侧发光玻璃元件的制作方法

本发明涉及一种侧发光玻璃元件、一种用于制造所述玻璃元件的方法及其用途，所述侧发光玻璃元件侧向发射一部分在其内传导的光。这种侧发光玻璃元件为例如用于照明应用所需要，其为空间的装饰照明、信号照明或光照。

背景技术：

在玻璃元件中传导的光的光导效应是以在包围所述玻璃元件并具有较低折射率的介质处传导的光的全反射原理为基础的。当包围介质具有比传导光的玻璃元件更低的折射率时，发生全反射。然而，全反射条件可能仅最高达在介质上照射的光的临界角，所述角取决于玻璃元件和包围介质的折射率。临界角β_最小，即仍发生全反射的最小的角，能够通过sin(β_最小)=n₂/n₁计算，其中β_最小由垂直于光导主方向的轴的面测得，n₁代表玻璃元件的折射率，而n₂代表介质的折射率。包围介质可通常为空气，但也可为玻璃覆盖层。

通常尽量在光导元件中传导光，而且也可以在光导元件中传导光，即意图在耦合输入元件中期间并在元件中传播期间尽可能少的发生光损失。然而，在侧发光玻璃元件中，意图使光从玻璃元件中耦合输出并离开所述玻璃元件。通常，均匀的耦合输出是期望的，在理想情况中，所述耦合输出使得侧发光玻璃元件呈现为均匀发光的带或线。这使得多样应用得到关注，尤其是在照明技术方面。

在本发明意义上的侧发光是指，玻璃元件不仅能够传导光，而且还能够侧向发光，这与其是否运行无关，即与是否实际连接光源和是否打开光无关。

根据现有技术，尤其是关于光纤，已知在光导中产生侧发光效果的多种方法。一种已知方法是提供在光纤芯中的光的耦合输出。

日本专利申请公开JP9258028A2公开了侧发光的阶式折射率光纤，其中通过非圆形芯而旨在产生光的耦合输出。如果光在小于全反射临界角β_最小的角下照射光纤芯与覆盖层之间的界面，则耦合输出受到影响。作为所述非圆形芯几何形状如正方形、三角形或星形形状的结果，在所述芯中产生其中被全反射另外传导的光能够耦合输出的几何形状区域。然而，利用这种芯几何形状的侧发光光纤的生产受到如下问题的困扰，即在此情况下光的耦合输出的效率非常低。相对于覆盖层，基本在非常浅的入射角下在光纤中传导光，且所述芯几何形状沿光纤轴延伸。因此，几乎不存在大于β_最小的任何区域。而且，将JP9258028A2中公开的芯几何形状用于由玻璃构成的光纤非常复杂，因为产生例如光纤拉伸所需要的相应预成形物非常困难。此外，确切地在玻璃光纤的情况下，具有非圆形光纤芯直径的这种光纤的断裂强度大幅下降。可能鉴于此，所述文献也仅公开了由聚合物构成的光纤。

在US4,466,697中对将光从纤维芯耦合输出的另外的方法进行了描述。因此，将反射和/或散射光的粒子混入另外的均质光纤芯中。在此情况下，证明了难以制造具有均匀侧发光性质的比较长的光纤，因为在芯中传导的光因芯中共混粒子的吸收而被削弱，这是因为不存在用于全散射的粒子，而只存在仅几乎散射所有照射光的那些粒子。在粒子均匀地分布在芯中的情况下，由于在芯中传导的光将照射这种粒子的可能性非常高，所以即使总粒子数小，吸收的概率也非常高。这意味着，只有在非常困难的情况下，才可能按比例缩放（scale）耦合输出效果，这使得再现结果复杂化而几乎不可能。

在本公开内容意义上的可按比例缩放性（scalability）被理解为是指，在玻璃元件的整个长度上侧发光效果的目标设置的可能性。这是 必需的，因为其长度可对于不同应用而非常大幅地变化，但目的是在元件的整个长度上实现尽可能均匀的光发射强度。

作为直接从光纤芯耦合输出光的可选方案，通过在光纤芯与覆盖层之间界面中的作用也能够造成在光纤中的侧发光性质。WO2009/100834A1提出在光纤的芯与覆盖层之间的界面中引入散射区域。为此目的，在光纤拉伸期间将相应材料熔化在光纤芯上。作为散射区域与光纤覆盖层之间接触的结果，实现了非常有效的侧向耦合输出光，且散射区域自身受到包围材料的保护并且是光纤的组成部分。在刚才引用的文献中侧发光光导光纤使得可制造柔性并且比较长的侧发光光导。然而，实验表明，如果利用该方案制造刚性光导，则其通常具有数以千计侧向发光的单个光纤，这些光纤互相叠覆于彼此上并由此降低侧向发光的效率，并且仅能够实现沿光纤轴径向延伸的侧发光分布。因此，不能制得或至多以不利的方式制得侧向发射入特定限定的立体角的刚性光纤。此外，可观察到不利的褪色效果，当白光辐射入这种刚性光纤中时发生这种情况。据推断，所述效果是由所使用散射中心的尺寸非常小造成的。

DE102011084062A1公开了侧向发射入限定的立体角中的刚性玻璃元件，在所述玻璃元件的情况中，玻璃棒通过例如印刷而在其外周上设置有彩色涂层。该方案的劣势在于，经涂覆的玻璃棒不能再经历热加工，即，所述棒在涂覆之后不能再呈现不同的形式。而且，所述层是敏感的。可选地，玻璃棒可以在经历热成形之后进行涂覆，但这对涂覆技术提出了更高的要求并由此以不可接受的方式为多种应用提高了制造费用。

