Diese Anmeldung betrifft Linsen, die in Lampen, insbesondere Autoscheinwerfern, verwendet werden können, die eine Verschiebung in der Chromatizität des Lichtquellenstrahls zur Verfügung stellen.

Ein gewöhnlicher Scheinwerfer ist aus EP-A-1 142 693 bekannt.

Automobilscheinwerfer sind hoch kontrollierte Produkte, die den SAE-Leistungsstandard (SAE J1383) erfüllen müssen, um kommerzialisiert zu werden. Um konform zu sein, muss die Kombination Birne (d.h. Lichtquelle)/Linse eine „weiße" Farbe emittieren und ausreichend Lichtausstoß (üblicherweise charakterisiert durch den „Isocandela"-Gesamtlichtstrom- und „Maximum Candela"-Punktintensitätstest) in einer homogenen Art und Weise erzeugen. Es wurden um die weiße Strahlfarbe herum Spezifikationen definiert, wie in dem SAE J578-Standard dargestellt. Die weiße Strahlfarbe wird definiert als ein enger Bereich des Farbraums im CIE 1931-Chromatizitätsdiagramm. Der zugelassene Teil des Farbraums ist definiert durch blaue, gelbe, grüne, violette und rote Grenzen, die aus den CIE 1931-x- und -y-Farbkoordinaten stammen. Kommerziell erhältliche Scheinwerfer verwenden unterschiedliche Arten von Birnen, aber üblicherweise eine „natürlich" gefärbte Linse oder leicht getönte Linsen. Im Allgemeinen haben diese Linsen ein klares Aussehen, können aber eine sehr zarte Blau- oder Gelbtönung zeigen. Die üblichste Birne am Markt ist eine Halogenbirne. In den letzten paar Jahren wurden Hochleistungsbirnen eingeführt. Diese neuen Birnen, üblicherweise bezeichnet als HID („Hochintensitätsentladung"), sind eigentlich Xenonlampen. Es ist dem Fachmann wohlbekannt, dass sich die spektrale Leistungsverteilung einer Xenonbirne von einer Halogenbirne unterscheidet. Zum Beispiel wird eine Xenonbirne mehr Energie bei niedrigeren Wellenlängen und insbesondere im 300 bis 500 nm-Bereich emittieren, was zu langem UV bis zu violett/blau-grün korrespondiert. Als ein Ergebnis ist das von der HID emittierte Licht blauer im Vergleich zu einer Halogenbirne, die demzufolge mehr gelb erscheint.

Wenn in einem Scheinwerfer montiert, wird der Strahl, der von einer HID/"natürliche" Linse-Kombination emittiert wird, weißer erscheinen. Ein weißerer Strahl wird allgemein als effizienter anerkannt, da er die Sichtbarkeit der Straße bei Nacht erhöht. Jedoch gibt es zwei Hauptnachteile bei der Verwendung von HID-Birnen in Scheinwerfern. Zunächst sind diese Hochleistungsbirnen extrem teuer im Vergleich zu Halogenbirnen. Als ein Ergebnis sind Scheinwerfer, die auf HID-Birnen basieren, ein begrenzter Markt, oftmals angeboten als eine Option für Fahrzeuge mit Zusatzkosten in dem Bereich von 300 $ bis 800 $ je Einheit. Zweitens haben neueste Studien gezeigt, dass diese Scheinwerfer eine Tendenz dazu haben, bei entgegenkommenden Fahrern mehr Unannehmlichkeiten durch Blendung zu verursachen.

Automobilscheinwerferlinsen werden üblicherweise aus natürlichfarbigem oder leicht getöntem Polycarbonat als Hauptmaterial hergestellt. Der hauptsächliche Grund hinter der Verwendung von Polycarbonat ist seine relativ hohe Glasübergangstemperatur, Schlagfestigkeit und ausgezeichnete Klarheit/Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich. Lexan^® LS-2 Polycarbonat ist eines der führenden Materialien, die derzeit für Automobillinsen verwendet werden, einschließlich Scheinwerferlinsen, Einfassungen und Rücklichtlinsen. Andere Materialien mit hoher Glasübergangstemperatur werden ebenfalls verwendet, einschließlich Copolymeren, jedoch macht ihre natürliche Farbe oder Lichtdurchlässigkeit die Qualität des emittierten Scheinwerferstrahls manchmal schlechter. Es ist dem Fachmann für das Färben von Automobillinsen wohlbekannt, dass die natürlichen oder leicht getönten Polycarbonatlinsen durch Zugabe einer geringen Menge von organischen Färbemitteln (d.h. Farbenstoffen oder Pigmenten) erhalten werden. Z.B. wird ein blauer Farbstoff zu einer gelben Formulierung zugegeben, um die Farbe zu neutralisieren (d.h. das Polycarbonat mehr farblos oder „natürlich" zu machen). Der Hauptnachteil des Färbens ist die Verringerung bei der Lichtdurchlässigkeit, die aus der Absorption der Färbemittel resultiert, auch wenn sie in der Polymermatrix zu ppm-Mengen oder darunter vorhanden sind. Demzufolge ist die überwiegende Mehrzahl der Linsen, die in Scheinwerfern montiert sind, „natürlich" oder kaum getönt.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Autoscheinwerfer zur Verfügung, aufweisend ein Gehäuse zum Aufnehmen einer Lichtquelle, eine Lichtquelle, eine äußere Linse, die an dem Gehäuse befestigt und so angebracht ist, dass Licht aus der Lichtquelle, die in dem Gehäuse enthalten ist, durch die Linse hindurch fällt. Die Linse des Scheinwerfers weist ein Polycarbonat und ein Photolumineszenzmaterial auf. Die Kombination des Linsenmaterials und der Lichtquelle gemäß vorliegender Erfindung stellt eine Verschiebung in der Strahlchromatizität zu einem ansprechenden Scheinwerferilluminationsstrahl zur Verfügung, wobei die Lichtquelle und das Material der Linse so ausgewählt werden, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht in der Chromatizität modifiziert wird, wenn es durch die Linse hindurch fällt, so dass der Illuminationslichtausstoß des Scheinwerfers eine mittlere x-Chromatizitätskoordinate von 0,345 bis 0,405 hat. Der emittierte Strahl hat eine legale Farbe und Intensität, wie durch SAE J578 (Farbe/Chromatizitäts)- und SAE J1383 (Intensitätsverteilungs)-Standards definiert. Die Beleuchtungsleistung kann auch in einer solchen Art und Weise verbessert werden, dass Blendung reduziert und Helligkeit verbessert wird, oder ein Strahl erzeugt wird, der die Sichtbarkeit der Straße bei Nacht für das menschliche Auge erhöht.

Noch ein weiterer erfindungsgemäßer Gesichtspunkt ist eine Linse mit einem gegossenen Körper zur Verfügung zu stellen, die eine im Allgemeinen konkave äußere Oberfläche hat, eine im Allgemeinen flache oder konvexe innere Oberfläche und eine Kantenoberfläche. Der Formkörper der Linse wird aus einer Zusammensetzung geformt, aufweisend Polycarbonat und ein Photolumineszenzmaterial. Weißes Licht von einer Lichtquelle wird durch die Linse geleitet und resultiert in Emission aus dem Photolumineszenzmaterial. Die Emission aus dem Photolumineszenzmaterial wird dann aus der Linse heraus durch Rillen oder Vorsprünge, die auf der inneren Oberfläche gebildet wurden, gerichtet.

Weiterhin ist es ein weiterer erfindungsgemäßer Gesichtspunkt, ein Verfahren zur Veränderung der Chromatizität eines Autoscheinwerfers zur Verfügung zu stellen. Das Verfahren beinhaltet die Schritte der Auswahl eines Teils eines Scheinwerferaufbaus, aufweisend eine Lichtquelle und ein Gehäuse, wobei die Lichtquelle eine erste Chromatizität hat. Als nächstes wird man eine Linse auswählen, aufweisend ein Polycarbonat, Fluoreszenzfarbstoff und möglicherweise Nicht-Fluoreszenzfarbstoff. Als letztes wird man diese Linse in dem Teil des Scheinwerferaufbaus befestigen, so dass Licht, das aus der Lichtquelle emittiert wird, durch die Linse hindurch passiert, um einen leuchtenden Scheinwerferausstoß zu bilden, wobei die Zusammensetzung der Linse so ausgewählt wird, dass die erste Chromatizität modifiziert wird, so dass der leuchtende Scheinwerferausstoß eine zweite Chromatizität hat, die von der ersten Chromatizität verschieden ist, und die zweite Chromatizität eine mittlere x-Chromatizitätskoordinate von 0,345 bis 0,405 hat.

1 zeigt eine Lampenlinse, die in Autoscheinwerfern verwendet wird.

2 zeigt eine Explosionszeichnung eines Autoscheinwerfers.

3 zeigt ein Schema eines Scheinwerfers, wo Design-Charakteristiken in der Linse, wie z.B. Rillen und Vorsprünge, einen Teil der Emission aus dem Photolumineszenzmaterial in Richtung des Reflektoraufbaus zurückwerfen.

