CN108662447B - 产生功能性和装饰性照明图案的车辆顶部和车顶照明总成 - Google Patents

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Abstract

一种包括发光元件的顶部照明总成，发光元件包括位于两个玻璃基板之间的聚合物膜、面向内部的反射表面和多个边缘；以及控制器，控制器配置用于命令LED源(a)激发元件内的光致发光结构以将装饰性照明图案传输到内部，以及(b)将功能性照明图案传输到内部。此外，源配置为使入射光指向边缘中。

Description

产生功能性和装饰性照明图案的车辆顶部和车顶照明总成
技术领域
本公开总体上涉及产生功能性和装饰性照明图案的基于LED的内部照明总成，尤其是配置在车辆的车顶内用于车辆相关应用的照明总成。
背景技术
在过去几十年通过常规白炽照明光源的应用总体实现了车内照明，例如顶灯、门控灯、手套箱灯、脚部空间灯以及其他车顶和侧面板内部照明。虽然由白炽光源产生的光是相当均匀的，但与更现代的光源(例如发光二极管、荧光灯等)相比，它通常伴有相对较高的热量和较低的强度。此外，与更现代的光源相比，白炽光源具有相对较高的能量使用。
在过去的十年中，发光二极管(LED)源已经用于各种照明应用中，包括车辆应用。LED源与传统照明源相比具有许多优点，包括传输高强度照明图案以及在光以非常低的能量使用传输时产生低热量的能力。LED源的一个缺点是由它们产生的光是定向的，并且会导致与高度定向光相关的高对比度照明、阴影和其他不良影响。因此，在车辆内部照明的情况下，由于从这些光源输出的光的方向性所引起的在车辆内的近距离处的高对比度，因此LED源难以使用。
通过将某些光学器件连接到LED源在克服从LED源输出的光的定向特性上已经实现了一些成功。具体而言，近场透镜元件、准直器、光漫射器和反射器连接到LED源，以将其光输出成形为接近白炽光源产生的均匀图案。不幸的是，这些解决方案中的许多解决方案需要另外的组装空间(例如更大的整体照明源尺寸)，这会显著增加成本，因此，LED源在车辆内部(尤其是作为低成本门控灯和顶灯的替代品)并不普遍。
消费者也越来越要求在车辆、住宅、办公室和其他内部获得装饰性的照明效果。在车辆中，经常通过独立于太阳天窗、月亮天窗和其他非传统的车窗的照明总成(例如光纤)提供装饰性照明图案，该装饰性照明图案补充传输通过侧窗、挡风玻璃和后车窗的自然光。然而，许多消费者发现与这些独立的照明总成相关的显著的缺点，包括与用于这些装饰性照明接入点所需元件相关的内部空间损失、维护问题以及增加的成本。
因此，需要一种车辆内部照明解决方案，其以低成本的方式、最小的组装约束和低制造成本来利用LED源。此外，随着LED源不断被结合到汽车行业内，许多消费者希望获得传统光源无法实现的独特的照明美感。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了一种包括发光元件和控制器的顶部照明总成，该发光元件包括位于两个玻璃基板之间的聚合物膜、面向内部的反射表面和多个边缘；以及控制器配置用于命令多个LED源将功能性照明图案从元件传输到内部。此外，源配置为使入射光指向边缘中。
根据本公开的另一方面，提供了一种顶部照明总成，该顶部照明总成包括发光元件和控制器，发光元件包括位于两个玻璃基板之间的聚合物膜、面向内部的反射表面和多个边缘；控制器配置用于命令第一和第二LED源激发元件内的相应的第一和第二光致发光结构以将装饰性照明图案传输到内部。此外，源配置为使入射光指向边缘中。
根据本公开的又一方面，提供了一种顶部照明总成，该顶部照明总成包括发光元件和控制器，发光元件包括位于两个玻璃基板之间的聚合物膜、面向内部的反射表面和多个边缘；控制器配置用于命令LED源(a)激发元件内的光致发光结构以将装饰性照明图案传输到内部，以及(b)将功能性照明图案传输到内部。此外，源配置为使入射光指向边缘中。
顶部照明总成的前述方面的实施例可以包括以下特征中的任何一个或其组合：
·在膜内的多个凹槽，并且LED源进一步配置为使入射光指向边缘朝向凹槽；
·凹槽从膜的外表面朝向膜的内表面跨越至膜厚度的约75％至约90％的深度；
·膜的厚度为约0.5mm至约3mm，并且凹槽由具有从约1mm至约4mm的半径的压制部形成；
·内部是车辆的内部，并且顶部照明总成配置为安装到车辆内部的车顶；
·控制器至少部分地基于手动输入将来自元件的功能性照明图案传输到车辆内部的多个位置中，并且多个位置包括车辆内的多个乘客位置。
根据本发明，提供一种顶部照明总成，包括：
发光元件，发光元件包含位于两个玻璃基板之间的聚合物膜、面向内部的反射表面和多个边缘；以及
控制器，控制器配置用于命令多个LED源将来自元件的功能性照明图案传输到内部，
其中源配置为使入射光指向边缘内。
根据本发明的一个实施例，该总成进一步包括：
位于膜内的多个凹槽，
其中源进一步配置为使入射光指向边缘内朝向凹槽。
根据本发明的一个实施例，其中凹槽从膜的外表面朝向膜的内表面跨越至膜的厚度的约75％至约90％的深度。
根据本发明的一个实施例，其中膜的厚度为约0.5mm至约3mm，并且凹槽由具有从约1mm至约4mm的半径的压制部形成。
根据本发明的一个实施例，其中内部是车辆的内部，并且进一步其中总成配置为安装到车辆内部的车顶。
根据本发明的一个实施例，其中控制器至少部分地基于手动输入将来自元件的功能性照明图案传输到车辆内部中的多个位置中，并且进一步其中多个位置包括车辆内的多个乘客位置。
根据本发明，提供一种车顶照明总成，包括：
发光元件，发光元件包含位于两个玻璃基板之间的聚合物膜、面向内部的反射表面和多个边缘；以及
控制器，控制器配置用于命令第一LED源和第二LED源激发元件内的相应的第一光致发光结构和第二光致发光结构以将装饰性照明图案传输到内部，
其中源配置为使入射光指向边缘内。
根据本发明的一个实施例，其中第一LED源和第二LED源配置用于传输处于相应的第一波长范围和第二波长范围的入射光，并且第一光致发光结构和第二光致发光结构配置为在相应的第一波长范围和第二波长范围处被激发。