技术实现要素：

针对所述背景，本发明的目的是提供一种侧发光玻璃元件，其中能够以靶向方式设置侧向发光的位置，所述侧发光玻璃元件能够经历热加工，能够以刚性方式实施，使得轴向色差尽可能小，并且能够在 较小费用下制造所述侧发光玻璃元件。

通过根据独立权利要求所述的侧发光玻璃元件及其制造方法来实现所述目的。根据从属权利要求，可清楚地得出优选实施方式。在本说明书中同样提到了可选的实施方式和有利的应用。

根据本发明的侧发光玻璃元件包含多个光导元件和至少一个散射元件，所述多个光导元件在其外周表面处不可分离地相互连接。所述散射元件与至少一个光导元件的外周表面不可分离地连接。所述光导元件由至少一种具有折射率n₁的玻璃组成，其中单个光导元件未被覆盖层包封。根据本发明，在光导元件之间存在相界，即，在制造玻璃元件期间，有利地不将光导元件完全熔合在一起。在相对于玻璃元件的纵轴的横向断面中，所述光导元件由此相互区分。当光在玻璃元件中传导时，在光导元件中沿光导的主方向实现光导，其通常平行于玻璃元件的主轴而延伸。通过光导元件的互相连接的区域，一部分传导的光能够倾斜地或垂直地穿过相界并由此到达散射元件。然后，所述散射元件确保，照射至所述散射元件上的光或其至少一部分，从玻璃元件中侧向发射。特别地，根据本发明的侧发光玻璃元件是刚性的。

换言之，可认为所述相界在光导性质与使得光穿过散射元件的能力之间提供了平衡。在不存在相界的条件下，光导效应下降，并且将难以实现在所关注长度内具有侧发光性质的工作光导。

不存在所述单个光导元件的覆盖层而存在相界，使得根据本发明的玻璃元件与根据现有技术的侧发光阶式折射率光纤不同。根据本发明的方案，单个光导元件周围的覆盖层会阻碍传导的光穿过并且会降低侧发光的效率，否则甚至会使得传导的光不能穿过并且不能实现侧发光。

在本发明的意义上，多个光导元件被理解为是指至少两个。根据 本发明，通常使用数十个到数百个或甚至数千个或更多的光导元件。光导元件之间不可分离地连接同样使得根据本发明的玻璃元件与根据现有技术的侧发光阶式折射率光纤的光纤束区不同，其中所述光纤沿彼此松散放置。在这种阶式折射率光纤中明确地不希望发生传导的光的所述串扰，例如可能由光导元件相互连接的外周表面与位于其间的相界造成的串扰。

在本发明的意义上，外周表面被理解为是指光导元件的沿其主轴的外部区域；特别地，不由此包括端面。当以简化方式表述时，通过光导元件的加和形成根据本发明的侧发光玻璃元件，所述光导元件以基本相互平行的方式布置并在其内或其上并入和/或连接至少一个散射元件。能够从玻璃元件侧向耦合输出的光的多少主要由所包含的散射元件的数目控制。因此，侧发光的效果是可按比例缩放的。为了获得玻璃元件，光导元件和散射元件由玻璃组成。

优选地，根据本发明的玻璃元件的光导元件以适形的方式相互连接。这同样适用于所述至少一个散射元件。这样的优势在于，传导的光能够特别有效地从一个光导元件到达另一个光导元件中并进入散射元件中，并且可以由此非常有效地侧发光。而且，作为适形连接的结果，光导元件之间不存在间隙，进入间隙内的污染物可渗入玻璃元件中和/或所述间隙能够导致不期望的光学效果。特别地，以适形方式相互连接的光导元件和散射元件可具有六边形横断面。

同样优选地，根据本发明的侧发光玻璃元件用具有折射率n₂的覆盖层玻璃沿其外周区域进行包封。特别地，因为此处适用n₂<n₁，因此能够实现在玻璃元件中传导的光的全反射，并由此能够以最佳方式实现多种应用所要求的光导性质。所述覆盖层玻璃还保护所述光导元件和/或所述散射元件以例如免受腐蚀性介质和/或机械损伤的影响。

在根据本发明的玻璃元件中，单个光导元件的直径不必相同。相 反，可包含具有不同直径的光导元件。已经证明，具有至少两种不同直径的光导元件易用于根据本发明的侧发光玻璃元件中。这意味着，特定数量的光导元件可具有直径d₁，而其它的具有直径d₂。具有较小直径的光导元件能够有利地填充具有较大直径的光导之间空的空间，从而能够以有效的方式制造无间隙的玻璃元件。在光导元件的非圆形横断面的情况中，将所述横断面的最大长度理解为直径。

光导元件的直径以及所述光导元件内的散射元件的直径优选适应于玻璃元件的直径。其通常适用的是，玻璃元件的直径越大，其中的光导元件的直径越大。然而，这和/或精确尺寸还可取决于获得的侧向发光的照度分布。

所述至少一个散射元件优选包含具有散射中心的玻璃，所述散射中心优选由并入玻璃中的散射粒子和/或由不同质的区域形成。所述不同质的区域可特别是由玻璃的相分离和/或离析造成。在本发明的意义上，散射中心是全部粒子和/或材料的聚集体和/或不同质区域，无论是何种形式、何种材料和/或何种尺寸，其能够都散射传导的光。通过常规的散射、尤其是Rayleigh和/或Mie散射，以及同样地通过衍射和/或反射以及彼此之间的这些机制的多种过程，所述散射中心能够展现其散射效果。其功能仅是单独或以其全体的方式使得照射光偏转。