4 zeigt ein Schema eines Scheinwerfers, wo eine reflektierende Schicht das Licht, das in die Richtung der äußeren Kante der Linse emittiert wird, zurück in die Linse reflektiert.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Autoscheinwerfer zur Verfügung, aufweisend ein Gehäuse zur Aufnahme einer Lichtquelle, eine Lichtquelle, eine äußere Linse, die an dem Gehäuse befestigt und so angebracht ist, dass das Licht aus der Lichtquelle, die in dem Gehäuse enthalten ist, durch die Linse hindurch fällt. Die Linse des Scheinwerfers weist ein Polycarbonat und ein Photolumineszenzmaterial auf. Die Kombination des Linsenmaterials und der Lichtquelle gemäß vorliegender Erfindung stellt eine Verschiebung in der Strahlchromatizität für einen ansprechenderen Scheinwerferilluminationsstrahl zur Verfügung, wobei die Lichtquelle und das Material der Linse so ausgewählt werden, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht in der Chromatizität modifiziert wird, wenn es durch die Linse hindurch fällt, so dass der Illuminationslichtausstoß des Scheinwerfers eine mittlere x-Chromatizitätskoordinate von 0,345 bis 0,405 hat. Der emittierte Strahl hat eine legale Farbe und Intensität, wie durch SAE J578 (Farbe/Chromatizitäts)- und SAE J1383 (Intensitätverteilungs)-Standards definiert. Die Beleuchtungsleistung kann auch in einer solchen Art und Weise verbessert werden, dass Blendung reduziert und Helligkeit verbessert wird oder ein Strahl erzeugt wird, der die Sichtbarkeit der Straße bei Nacht für das menschliche Auge erhöht.

Die Linse weist einen Formkörper auf, der im Allgemeinen eine konkave äußere Oberfläche, eine flache oder konvexe innere Oberfläche und eine Kantenoberfläche hat, wobei der Formkörper aus einer Zusammensetzung geformt ist, aufweisend Polycarbonat und ein Photolumineszenzmaterial. Licht, welches Licht einer Wellenlänge innerhalb des Anregungsspektrums des Photolumineszenzmaterials beinhaltet, wird teilweise absorbiert und teilweise durchgelassen. Das absorbierte Licht wird zumindest teilweise (abhängig von der Quantenausbeute der Lumineszenz) als Licht einer höheren Wellenlänge emittiert (als ein Ergebnis einer Stokes-Verschiebung) und wird zu einem wesentlichen Ausmaß an die Kantenoberfläche der Linse geleitet und kann dadurch einen gefärbten optischen Effekt an der Kante der Linse erzeugen. So wie in der Beschreibung und den Ansprüchen dieser Anmeldung verwendet, bedeutet die Bezeichnung „wesentliches Ausmaß" eine Menge die wirksam ist, um einen sichtbaren optischen Effekt zu erzeugen. Allgemein wird zumindest 10% des durch Photolumineszenz emittierten Lichtes durch das innere der Linse zu den Kanten geleitet, vorzugsweise zumindest 30%. Dies wird in Polycarbonatlinsen und Einfassungen erreicht, da der hohe Brechungsindex in einer signifikanten Menge an innerer Reflektion resultiert.

Linsen für Autoscheinwerfer müssen verschiedene Standards erfüllen. Die Linsen der vorliegenden Erfindung emittieren Licht aus einem Autoscheinwerfer, das eine legale Farbe und Intensität hat, wie durch den SAE J578 (Farbe/Chromatizitäts)- und SAE J1383 (Intensitätsverteilungs)-Standard definiert. Die Lichtleistung kann auch in einer solchen Art und Weise verbessert werden, dass Blendung reduziert und Helligkeit erhöht wird oder ein Strahl erzeugt wird, der die Sichtbarkeit der Straße bei Nacht für das menschliche Auge erhöht. Scheinwerfer, die unter Verwendung dieser Erfindung hergestellt werden, können z.B. eine Niedrigpreis-Alternative für die teuren Hochintensitätsentladungs-(HID)-Lampen bezüglich der Lichtleistung sein, während mehr Komfort für den Fahrer zur Verfügung gestellt wird, aber auch für die Autos auf der anderen Seite der Straße, da der blendende Blendeffekt von HID-Lampen nicht beobachtet wird. Zusätzlich zur Lichtleistung können die Scheinwerfer auch ein anderes ästhetisches Aussehen zeigen, indem akzentuierende Merkmale in der äußeren Linse erzeugt werden, was Produktdifferenzierung ermöglicht. Diese Merkmale werden durch Erzeugen einer Synergie zwischen der äußeren Linse und der Birne erhalten. Die erfindungsgemäßen Linsen werden aus einem Polycarbonat und einem oder mehreren Photolumineszenzmaterialien gebildet. So wie in der Beschreibung und den Ansprüchen dieser Anmeldung verwendet, betrifft die Bezeichnung „Photolumineszenzmaterial" jede Substanz, die Photolumineszenz als Antwort auf Anregungsenergie zeigt, die von Umgebungslicht (Sonnenlicht, Raumlicht oder anderen künstlichen Lichtquellen) zur Verfügung gestellt wird, einschließlich ohne Einschränkung organischen Verbindungen, welche sich in der Kunststoffpolymermatrix während der Kompoundierungsoperation lösen, organischen Nanopartikelfarbstoffen (auch bekannt als „Nano-Färbemittel") und anorganischen Photolumineszenzmaterialien, einschließlich Nanopartikeln. Photolumineszenz tritt auf, wenn eine Substanz Strahlung einer gewissen Wellenlänge absorbiert und Photonen reemittiert, allgemein bei einer anderen und längeren Wellenlänge. Wenn ein Photolumineszenzmolekül Licht absorbiert, werden Elektronen auf einen höheren „angeregten" Energiezustand angeregt. Das Molekül verliert einen Teil seines Überschusses an Energie durch Kollisionen und innere Engergieübergänge und fällt auf das niedrigste Vibrationsniveau des angeregten Zustandes. Von diesem Niveau kann das Molekül in jedes der Vibrationsniveaus des Grundzustandes zurückkehren, wobei seine Energie in der Form von Photolumineszenz emittiert wird. Photolumineszenz ist ein allgemeiner Ausdruck, der sowohl Fluoreszenz als auch Phosphoreszenz umfasst. In der vorliegenden Erfindung sind die Photolumineszenzmaterialien aufgrund der höheren Quantenausbeute im Gegensatz zu anderen Arten von Photolumineszenzprozessen vorzugsweise organische Fluoreszenzfarbstoffe, die mit Fluoreszenz assoziiert sind. Vorzugsweise wird der organische Fluoreszenzfarbstoff so ausgewählt, dass er eine Quantenausbeute der Fluoreszenz von zumindest 0,7, stärker bevorzugt zumindest 0,8 und besonders bevorzugt zumindest 0,9 hat. Typischerweise ist die Emission durch Fluoreszenz ein extrem kurzes Phänomen, das allgemein zwischen 10^-4 und 10^-9 Sekunden dauert.

Spezifische, nicht-einschränkende Beispiele für Fluoreszenzfarbstoffe, die in den erfindungsgemäßen Gegenständen verwendet werden können, sind Perylen-Derivate, Anthrazen-Derivate, Indigoid- und Thioindigoid-Derivate, Imidazol-Derivate, Naphtalimid-Derivate, Xanthene, Thioxanthene, Coumarine, Rhodamine oder 2,5-Bis(5-tert-butyl-2-benzoxazolyl)thiophen, sowie all ihre Derivate und Kombinationen daraus. Im Allgemeinen werden sehr geringe Beladungen an Farbstoffen, z.B. weniger als 1,0% verwendet, um den in dieser Erfindung beschriebenen Effekt zu erzeugen. In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, ein fertiges Objekt mit dem erfindungsgemäßen Effekt zu haben, jedoch mit nahezu keiner sichtbaren Farbe (z.B. eine „klare" Wasserflasche). In diesen Fällen kann die Fluoreszenzfarbstoffbeladung extrem gering sein, manchmal so niedrig wie 0,0001%. Mit Ausnahme der blau/violetten Farben und möglicherweise einigen grünen ist die Fluoreszenzfarbstoffbeladung, um das „klare" Aussehen zu erreichen, üblicherweise niedriger als 0,0005 Gew.-%, z.B. von 0,0001% bis 0,0003 Gew.-%, was genug ist, um einen sehr bemerkenswerten optischen Effekt an den Kanten des Gegenstandes zu erzeugen. Bei den blau/violetten Farben ist die Fluoreszenzfarbstoffbeladung signifikant höher aufgrund der Tatsache, dass sich das meiste seiner Absorption im UV-Bereich befindet. Typischerweise ist die Fluoreszenzfarbstoffbeladung in diesem Fall zwischen 0,005% bis 0,5 Gew.-%, wobei 0,01% bis 0,2% bevorzugt und 0,03% bis 0,1% besonders bevorzugt sind. Nano-Färbemittel können durch verschiedene Verfahren erhalten werden und kombinieren üblicherweise die Vorteile von sowohl Farbstoffen als auch Pigmenten. Ihre Lichtbeständigkeit im Vergleich zu korrespondierenden Farbstoffmolekülen ist üblicherweise stark verbessert. Da ihre Teilchengröße allgemein geringer als 100 Nanometer ist, vorzugsweise weniger als 50 nm und stärker bevorzugt weniger als 10 nm, streuen sie Licht im Gegensatz zu den meisten Pigmenten, die zum Färben von Kunststoffen verwendet werden, nicht.

