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Die Erfindung betrifft eine Außenleuchte für ein Kraftfahrzeug zur Bereitstellung einer oder mehrerer Signallichtfunktionen.
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Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeugleuchten bekannt, die Signallichtfunktionen, wie z.B. Tagfahrlicht oder Positionslicht, über eine lichtleitende Struktur in der Form einer Dickwandoptik erzeugen. Eine Dickwandoptik stellt dabei einen transmissiven Volumenkörper dar, in den Licht für die entsprechende Signallichtfunktion über eine Lichteintrittsfläche eingestrahlt wird. Dieses Licht wird durch den Volumenkörper unter Auftreten von Totalreflexionen zu einer Lichtaustrittsfläche geleitet. Die Lichtaustrittsfläche weist eine Auskoppelstruktur auf, wie z.B. kissenförmige Elemente oder Prismen. Mittels der Auskoppelstruktur wird das Licht geeignet umgelenkt, um eine Lichtverteilung gemäß der erwünschten Signallichtfunktion zu erzeugen. Dickwandoptiken ermöglichen zwar eine Homogenisierung des darin geleiteten Lichts, benötigen hierfür jedoch eine ausreichende Dicke und somit großen Bauraum.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Außenleuchte für ein Kraftfahrzeug zur Bereitstellung einer oder mehrerer Signallichtfunktionen mit einem kompakten Aufbau zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Außenleuchte gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die erfindungsgemäße Außenleuchte ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei das Kraftfahrzeug vorzugsweise ein PKW ist, jedoch ggf. auch ein LKW oder ein Motorrad sein kann. Sofern im Folgenden und insbesondere in den Patentansprüchen Wechselwirkungen zwischen der Außenleuchte und dem Kraftfahrzeug beschrieben werden, so ist dies immer dahingehend zu verstehen, dass die Wechselwirkung bei Anordnung bzw. Einbau der Außenleuchte im Kraftfahrzeug auftritt. Die Komponenten der Außenleuchte, die eine entsprechende Wechselwirkung mit dem Kraftfahrzeug bzw. Bauteilen des Kraftfahrzeugs haben, sind somit derart ausgestaltet, dass die Wechselwirkung bei Anordnung bzw. Einbau der Außenleuchte im Kraftfahrzeug hervorgerufen wird.
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Die erfindungsgemäße Außenleuchte umfasst ein Leuchtmittel zur Abstrahlung von Licht für eine jeweilige Signallichtfunktion aus einer oder mehreren Signallichtfunktionen und ein Umlenkmittel, welches dazu eingerichtet ist, von dem Leuchtmittel stammendes Licht derart umzulenken, dass eine Lichtverteilung gemäß der jeweiligen Signallichtfunktion erzeugt wird. Das Leuchtmittel kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Leuchtmittel eine oder mehrere LEDs umfassen, die direkt in Richtung zum Umlenkmittel strahlen. Ebenso kann das Leuchtmittel beispielsweise ein Lichtleiter sein, der flächig Licht zum Umlenkmittel abstrahlt und durch eine oder mehrere Lichtquellen (z.B. LEDs) gespeist wird.
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Das Umlenkmittel der erfindungsgemäßen Außenleuchte zeichnet sich dadurch aus, dass es eine Flüssigkristallanordnung umfasst, die zumindest eine Flüssigkristallschicht mit Flüssigkristallen enthält, wobei das von dem Leuchtmittel stammende Licht auf die zumindest eine Flüssigkristallschicht fällt. Die Flüssigkristallanordnung kann z.B. einen durchgehende Flächenbereich abdecken. Ebenso kann die Flüssigkristallanordnung mehrere separate Teilabschnitte umfassen, die jeweils zumindest eine Flüssigkristallschicht mit Flüssigkristallen enthalten. Erfindungsgemäß sind die Flüssigkristalle in der zumindest einen Flüssigkristallschicht derart ausgerichtet, dass sie eine Umlenkung des darauf fallenden Lichts bewirken, so dass die Lichtverteilung gemäß der jeweiligen Signallichtfunktion erzeugt wird.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mit denen Flüssigkristalle im Rahmen der Herstellung von entsprechenden Flüssigkristallschichten gezielt ausgerichtet werden. Erfindungsgemäß wird die Ausrichtung der Flüssigkristalle derart festgelegt, dass die entsprechende Signallichtfunktion erreicht wird. Es liegt dabei im Rahmen von fachmännischem Handeln, die Flüssigkristalle für die erwünschten Signallichtfunktionen geeignet anzuordnen.