如果将散射粒子用作散射中心，则其能够有利地具有10nm至5000nm、特别有利地100nm至1200nm的直径。关于非圆形散射粒子，在本发明的意义上将其最大长度理解为直径。所述散射粒子可选自多种材料。优选地，其基本由SiO₂和/或BaO和/或MgO和/或BN和/或AlN和/或SN和/或ZrO₂和/或Y₂O₃和/或Al₂O₃和/或TiO₂和/或Ru和/或Os和/或Rh和/或Ir和/或Ag和/或Au和/或Pd和/或Pt和/或类金刚石碳和/或玻璃陶瓷粒子组成。与上述氧化物和单独氮化物的金属组分是可行的并包括在本发明内一样，由不同材料、化合物和/或其聚集体构成的散射粒子或烧结和/或熔合在一起的其它散射粒子的混合 物同样是可行的并包括在本发明内。

如果将散射粒子用作散射中心，则并入所述散射粒子的玻璃的折射率n₃有利地具有与光导元件玻璃的n₁大致相同的值。折射率n₃明显偏离n₁将导致侧发光效率下降。如果折射率n₃基本等于折射率n₁，则光导元件中的光导受到的干扰最小。因此，通过选择散射粒子在散射元件中的浓度，还可以有效地按比例缩放侧向发光。散射粒子的浓度为10ppm至1000ppm、特别是20ppm至100ppm是特别有利的。在此情况中以ppm为单位的浓度读数是指散射粒子相对于其中并入所述散射粒子的玻璃成分的质量比例的比例。然而，如果n₃大于n₁以满足n₃≥n₁的条件，则也是可行的并且是有利的。

如果散射元件玻璃的不同质区域充当散射中心，则出现本发明的如下可选实施方式，其中优选通过玻璃的玻璃组分的相分离和/或离析来形成所述不同质区域，其中不同质区域被并入所述玻璃中。通过不同质区域形成的散射中心优选具有10nm至1000nm、尤其优选100nm至800nm的直径。所述散射中心特别有利地为球形。关于非球形散射中心，将其最大长度理解为在本发明意义上的直径。

在其中并入不同质区域作为散射中心的玻璃优选由含As和含Pb的硅酸盐玻璃组成。在此情况中，相对于包围玻璃基质，所述散射中心优选具有较高含量的Pb和/或As。可选地，在其中并入不同质区域作为散射中心的玻璃可由含氟的Ca-Zn硅酸盐玻璃组成。于是，相对于包围玻璃基质，所述散射中心优选具有较高含量的氟。特别有利地，向其中并入散射中心的玻璃的折射率n₃至少等于或大于光导元件的折射率n₁，即特别有利地满足条件n₃≥n₁。

与散射粒子作为散射中心的情况一样，另外在不同质区域作为散射中心的情况下，除了不同质区域自身的散射性质作为固有参数之外，光从侧发光玻璃元件中侧向耦合输出的效率取决于在整个玻璃元件中 不同质区域的浓度。已经确定，不同质区域在散射元件中的浓度为1%至80%，使得能够实现有效耦合输出的最有利范围10%至50%。在此情况中以单位%的浓度读数是指不同质区域相对于散射元件的玻璃成分的质量比例的比例，其中在所述散射元件中并入不同质区域。

总体来看，可用于优选设置并由此按比例缩放侧发光效果的参数为在玻璃元件中的散射元件的数目、所使用的散射中心的散射性质及其浓度以及折射率n₁和n₃的选择。这些参数的适当组合使得可制造很多种长度的侧发光玻璃元件，其对人眼呈现巨大的均匀性，首先导致大量应用在实际上变得可行。

所述至少一个散射元件在玻璃元件中的位置以及由此其相对于光导元件的位置决定了侧发光的几何形状性质，尤其是侧发光的分布，即侧向发射的传导的光的立体角。所述至少一个散射元件可位于玻璃元件的边缘处，但可优选被覆盖层玻璃包封，或还可在玻璃元件内部的任意位置处被光导元件包围。

本发明同样包括照明装置，所述照明装置包含本文中所述的侧发光玻璃元件。除了所述侧发光玻璃元件之外，这种照明装置还包含光源，在运行状态下，所述光源将光辐射入玻璃元件中。如同所述的，所述玻璃元件具有光导和侧发光性质，以使得优选从所述玻璃元件中侧向发射所辐射光的至少50%。观察者由此将所述玻璃元件优选感知为发光带，或感知为含有发光带或至少发光结构的玻璃体。侧向发射的光的实际比例能够简单地按比例缩放并适用根据本发明的玻璃元件中的要求，从而根据这些要求按下文所述的制造玻璃元件。然而，其它侧发光比也是可行的，例如40%或30%或20%。

所有合适的光源都能够用作光源。LED是特别合适的。通常将辐射引入玻璃元件的端面中。在提供覆盖层玻璃以沿玻璃元件的外周表面对其进行包封的实施方式中，所述覆盖层玻璃不覆盖端面。是否在 光源与端面之间进一步布置光学装置如透镜和/或其它光导，可根据应用而变化。特别优选地，在运行状态中，源自光源的光被耦合输入各个端面中。同样可能提供具有合适涂层如IR保护过滤器、抗反射涂层等的玻璃元件的端面。

