es sich um eine dem Betrachter zugewandte Seite des Beleuchtungselements 100. Dabei befindet sich die Lichtquelle 104 gegenüber einem ebenen Abschnitt des Kerns 1 10, der hier ebenfalls einen halbkugelförmigen Querschnitt aufweist. Der ebene Abschnitt des Kerns 1 10 sowie an diesen angrenzende ebene Abschnitte des Mantels 1 12 weisen keine Metallbeschichtung auf.

Alternativ weist der Lichtleitkörper 106 je nach Einsatzzweck einen halbellipsenförmi- gen Querschnitt oder einen Querschnitt mit beliebig anderer Geometrie auf.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bedienelements 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In das Bedienelement 200 für ein Fahrzeug 202, hier lediglich beispielhaft als Gangwählhebel realisiert, umfasst das Beleuchtungselement 100, etwa ein Beleuchtungselement, wie es vorangehend anhand von Figur 1 beschrieben ist. Je nach Ausführungsbeispiel können in das Bedienelement 200 auch eine Mehrzahl von Beleuchtungselementen 100 integriert sein. Das Beleuchtungs- element 100 ist beispielsweise derart in das Bedienelement 200 integriert, dass der mit der gesputterten Metallschicht beschichtete Abschnitt des Beleuchtungselements 100 Teil einer Oberfläche des Bedienelements 200 ist oder mit dieser bündig abschließt. Das Beleuchtungselement 100 dient beispielsweise zum Anzeigen von Leuchtsymbolen am Bedienelement 200 oder zur Hervorhebung des Bedienelements 200 als Ganzes oder von Teilabschnitten des Bedienelements 200 mittels eines geeigneten Lichteffekts, der je nach Ausgestaltung des Lichtleitkörpers oder der Metallschicht variieren kann. Beispielsweise kann ein Knauf 204 des als Gangwählhebel ausgeformten Bedienelements 200 vollständig oder teilweise durch das Beleuchtungselement 100 oder mehrere unterschiedlich ausgeformte Beleuchtungselemente 100 gebildet sein.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Herstellen eines Lichtleitelements gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa eines Lichtleitelements, wie es vorangehend anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben ist. Dabei wird in einem Schritt 310 ein bereitgestellter Lichtleitkörper in einem geeigneten Sputterverfahren zumindest abschnittsweise mit der lichtdurchlässigen Metallschicht beschichtet.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend auf das Sputtern in einem optionalen Schritt 320 eine Schutzschicht zum Schutz vor Abnutzung auf die Metallschicht aufgebracht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Schutzschicht durch Sputtern eines Glasstreukörpers als Glasschicht auf die Metallschicht aufgebracht.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt 310 folgende nacheinander durchgeführte Teilschritte.

Als Erstes wird ein zu besputterndes Substrat, d. h. der Lichtleitkörper, in einem auf etwa 60 °C temperierten Ultraschallbad mit einer pH-neutralen Reinigungslösung vorgereinigt und anschließend in Reinstwasser gespült.

Anschließend wird das Substrat in einer Hochvakuumanlage temperiert. Während des gesamten Beschichtungsprozesses bleibt der Heizer auf einer bestimmten Temperatur, wodurch das Substrat zusätzlich erwärmt wird. Mithilfe eines Sputterätzers wird nun die Oberfläche des Substrats aktiviert und leicht angeätzt. Das Substrat rotiert dabei beispielsweise mit einer Drehzahl von zwei Umdrehungen pro Minute.

Anschließend wird unter Verwendung einer Magnetronsputterquelle eine Chromschicht erzeugt.

Schließlich erfolgt ein Nachtempern für eine Dauer von etwa 20 Minuten.

Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass damit auch Geometrien realisierbar sind, die mit einer vergleichbaren durchleuchtbaren IML-Folienhinterspritzung nicht oder zumindest nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar sind. Beispielsweise können damit auch kleine Radien und größere Bauteiltiefen und Flächenschrägen beschichtet werden.

Des Weiteren erfolgt beispielsweise im Anschluss an das metallische Sputtern ein Glassputtern im Schritt 320. Hierbei wird ähnlich wie im Schritt 310 eine Glasschicht auf das Substrat gesputtert. Gegenüber der Verwendung von Kratzschutzlack bietet eine solche Glasschicht den Vorteil einer besseren Kratzfestigkeit und besseren chemischen Beständigkeit, etwa gegenüber Sonnenschutzcremes oder Ähnlichem. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Glasschicht mittels Sputtern auch auf scharfkantige und stak verformte Oberflächen aufgebracht werden kann, wohingegen Kratzschutzlack bei größeren Knicken zum Fließen neigt.

Das Verfahren 300 ermöglicht es, neue optische Effekte auf unterschiedlichsten Geometrien zu erzeugen, wie beispielsweise ein sogenanntes Ghost-Light. Dabei blickt der Betrachter von außen auf die metallische Oberfläche des Lichtleitelements. Bei Durchleuchtung des Lichtleitelements kann der Betrachter aufgrund der Transmission der Sputteroberfläche ein inneres Glühen sehen. Dieses Glühen geht nicht direkt von der Oberfläche aus, wo die Sputterschicht aufgebracht ist, sondern von einem sich weiter im Inneren befindenden Leuchtkern des Systems. Bezuqszeichen

100 Beleuchtungselement

102 Lichtleitelement

104 Lichtquelle

105 Lichtstrahlen

106 Lichtleitkörper

108 Metallschicht

1 10 Kern

1 12 Mantel

200 Bedienelement

202 Fahrzeug

204 Knauf

300 Verfahren zum Herstellen eines Lichtleitelements

310 Schritt des Beschichtens

320 Schritt des Aufbringens