根据本发明的一个实施例，其中第一波长范围包括蓝色光，并且第二波长范围包括紫外光。
根据本发明的一个实施例，该总成进一步包括：
位于膜内的多个凹槽，
其中源进一步配置为使入射光指向边缘内朝向凹槽。
根据本发明的一个实施例，其中凹槽从膜的外表面朝向膜的内表面跨越至膜的厚度的约75％至约90％的深度。
根据本发明的一个实施例，其中膜的厚度为约0.5mm至约3mm，并且凹槽由具有从约1mm至约4mm的半径的压制部形成。
根据本发明的一个实施例，其中内部是车辆的内部，并且进一步其中总成配置为安装到车辆内部的车顶。
根据本发明的一个实施例，该总成进一步包括：
位于元件内的第三光致发光结构，
其中控制器进一步配置用于命令第二LED源激发第三光致发光结构以将装饰性照明图案传输到内部中。
根据本发明的一个实施例，其中第三光致发光结构包括长持续磷光体并且配置为在第二波长范围处被激发。
根据本发明，提供一种顶部照明总成，包括：
发光元件，发光元件包括位于两个玻璃基板之间的聚合物膜、面向内部的反射表面和多个边缘；以及
控制器，控制器配置用于命令LED源(a)激发元件内的光致发光结构以将装饰性照明图案传输到内部，以及(b)将功能性照明图案传输到内部，
其中源配置为使入射光指向边缘中。
根据本发明的一个实施例，该总成进一步包括：
位于膜内的多个凹槽，
其中源进一步配置为使入射光指向边缘中朝向凹槽和光致发光结构中的至少一个。
根据本发明的一个实施例，其中凹槽从膜的外表面朝向膜的内表面跨越至膜的厚度的约75％至约90％的深度。
根据本发明的一个实施例，其中膜的厚度为约0.5mm至约3mm，并且凹槽由具有从约1mm至约4mm的半径的压制部形成。
根据本发明的一个实施例，其中内部是车辆的内部，并且进一步其中总成配置为安装到车辆内部的车顶。
本领域的技术人员一经研究下列说明书、权利要求以及附图就可以理解和领会本发明的这些以及其他方面、目标以及特性。
附图说明
在附图中：
以下是对附图中的图的描述。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚和简洁，附图中的某些特征和某些视图以放大比例或示意性地示出。
图1A是根据一个实施例的呈现为涂层的光致发光结构的侧视图，该涂层用在照明总成中；
图1B是根据一个实施例的呈现为离散颗粒的光致发光结构的俯视图；
图1C是呈现为离散颗粒并且并入单独结构中的多个光致发光结构的侧视图；
图2是根据一个实施例的包含一个或多个顶部照明总成的车辆的端部透视图；
图3是根据一个实施例的顶部照明总成的示意图；
图4是图2和图3中描述的顶部照明总成和车辆的俯视示意性平面图；
图5是根据一个实施例的包括位于两个玻璃基板之间的聚合物膜和多个LED源的发光元件的透视图；
图5A是穿过图5中描述的发光元件的宽度的截面图；
图5B是穿过图5中描述的发光元件的长度的截面图；以及
图5C是根据另一实施例的穿过图5中描述的发光元件的长度的截面图，其包括多个小切面。
具体实施方式
这里为了说明的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“车辆前方”、“车辆后方”和它们的派生词应当与本发明如图2中的定向相关。但本发明可以采取各种可选的定向，除非有明确相反的规定。同样地，在附图中示出的以及在下列说明书中描述的特定装置和总成仅仅是所附权利要求所限定的发明构思的示例性实施例。因此，关于这里所公开的实施例的特定的尺寸以及其它物理特性不应认为是限制，除非权利要求另有明确表述。
本文包含的一些叙述指代被“配置”或“适于”以特定方式起作用的部件。在这方面，这样的部件被“配置”或“适于”体现特定的性质或以特定的方式起作用，其中这样的叙述是结构性叙述而不是预期用途的叙述。更具体地，在此提到的部件“配置”或“适于”的方式表示部件的现有物理状况并且因此将视为部件的结构特征的明确叙述。
为了本发明的目的，术语“连接”(以其所有格式：连接、连接有、被连接等)总体上表示两个部件(电的或机械的)直接地或间接地彼此连接。这样的连接实际上可以是固定的或可拆装的。这样的连接可以由两个部件(电的或机械的)和任何另外中间元件来实现，另外中间元件彼此或者与该两个部件整体构造成一体。除非另有声明，这样的连接实际上可以是固定的或者实际上可以是可移动或可释放的。
本发明的附加特征和优点将在下面的详细描述中阐述，并且从本文描述其对本领域技术人员会变得显而易见，或通过实践如与权利要求书和附图一起描述的下列说明所述的本发明可以认识到这样的附加特征和优点。
如在此所用的，当用于一系列两个或更多个项目中时使用的术语“和/或”意味着可以单独使用任何一个所列项目、或可以使用两个或更多个所列项目的任意组合。例如，如果组合物被描述为包含组分A、B和/或C，则组合物可以单独包含A；单独包含B；单独包含C；A和B的组合；A和C的组合；B和C的组合；或A、B和C的组合。
进一步地，在本文中，如第一和第二、上和下等的关系术语仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或意味着处于这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。
现在参考图1A-1C，示出了光致发光结构10的不同示例性实施例，每个光致发光结构10能够被连接到基底12，基底12可以对应于车辆固定装置或车辆相关设备件和/或发光元件30内的一个或多个基底或薄膜(参见例如图3-5C中所示的基底32、34和膜33)。在图1A中，光致发光结构10总体示出呈现为可以被应用于基底12表面的涂层(例如薄膜)。在图1B中，光致发光结构10总体上示为能够被结合到基底12的离散颗粒。在图1C中，光致发光结构10总体上示为可以被并入支撑介质14(例如薄膜)内的多个离散颗粒，支撑介质14之后可以被应用(如所示)或结合到基底12。