Nano-Färbemittel können durch verschiedene Verfahren erhalten werden. Zum Beispiel können Farbstoffmoleküle zu Nano-Färbemitteln konvertiert werden, indem sie auf einem Nano-Tonteilchen absorbiert werden (mit oder ohne Erzeugen einer chemischen Bindung zwischen dem Nano-Ton und dem Farbstoff) oder durch Nano-Verkapselung in einer Polymermatrix (üblicherweise Acrylpolymer). Es sei bemerkt, dass das Einkapselungsverfahren üblicherweise Emulsionspolymerisation beinhaltet, um sphärische Nano-Teilchen aus Polymer zu bilden, in welchen der Farbstoff dispergiert ist. Nano-Färbemittel können fluoreszent sein, wenn das Farbstoffmolekül (oder die anorganische Verbindung), die verwendet wird, um das Nano-Färbemittel herzustellen, fluoreszent ist. Spezifische, nicht-einschränkende Beispiele für Fluoreszenzfarbstoffe, die eingesetzt werden können, um Nano-Färbemittel zu bilden, die in den erfindungsgemäßen Gegenständen verwendet werden, sind Perylen-Derivate, Anthracen-Derivate, Indigoid- und Thioindigoid-Derivate, Imidazol-Derivate, Naphtalimid-Derivate, Xanthene, Thioxanthene, Coumarine, Rhodamine oder 2,5-Bis(5-tert-butyl-2-benzoxazolyl)thiophen und alle ihre Derivate. Anorganische Nanoteilchen können auch in Nano-Färbemitteln verwendet werden, obwohl ihr Extinktionskoeffizient üblicherweise ziemlich gering ist. Beispiele für fluoreszierende anorganische Nanoteilchen beinhalten, sind aber nicht eingeschränkt auf, Lanthanid-Komplexe und -Chelate (z.B. Europium-Chelate). Es sei bemerkt, dass einige dieser anorganischen Nano-Färbemittel eine größere Stokes-Verschiebung als organischer Fluoreszenz-Farbstoff zeigen können, d.h. Licht bei einer viel längeren Wellenlänge als die Anregungswellenlänge emittieren.

Der (Die) Fluoreszenz-Farbstoff(e), der (die) in der Formulierung der erfindungsgemäßen Linsen verwendet wird (werden), können mit Nicht-Fluoreszenz-Farbstoffen kombiniert werden, um die Chromatizität der Kantenfarbe unter Tageslichtbeleuchtung zu verändern, oder wenn die Birne an ist (zur Nachtzeit). Nicht-Fluoreszenz-Farbstoffe können ausgewählt werden aus, sind aber nicht eingeschränkt auf, die folgenden Familien: Azo-Farbstoffe, Methin-Farbstoffe, Pyrazolone, Chinophthalone, Perinone, Anthrachinone, Phthalocyanine und all ihre Derivate. Die Auswahl des Farbstoffes sollte die Synergie zwischen der verwendeten Birne und der Linse maximieren. In anderen Worten muss das Licht, das durch die Birne emittiert wird (z.B. eine Halogenbirne) durch die Linse in einer solchen Art und Weise transformiert werden, dass die gewünschte Farbe des visuellen Effekts mit der maximalen Stärke erhalten wird, während die Strahlfarbe mit den SAE-Erfordernissen (weißer Farbstrahl) übereinstimmt. Durch Erzeugen einer Synergie zwischen der Birne und den Farbstoffen in der Linse kann die Strahlintensität, ausgedrückt durch die Candela-Erfordernisse, und der Gesamtlichtstrom in dem Scheinwerfer kontrolliert werden. Zusätzlich ist es auch möglich, die Strahlfarbe innerhalb des erlaubten Designraums maßzuschneidern, der durch die SAE in dem CIE 1931-Chromatizitätsdiagramm definiert ist. Z.B. kann eine Kombination aus blauer Linse/Halogenbirne einen saubereren (oder „weißeren") Strahl im Vergleich zu einer „natürlichen" Linse ergeben. Das menschliche Auge nimmt diesen Unterschied als eine bessere Lichtleistung wahr. Es muss bemerkt werden, dass diese „weißere" Beleuchtung ein Schlüsselmerkmal von Xenonbirnen (d.h. HID-Lampen) ist, diese Lampen aber für die unangenehme Blendung bekannt sind, die von Fahrern erfahren wird, die auf der anderen Seite der Straße ankommen. Die Kombination aus blauer Linse/Halogenbirne zeigt nicht nur einen sehr bemerkenswerten blauen optischen Effekt, sondern stellt auch einen Strahl mit einer „weißeren" Farbe zur Verfügung, was eine Beleuchtungsleistungsverbesserung im Vergleich zu einer Kombination Linse/Halogenbirne mit „natürlicher" Farbe darstellt. Es sei bemerkt, dass der weißere Strahl, der mit der Halogenbirne erzeugt wird, nicht die gleiche Blendungswirkung erzeugt, wie sie mit HID-Lampen beobachtet wird. Die fertige Kombination aus äußerer Linse/Birne wird so ausgelegt, dass eine Strahlfarbe innerhalb der folgenden Grenzen, wie sie durch die CIE 1931-Chromatizitätskoordinaten definiert werden, zur Verfügung gestellt und vorzugsweise unter Verwendung von spektrophotometrischen Verfahren gemessen werden, wie sie in dem ASTM-Standard E308-66 präsentiert werden:

x = 0,31 (blaue Grenze)

x = 0,50 (gelbe Grenze)

y = 0,15 + 0,64x (grüne Grenze)

y = 0,05 + 0,75x (violette Grenze)

y = 0,44 (grüne Grenze)

y = 0,38 (rote Grenze)

Die in der Linsenzusammensetzung verwendeten Farbstoffe haben geeigneterweise eine Wärmestabilität von über 300°C, wobei 320°C bevorzugt ist und 350°C für Automobilanwendungen stärker bevorzugt ist. Niedrigere oder höhere Temperaturen können in anderen Anwendungen erforderlich sein, abhängig von den Wärmecharakteristiken der Lampe, die mit der Linse eingesetzt wird. Es ist wichtig, eher organische Farbstoffe als Pigmente zu verwenden, und insbesondere eher als anorganische Pigmente. Der Grund ist, dass Pigmente die Tendenz haben, Licht zu streuen und demzufolge Trübung in den geformten Linsen erhöhen. Pigmente, die entweder vollständig in der Polycarbonatzusammensetzung löslich sind oder in Teilchen dispergieren, die nicht signifikant Licht streuen, können bei einer sehr niedrigen Beladung akzeptabel sein.

Die Polycarbonatkomponente der erfindungsgemäßen Linsen beinhaltet Zusammensetzungen mit Struktureinheiten der Formel (I) und einem Polymerisationsgrad von zumindest 4:

Polycarbonate können hergestellt werden durch die Reaktion von Dihydroxyverbindungen, wobei lediglich ein Atom A¹ und A² trennt. So wie hier verwendet beinhaltet die Bezeichnung „Dihydroxyverbindung" z.B. Bisphenolverbindungen mit der allgemeinen Formel (III) wie folgt:

Einige anschauliche, nicht-einschränkende Beispiele für geeignete Dihydroxyverbindungen beinhalten zweiwertige Phenole und die dihydroxysubstituierten aromatischen Kohlenwasserstoffe, wie z.B. solche, die durch Name oder Formel (generisch oder spezifisch) in US-Patent Nr. 4 217 438 offenbart sind. Eine nichtausschließliche Liste von spezifischen Beispielen dieser Arten von Bisphenolverbindungen, die durch Formel (III) repräsentiert werden, beinhaltet das Folgende: 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)methan, 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)ethan, 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan (hier im Folgenden „Bisphenol A" oder „BPA"), 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)butan, 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)octan, 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)propan, 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)-n-butan, Bis(4-hydroxyphenyl)phenylmethan, 2,2-Bis(4-hydroxy-1-methylphenyl)propan, 1,1-Bis(4-hydroxy-t-butylphenyl)propan, Bis(hydroxyaryl)alkane, wie z.B. 2,2-Bis(4-hydroxy-3-bromphenyl)propan, 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclopentan, 4,4''-Bisphenol und Bis(hydroxyaryl)cycloalkane, wie z.B. 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexan und ähnliches, sowie Kombinationen, aufweisend zumindest eine der vorhergehenden Bisphenolverbindungen.

Es ist auch möglich, Polycarbonate zu verwenden, die aus der Polymerisation von zwei oder mehr verschiedenen zweiwertigen Phenolen resultieren, oder ein Copolymer aus einem zweiwertigen Phenol mit einem Glykol oder mit einem hydroxy- oder säureterminierten Polyester oder mit einer zweiwertigen Säure oder mit einer Hydroxysäure oder mit einer aliphatischen Disäure in dem Fall eines Carbonatcopolymeren, eher als dass ein Homopolymer zur Verwendung erwünscht ist. Allgemein haben geeignete aliphatische Disäuren etwa 2 bis 40 Kohlenstoffe. Eine bevorzugte aliphatische Disäure ist Dodecandisäure.