点光源作为光源是特别有利的，为了最佳的发光效率，所述点光源通过附属光学单元以特定地对玻璃元件为可接受角的范围内辐射光的方式对光进行聚焦。考虑到其小型设计和比较高的发光效率，提出主要是LED、尤其是白光LED或RGB-LED作为光源。还能够有利地使用LED矩阵，其中所述矩阵的几何形状适用于玻璃元件的端面的几何形状，并且反之亦然。此外，激光二极管的应用是可行的。所述散射中心还可充当转换器以用于照射在其上的辐射，以使得源自光源的较短波长的辐射能够被转换成较长的波长，同时侧发射的光的颜色光谱可与辐射源的发射光谱不同和/或发生偏移。

用于根据本发明的照明装置的应用的不同目的要求不同的照度分布。侧向发光的分布与侧向发光照亮的空间相对应。关于根据本发明的照明装置，这些要求意味着，其必须能够实现侧向发光的不同分布。DE102011084062A1描述了例如包含印刷玻璃棒作为光导的照明装置，该照明装置能够代替荧光管。要求的发光分布是沿玻璃元件的纵轴延伸并由此照亮与所述纵轴垂直的空间区域的带。通过在玻璃元件的边缘区域中布置散射元件，能够实现这种照度分布。通过在玻璃元件中中心和/或径向对称地布置散射元件，能够获得径向对称的照度分布。

制造具有可按比例缩放侧发光性质和适用于应用目的的侧发光分布的根据本发明的玻璃元件构成了严重问题。因此，用于制造根据本发明的玻璃元件的方法同样是本发明的必要部分。

根据本发明的方法涉及提供多个由具有折射率n₁的玻璃构成的光 导棒。根据所要获得的照度分布，提供并沿光导棒布置所需要数目由包含所述散射中心的玻璃构成的散射棒，由此形成光导棒和散射棒的矩阵，其中光导棒和散射棒的纵轴有利地最大可能程度地相互平行布置。根据所期望的照度分布所决定的图案，实施散射棒在矩阵中的分布。通过合适手段对所述矩阵进行固定并由此形成预成形物。

在随后的方法步骤中，对预成形物加热并拉伸以形成侧发光玻璃元件，以使得所述光导棒和所述至少一个散射棒在其外周表面处相互不可分离地结合。在拉伸期间的温度控制对相界保持存在于光导元件之间也具有影响。特别地，通过将拉伸温度保持为低于光导元件的玻璃的熔点并且特别地在烧结温度下将后者烧结在一起，能够实现该目的。根据本发明，避免光导棒的完全熔合。通过温度控制，同样实现光导元件以及必要时还有散射元件的优选的适形连接。

在一个有利的实施方式中，根据所述的，所述光导元件并非完全熔合在一起，而且，散射元件也不是完全地与至少一个光导元件熔合。此时，在散射元件与光导元件之间还能够存在相界。通过使光导棒的玻璃的软化温度等于或低于散射棒的软化温度，能够实现该实施方式。

在同样有利的实施方式中，提供的是，光导元件不完全相互熔合且相界存在于其间，但至少一个散射元件熔化在至少一个光导元件上。通过使散射棒的玻璃的软化温度低于光导棒的玻璃的软化温度，能够实现该实施方式。散射棒的玻璃的软化温度最多低50K被证明是有利的，特别地，软化温度最多低30K。

在拉伸工艺期间，光导棒变为光导元件而散射棒变为玻璃元件的散射元件。因此，光导棒由具有折射率n₁的玻璃组成，并且更具体地，未用具有折射率n₂的覆盖层玻璃对该光导棒进行包封。

用于固定由光导棒和散射棒构成的矩阵的手段可为夹具，例如以 后再将其除去。然而，优选使用由具有折射率n₂的玻璃组成的包封管。在该实施方式中，将光导棒和散射棒的矩阵布置在包封管内部。特别优选地，在一侧将包封管封闭。包封管包含至少沿其外周的上述预成形物。在加热和拉伸期间，包封管软化并固定在由光导棒和散射棒构成的矩阵上，由此在玻璃元件周围形成覆盖层。通过加热和拉伸得到的产物还能够分开和/或进一步加工以得到侧发光玻璃元件。

特别地，根据本发明的侧发光玻璃元件能够用于普通照明。这包括用于建筑物内部和/或正面的照明用途。特别地，在合适照明装置中根据本发明的玻璃元件能够代替荧光管。这包括在建筑安装技术中的用途，例如用于逃生路线标记、走廊照明系统等。同样有利的是用于水调节系统和用于附属于医疗技术的装置中，例如在X射线/辐射装置中作为功能指示器用于利用可见光辐射样品，和/或用于附属于医疗技术的环境中，例如用于手术室中的的色光，在恢复室中作为环境照明，等。

由于玻璃元件的热成形性，玻璃元件能够沿内部构件如通道、承载元件的轮廓（contour）、建筑物的轮廓等相应成形并安装，并能够连接到合适的光源。由此可通过玻璃元件再现建筑物或部分建筑物的轮廓并实现线性或弯曲的或任意形状的光源。