在最基本水平，特定的光致发光结构10包括能量转换层16，能量转换层16可以包括一个或多个子层，如在图1A和图1B中通过虚线示例性示出的。能量转换层16的每个子层可以包括具有利用磷光或荧光特性的能量转换元件的一种或多种光致发光材料18。每种光致发光材料18一经接收到特定波长的激发光24就可以被激发，由此使光经历转换过程。按照下变频(down conversion)原理，激发光24被转换为从光致发光结构10输出的更长波长的转换后的光26。反之，按照上变频(up conversion)原理，激发光24被转换为从光致发光结构10输出的更短波长的光。当从光致发光结构10同时输出多种不同波长的光时，该波长的光可以混合在一起并且表现为多色光。
由太阳、环境光源和/或光源(例如参见图3-5C中所示的LED源40b、40c)发射的光在本文中被称为激发光24并且在本文中以实线箭头示出。此外，激发光24可以是来自LED源的入射光的形式(例如参见图3-5C所示的入射光42b、42c)。相比之下，从光致发光结构10发射的光在本文中被称为转换后的光26，并且在本文中以虚线箭头示出。同时发射的激发光24和转换后的光26的混合物在本文中被称为输出光。此外，转换后的光26可以以装饰性照明图案的形式从发光元件30发出(例如参见图3-5C所示的装饰性照明图案44b、44c)。
可以通过使用多种方法将光致发光材料18分散在聚合物基体中以形成均匀混合物来制备能量转换层16。这样的方法可以包括从在液体载体支撑介质14中的制剂制备能量转换层16且将能量转换层16涂到所需的基底12上。可以通过涂装(painting)、丝网印刷、喷涂、狭缝涂覆(slot coating)、浸渍涂覆(dip coating)、滚筒涂覆(roller coating)和棒式涂覆(bar coating)将能量转换层16应用到基底12。可选地，可以通过不使用液体载体支撑介质14的方法来制备能量转换层16。例如，可以通过将光致发光材料18分散在可以被结合到聚合物基体的固态溶液(在干燥状态的均匀混合物)中而呈现能量转换层16，聚合物基体可以通过挤出、注塑成型、压缩成型、压延成型、热成型等而成型。之后可以使用本领域技术人员已知的任何方法将能量转换层16结合到基底12内。当能量转换层16包括子层时，可以顺序涂覆每个子层以形成能量转换层16。可选地，可以分别制备子层且之后层压或压印在一起以形成能量转换层16。仍可选地，可以通过共挤出子层来形成能量转换层16。
在一些示例中，已经被向下转换或向上转换的转换后的光26可以用于激发存在于能量转换层16内的其它光致发光材料18。使用从一种光致发光材料18输出的转换后的光26来激发另一种光致发光材料并以此类推的过程通常被称为能量级联并且可以作为实现各种颜色表现的可选方式。关于任何一种转换原理，激发光24和转换后的光26之间的波长差被称作斯托克斯位移(Stokes shift)且用作对应于光的波长变化的能量转换过程的主要驱动机制。在这里所述的各种实施例中，每种光致发光结构10可以按照任何一种转换原理操作。
返回参考图1A和图1B，光致发光结构10可以可选地包括至少一个稳定层20以保护包含在能量转换层16内的光致发光材料18不被光解和热降解。稳定层20可被配置为光学耦合到和粘附到能量转换层16的单独的层。可选地，稳定层20也可以与能量转换层16整合。光致发光结构10也可以可选地包括光学耦合和粘附到稳定层20或其它层(例如没有稳定层20时的转换层16)的保护层22以保护光致发光结构10不受由环境暴露所产生的物理和化学损伤。可以通过每层的顺序涂覆或印刷、顺序层压或压印、或任何其它合适的方式将稳定层20和/或保护层22与能量转换层16结合。
关于光致发光结构10的构建的附加信息在由金斯利(Kingsley)等人发明的、美国专利号为8,232,533、名称为“用于高效电磁能量转换和持续二次发射的光解稳定和环境稳定的多层结构”的专利中进行了公开，在此通过引用包含其全部公开内容。关于实现各种光发射的光致发光材料的制造和利用的附加信息参考在由博茨(Bortz)等人发明的、美国专利号为8,207,511、名称为“光致发光纤维、组合物以及由光致发光纤维和组合物制造的织物”的专利；由阿格拉沃尔(Agrawal)等人发明的、美国专利号为8,247,761、名称为“具有功能覆盖层的光致发光标记”的专利；由金斯利(Kingsley)等人发明的、美国专利号为8,519,359、名称为“用于高效电磁能量转换和持续二次发射的光解稳定和环境稳定的多层结构”的专利；由金斯利(Kingsley)等人发明的、美国专利号为8,664,624、名称为“用于产生持续二次发射的照明输送系统”的专利；由阿格拉沃尔(Agrawal)等人发明的、美国专利公开号为2012/0183677、名称为“光致发光组合物、光致发光组合物的制造方法及其新用途”的专利申请；由金斯利(Kingsley)等人发明的、美国专利号为9,057,021、名称为“光致发光物体”的专利；以及由阿格拉沃尔(Agrawal)等人发明的、美国专利号为8,846,184、名称为“铬发光物体”的专利，通过引用将它们的全部内容结合于此。
根据一个实施例，光致发光材料18可以包括有机或无机荧光染料，染料包括萘嵌苯(rylene)、呫吨(xanthene)、卟啉(porphyrin)以及酞菁染料(phthalocyanine)。另外或可选地，光致发光材料18可以包括来自Ce-掺杂的石榴石的组的磷光剂，例如YAG：Ce，并且可以是短持续光致发光材料18。例如，Ce3+的发射是基于作为宇称允许跃迁从4d1到4f1的电子能量跃迁。其结果是，Ce3+的光吸收和光发射之间的能量差是小的，并且Ce3+的发光水平具有10-8到10-7秒(10到100纳秒)的超短寿命或衰减时间。衰减时间可以限定为激发光24激发结束与光致发光结构10发射的转换后的光26的光强度落到0.32mcd/m2的最小能见度以下的时刻之间的时间。0.32mcd/m2的能见度是适于黑暗的人眼的敏感度的大概100倍，该能见度对应于本领域普通技术人员通常使用的基本照明水平。