Die Polycarbonatkomponente kann auch verschiedene Additive beinhalten, die gewöhnlich in Harzzusammensetzungen dieser Art eingebracht werden. Solche Additive sind z.B. Füller oder Verstärkungsmittel, Wärmestabilisatoren, Antioxidantien, Lichtstabilisatoren, Weichmacher, Antistatikmittel, Entformungsmittel, zusätzliche Harze und Blasmittel. Kombinationen von jedem der vorhergehenden Additive können verwendet werden. Solche Additive können zu einer geeigneten Zeit während des Vermischens der Bestandteile zur Bildung der Zusammensetzung zugemischt werden.

Die äußere Linse wird üblicherweise durch Spritzgießen einer Polycarbonatharzzusammensetzung in einer kompoundierten Form hergestellt. Die Polycarbonatformulierung wird üblicherweise in einem Extruder kompoundiert, um geeignete Vermischung der Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen. Obwohl die Verwendung eines Einschrauben-Extruders denkbar ist, wird üblicherweise ein Zwillingsschrauben-Extruder bevorzugt, um die Vermischung zu optimieren und die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von streuenden Teilchen im Endprodukt zu reduzieren, oder einfach die Möglichkeit von nachfolgenden Merkmalen zu vermeiden, die aus ungelösten Färbemitteln mit hohem Schmelzpunkt stammen können, wie z.B. einigen Perylenderivaten (Schmelzpunkt um 300°C). Obwohl die Polycarbonatzusammensetzung im Allgemeinen lichtstabilisiert ist und die Linse mit einer UV-absorbierenden Beschichtung beschichtet wird, ist es wichtig, Farbstoffe zu verwenden, die verbesserte Lichtbeständigkeit und Wärmebeständigkeit kombinieren. Gute Beispiele für Fluoreszenzfarbstoffe mit einer verbesserten Lichtbeständigkeit und hoher Wärmestabilität sind die Perylenderivate, wie das Lumogen Orange F-240, Lumogen Rot F-300 und Lumogen Gelb F-083, geliefert von BASF.

Um die extrem geringe Menge an Farbstoffen besser zu kontrollieren, die in die Formulierung eingebracht wird, und daher eine bessere Farbkontrolle der Linse zu haben, wird die Verwendung von volumetrischen oder gravimetrischen Dosierern stark empfohlen. Die Dosierer können entweder eine Absenkung des Konzentrats in Polycarbonatharzpulver (vorzugsweise gemahlenes Pulver) zuführen, oder einen bereits kompoundierten (extrudierten) Farbmasterbatch in einer Pelletform zuführen. Die Farbbeladung in der Absenkung oder die Konzentration des Masterbatches hängt von der Dosiererfähigkeit ab und insbesondere der Zufuhrgeschwindigkeit. Im Allgemeinen variiert die Pulverabsenkung zwischen 10:1 und 10 000:1-Verhältnissen von Färbemitteln (d.h. Farbstoff) zu Pulver. Farbstoffmischungen können auch in einer abgesenkten Form verwendet werden und von einer einzelnen Zuführung zugeführt werden, obwohl es nicht das am stärksten bevorzugte Verfahren ist. Schlechte Farbkontrolle kann möglicherweise in Linsen resultieren, die nicht für die Scheinwerferanwendung geeignet sind, d.h. Strahlfarbe oder Lichtausstoß nicht in Übereinstimmung mit dem SAE-Standard.

Man kann Linsen erzeugen, die spezifisch mit der Lichtquelle interagieren, um farbige visuelle Effekte zu erzeugen, während die unbequeme Blendung reduziert wird. Dies kann z.B. erhalten werden durch Verwendung einer Linse, die einen Fluoreszenzfarbstoff in einer solchen Art enthält, dass ein Teil des blauen Lichtes, das für die unbequeme Blendung verantwortlich ist, zu höheren Wellenlängen verschoben wird, wo das menschliche Auge eine geringere spektrale Empfindlichkeit hat. Zum Beispiel sind die spektralen Charakteristiken eines gelben Fluoreszenzfarbstoffes, wie des BASF Lumogen Gelb F-083, oder eines roten Fluoreszenzfarbstoffes, wie des Lumogen Rot F-300 so, dass sie die Strahlfarbe in Richtung von Gelb bzw. Rot verschieben, was den Strahl weniger „blau" aussehen lässt und daher bequemer für entgegenkommende Fahrer anzuschauen macht. Andere Kombinationen von Linsen mit optischen Effekten mit weniger üblichen Birnen als Halogen können maßgeschneiderte ästhetische Effekte an Fahrzeugen zur Verfügung stellen, aber auch maßgeschneiderte Beleuchtungsleistung. Ein Beispiel wäre, eine Linse zu verwenden, die einen Fluoreszenzfarbstoff enthält, der Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Bereiches absorbiert (d.h. unterhalb 380 nm) und im sichtbaren reemittiert, in Kombination mit einer UV-reichen Lichtquelle (wie z.B. einer HID-Birne). Diese würde zu einer Erhöhung der sichtbaren Intensität des Strahls im Vergleich zur Emission aus der natürlichen Linse umgewandelt werden und möglicherweise eine Reduktion der notwendigen Spannung zulassen, wodurch einige Batterieleistung gespart werden könnte. Weiterhin kann man nicht-photolumineszente Farbstoffe zu der Polycarbonatzusammensetzung zufügen, um die Chromatizität der Lichtquelle weiter zu verschieben und eine gewünschte Chromatizität für den Scheinwerferilluminationsstrahl herzustellen.

Unter Verwendung dieser Erfindung kann man eine Verschiebung in der Strahl-Chromatizität der Lichtquelle erzeugen. Man kann die Zusammensetzung von Farbstoffen auswählen (d.h. photolumineszent und nicht-photolumineszent), wenn man festlegt, welche Lichtquelle verwendet wird, um einen Illuminationsstrahlausstoß der Lampe herzustellen, der eine legale Farbe oder nicht legale Farbe hat, bestimmt durch SAE-Erfordernisse. Es soll bemerkt werden, dass die meisten europäischen Länder, sowie Länder wie Japan, China, usw., keine Scheinwerfer erfordern, die mit SAE-Erfordernissen vereinbar sind. Demzufolge ist diese Erfindung nicht allein auf SAE-Standards beschränkt. Es ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, dass die Lichtquelle, die verwendet wird, eine hochintensive Halogenlichtquelle ist, nämlich eine Halogen-Infrarot-Reflektionsbirne. Es ist ein Ziel dieser Ausführungsform, dass der Scheinwerferilluminationsausstoß eine x-Chromatizität innerhalb der zulässigen Grenzen, wie durch SAE-Erfordernisse vorgeschlagen, zur Verfügung stellt.

1 zeigt eine Ausführungsform einer Linse für den Scheinwerfer in Übereinstimmung mit der Erfindung. Die Linse hat eine äußere Oberfläche 10, die eine allgemein konvexe Krümmung hat und eine gegenüberliegende rückwärtige Oberfläche 11, die flach oder konkav sein kann. Die Gesamtdicke der Linse an ihrer Kante 12 ist in dem Bereich von 0,5 bis 10 mm, z.B. 3,0 mm. Der Mittelteil der Linse kann dicker oder dünner als die Kantendicke sein, vorausgesetzt, dass die strukturelle Integrität aufrecht erhalten wird (die notwendige Dicke wird zu einigem Ausmaß von den anderen Abmessungen der Linse abhängen) und kann als Ergebnis der Bildung von Rippenlinien 13 variabel sein, die in die Oberfläche geschnitten sind. Designmerkmale in der äußeren Oberfläche der Linse können Vorsprünge oder Vertiefungen sein. V-Formen sind für Vertiefungen üblicherweise bevorzugt. Vorsprünge haben vorzugsweise quadratische Oberteile, jedoch sind runde Oberteile ebenfalls möglich. Die Gesamtform der Linse kann ein abgerundetes Rechteck wie gezeigt sein, oder sie kann rund oder oval sein oder jede andere geeignete Form haben, um mit einer speziellen Lampe verwendet zu werden. Zum Beispiel kann sich für einige Autoscheinwerferanwendungen die Linse um die vordere Ecke des Fahrzeugs herum erstrecken, so dass sie Teile sowohl der Front- als auch der Seitenoberflächen des Fahrzeuges umspannt.

Die erfindungsgemäßen Linsen können entweder direkt oder indirekt an dem Scheinwerfergehäuse befestigt sein. Die vorliegende Erfindung kann auch auf andere Anwendungen als Scheinwerferlinsen übertragen werden, wie z.B. Lichtausrüstung, wo eine synergistische Kombination von Lichtquelle und äußerer Linse mit optischem Effekt neue ästhetische Lösungen mit vergleichbarer oder verbesserter Lichtleistung anbietet.