根据本发明的玻璃元件能够特别有利地用于交通工具内部的照明，尤其是汽车、航空器、轮船和/或火车内部的照明。在此情况中，玻璃元件能够安装到任意位置或插入这些内部的轮廓中。如果将光耦合输入侧发光玻璃元件中，则后者优选呈现为发光带或发光线。通过以其仅包含阻燃物质的方式设计玻璃元件，其能够符合非常严格的火灾安全规定和/或关于热稳定性的要求。这使得其特别适用于所有类型的交通工具中。在汽车中，用于安装根据本发明的玻璃元件的一个优选位置可以为门的内部装饰，例如其中能够集成照明功能。在航空器和轮船的情况中，尝试用玻璃元件代替荧光管。在航空器和轮船中， 根据本发明的玻璃元件能够有利地用于舱室照明和/或用于标记逃生路线。

同样有利的是，将根据本发明的光纤束用作家具、尤其是食厨、显示橱柜、烤箱、美化景观和/或工作区照明的一部分。

特别地，在汽车工程中，还越来越多地使用前灯以通过特殊照明装置产生一定水平的特殊性，从而识别制造商。因此，一些汽车前灯具有侧灯环，所述侧灯环包围近光束并在灯打开时呈现为在很大程度上均匀的发光环。其它制造商在其前灯中使用例如LED带。根据本发明的侧发光玻璃元件同样能够用于前灯中，尤其是用于汽车前灯中，或特别是用于汽车的其它日间运行灯实施方式中。根据本发明的玻璃元件使得可在前灯中产生任何期望的、优选均匀发光的结构中。基于多种原因，也越来越多地发现将LED用于汽车前灯中。与布置在带中的LED相比，根据本发明的玻璃元件的这种用途具有如下优势，即少量LED足以产生光照。而且，与LED的带相比，看不见灯的单个点，基于设计原因，这也可以是优选的。而且，能够将一个或多个LED耦合入根据本发明的玻璃元件的端面中。由此可实现用作前灯内的位置灯的功能，这又包括例如作为侧灯和/或作为日间运行灯的应用。通过根据本发明的玻璃元件可热成形的事实，能够有效地并在低制造费用条件下制造实际上任何期望的形状以及由此产生的发光轮廓。

根据本发明的玻璃元件另外可能的用途是车辆、轮船和/或火车的位置照明。还可将根据本发明的玻璃元件用于航空器如飞机、直升机、飞艇等的照明飞机跑道。至今，已使用多个串联布置的白炽灯照亮飞机跑道。所述灯的寿命有限，其原因是，在这种串联中，在航空港运行过程中必须一次又一次地更换失效的白炽灯。如果沿飞机跑道和/或另外在其中心布置根据本发明的玻璃元件，则产生线性发光结构，对黑暗和/或能见度差的条件中飞机跑道的位置进行标记。在一些中心位置处照明源能够将光耦合输入玻璃元件中，在通过其它光导来耦合玻 璃元件的情况中，所述一些中心位置甚至不需要直接位于飞机跑道附近。根据本发明的玻璃元件在最大可能的程度下是免维护的，从而将这种飞机跑道照明的维护限制为少数所使用的光源。以此方式，例如可对航空港的起飞和降落带进行标记，而且还可对航空器载体、直升机降落衬垫和其它航空器的起飞和降落带进行标记。这同样适用于船只及其码头如渡船码头。

本发明所包括的所述玻璃元件另外可能的应用是显示器的背光。显示器可为所有类型的显示装置，但优选平面屏幕如计算机监视器、台式计算机、平面屏幕电视以及移动电话和PDA（个人数字助理）的显示器。至今，通过布置在显示器边缘或另外显示器显示区域后面的荧光管对要求背光的大型显示器进行照明。对于显示区域，期望尽可能均匀地照明，其原因是，扩散器板通常位于荧光管与显示区域之间，所述扩散器板将荧光管发射的光匀化。在扩散器板中，例如如果将荧光管布置在显示器边缘处，则光还能够在侧向上耦合。于是扩散器板充当光导。在比较小的显示器如移动电话和/或PDA的显示器的情况中，源自LED的光通常侧向耦合输入扩散器板中。在比较大的显示器的情况中，最近越来越多地使用LED照明，因为其比使用荧光管的照明更加符合成本效益。使用LED的问题是能够随其实现足够均匀照亮的发光区域的问题。这能够通过根据本发明的玻璃元件而得到解决。如果以合适结构将其安装在显示区域后面、根据需要安装在扩散器板后面或可选地在不存在后者的条件下进行安装，则LED能够将光耦合输入玻璃元件的端面中，导致具有侧发光性质的一个或多个玻璃元件为显示器提供背光。如果玻璃元件的布置与侧向发射的光的强度分布相适应，则由此还能够以成本高效的方式获得显示器用大面积均匀背光。还可用根据本发明的玻璃元件制造表面元件，在所述表面元件中以其能够代替扩散器板的方式布置散射区域。

附图说明

此外，将参照附图对本发明进行解释，其中：

图1a：示出了沿本发明侧发光玻璃元件的纵轴的纵断面。

图1b：示出了根据本发明的侧发光玻璃元件的横断面。

图2a：示出了沿具有散射元件的本发明侧发光玻璃元件的纵轴的纵断面，所述散射元件在沿纵轴的断面中具有散射中心。

图2b：示出了图2a中根据本发明的侧发光玻璃元件的横断面。

图3：示出了用于制造根据本发明的侧发光玻璃元件的预成形物。

图4a：示出了相对于穿过预成形物的纵轴横向的断面，所述预成形物包括具有不同直径的光导棒。

图4b：示出了相对于穿过预成形物的纵轴横向的断面，所述预成形物包括具有相同直径的光导棒。

图5a：示出了相对于穿过预成形物的纵轴横向的断面，所述预成形物包括具有不同直径的光导棒和处于径向对称边缘配置中的散射棒。

图5b：示出了相对于穿过预成形物的纵轴横向的断面，所述预成形物包括具有不同直径的光导棒和处于径向对称中心配置中的散射棒。

图6a：示出了相对于穿过本发明侧发光玻璃元件的纵轴横向的断面，所述侧发光玻璃元件具有以适形方式连接的光导元件和散射元件，所述散射元件具有定向性（directional）照度分布。