根据一个实施例，可以使用Ce3+石榴石，其具有可以存在于比常规YAG:Ce型磷光剂的波长范围更短的波长范围内的峰值激发光谱。因此，Ce3+具有短的持续特性，使其衰减时间可以是100毫秒或更少。因此，在一些实施例中，稀土铝石榴石型Ce磷光剂可以用作具有超短持续特性的光致发光材料18，其可以通过吸收从光源和/或环境源发射的紫色至蓝色激发光24而发射转换后的光26。根据一个实施例，ZnS:Ag磷光剂可用于产生蓝色转换后的光26。ZnS:Cu磷光剂可用于产生黄绿色转换后的光26。Y2O2S:Eu磷光剂可以用于产生红色转换后的光26。而且，上述磷光材料可以组合以形成各种颜色，包括白光。应当理解的是，在不脱离这里提供的教导的情况下，可以使用本领域已知的任何短持续光致发光材料。关于制造短持续光致发光材料的附加信息在Kingsley等人发明的、美国专利号为8,163,201、名称为“用于高效电磁能量转换和持续二次发射的光解稳定和环境稳定的多层结构”的专利中进行了公开，通过引用将其全部公开内容结合于此。
另外或可选地，根据一个实施例，设置在光致发光结构10内的光致发光材料18可以包括长持续光致发光材料18，其一经被激发光24充能则发射转换后的光26。激发光24可以从任何激发源(例如如太阳的任何自然光源和/或任何人工光源)发射。长持续光致发光材料18由于其具有存储激发光24并且在激发光24不再存在的几分钟或几小时的时间内逐渐释放转换后的光26的能力而可以被定义为具有长的衰减时间。
根据一个实施例，长持续光致发光材料18可操作为在10分钟的时间段之后以0.32mcd/m2的强度或高于该强度发射光。此外，长持续光致发光材料18可操作为在30分钟的时间段以及在一些实施例中以大体长于60分钟的时间段(例如该时间段可以延长24小时或更长，并且在一些情形中该时间段可以延长48小时)之后以高于0.32mcd/m2的强度或以该强度发射光。相应地，长持续光致发光材料18可以响应于来自发射激发光24的任何光源的激发而持续照明，光源包括但不限于自然光源(如太阳)和/或任何人工光源。来自任何激发源的激发光24的周期吸收可以提供长持续光致发光材料18的大体持续充能，从而提供一致的无源照明。在一些实施例中，光传感器可以监测光致发光结构10的照明强度并且在照明强度落到0.32mcd/m2或任何其它预定强度水平以下时致动激发源。
长持续光致发光材料18可以对应于碱土铝酸盐和硅酸盐，例如掺杂(di(钕镨混合物))硅酸盐或在激发光24不再存在时能够持续一段时间发射光的任何其它化合物。可以利用一种或多种离子对长持续光致发光材料18进行掺杂，该离子可以对应于稀土元素，例如Eu2+、Tb3+和/或Dy3+。根据一个非限制的示例性实施例，光致发光结构10包括从约30％到约55％的磷光材料、从约25％到约55％的液体载体介质、从约15％到约35％的聚合物树脂、从约0.25％到约20％的稳定添加剂以及从约0％到约5％的增强性能的添加剂，各自基于制剂的重量。
根据一个实施例，光致发光结构10在未照明时是半透明的白色并且在一些情况下是反光的。一经光致发光结构10接收特定波长的激发光24，光致发光结构10就可以以任何所需亮度发射任何颜色的光(例如蓝色或红色)。根据一个实施例，蓝色发光磷光材料可以具有结构Li2ZnGeO4并且可以通过高温固态反应方法或通过任何其它可行的方法和/或工艺来制备。余辉可以持续二到八小时的持续时间并且可以源于激发光24以及Mn2+离子的d-d跃迁。
根据可选非限制的示例性实施例，100份的具有在甲苯/异丙醇中50％固体含量的聚氨酯的商业溶剂型聚氨酯树脂(例如梅斯树脂107-268)、125份的蓝绿色长持续磷光剂(例如性能指示剂PI-BG20(Performance Indicator PI-BG20))以及包含二氧杂环戊烷内的0.1％的Lumogen黄F083(Lumogen Yellow F083)的12.5份的染料溶液可以混合，从而产生低稀土矿物光致发光结构10。可以理解的是，这里提供的组分是非限制示例。因此，在不脱离本发明提供的教导的情况下，可以在光致发光结构10内使用本领域已知的任何磷光剂。而且，可以想到的是，在不脱离本发明提供的教导的情况下，也可以使用本领域已知的任何长持续磷光剂。
关于长持续光致发光材料的制造的附加信息在由Agrawal等发明的、美国专利号为8,163,201、名称为“高强度持续的光致发光制剂和物品以及用于制造它们的方法”的专利中进行公开，在此通过引用包含其全部内容。关于长持续磷光结构的附加信息参考由Yen等人发明的、美国专利号为6,953,536、名称为“长持续磷光体和持续能量转移技术”的专利；由Yen等人发明的、美国专利号为6,117,362、名称为“长持续蓝色磷光体”的专利；以及由Kingsley等人发明的、美国专利号为8,952,341、名称为“用于产生长持续发光的低稀土矿光致发光组合物以及其结构”的专利，通过引用将它们的全部内容结合于此。
现今使用LED信号总成具有很大的实际效果。在汽车行业中，许多车辆现在使用基于LED的照明总成，通常在外部应用中(例如日间行车灯(DRL))。此外，这些基于LED的车辆总成可以依靠一个或多个LED光源，每个LED光源通过小光束角固有地产生高光强度。相应地，许多基于LED的照明总成产生与每个LED光源相关的离散照明“热点”。
类似地，LED源的高效率和强度方面为产生模仿自然照明的照明图案以实现功能性和装饰性目的(例如作为车辆中的地图灯、情绪照明、标记或标志的形式的照明图案等)开辟了更大的可能性。考虑到LED源的小光束角，通过使用LED源模仿自然照明的传统方法总体依靠复杂的光学器件、透镜和大量的LED光源。此外，这些以功能为目的模拟自然照明的基于LED的方法是成本高的。
之前尚未知道如何配置和设计基于LED的车辆照明总成，以产生用于车辆内部应用的高度均匀的功能性照明和/或装饰性照明图案，车辆内部应用包括顶部照明总成、面板照明总成和其他紧凑型的发光照明总成。如在本公开中概述的那样，提供了使用具有小的组装约束和低制造成本的LED源的顶部照明总成。这些顶部照明总成和类似的照明总成可以安装在车辆、住宅、寓所内部以及顶部、壁和其他板元件内的其他结构中。这些照明总成可以在车辆以及容纳这些总成的其他结构内部产生各种功能性照明图案。此外，本公开中的这些照明总成和类似的照明总成可以以相对低的成本产生具有期望的美观度的装饰性照明图案。