Die erfindungsgemäßen Linsen können mit einer Oberflächenbeschichtung behandelt werden, um ihre Eignung für eine spezifische Anwendung zu verbessern. Z.B. ist es im Falle von Linsen für Autoscheinwerfer üblich, eine Überzugsbeschichtung aus einem UV-Absorber zur Verfügung zu stellen, um die Lebensdauer des anderenfalls UV-empfindlichen Polycarbonats zu verbessern. Solche UV-Schutzbeschichtungen können aus auf Acryl oder Silikon basierenden Polymeren, enthaltend UV-Stabilisatoren, hergestellt werden und werden üblicherweise durch Dampfablagerung oder chemische Ablagerung aufgebracht. Die Beschichtung wird üblicherweise auf der äußeren Oberfläche und Kanten aufgebracht, kann aber falls erwünscht auf das vollständige Äußere der Linse aufgebracht werden. Die erfindungsgemäßen Linsen können auch in anderen Umgebungen verwendet werden, z.B. um dekorative Effekte in der Poolbeleuchtung zur Verfügung zu stellen. In diesem Fall wird eine chemisch beständige Beschichtung verwendet, um das Polycarbonat vor dem Abbau durch Poolchemikalien zu schützen. Alternativ kann eine chemisch beständige Polycarbonatformulierung verwendet werden. 2 zeigt eine Explosionszeichnung eines Scheinwerfers. Der Scheinwerfer hat ein Gehäuse 22, das einen Reflektorbauteil 25, eine Lichtquelle 26 und einen elektrischen Anschluss 21 zum Anschließen an das elektrische System eines Fahrzeuges enthält. Eine Einfassung 27 und eine Linse 23 werden auf dem Äußeren des Gehäuses angebracht, so dass Licht, welches das Gehäuse verlässt, durch die Einfassung und die Linse hindurch fällt. Eines oder beide von Einfassung 27 und Linse 23 können in Übereinstimmung mit der Erfindung aus Polycarbonat hergestellt sein, das ein Photolumineszenzmaterial enthält. Wenn die Einfassung und die Linse 23 einen organischen Fluoreszenzfarbstoff enthalten, kann der Farbstoff der gleiche sein oder er kann verschieden sein, um einen Zweifarb-Effekt zur Verfügung zu stellen. Man wird einsehen, dass 2 ein spezielles Scheinwerferdesign zeigt und dass verschiedene Alternativen zur aktuellen Form und Struktur existieren. Z.B. kann die Einfassung weggelassen werden und das Gehäuse und der Reflektor können eine einzelne Komponente sein.

Während wesentliche Verbesserung in der Strahlchromatizität erreicht werden kann, indem das Licht einfach durch die Linse hindurch fällt, ist es möglich, die Strahlchromatizität weiter zu verbessern, indem aktiv einiges oder alles des durch das photolumineszierende Material emittierten Lichts in die Richtung des Lichtquellenstrahlmusters emittiert wird. Demzufolge ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Linse zur Verfügung zu stellen, welches dieses tut. Z.B. können Rillen oder Vorsprünge und andere Designmerkmale der Linse, wie z.B. Linsenkantenreflektoren, in einer solchen Art eingebracht werden, dass sie Licht, das aus der Photolumineszenz emittiert wird in die Richtung des Reflektorbauteils umleiten anstatt in die Linse. 3 zeigt Strahlendiagramm und Schema eines Scheinwerfers in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform. Der Scheinwerfer umfasst Designcharakteristika, die sich auf der rückseitigen Oberfläche der Linse 23 befinden, wie z.B. Rillen 30 und Vorsprünge 32, die es Licht, welches durch das Photolumineszenzmaterial emittiert wurde, erlauben, der Linse in Richtung des Reflektorbauteils 25 zu entkommen. Das Reflektorbauteil 25 reflektiert dann das Licht, welches durch das Photolumineszenzmaterial emittiert wird, und ermöglicht das Entkommen aus der Linse, als wenn es durch die Lichtquelle 26 erzeugt würde. Dieses durch das Photolumineszenzmaterial erzeugte Licht hat üblicherweise eine andere mittlere Chromatizität als das Licht, das durch die Lichtquelle 26 erzeugt wird. Demzufolge ist der Effekt eine weitere Verschiebung der Scheinwerferilluminationschromatizität.

3 und 4 zeigen eine Lichtquelle 26, ein Reflektorbauteil 25 und eine Linse 23 unter anderen Dingen. Licht, das durch die Lichtquelle 26 erzeugt wird, ist mit Pfeilen mit offenen Enden zwischen der Linse und dem Reflektorbauteil 25 dargestellt. Etwas von dem durch die Lichtquelle 26 erzeugten Licht trifft die Linse 23 in einem solchen Winkel, dass es durch Linse zu dem Äußeren des Scheinwerfers hindurch fällt. Dies wird durch die Pfeile mit offenen Enden in dem Illuminationsstrahl 31 gezeigt. Licht kann, wenn es durch die Linse 23 hindurch fällt, mit dem in der Linse 23 enthaltenden Photolumineszenzmaterial Wechselwirken. Das Photolumineszenzmaterial wird dann Licht emittieren, das, abhängig von der Richtung relativ zur Linsenoberfläche, entweder entkommt oder innerhalb der Linse 23 weitergeleitet wird. Etwas von diesem Licht kann durch die Linse 23 zu dem äußeren Teil der Linse 23 gerichtet sein und einen dekorativen Kanteneffekt 33 wie in 3 dargestellt erzeugen. Alternativ kann zugelassen werden, dass etwas von dem durch das Photolumineszenzmaterial emittierten Licht die Linse über Vorsprünge 32 und Rillen 30 in Richtung des Reflektorbauteils 25 verlässt. Das Licht, dem erlaubt wurde, die Linse über die Rillen 30 und die Vorsprünge 32 zu verlassen, wird in 3 und 4 als abwärts zeigende Pfeile mit dunklen Enden dargestellt. Die Designmerkmale, nämlich Rillen 30 und Vorsprünge 32, befinden sich auf der inneren Oberfläche der Linse 23. Sie erzeugen Austrittsstellen für das Licht, das durch den Photolumineszenzmaterialeffekt emittiert wird und verringern demzufolge die Menge an Licht, die innerhalb der Linse 23 geleitet wird. Das Licht, das durch die Photolumineszenz innerhalb der Linse 23 erzeugt wird, dem erlaubt wird, die Linse 23 zu verlassen, wird dann mit dem Austrittsstrahl der Lichtquelle 26 durch den Reflektor 25 kombiniert. Dies wird in 3 und 4 als aufwärts zeigende Pfeile mit dunklem Ende in Kombination mit den Pfeilen mit offenem Ende dargestellt. Dies hat den Effekt der weiteren Verschiebung der Strahlchromatizität des Austrittsstrahls von Lichtquelle 26, da das Licht, das durch das Photolumineszenzmaterial emittiert wird, üblicherweise eine andere mittlere Chromatizität hat als der Ausstoß der Lichtquelle 26. Etwas von diesem reflektierten Photolumineszenzlicht passiert dann durch die Linse 23 und wird in den Illuminationsstrahl 31 des Scheinwerfers eingebracht.

4 zeigt noch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform. Zusätzlich zu den Linsendesignmerkmalen aus 3, nämlich den Vorsprüngen 32 und Rillen 30, umfasst 4 einen Kantenreflektor 34. Der Kanteneffekt, der durch Licht erzeugt wird, welches aus dem Photolumineszenzmaterial emittiert wird, kann weiterhin durch die Verwendung eines Kantenreflektors 34 an der Linse zurück in die Linse 23 gerichtet werden. Demzufolge umfasst zusätzlich zu 3 der Scheinwerfer aus 4 weitere Designcharakteristika in der Linse 23, welche Kantenreflektoren 34 sind, die zumindest einen Teil des Lichtes reflektieren, das durch die Linse 23 geleitet wird, welches die Kante erreicht. 4 zeigt ein vereinfachtes Schema eines Scheinwerfers, bei dem das Licht, welches in Richtung der äußeren Kante gerichtet ist, durch Kantenreflektoren 34 zurück in die Linse reflektiert wird. Der Kantenreflektor 34 ist eine Reflektionsschicht, die allgemein eine Beschichtung ist, basierend auf weißen anorganischen Pigmenten, wie z.B. BaSO₄, TiO₂, ZnO oder Glimmer. Metallische Beschichtungen (wie z.B. solche, die auf Aluminium, Silber oder anderen hochreflektierenden Metallen oder Legierungen basieren) sind ebenfalls möglich. Der Kantenreflektor 24 kann auch aus einem thermoplastischen Material hergestellt sein, enthaltend reflektierende Pigmente, wie z.B. TiO₂, BaSO₄, ZnO, Glimmer oder metallische Pigmente (einschließlich Aluminium, Silber oder andere Metalle und Legierungen, die ausreichende Reflektivität haben, um eine reflektierende Schicht zu bilden). Die reflektierende Schicht benötigt eine Reflektivität von zumindest 30%, vorzugsweise 50% und stärker bevorzugt 70%.