图6b：示出了相对于穿过本发明侧发光玻璃元件的纵轴横向的断面，所述侧发光玻璃元件具有以适形方式连接的光导元件和散射元件，所述散射元件具有径向照度分布。

图7a：示出了相对于穿过根据本发明的侧发光玻璃元件的纵轴横向的断面，所述侧发光玻璃元件具有径向照度分布和中心散射元件。

图7b：示出了相对于穿过根据本发明的侧发光玻璃元件的纵轴横向的断面，所述侧发光玻璃元件具有定向性照度分布和处于边缘配置中的散射元件。

图7c：示出了相对于穿过根据本发明的侧发光玻璃元件的纵轴横向的断面，所述侧发光玻璃元件具有径向照度分布和处于边缘配置中的散射元件。

图8：示出了应用本发明侧发光玻璃元件的航空器的内部。

图9：示出了包含热成形的侧发光玻璃元件的照明装置。

图10：示出了包含侧发光玻璃元件作为日间运行灯的汽车前灯。

图11：示出了包含侧发光玻璃元件的照明装置。

图12：示出了包含一串侧发光玻璃元件的照明装置。

具体实施方式

所有附图都是示意性的，其元件的直径不是依比例描绘的，且所有元件彼此间的尺寸关系也偏离了实际物体的图。

图1a示意性显示了沿本发明侧发光玻璃元件的纵轴A的纵断面。该玻璃元件包含由玻璃构成的散射元件(3)，其中通过离析和/或相分离而产生或并入的散射粒子作为散射中心存在，且其位于由具有折射率n₁的玻璃构成的光导元件(1)之间。在单个光导元件(1)之间存在相界，通过所述相界一部分传导的光能够穿过并到达散射元件(3)。由具有折射率n₂的玻璃构成的覆盖层(2)沿玻璃元件的纵轴(A)包封所述玻璃元件。耦合输入玻璃元件中的光能够穿过单个光导元件(1)的相界并由此从一个光导元件(1)进入其它光导元件中并由此到达散射元件(3)。所述光通过散射元件(3)中的散射中心从玻璃元件朝向外面耦合输出，其结果造成侧发光效果。在不存在散射元件(3)的条件下，将另外满足多个入射角的全反射的条件且玻璃元件将在光导元件(1)中传导光。在散射元件(3)中存在的散射中心处光(4)的散射是造成光(4)耦合输出的原因。由于该区域(3)的材料的折射率n₁优选与芯(1)的材料的相同，在该区域(3)的基质中并入散射中心，所以光(4)能够在很大程度上无阻碍的条件下从基质材料传递到散射粒子。作为与散射中心的单种或多种相互作用的结果，光可通过散射中心从其原始入射角偏转，导致在覆盖层(2)上的照射角下降，从而光能够从玻璃元件耦合输出。如果在覆盖层(2)上的入射角大于全反射的临界角β_最小，则背向反射入光导元件(1)中并因此在玻璃元件中传导光。

参照图1b中示意性横断面的说明，能够容易地得出在该示例性实施方式中覆盖层(2)沿轴(A)包封玻璃元件的事实。这同样示出了散射元件(3)布置在光导元件(1)之间的事实。光导元件(1)和散射元件(3)在其接触区域处相互非适度地连接，即使此处在元件(1、3)之间不存在适形的连接。

在示意图2a中，对具有并入的散射中心的散射元件(3)进行配置，使其具有并入的散射中心的交替区域，其沿轴(A)延伸并与区域交替。如果在光导元件(1)中传导的光(4)照射在具有并入的散射中心(3)的区域上，则根据上述机理光(4)能够在特定概率下从玻璃元件中耦合输出。然而，如果在光导元件(1)中传导的光(4)照射未并入散射中心的区域，则其在很大程度上无阻碍的条件下穿过这些区域并能够通过在玻璃元件中的覆盖层(2)处的全反射而传导。通过在并入散射中心的散射元件(3)的区域与未并入散射中心的区域之间间隔的目标设置，可设置耦合输出的光的量。然而，如上所述，其它参数也会影响耦合输出的效率。

图3显示了适用于制造根据本发明的侧发光玻璃元件的预成形物。其由此需要作为根据本发明的侧发光玻璃元件的初步产物。所述预成形物包含多个光导棒(1)和多个散射棒(3)，所述多个散射棒(3)根据要实现的照度分布而被布置在光导棒(1)之间。光导棒(1)和散射棒(3)被包封管(2)包围。在大多数情况中，光导棒和散射棒(1、3)及包封管(2)相互对齐，以使得其纵轴基本相互平行地延伸。

光导棒(1)由具有折射率n₁的玻璃组成而包封管由具有折射率n₂的玻璃组成。散射棒(3)由具有折射率n₃的玻璃组成，在所述散射棒(3)内并入散射中心。优选地，散射棒(3)的玻璃的折射率n₃大于覆盖层的折射率n₂。特别优选地，散射棒(3)的玻璃的折射率n₃完全等于或大于光导棒(1)的折射率n₁，因为在光导棒(1)中传导的光由此能够有效地传递入散射棒中并由此能够到达存在散射中心的区域中，并由此能够实现源自玻璃元件的光的高效侧向耦合输出。尤其优选地，将两种条件 相互结合，从而在此情况中，适用n₁≤n₃>n₂，其中特别优选地还适用n₁>n₂。