参考图2，车辆1被描述成具有结合在车顶200内的顶部照明总成100。顶部照明总成100可以安装在车辆1的车顶200内，与例如全景天窗、太阳天窗、月亮天窗等的允许从车辆1的外部3向其内部2直接传输环境光的其他部件相比，顶部照明总成100的组装具有明显更小的占用面积。根据本公开的一些方面，当顶部照明总成100被控制器150激活时，它可以从包含在该总成中或以其他方式连接到该总成的多个LED源(例如图3-5C中所示的LED源40a-40c)中的一个或多个LED源向车辆1的内部3传输功能性和/或装饰性照明图案。例如，功能性照明图案可以是为车辆1的一个或多个乘员提供门控灯功能的形式。从顶部照明总成100产生并传输的照明图案从总成自身内的发光元件(例如图5-5C所示的发光元件30)发出。此外，控制器150可以激活照明总成的一个或多个LED源(例如图3、图4中所示的LED源40a)，以产生指向车辆1的内部3中的各个区域的功能性照明图案(例如图4中所示的区域202、204、206、208、210和212)。
再次参考图2，在某些方面，顶部照明总成100还可以用于在车辆1的内部3内提供装饰性照明图案。在一些实施方式中，控制器150可以至少部分地基于一个或多个环境输入160(同样参见图3、图4)来传输这些装饰性照明图案，以模拟如日光300a和/或月光300b环境光或模仿例如星光的其他有趣图案的方面。在某些实施例中，顶部照明总成100的控制器150可以至少部分地基于从光传感器获得的环境输入160来产生这些装饰性照明图案，光传感器是例如接收直射日光图案302、304和/或月光300b的位于车辆1外部2上的不同位置处的光传感器162、164。此外，控制器150可以激活一个或多个LED源(例如图3、图4所示的LED源40b、40c)以将特定的装饰性照明图案引导到车辆1的内部3中，从而产生各种效果，如模拟星光图案、形成发光设计、标志等以及其他有趣的照明效果。
现在参考图3和图4，示意图更详细地描述了本公开的顶部照明总成100。如这些图中所示的，顶部照明总成100包括具有多个LED源40a、40b和40c的发光元件30；以及经由线路152连接到LED源40a-c的控制器150。这些LED源40a-c被配置在照明总成100内以将入射光42a-c引导到发光元件30中。此外，总成100的控制器150可以配置为至少部分基于一个或多个输入而引导LED源40a-c中的一个或多个将照明图案(例如图5-5C所示的从照明总成单元100'发出的照明图案44a-c)从发光元件30传输到车辆1的内部3(参见图2)。应该理解的是，这些照明图案(例如图5-5C所示的照明图案44a-c)源自入射光42a-c，入射光42a-c在发光元件30内散射和/或反射和/或激发元件30内的光致发光结构10a-10c(参见图4)。此外，控制器150的输入包括环境输入160、手动输入170、车辆相关输入180和用户程序相关输入190。同样如图3和图4所示，在一些实施方式中，控制器150可以连接到电源154，并且在其他方面，可以从控制器150内的源或车辆1内的其他部件(未示出)获得电力。
关于连接到图3和图4中示意性描述的顶部照明总成100的控制器150的环境输入160，在一些实施例中，环境输入可以是车辆1外部2上的日光300a、月光300b或其他环境光(参见图2)。环境输入160还可以是落在车辆1的各种外部上的由排列在车辆1的各种外部上的各种光传感器(例如光传感器162、164)所捕获的日光300a、月光300b或环境光(参见图2)。在这样的实施方式中，顶部照明总成100可以配置为使其控制器150引导LED源40b、40c中的一个或多个将入射光42b、42c引导用于激发发光元件30内的光致发光结构10a-10c，从而产生装饰性照明图案44b、44c(参见图5A)并且将装饰性照明图案传输到车辆1的内部3中以增强落在车辆1外部2的各个部分上的日光300a(例如图2中以直射日光图案302、304的形式所示的)或月光300b(参见图2)。可以由控制器150采用的其他环境输入160包括天气输入、全球定位系统(GPS)输入、时间和日期输入(即时间输入)和水分输入。
关于手动和用户程序输入170和190，其分别连接到图3和图4中示意性描述的顶部照明总成100，这些部件可以至少部分地由控制器150采用，以引导LED源40a-40c中的一个或多个将功能性照明图案(例如照明图案44a)和/或装饰性照明图案(例如照明图案44b、44c)引导到车辆1的内部3中。手动输入170包括按钮、旋钮、拨号盘、开关、移动设备触摸屏控制器(例如经由与车辆1的无线通信协议)以及可以由车辆1的乘员手动控制的其他用户输入。用户程序输入190可以通过用户输入170的相同的按钮、旋钮等或用于存储如普通技能人员所理解的用于向控制器150提供控制方案的各种程序和例程的其他控制器来使用。例如，控制器150可以至少部分地分别基于手动和/或用户程序输入170和190来激活顶部照明总成100中的一个或多个LED源40a，以在发光元件30内产生入射光42a，从而产生落在车辆1内部3的一个或多个选定区域202、204、206、208、210和212内的功能性照明图案44a。类似地，控制器150可以至少部分地分别基于手动和/或用户程序输入170和190激活顶部照明总成100中的LED源40b、40c中的一个或多个，以在光漫射元件30内产生入射光42b、42c，从而产生在车辆1的内部3中发出的装饰性照明图案44b、44c(参见图5A)(例如在明亮的夜晚通过元件30可见的模拟真实星光的星光图案)。