Es soll bemerkt werden, dass diese Ausführungsform der Erfindung nicht erfordert, dass der Kantenreflektor 34 an allen Kanten oder der vollständigen Kante der Linse 23 vorhanden ist. Der Kantenreflektor 34 kann lediglich einen Teil der Kante oder Kanten der Linsen bedecken. Weiterhin kann der Kantenreflektor 34 alle Kanten oder die vollständige Kante der Linse 23 bedecken. Demzufolge kann ein dekorativer Kanteneffekt 33 nach wie vor auch sogar dann erhalten werden, wenn die Verwendung eines Kantenreflektors 34 eingeschlossen ist. Weiterhin können die Verfahren, die in 3 und 4 gezeigt sind, um die Strahlchromatizität weiter zu verbessern, auf einer Fall-zu-Fall-Basis angewendet werden, abhängig von der Art der verwendeten Lichtquelle, der Illuminationsstrahlchromatizität, die erwünscht ist und der Menge an Kanteneffekt, die erwünscht ist. Zum Beispiel können die Designmerkmale in Autoscheinwerfern in einer solchen Art angewendet werden, dass die Gesamtstrahlphotometrie immer noch mit den SAE J1383- und SAE J578-Standards übereinstimmen.

Lichtquellen (oder Birnen) können in verschiedenen Kategorien klassifiziert werden: Standard-Halogen-, Hochintensitäts-Halogen-(d.h. Infrarotreflektions-Halogen-), Hochintensitätsgasentladungs- und Festphasenquellen sind unter diesen Klassifikationen. Der folgende Abschnitt detailliert solche Lichtquellen und ihre Technologien.

Eine Halogenlampe beinhaltet eine hermetisch verschlossene lichtdurchlässige Hülle und ein Wolframfilament innerhalb der Hülle. Eine Mischung wird in die Hülle eingebracht. Die Mischung beinhaltet Inertgas, eine Halogen enthaltende Verbindung und eine Verbindung, die dazu fähig ist, Sauerstoff zu gettern. Wenn Energie eingebracht wird, wird durch das strahlende Wolframfilament innerhalb der Hülle Licht im sichtbaren Bereich von Wellenlängen erzeugt.

Eine Halogenlampe hat eine röhrenförmige lichtdurchlässige Hülle, gebildet aus Hochtemperaturaluminosilikatglas, Quarz oder anderem transparentem Material. Ein Wolframfilament oder -spirale wird innerhalb der Hülle durch Einspeisedrähte, gebildet aus Molybdän, getragen, die sich durch eine handelsübliche Quetschdichtung erstrecken. Die Einspeisedrähte können sich von den entgegengesetzten Enden der Hülle her erstrecken, wie in einer doppelendigen Lampe, oder von dem gleichen Ende der Hülle her, wie in einer einendigen Lampe. Falls erwünscht können die Molybdän-Einspeisedrähte mittels Schweißen, Löten oder anderen geeigneten Mitteln an weniger teure Metalle mit gleichem oder größerem Durchmesser angeschlossen werden, um elektrische Verbindung für das Filament zur Verfügung zu stellen und die Lampe auch zu tragen. Die Einfuhrdrähte sind elektrisch mit einer Stromquelle über die Basis der Lampe verbunden, um der Lampe Energie zu zu führen.

Für Scheinwerfer und andere Verwendungen, bei denen es erwünscht ist, den Lichtausstoß der Lampe zu modifizieren, kann die Lampenhülle auf zumindest einer ihrer inneren und äußeren Oberflächen mit einer Beschichtung aus einem Filtermaterial beschichtet sein. Die Beschichtung filtert einen Teil der Strahlung aus dem Licht des Filaments, welches die Hülle verlässt, heraus. Im Falle einer „blauen" Lampe, wie z.B. für einen Scheinwerfer, filtert der Filter einen Teil des roten Lichts und des gelben Lichts, was einen blauen Anschein ergibt. Infrarotfilter und UV-Filter können ebenfalls verwendet werden. Die Lampenhülle kann ebenfalls mit Filtermaterial dotiert sein.

Hochintensitäts-Halogenlichtquellen sind üblicherweise doppelendige Wolfram-Halogen-IR-Lampen. Andere Wolfram-Halogen-IR-Lampen können ebenfalls verwendet werden, einschließlich einendigen Lampen. Die Lampe hat eine röhrenförmige lichtdurchlässige Hülle, gebildet aus Hochtemperaturaluminosilikatglas, Quarz oder anderem transparentem Material. Ein Wolframfilament oder -spirale wird innerhalb der Hülle durch Einspeisedrähte getragen, gebildet aus Molybdän, die sich durch eine handelsübliche Dichtung erstrecken. Die Einspeisedrähte können sich von einander gegenüberliegenden Enden der Hülle her erstrecken, wie es in doppelendigen Lampen der Fall ist, oder von dem gleichen Ende der Hülle her, wie in einer einendigen Lampe. Falls erwünscht können die Molybdän-Einspeisedrähte mittels Schweißen, Löten oder anderer geeigneter Mittel mit weniger teuren Metallen mit gleichem oder größerem Durchmesser verbunden werden, um elektrische Verbindung für das Filament zur Verfügung zu stellen und die Lampe auch zu tragen. Die Einspeisedrähte sind elektrisch mit einer Kraftquelle (nicht gezeigt) über die Basis der Lampe verbunden, um die Lampe mit Energie zu versorgen.

Eine Infrarotreflektions-Halogenbirne (HIR) ist eine Wolframfilament-Halogenbirne mit einer speziellen haltbaren Infrarotreflektionsbeschichtung, die auf die Birnenkapsel aufgebracht ist. Die Beschichtung macht die Birne wirksamer bei der Herstellung von Licht und dem Fokussieren von Wärmeenergie, die anderenfalls zurück auf dem Filament verloren gehen würde. Eine solche Beschichtung kann durch Mehrschichtdünnfilmtechnologie erzeugt werden, die IR-Wellenlängen zurück in Richtung auf das Filament reflektiert. Dieser Reflektionseffekt erlaubt, das Filament bei einer höheren Temperatur zu betreiben, während weniger elektrische Energie verwendet wird.

Eine Hochintensitätsgasentladungslampe beinhaltet eine hermetisch verschlossene lichtdurchlässige Hülle und Wolframelektroden innerhalb der Hülle. Eine Mischung wird in die Hülle eingebracht. Die Mischung beinhaltet Inertgas, Edelgas, Metallsalze, darunter Seltenerdsalze, und kann auch Quecksilber und Halogen enthaltende Verbindung enthalten. Wenn unter Energie gesetzt, wird Licht im sichtbaren Bereich von Wellenlängen durch einen Strahlungskörper aus Gas innerhalb der Hülle erzeugt. Andere Gasentladungslampen können ebenfalls verwendet werden.

Eine Hochintensitätsgasentladungslampe hat eine röhrenförmige lichtdurchlässige Hülle, gebildet aus Hochtemperaturaluminosilikatglas, Quarz, Keramik oder anderem transparentem Material. Wolframelektroden werden innerhalb der Hülle durch Einspeisedrähte getragen, die aus Molybdän gebildet werden, und die sich durch eine handelsübliche Dichtung erstrecken. Falls erwünscht, können die Molybdän-Einspeisedrähte mittels Schweißen, Löten oder anderen geeigneten Mitteln mit weniger teuren Metallen mit ähnlichem oder größerem Durchmesser verbunden werden, um elektrische Verbindung für das Filament zur Verfügung zu stellen und auch um die Lampe zu tragen. Die Einspeisedrähte sind elektrisch mit einer Kraftquelle über die Basis der Lampe verbunden, um die Lampe mit Energie zu versorgen. Eine UV-Blockierabdeckung, gebildet aus Hochtemperaturaluminosilikatglas oder anderem transparentem UV-blockierenden Material, kann um die Bogenröhre herum angebracht sein.

Für Scheinwerfer und andere Verwendungen, wo es erwünscht ist, den Lichtausstoß der Lampe zu modifizieren, kann die Lampenabdeckung auf zumindest einer ihrer inneren und äußeren Oberflächen mit einer Beschichtung aus einem Filtermaterial beschichtet sein. Die Beschichtung filtert einen Teil der Strahlung von dem Licht des Filaments, welches die Hülle verlässt, heraus. Die Lampenhülle und/oder die Abdeckung können ebenfalls mit Filtermaterial dotiert sein.

Eine Licht emittierende Diode (LED) ist eine unteilbare diskrete Lichtquelleneinheit, enthaltend (a) Halbleiter-n-p-Grenze(n), in welchen sichtbares Licht erzeugt wird, wenn als Ergebnis einer angelegten Spannung ein Vorwärtsstrom fließt. Andere Festphasenlichtquellen können ebenfalls verwendet werden.

Die Erfindung wird nun weiter mit Bezugnahme auf die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele beschrieben.