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In der erfindungsgemäßen Außenleuchte können beliebige Flüssigkristallanordnungen eingesetzt werden, sofern im Rahmen ihrer Herstellung eine gezielte Ausrichtung der darin enthaltenen Flüssigkristalle möglich ist. Beispielsweise können Flüssigkristallanordnungen genutzt werden, die in dem Dokument
US 2021/0223448 A1 beschrieben sind.
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Die erfindungsgemäße Außenleuchte weist den Vorteil auf, dass Flüssigkristallschichten bereits bei geringen Dicken eine sehr effiziente Umlenkung von Licht bei gleichzeitiger Homogenisierung ermöglichen. Demzufolge kann bei geringem Bauraum eine homogene Signallichtfunktion erreicht werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Außenleuchte können je nach Ausgestaltung unterschiedliche Signallichtfunktionen realisiert werden. Insbesondere umfassen die Signallichtfunktion bzw. die Signallichtfunktionen der Außenleuchte ein Tagfahrlicht und/oder ein Positionslicht und/oder ein Konturlicht und/oder ein Fahrtrichtungsanzeigelicht und/oder ein Schlusslicht und/oder ein Bremslicht und/oder ein Rückfahrlicht. Die drei zuletzt genannten Signallichtfunktionen werden in der Regel in einer Heckleuchte implementiert.
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Je nach Ausführungsform der erfindungsgemäßen Außenleuchte kann die Umlenkung des Lichts in der Flüssigkristallanordnung unterschiedlich erfolgen. In einer Variante sind die Flüssigkristalle in der zumindest einen Flüssigkristallschicht derart ausgerichtet, dass das darauf fallende Licht im Rahmen seiner Umlenkung an der Flüssigkristallanordnung reflektiert wird. Alternativ können die Flüssigkristalle in der zumindest einen Flüssigkristallschicht auch derart ausgerichtet sein, dass das darauf fallende Licht im Rahmen seiner Umlenkung die Flüssigkristallanordnung durchläuft, d.h. das Licht wird beim Durchlauf durch die Flüssigkristallanordnung über die Flüssigkristalle abgelenkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Flüssigkristallanordnung auf zumindest einem Träger aufgebracht, wodurch eine gute Fixierung der Flüssigkristallanordnung in der Außenleuchte gewährleistet wird.
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In einer Variante umfasst der zumindest eine Träger einen transmissiven Körper, der im Inneren der Außenleuchte angeordnet ist und sich zwischen einer Lichteintrittsfläche und einer Lichtaustrittsfläche in einer Dickenrichtung erstreckt, wobei der transmissive Körper derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass von dem Leuchtmittel stammendes Licht in die Lichteintrittsfläche des transmissiven Körpers eintritt und entlang des transmissiven Körpers zu seiner Lichtaustrittsfläche geleitet wird, wobei die Flüssigkristallanordnung auf der Lichtaustrittsfläche aufgebracht (z.B. aufgeklebt) ist, so dass zumindest ein Teil des zur Lichtaustrittsfläche geleiteten Lichts die Flüssigkristallanordnung durchläuft und hierdurch umgelenkt wird.