关于连接到图3和图4中示意性描述的顶部照明总成100的控制器150的车辆相关输入180，该特征可以至少部分地由控制器150采用，以引导LED源40a-40c中的一个或多个将车辆相关的照明图案(例如图5B、图5C中所示的功能性照明图案44a以及如图5A所示的装饰性照明图案44b、44c)引导到车辆1的内部3中(参见图2)，从而向车辆1内的驾驶员和/或乘客发出某些车辆相关指示信号。车辆相关输入180包括各种车辆指示，如碰撞警告、紧急停止指示、危急信号灯、低燃料、低轮胎压力、发动机警告、另一车辆或物体处于盲区中、另一车辆或物体紧邻车辆以及从车辆1获得的其他车辆相关信号。更具体地，控制器150可以至少部分地基于从排列在整个车辆1中的车辆传感器获得的一个或多个车辆输入180和/或车辆1内通过其他指示元件(例如仪表板)同样接收到的信号来传输车辆相关照明图案。此外，控制器150可以激活LED源40a-40c中的一个或多个以将发光元件30内的入射光42a-42c(其最终以照明图案44a-44c的形式产生特定的车辆相关照明图案)(参见图5-5C)引导到车辆1的内部3中的各个区域，从而获得特定的信号传递效果。例如，控制器150可以至少部分基于车辆相关输入180激活顶部照明总成100内的某些LED源40a-40c，以向车辆1的驾驶员和/或乘员表明车辆紧邻物体，该物体距离区域202、204、206、208、210和212中的一个或多个最近。作为另一示例，控制器150可以至少部分基于车辆相关输入180(例如车门打开)来激活照明总成100中的一个或多个LED源40a，以引导发光元件30内的入射光42a传输功能性照明图案44a，从而基于车辆的特定车门当前是打开的车辆状态而照明一个或多个区域202、204、206、208、210和212。
在另一实施例中，顶部照明总成100的控制器150还可以至少部分基于手动和车辆相关的输入170和180来激活顶部照明总成100中的某些LED源40a-40c，以向车辆1后部的某些乘员提供功能性和/或装饰性照明图案，如图3和图4所示。更具体地，控制器150可以基于表明车辆1正在移动的车辆相关输入180来部分地超驰用户输入170，该用户输入170旨在将功能性和/或装饰性照明图案引导到车辆1的整个内部3。一经识别出车辆1处于移动中(即基于车辆相关输入180)，那么控制器150就可以将功能性和/或装饰性照明图案仅引导至车辆后部(例如区域208、210、212)的乘客，以防止来自顶部照明总成100的过度眩光到达车辆1内部3前部的驾驶员。
现在参考图5-5C，描述了顶部照明总成100(例如图3和图4所示)的照明总成单元100'，其可以包括阻光件20，阻光件20具有分别面向外部的表面22和面向内部的表面24。当顶部照明总成100安装在车辆的车顶中时，阻光件20的面向外部的表面22可以面向车辆的外部(例如图2所示的车辆1的外部2)。阻光件20的面向外部的表面22也可以面向包含顶部照明总成100的照明总成单元100'的固定装置、元件或其他结构的外部。阻光件20的面向内部的表面24面向包含照明总成单元100'的结构的内部(例如图2所示的车辆1的内部3)。在照明总成单元100'的一些方面中，阻光件20可以是由玻璃、玻璃-陶瓷、聚合物、钢或复合组合物获得的薄的基板。阻光件20通常在其面向外部的表面22处附接到车辆1(图2)的车顶200或容纳顶部照明总成100的照明总成单元100'的结构的其他面板。此外，在某些实施例中，阻光件20的厚度可以在约0.0075mm至约5cm的范围内。在阻光件20基本上为薄层或薄膜的照明总成单元100'的方面中，阻光件20可以具有约0.0075mm至约0.25mm的厚度。在其他实施例中，阻光件20为基板的形式并且厚度在从约1mm至约5cm的范围内。
如图5-5C中进一步描述的，阻光件20通常包括面向内部的反射表面24。此外，这种配置的面向内部的反射表面24可以包括镜面或非镜面(例如白色无光泽)表面，其旨在以高效率和低吸收来反射来自LED源40a-40c的入射光42a-c。在一些实施例中，面向内部的反射表面24是具有高镜面反射率的镜面状。例如，面向内部的反射表面24可以是通过真空金属化应用的高反射涂层(例如来自雷恩哈德库兹基金两合公司(Leonhard Kurz Stiftung&Co.KG，“Kurz”)的真空金属化铬涂层)。在功能上，阻光件20的面向内部的表面24可用于反射来自发光元件30内的LED源40a-40c的入射光42a-c。由于阻光件20的面向内部的表面24用于在发光元件30内反射这种光，因此几乎不发生来自LED源40a-40c的通过阻光件20进入车顶200或容纳照明总成单元100'和顶部照明总成100的其他结构的光损失。
在图5-5C所示的照明总成单元100'的一些实施方式中，不存在阻光件20或阻光件20另外配置为确保发光元件30具有可见光谱中的高透光率的特性。在实施例中，包括可选阻光件20的照明总成单元100'配置为具有在可见光谱上的至少85％、至少90％或至少95％的光透射率。根据一些实施例，照明总成单元100'可以用在适合用作全景天窗、太阳天窗或月亮天窗元件(参见图2)的顶部照明总成100中。也就是说，安装在照明总成100和车顶200内的照明总成单元100'确保太阳光300a和/或月光300b可以从车辆1的外部2传输到内部3(参见图2)。
仍然参考图5-5C，顶部照明总成100的照明总成单元100'进一步包括设置在阻光件20上的发光元件30。更具体地，发光元件30设置在阻光件20的面向内部的表面上。在总成单元100'的某些方面，元件30包括位于两个基板32、34之间的膜33，基板32、34和膜33均设置在阻光件20的面向内部的表面24下方或处在表面24上。在一些方面，发光元件30直接固定到阻光件20或与阻光件20隔开。更一般地，发光元件30具有从约0.5mm到约50mm的范围内的平均厚度。如图5-5C中以示例性形式所示的，发光元件30的厚度可以保持大体恒定。然而，在顶部照明总成100的其他实施方式中，在照明总成单元100'中采用的发光元件30的厚度可以在单元100'内的不同位置处变化。
在一些方面，发光元件30包括一个或多个基板32、34。基板32、34可以由各种亚透明、半透明或其他光学材料制成，其包括玻璃和聚合物材料。在一个优选实施例中，基板32、34由适用于车辆乘客车窗和挡风玻璃的任何种类的玻璃组合物制成，如本公开领域的普通技术人员所理解的。在实施例中，在发光元件30中采用的基板32、34中的每一个的光学透射率在400nm至700nm的范围内至少为85％。