Polycarbonatformulierungen (B) bis (E), wie unten in Tabelle 1 gezeigt, (Einheit: Gewichtsteile) werden so ausgelegt, um die Möglichkeit zu veranschaulichen, eine breite Palette von Lichtdurchlässigkeitscharakteristiken für die vorliegende Erfindung zu erzeugen. Ein Zwillingsschraubenextruder wird für den Kompoundierungsschritt mit Lexan^® LS-2 Standard-Polycarbonat-Extrusionsbedingungen verwendet. Ein Standard-Polycarbonatprodukt (LEXAN^® LS2-111), das in Automobilbeleuchtung und insbesondere Autoscheinwerfern verwendet wird, wird als ein Vergleich ausgewählt. Platten mit einem Hochglanzfinish (Abmessungen: 10,16 cm × 7,62 cm × 3,0 mm) werden für jede Formulierung gemäß den Standardverarbeitungsbedingungen, wie sie für das Material in dem technischen Datenblatt definiert sind, geformt.

Das PC-Harz mit geringem Fluss, das verwendet wird, ist Polybisphenol A-carbonat mit einem mittleren Molekulargewicht (M_W) von 29 900 (alle Molekulargewichte von PC in der Anmeldung werden mit GPC bestimmt, d.h. Gelpermeationschromatographie, gegen absolute Polycarbonatstandards): Das verwendete PC-Harz mit hohem Fluss ist ein Polybisphenol A-carbonat mit einem mittleren Molekulargewicht (M_W) von 21 900. Der Wärmestabilisator ist Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit. Das Entformungsmittel ist Pentaerythrittetrastearat. Der UV-Stabilisator ist 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol. Pigmentblau 60 wird erhalten von BASF (BASF Heliogen Blau K6330). Lösungsviolett 36 wird erhalten von Bayer (Bayer Macrolex Violet 3R). OB-184 (d.h. 2,5-Bis(5'-tert-butyl-2-benzoxazolyl)thiophen) wird erhalten von Ciba (Ciba Uvitex OB).

Farbkoordinaten werden an den Chips im Transmissionsmodus unter Verwendung eines Gretag MacBeth 7000A-Spektrophotometers gemessen, wobei Illuminant C und ein 2°-Beobachter ausgewählt werden. Das Instrument wird in Übereinstimmung mit den Herstellerspezifikationen unter Verwendung einer weißen Kalibrierungskachel kalibriert. Ein großer Sichtbereich und eine große Apertur werden für die Messungen verwendet. Andere Einstellungen beinhalten Specular Component Included (SCI) und UV partially included (kalibriert für UVD65 mit einer UV-Kachel). Die MacBeth Optiview 5.2-Software nimmt die Daten auf und berechnet die CIE 1931 (Yxy)-Farbkoordinaten für ein Illuminant C und einen 2°-Beobachter. Die CIE 1931 (Yxy)-Farbkoordinaten sind in Tabelle 2 zusammen gefasst.

Da Y zu der Lichtdurchlässigkeit der Platte bei 3,0 mm korrespondiert, bestätigen die Ergebnisse, dass Materialien B bis E einen breiten Bereich der Lichtdurchlässigkeit innerhalb des für diese Erfindung bevorzugten Bereiches abdecken. Zusätzlich muss bemerkt werden, dass der x-Chromatizitätswert inkrementell von A nach E abfällt. Diese signifikante Verschiebung veranschaulicht eine zunehmende Verschiebung von klar (A) zur blauesten Formulierung (E). Es soll erwähnt werden, dass die stärkste Blauverschiebung mit einer relativ niedrigen Farbbeladung erhalten wird: weniger als etwa 0,004% nicht-fluoreszierendes Färbemittel und etwa 0,05% organischer Photolumineszenzfarbstoff.

Um die Eignung der gefärbten Linsenanwendung für Straßenverwendung in einem Motorfahrzeug zu untersuchen, wird ein Autoscheinwerfer in Übereinstimmung mit dieser Erfindung auf Strahlfarbe und Photometrie untersucht. Wie zuvor in der Beschreibung erklärt, müssen alle Autoscheinwerfer, die von den Fahrzeugherstellern eingebaut werden, einen akzeptables Strahlenmuster erzeugen und Scheinwerferfarbverordnungen erfüllen.

Ein Scheinwerfer aus einem Vierscheinwerfersystem, bei welchem das Abblendlicht um HB4 (ANSI 9006) herum ausgelegt ist, wird ausgewählt aufgrund der Möglichkeit, das optische System auch auf eine Hochlumen-HIR2 (ANSI 9012)-Lichtquelle anzuwenden. Das HB4 und HIR2 haben identische Lichtmittenlängen und überlappende Spiralgehäuse, was die Quellen optisch von der Filamentbildperspektive her austauschbar macht. Aufgrund des höheren Lumenausstoßes wird a priori nicht erwartet, dass der Scheinwerfer mit HIR2-Quelle die Strahlmusterverordnung erfüllt, jedoch wird erwartet, dass das resultierende Strahlmuster in einer Annäherung der ersten Ordnung passt.

Der Scheinwerfer ist einer vom optischen Reflektortyp und wird ohne die klare Standardlinse zusammengebaut. Eine Kontrolllinse und zwei Linsenpräparationen mit verschiedenen Harzformulierungen, was die Linsen A bis C (siehe Tabelle 2) ergibt, werden verwendet. Diese drei Linsen werden für Photometrie- und Farbmessungen von beiden Scheinwerfern verwendet.

Der Messaufbau besteht aus einem LMT GO-H 1200 Goniophotometer mit Inline-Photometerkopf bei 18,29 m. Ein Hilfs-LMT C 1200-Tristimulus Colorimeter, angeschlossen an einen CH-60 Präzisionscolorimeterkopf, kann in Reihe mit dem Photometerkopf in einer Entfernung von 3,05 m vom Birnenzentrum montiert werden.

Strahlintensität und Strahlfarbe an jedem der Punkte, die in den US-Scheinwerferverordnungen (49CFR571.108) für das Abblendlicht des Scheinwerfers spezifiziert sind, werden mit beiden Quellen und jeder der 3 Linsen gemessen, mit der Ausnahme, dass der 10U-90U-Bereich von der Farbmessung ausgeschlossen wird.

Ein typischer Durchlauf für eine gegebene Linsenvorschrift wird aus zwei Teilen bestehen. Zunächst wird die Strahlphotometrie durch Beginn mit der Lampe in der Position, die für den Photometerkopf gedacht ist, abgelesen. Die Birnen werden mit 12,8V Energie versorgt. Nach Vervollständigung der Strahlphotometrie, wobei die Lampe an ihrer Ausgangsposition endet, wird das Hilfs-Tristimulus-Colorimeter an seinem Platz 3,05 m von der Scheinwerfermitte montiert und die Strahlfarbe wird beginnend an der für die Lampe original vorgesehenen Position unter Verwendung des gleichen Programms, das für die Strahlphotometrie verwendet wurde, abgelesen.

Automobilaußenlinsen werden aus Polycarbonatformulierungen (A) bis (E) geformt. Zusätzlich ist auch ein blauer Kantenglüheffekt sichtbar, der die Vorteile eines ästethischen Effekts zur verbesserten Lichtleistung addiert.

Die Ergebnisse der Isocandela-Messung (integrierte Scheinwerferlumen) und mittleren Strahlchromatizität (x, y) aus der Strahlphotometrieuntersuchung werden in Tabelle 4 für die HIR2- und HB4-Quellen und Linsenmaterial A bis E zusammengefasst. Wie erwartet nimmt die Strahlintensität – wie durch die integrierten Lumen veranschaulicht – als eine Funktion der Lichtdurchlässigkeit der Linse ab. Mit beiden Quellen kann, ausgehend von der klaren Linse zu Linsenmaterial C, eine signifikante Strahlfarbverschiebung gemessen werden, wie durch die Verschiebung im x-Chromatizitätswert veranschaulicht. Dies zeigt klar, dass die Strahlfarbe in Richtung des blauen Bereiches des SAE J578 „Weißlichtes" verschoben wird. Der blaueste gemessene Strahl wird durch Kombination der HIR2-Birne mit der Linse, die aus Material E geformt wurde, im Scheinwerfer erhalten. Man muss jedoch bemerken, dass die Strahlfarbe, die aus der Kombination von HIR2-Birne und Linse C resultiert, sehr nahe an der Grenze der ECE-Regulation 99 HID-Spezifikation endet, was andeutet, dass sie den exakten HID-Farbraum erfüllt, wenn Designmerkmale zu der Linse zugefügt werden. Als eine Referenz wird die Chromatizität einer kommerziellen HID-Birne (Philips D2S-Birne) auf das CIE 1931-Diagramm aufgedruckt (x = 0,38 +/-0,025 und y = 0,39 +/- 0,015). Aus Tabelle 4 können wir schließen, dass die folgenden Kombinationen für das Linsen/Scheinwerferdesign, die für das Experiment verwendet wurden, bevorzugt sind:

Der Scheinwerfer, ausgerüstet mit einer HIR2-Quelle und einer Linse, geformt aus Material D, wird einen Gesamtilluminationslichtausstoß von etwa 507 Lumen (integrierte Lumen) und einen Chromatizitätswert x von etwa 0,3966 und y von etwa 0,3962 haben.