除了所示出的光导棒和散射棒的圆形直径形式之外，所有其它形式，特别地包括非圆形形式，都包括在本发明中。为了获得在机械应力下的玻璃元件，优选以使得其热膨胀小于光导棒(1)玻璃的热膨胀的方式选择覆盖层管(2)的玻璃。对于光导棒(1)的玻璃，同样可以具有不同的热膨胀系数。散射棒的热膨胀又有利地大于光导棒的热膨胀。

在预成形物的拉伸处理期间，光导棒(1)变为光导元件(1)且包封管(2)变为玻璃元件的覆盖层(2)。具有并入的散射中心的散射棒(3)变为其中并入散射中心的散射元件(3)。如同所述的，特别地，选择在拉伸加工期间的温度控制以使得尽管在散射元件和光导元件之间实现了非适度的连接，但是在光导元件(1)之间仍存在相界。然而，能够对覆盖层玻璃(2)进行规定以具有特别是比光导元件(1)的玻璃更低的熔点，导致在拉伸处理期间，包封管(2)熔化并固定在玻璃元件的外部光导元件和/或散射元件(1、3)周围。

图4a显示了光导棒(1)在预成形物中和在包封管(2)内的布置。优选用六方密堆积结构实现所述布置。为此目的，光导棒(1)的直径和管的内径应相互适应。如果需要尽可能圆的外轮廓，则需要用具有适应直径的光导棒(11)对边缘区域中的间隙进行填充。

图4b显示了其中在包封管(2)内的预成形物中布置具有相同直径的光导棒(1)的情况。出现六边形形状；在此情况中，拉伸的玻璃元件不需要具有圆形横断面。考虑到在预成形物中的布置，散射棒(3)的存在不重要。

为了制造侧发光玻璃元件，根据图5a将散射棒(3)安装在预成形物中的合适位置处。图5a基本与图4a相对应，其中用散射棒(3)代替了 单个光导棒(1)。在所示实施例中，将三个散射棒(3)引入光导棒(1、11)的矩阵的边缘区域中，即散射棒(3)以径向对称边缘配置存在。由此能够实现拉伸的侧发光玻璃元件的径向照度分布。以与图4a中相同的方式，在图5a中存在具有不同直径的光导棒(1、11)。

除了以接近中心的方式引入处于径向对称中心配置中的单个散射棒之外，图5b在最大可能程度内与图4a相对应。在该实施例中，散射棒(3)的直径明显小于光导棒(1)的直径。如果对所示预成形物进行拉伸，则得到同样具有径向照度分布的侧发光玻璃元件。当然，在根据图4b的预成形物中径向对称中心配置也是可行的，其中引入具有相同直径的光导棒(1)。

图6a显示了如下侧发光玻璃元件的示意性横断面，其中通过对所述预成形物进行拉伸而得到所述侧发光玻璃元件，且在所述侧发光玻璃元件中光导元件(1)和散射元件(3)具有适形的连接。在此情况中通常确立光导元件(1)和散射元件(3)的六边形横断面。在该实施例中，将覆盖层(2)熔化在所述元件上。在所示散射元件(3)的不对称边缘配置中，特别地，可获得其中侧发光玻璃元件照亮了带的定向性照度分布。

图6b示意性显示了如下侧发光玻璃元件的横断面，其中通过对所述预成形物进行拉而伸得到所述侧发光玻璃元件，且在所述侧发光玻璃元件中光导元件(1)和散射元件(3)同样具有六边形适形连接。此处显示了在中心中并由此也处于径向对称配置中的散射元件，所述散射元件使得能够实现径向照度分布。

在图7a、7b和7c中更详细地对通过布置散射元件(3)来控制射线几何形状进行了描述。在图中使用光导元件和散射元件的六边形的适形连接。然而，所述基本考虑也适用于非适形连接。为了清晰起见，此处未描绘光导元件(1)，但当然其以真实组件存在。

图7a示意性示出了如图6b中的中心配置。在该中心配置中，通过散射元件(3)散射的光在小于全反射角的角下照射在覆盖层(2)上。因此，光(4)从玻璃元件发射出并造成侧发光效果。结果是侧发光的非定向性分布，即沿玻璃元件纵轴的径向照度分布。

图7b示意性描绘了散射元件(3)的不对称边缘配置，用其能够产生玻璃元件的定向性照度分布。所示的光射线(4)代表条纹状照度分布的边缘射线。通过散射元件(3)的位置能够确定发射角。

根据示意图7c的径向对称边缘配置可以说是代表可实现径向特别均匀发光的特定情况。在理想方式中，情况是临界角和散射元件(3)的数目的乘积为360°且所述元件相对于所述轴在相等距离下等距存在。不言而喻，图7c中所使用的超过三个的散射元件也能够用于该目的。

图8示出了航空器的内部，例如客机的舱室。包含根据本发明的侧发光玻璃元件(10)的照明装置能够在航空器舱室中发现多种应用。玻璃元件(10)是阻燃的并符合对客机审批负责的当局的审批规定以及适用的制造商要求。在图8中，在某些情况中将侧发光玻璃元件(10)显示为宽带。该图不必符合真实的比例。根据要求，将玻璃元件(10)体现为呈现为发光线的窄条。