再次参考图5-5C，发光元件30可以包括设置在基板32、34之间的膜33或设置在具有仅一个基板的配置中的基板32、34中的一个上的膜33。在其他实施例中，发光元件30可以包括多个膜33，尤其是在采用三个或更多个基板32、34的配置中。根据发光元件30的一些实施例，膜33包括聚合物材料，其厚度为约0.1mm至约10mm。在优选实施例中，膜33包括厚度为约0.5mm至约3mm的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)膜。
同样如图5-5C中所示的，发光元件30可以配置为矩形。更具体地，元件30分别包括第一和第二相对边缘36a和36c以及第三和第四相对边缘36b和36d。此外，照明总成单元100'包括配置为使入射光42a、42b、42c分别指向边缘36a、36b、36c和36d中的一个或多个LED源40a、40b和40c。来自LED源40a的入射光42a在发光元件30内传播，然后在元件30内散射，从阻光件20反射和/或离开元件30，作为功能性照明图案44a(参见图5B、图5C)朝向内部3(例如图2所示的车辆1的内部)。此外，来自LED源40b、40c的入射光42b、42c在发光元件30内传播并且激发光致发光结构10a、10b和10c。被激发的光然后作为装饰性照明图案44b、44c离开元件30进入内部3(例如图2所示的车辆1的内部)。此外，应该理解的是，来自光致发光结构10c(例如配置为标志或其他设计)的被激发的光作为装饰性照明图案44b和/或44c的一部分离开发光元件30，这取决于利用各自的入射光42b、42c激发光致发光结构的LED源40b，40c。
再次参考图5-5C，不同类型的LED适合用作LED源40a-40c，这包括但不限于顶部发射LED、侧面发射LED等。此外，这些LED源40a-c可以产生如白光的宽光谱范围内的光。在其他实施例中，LED源40b和40c被配置用于产生处于特定波长范围的各个入射光42b和42c，这些波长范围在一些实施例中可以彼此不同，或者在其他实施例中彼此重叠。在优选实施例中，选择LED源40b和40c产生处于特定波长范围的入射光42b、42c，该特定波长范围与适于激发特定光致发光结构10a-10c的特定波长范围相对应。例如，可以将LED源40b调整为产生用于激发光致发光结构10a的蓝色入射光42b，光致发光结构10a自身调整为通过蓝色光激发，从而传输装饰性照明图案44b。类似地，可以将LED源40c调整为产生用于激发光致发光结构10b、10c的紫外入射光42c，每个光致发光结构均调整为通过紫外光激发，从而传输装饰性照明图案44c。在优选实施例中，发光元件30包括传输处于特定波长范围的入射光42b、42c的LED源40b、40c，入射光被调整用于激发特定的光致发光结构10a-10c以产生不同的装饰性照明图案44b、44c。此外，如在照明总成100内采用的这样的发光元件30可以由控制器150(参见图3和图4)控制以根据控制器150激活的LED源40b、40c来产生交替的装饰性照明图案44b、44c。
仍然参考图5-5C，照明总成单元100'的发光元件30可以进一步包括设置在元件30的表面上的保护膜50。保护膜50具有面向内部的表面28和面向外部的表面26，面向内部的表面28面向包含单元100'的结构的内部3，面向外部的表面26面向发光元件30。优选地，保护膜50具有大体透明的高透光性。例如，保护膜50可以包括直接沉积在发光元件30上的耐刮膜(例如氟硅烷涂层)。
再次参考图5-5C，照明总成单元100'可以另外配置有边缘密封件70，密封件70配置用于密封发光元件30、阻光件20和保护膜50(在存在的情况下)的边缘36a、36b、36c和36d。在一些方面，密封件70是热固性聚合物材料，其可以以相对低的粘度应用以在固化之前密封这些部件(例如阻光件20、发光元件30和保护膜50)。在照明总成单元100'的其它方面，密封件70是热塑性材料，其在较高的温度下以相对较低的粘度应用并且被冷却以密封这些部件。在某些实施例中，密封件70可以形成在照明总成单元100'的这些部件上方以在其上提供密封和耐腐蚀的密封部。
再次参考图5-5C，提供了照明总成单元100'，除了其它特征之外，该照明总成单元100'还包括沿着边缘36a、36b、36c和36d配置的多个LED源40a-40c。在照明总成单元100'的某些实施例中，LED源40a沿着每个相应边缘36b和36d彼此等距地隔开，并且LED源40b和40c沿着边缘36a和36c以交替方式隔开(同样参见图3和图4)。在照明总成单元100'的其它方面中，LED源40a以非恒定的尺寸隔开。例如，边缘36b上的多个LED源40a可以朝向边缘36c在向车辆后方的方向上集中，以增加在向车辆后方的方向上的功能性照明图案44a的范围，从而更好地环绕位于车辆中的后排乘客，该车辆包含具有这样的照明总成单元100'的顶部照明总成100。相应地，根据边缘36a、36b、36c和36d的尺寸以及关于从单元100'发射到车辆1的内部3或容纳单元100'的其他结构中的功能性和装饰性照明图案44a-c的期望位置的其他考虑，照明总成单元100'可以采用各种数量的LED源40a、40b和40c以及关于这些源的间隔及其组合。
进一步关于在图5-5C中以示例性方式描述的照明总成单元100'，单元100'的各种部件的形状因素可以根据单元100'和结合单元100'的照明总成100的应用而改变。例如，照明总成单元100'可呈现圆形、椭圆形、三角形、菱形或其他不规则形状。因此，照明总成单元100'的某些实施方式具有沿着任何这种形状的边缘的多个LED源(例如LED源40a、40b、40c等)。在其他方面，LED源40a、40b和/或40c可以安装为邻近这些形状的边缘但不与其接触(例如使它们位于车辆1中的车顶200的结构内从视野内隐藏，如图1所示)。