Der Scheinwerfer, ausgerüstet mit einer HIR2-Quelle und einer Linse, geformt aus Material E, wird einen Gesamtilluminationslichtausstoß von etwa 453 Lumen (integrierte Lumen) und einen Chromatizitätswert x von etwa 0,3851 und y von etwa 0,3925 haben.

Es ist bemerkenswert, dass die Kombinationen, die oben erwähnt wurden, in die ECE-Regulation 99 HID-Spezifikationen und auch in die veröffentlichten Spezifikationen für eine der häufigsten Standard-HID-Birnen (Philips D2S) fallen. Zusätzlich hat der Scheinwerfer, der mit Linsenmaterial E ausgerüstet ist, eine Chromatizität, die extrem nahe an dem Beispiel für die HID-Birne ist, was die gute Farbübereinstimmung bestätigt. Weiterhin wird vorhergesagt, dass der Lichtausstoß eines Scheinwerfers mit dieser Linse etwa 10% höher ist als ein Standard-HB4 (ANSI 9006), ausgerüstet mit einer klaren Linse (A). Dieses Ergebnis zeigt, dass bei Verwendung dieser Erfindung es möglich ist, Scheinwerfer herzustellen, die dazu fähig sind, einen Lichtstrahl zu emittieren, der die Chromatizität eines HID-Scheinwerfers erreicht, während verbesserter Lichtausstoß im Vergleich zu einem Standardhalogensystem, wie z.B. der Kombination HB4/klare Linse, zur Verfügung gestellt wird. Es ist auch zu bemerken, dass blaue Halogenbirnen (wie z.B. die Silverstar^®-Birne) lediglich 1 000 Lumen emittieren, wenn sie bei 12,8 Volt gemäß ihrer Spezifikation betrieben werden, was ähnlich zu der HB4 ist. Als ein Ergebnis wird von solchen Birnen nicht erwartet, dass sie besseren Gesamtilluminationslichtausstoß (integrierte Lumen) haben als die Kombination HB4/klare Linse und daher unter der Leistung der Scheinwerfer dieser Erfindung sein sollten.

Polycarbonatformulierung (F) (Beachte: Dies ist das gleiche wie Formulierung (D) in dem Ergebnisabschnitt der US-Patentanmeldung Seriennummer 10/063 791, angemeldet 13. Mai 2002), die wie unten beschrieben so definiert wird, dass sie die Möglichkeit veranschaulicht, eine breite Palette von optischen Farbeffekten für äußere Linsen zu erzeugen. Ein Zwillingsschraubenextruder wird für den Kompoundierungsschritt mit Standard-Lexan^® LS-2 Polycarbonatextrusionsbedingungen verwendet. Farbchips 5,08 cm × 7,62 cm × 3,2 mm) werden für jede Formulierung geformt und Farbkoordinaten werden an den Chips im Transmissionsmodus unter Verwendung eines MacBeth 7000A-Spektrophotometers mit der Auswahl von Illuminat C und einem 2 Grad Beobachter gemessen.

Eine Polycarbonatharzzusammensetzung (F) wird hergestellt durch Vermischen von: -65 Teilen Poly(bisphenol A-carbonat) mit einem mittleren Molekulargewicht (M_W) von 29 900, -35 Teilen Poly(bisphenol A-carbonat) mit einem mittleren Molekulargewicht (M_W) von 21 900, -0,06 Teilen Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit, -0,27 Teilen Pentaerythrittetrastearat, -0,27 Teilen 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol, -0,05 Teilen 2,5-Bis(5'-tert-butyl-2-benzoxazolyl)thiophen (Ciba Uvitex OC), -0,0001 Teilen C.I. Pigmentblau 60 (BASF Heliogen Blau K6330), -0,00005 Teilen C.I. Lösungsviolett 36 (Bayer Macrolex Violett 3R).

Es soll bemerkt werden, dass Linse (F) mehrere Designmerkmale hat (d.h. Vorsprünge, Rillen und Einschnitte) im Vergleich zu Linsen, die in Beispiel 2 geformt wurden. Wenn mit einer HB4 (ANSI 9006)-Lichtquelle ausgerüstet, ist es offensichtlich, dass die Scheinwerferstrahlfarbe in Richtung von weißerer/blauerer Strahlfarbe verschoben ist. Zusätzlich wird ein gefärbter optischer Effekt von den betonenden Merkmalen der Linse (Vorsprüngen, Rillen und Einschnitten) beobachtet.

Äußere Automobillinsen werden aus Polycarbonatformulierungen (F) geformt. Wenn die Linsen in Automobilscheinwerfer eingebracht werden, wird es offensichtlich, dass die Linsenstrahlfarbe weiß ist, während ein stark gefärbter optischer Effekt beobachtet wird, der aus den Designmerkmalen der Linse (Vorsprüngen, Linien und Kanten) scheint.

Eine Linse, die aus Formulierung (F) geformt wird, wird mit einer Halogenbirne kombiniert, um die SAE-Konformität in einer Scheinwerferkonfiguration zu untersuchen. Natürlich farbiges Lexan^® LS-2-Harz wird als eine Referenz verwendet, um die Lichtleistung gemäß SAE J1383 zu bewerten.

Die Ergebnisse des Isocandela-Tests (Gesamtfluss), Maximum-Candela (Punktintensität) und Strahlchromatizität (x, y) sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Es ist bemerkenswert, dass sowohl der Maximum-Candela als auch die Isocandela bestätigen, dass die Linsen mit optischem Effekt, kombiniert mit der Halogenbirne, einen vergleichbaren Lichtausstoß bezüglich der Intensität ergeben, der innerhalb von +/-5% der Referenz (natürliche Farbe) ist. Darüber hinaus zeigt der Scheinwerfer mit der blauen Linse, hergestellt aus Formulierung (F) einen sehr viel blaueren (d.h. weißeren) Strahl im Vergleich zur Referenz, da der CIE 1931 x-Chromatizitätswert von 0,4424 auf 0,4040 verschoben ist. Dieses Ergebnis wird durch die optische Bewertung der Strahlfarbe ebenfalls bestätigt.

Dieses Ergebnis im Vergleich zu Beispiel 2 zeigt die Wirkung der Designmerkmale in einer Linse. Zusätzlich zeigt es, dass es möglich ist, Scheinwerfer zu erzeugen, welche die SAE-Standards erfüllen und einen Strahlchromatizitätswert x von weniger als 0,405 haben, sogar wenn nur eine sehr geringe Menge an Nicht-Fluoreszenzfarbstoffbeladung von etwa 0,00015% in Kombination mit einem organischen Photolumineszenzfarbstoff verwendet wird.

Im Falle von Lichtquellen mit einer mittleren x-Chromatizität von mehr als 0,405, was für die meisten Halogenbirnen, HIR-Birnen und einige Festphasenquellen und sehr wenige HID-Lampen der Fall ist, sind typischerweise Linsenzusammensetzungen (D) und (E) aus Beispiel 2 die bevorzugten Zusammensetzungen. Dies ist der Fall, da sie die signifikanteste Farbverschiebung zur Verfügung stellen, sogar mit einer Linse, die eingeschränkte oder keine Designmerkmale hat, wie z.B. Rillen oder Vorsprünge, um den Strahl weiter zu verschieben. Wenn die Linse Designmerkmale wie Rillen oder Vorsprünge hat, wie in 3 und 4 veranschaulicht, ist eine geringere Nicht-Fluoreszenzfarbstoffbeladung erforderlich (sogar 0,00015%, gekoppelt an eine Fluoreszenzfarbstoffbeladung von 0,05%, erzeugt die gewünschten Ergebnisse). Weiterhin ist mit geeigneten Designmerkmalen, wie z.B. Vorsprung oder Rillen, sogar eine geringe Farbladung wie in Linsenzusammensetzung F aus Beispiel 3 erwähnt, akzeptabel. Demzufolge kann ein Verhältnis von Fluoreszenzfarbstoff/Nicht-Fluoreszenzfarbstoff von etwa 330 (Zusammensetzung F, Beispiel 3) die gewünschte Chromatizität erzeugen. Jedoch korrespondieren die bevorzugten Farbstoffzusammensetzungen in Verbindung mit eingeschränkten oder keinen Designmerkmalen in der Linse zu Verhältnissen von etwa 19 (Zusammensetzung D, Beispiel 2) und 13 (Zusammensetzung E, Beispiel 2). In jedem Fall ist die bevorzugte Fluoreszenzfarbstoffbeladung von 0,005% bis 0,5%, wobei 0,01% bis 0,25% stärker bevorzugt sind.

In dem Fall von Lichtquellen mit einer mittleren x-Chromatizität von weniger als 0,405, nämlich weißen Festphasenlichtquellen und guten HID-Quellen, sind Formulierungen (B) und (C) gegenüber (D) und (E) aus Beispiel 2 bevorzugt. Dies beruht auf der Tatsache, dass Formulierungen (B) und (C) das Risiko der Verschiebung des Strahls außerhalb der SAE „Weißbox", wie oben definiert, reduzieren. Das bevorzugte Nicht-Fluoreszenz- zu Fluoreszenzfarbstoff-Verhältnis ist > 20. Bevorzugte Fluoreszenzfarbstoffbeladung ist weniger als oder gleich 0,1%.