能够安装根据本发明的侧发光玻璃元件(10)作为舱室的普通照明和/或作为沿和/或绕航空器舱室窗户、沿和/或绕用于储存手提行李的隔舱或沿和/或绕内部间隔物的轮廓照明(10)。通常，在航空器舱室内，特别是通过热成形可制造的任何形式的轮廓照明都是可行的。在航空器舱室的地板中，能够安装侧发光玻璃元件(10)以标记航空器内的通道。这种通道标记对于标记至紧急出口的通道特别有利。同样可将侧发光玻璃元件(10)用作座位的轮廓照明。通过使用着色的和/或可调节的RGB光源耦合输入光，可实现彩色气氛，这取决于白天的时间或飞行持续时间。除了装饰效果之外，这些应用还具有如下优势，为了设 置舱室中的夜间条件以用于帮助乘客的睡眠时相，能够减弱环境光，但乘客仍能够发现其座位。已经确认，准确地，在长途飞行中，引入睡眠时相使得乘客的旅途压力更小。同样适用于不同飞行时相中不同颜色的光气氛，其中例如根据乘客的生物节律设置光气氛。因此，在航空器内部舱室的内部合适的夜间设备和颜色可调的光气氛越来越重要。

图9显示了包含弯曲的侧发光玻璃元件(10)的照明装置。将光通过光源(40)耦合输入玻璃元件(10)的端面中并在所述玻璃元件中传导。LED特别适合作为光源(40)。在此情况中，实施散射元件(3)以使得仅在断面中具有散射元件。因此，仅在玻璃元件(10)的这些断面上能够观察到侧发光的效果。不言而喻，连续的散射元件(3)同样是可行的。通过热成形能够特别有效地产生玻璃元件(10)的弯曲。用于该目的的合适方法对于本领域技术人员是已知的。

图10显示了如下的汽车前灯(120)，其中侧发光玻璃元件(10)执行照明任务。在该实施例中，所述玻璃元件作为串布置在主前灯(42)下面。除了装饰功能之外，其能够实现侧灯和/或日间运行灯的功能。将根据本发明的侧发光玻璃元件(10)应用于汽车前灯(120)中是有利的，因为侧发光玻璃元件(10)耐热并抗风化，所述风化可因腐蚀性物质的作用而强化。与至今使用的由塑料构成的结构相比，根据本发明的侧发光玻璃元件(10)对风化和热负荷的敏感性更低。而且，能够耦合输入高得非常多的光功率。

特别地，LED同样适用于耦合输入侧发光玻璃元件(10)中，因为其与白炽灯或气体放电灯相比发光面积小，使得能够在不需要大体积光学系统的条件下有效地耦合输入。由此在汽车前灯(120)中特别是能够节省成本、重量和空间。与以带型方式布置的LED的安装相比，将侧发光玻璃元件(10)用于汽车前灯(120)中的优势在于，光均匀发射，导致不会造成单个发光点在美学上无吸引力的印象，其它道路使用者不 会受到大量发光点的干扰，发光效果在很大程度上与角度无关且LED的数目减少，并由此能够在使用前灯期间节省能量，这又能够降低车辆的燃料消耗并由此能够降低其CO₂的排放和/或能够扩展电动车辆的范围。

图11示意性示出了根据本发明的侧发光玻璃元件(10)在照明装置中的优选装配，所述照明装置能够充当荧光管的替换物。安装在载体(41)上的LED充当光源(40)。所述载体连接到装配体(50)。优选以热可从载体(41)传递到装配体(50)的方式实现所述连接。载体(41)的表面且特别是装配体(50)的表面由此能够吸收运行状态下的LED(40)所产生的热而作为散热器，并且特别地，通过其表面将所述热再次放出。载体(41)和装配体(50)由此能够充当冷却体。

特别有利的是装配体(50)和载体(41)整体实现。特别地，它们由导热材料如金属（包括金属的合金）组成。所述装配体(50)能够被安装到其它物体。可将玻璃元件(10)的相对的端面之间的距离Z选择为小距离，以使得在惯用观察距离下，玻璃元件(10)之间光的减少难以察觉且照明装置在最大可能程度内呈现为均匀的发光带。

图12示出了侧发光玻璃元件(10)链的示意图，其基本与图9中所述的相对应。图12旨在示出如下的事实，即根据本发明的侧发光玻璃元件(10)能够用于制造具有任何轮廓并能够组件化构造的照明装置。

与根据现有技术已知的印刷的侧发光玻璃元件相比，根据本发明的侧发光玻璃元件(10)的优势在于，其通过确立的热成形方法能够呈现几乎任何形式。印刷形成的玻璃坯料在工业规模上是不可能的或与无法承受的费用相关。而且，根据本发明的散射元件(3)自身由玻璃形成并另外受到相邻和/或包围光导元件(1)和/或优选还有覆盖层(2)的保护。这使得根据本发明的侧发光玻璃元件(10)特别地抗损伤，所述损伤可例如由其它物体刮蹭、尤其是在航空器振动的情况中或者与腐蚀性介质 接触造成。根据本发明的制造方法使得可按比例缩放根据本发明的玻璃元件(10)的侧发光效果并且还可实现与各种要求相对应的照度分布。尤其在颜色均匀性方面，以及在大部分传导的光通过侧面发射时，根据本发明的侧发光玻璃元件(10)还显示了侧发射光的均匀颜色分布。