现在参考图5C，在某些实施例中，照明总成单元100'可以包括发光元件30，该发光元件30具有相对于阻光件20以锥形切割角62切割的一个或多个锥形小切面60。这些小切面60可以安装在发光元件30内以进一步控制来自多个LED源40a的入射光42a(同样参见图4)。在某些方面，小切面60是利用发光元件30制作成的简单切口，以改变小切面的位置处的元件内的局部折射率。尤其地，小切面60可以防止从一组LED源(例如源40a)发出的入射光42a到达整个元件30。例如，从LED源40a指向边缘36b的发射通过发光元件30的入射光42a可以利用锥形小切面60的反射而被引导为背离相对边缘36d(参见图5C)。在某些实施例中，锥形小切面60以从0度到90度范围的锥形切割角度62(例如包括竖直和水平小切面60)安装，优选地从30度到60度，并且更优选地在40度和50度之间。在其他实施方式中，锥形小切面60配置为跨越小于发光元件30的整个厚度，尤其是在至少一些入射光42a旨在跨越发光元件30的整个宽度和/或长度而散射的实施例中。
根据图5C以示例形式示出的照明总成单元100'(例如在照明总成100中所采用的照明总成单元)的一些方面，小切面60作为凹槽仅安装在膜33中，膜33设置在两个基板32、34(未示出)之间。在实施例中，凹槽形式的小切面60跨过膜33的外表面(例如面向内部3)至膜33的厚度的约75％至约90％的深度。例如，可以通过压印或另外以具有约1mm至约4mm半径的工具压入而使小切面60形成在膜33中。
在不脱离本发明的构思的情况下可以对上述结构做出变化和修改。例如，顶部照明总成100(参见图2-4)可以安装在其他车辆位置，例如后排乘客车窗、内部面板等中，并且起到与本公开中前面概述的功能类似功能的作用，其包括产生功能性和/或装饰性照明图案的能力。作为另一示例，顶部照明总成100可以用于其他非车辆应用(例如住宅窗户、顶棚面板等)中并且用于与本公开中前面概述的功能类似的功能，其包括产生功能性和/或装饰性照明图案的能力。本公开范围内的本领域技术人员理解的这些变化和修改以及其他实施例旨在被以下权利要求所覆盖，除非这些权利要求通过其语言另外明确地表述。

Claims (14)

1.一种顶部照明总成，包括：
发光元件，所述发光元件包含位于两个玻璃基板之间的聚合物膜、面向内部的反射表面和多个边缘；以及
控制器，所述控制器配置用于命令多个LED源将来自所述元件的功能性照明图案传输到所述内部，
其中所述源配置为使入射光指向所述边缘内，
其中所述控制器进一步配置用于命令第一LED源和第二LED源激发所述元件内的相应的第一光致发光结构和第二光致发光结构以将装饰性照明图案传输到所述内部中，并且其中所述第一LED源和所述第二LED源配置为使所述入射光指向所述边缘内，
其中所述第一LED源和所述第二LED源配置用于传输处于相应的第一波长范围和第二波长范围的入射光，并且所述第一光致发光结构和所述第二光致发光结构配置为在相应的所述第一波长范围和所述第二波长范围处被激发。
2.根据权利要求1所述的总成，进一步包括：
位于所述膜内的多个凹槽，
其中所述源进一步配置为使所述入射光指向所述边缘内朝向所述凹槽。
3.根据权利要求2所述的总成，其中所述凹槽从所述膜的外表面朝向所述膜的内表面跨越至所述膜的厚度的约75％至约90％的深度。
4.根据权利要求3所述的总成，其中所述膜的厚度为约0.5mm至约3mm，并且所述凹槽由具有从约1mm至约4mm的半径的压制部形成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的顶部照明总成，其中所述内部是车辆的内部，并且进一步其中所述总成配置为安装到所述车辆内部的车顶。
6.根据权利要求5所述的总成，其中所述控制器至少部分地基于手动输入将来自所述元件的功能性照明图案传输到所述车辆内部中的多个位置中，并且进一步其中所述多个位置包括所述车辆内的多个乘客位置。
7.根据权利要求6所述的总成，其中所述第一波长范围包括蓝色光，并且所述第二波长包括紫外光。
8.根据权利要求6所述的总成，进一步包括：
位于所述元件内的第三光致发光结构，
其中所述控制器进一步配置用于命令所述第二LED源激发所述第三光致发光结构以将装饰性照明图案传输到所述内部中。
9.根据权利要求8所述的总成，其中所述第三光致发光结构包括长持续磷光体并且配置为在所述第二波长范围处被激发。
10.一种顶部照明总成，包括：
发光元件，所述发光元件包括位于两个玻璃基板之间的聚合物膜、面向内部的反射表面和多个边缘；以及
控制器，所述控制器配置用于命令LED源(a)激发所述元件内的光致发光结构以将装饰性照明图案传输到所述内部，以及(b)将功能性照明图案传输到所述内部，
其中所述源配置为使入射光指向所述边缘中，
其中所述控制器进一步配置用于命令第一LED源和第二LED源激发所述元件内的相应的第一光致发光结构和第二光致发光结构以将所述装饰性照明图案传输到所述内部中，并且其中所述第一LED源和所述第二LED源配置为使所述入射光指向所述边缘内，
其中所述第一LED源和所述第二LED源配置用于传输处于相应的第一波长范围和第二波长范围的入射光，并且所述第一光致发光结构和所述第二光致发光结构配置为在相应的所述第一波长范围和所述第二波长范围处被激发。
11.根据权利要求10所述的总成，进一步包括：
位于所述膜内的多个凹槽，
其中所述源进一步配置为使所述入射光指向所述边缘中朝向所述凹槽以及所述光致发光结构中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的总成，其中所述凹槽从所述膜的外表面朝向所述膜的内表面跨越至所述膜的厚度的约75％至约90％的深度。
13.根据权利要求12所述的总成，其中所述膜的厚度为约0.5mm至约3mm，并且所述凹槽由具有从约1mm至约4mm的半径的压制部形成。
14.一种车顶照明总成，包括：
发光元件，所述发光元件包含位于两个玻璃基板之间的聚合物膜、面向内部的反射表面和多个边缘；以及
控制器，所述控制器配置用于命令第一LED源和第二LED源激发所述元件内的相应的第一光致发光结构和第二光致发光结构以将装饰性照明图案传输到所述内部，
其中所述源配置为使入射光指向所述边缘内，
其中所述第一LED源和所述第二LED源配置用于传输处于相应的第一波长范围和第二波长范围的入射光，并且所述第一光致发光结构和所述第二光致发光结构配置为在相应的所述第一波长范围和所述第二波长范围处被激发。
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