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Hier und im Folgenden bezeichnet der Begriff „transmissiv“ eine zumindest teilweise Lichtdurchlässigkeit, d.h. einen Transmissionsgrad von größer Null des transmissiven Körpers bzw. der weiter unten beschriebenen Außenlichtscheibe. Vorzugsweise liegt der Transmissionsgrad des entsprechenden Körpers bzw. der entsprechenden Außenlichtscheibe bei 50 % oder mehr, insbesondere bei 70 % oder mehr und besonders bevorzugt bei 95 % oder mehr. Mit anderen Worten kann der Körper bzw. die Außenlichtscheibe ggf. auch transparent sein, d.h. einen Transmissionsgrad von annähernd 100 % aufweisen.
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Im Unterschied zur herkömmlichen Dickwandoptiken kann der oben beschriebene transmissive Körper eine geringere Dicke aufweisen, da mit der Flüssigkristallanordnung bereits eine Homogenisierung des Lichts gewährleistet wird. Nichtsdestotrotz kann der transmissive Körper analog zu einer Dickwandoptik auch die Totalreflexion von Lichtstrahlen ermöglichen. Mit anderen Worten kann der transmissive Körper in der erfindungsgemäßen Außenleuchte derart ausgestaltet sein, dass bei der Leitung des Lichts entlang des transmissiven Körpers Totalreflexionen an Grenzflächen des transmissiven Körpers auftreten, die sich zwischen der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche erstrecken.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst der zumindest eine Träger eine transmissive Außenlichtscheibe, über welche der Lichtaustritt aus der Außenleuchte erfolgt, wobei die Flüssigkristallanordnung auf zumindest einer Seite der Außenlichtscheibe aufgebracht (z.B. aufgeklebt) ist, so dass zumindest ein Teil des auf die Außenlichtscheibe fallenden Lichts des Leuchtmittels die Flüssigkristallanordnung durchläuft und hierdurch umgelenkt wird. Je nach Ausgestaltung kann die Flüssigkristallanordnung auf der Innenseite oder der Außenseite der Außenlichtscheibe und ggf. sowohl auf deren Innenseite und deren Außenseite aufgebracht sein. Gegebenenfalls kann die Außenleuchte neben der transmissiven Außenlichtscheibe auch den oben beschriebenen transmissiven Körper als Träger umfassen.
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Die erfindungsgemäße Außenleuchte kann eine einzelne Signallichtfunktion und ggf. auch mehrere Signallichtfunktionen bereitstellen. Für die Realisierung mehrerer Signallichtfunktionen ist das Leuchtmittel in einer bevorzugten Variante in mehreren unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar, wobei in jedem Betriebsmodus die Lichtabstrahlung des Leuchtmittels unterschiedlich ist und hierdurch eine andere Signallichtfunktion aus mehreren Signallichtfunktionen bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das Leuchtmittel zur Realisierung eines Positionslichts oder Tagfahrlichts Weißlicht abstrahlen, wobei mit der gleichen Flüssigkristallanordnung auch eine Fahrtrichtungsanzeige ermöglicht werden kann, indem das Leuchtmittel in einem anderen Betriebsmodus intermittierend gelbes Licht abstrahlt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Außenleuchte dazu eingerichtet, neben der oder den Signallichtfunktionen auch eine Abblendlichtfunktion und/oder eine Fernlichtfunktion bereitzustellen. Mit anderen Worten kann es sich bei der Außenleuchte um einen Frontscheinwerfer handeln, der neben einer Scheinwerferlichtfunktion auch eine oder mehrere Signallichtfunktionen bereitstellen kann.
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Neben der oben beschriebenen Außenleuchte betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches eine oder mehrere erfindungsgemäße Außenleuchten bzw. eine oder mehrere bevorzugte Varianten der erfindungsgemäßen Außenleuchte umfasst.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Außenleuchte;
- 2 eine Draufsicht auf den transmissiven Körper der Außenleuchte aus 1 mit einer beispielhaften Ausgestaltung einer darauf vorgesehenen Flüssigkristallanordnung;
- 3 eine ausschnittsweise Detailansicht, die den Aufbau der Flüssigkristallanordnung aus 1 verdeutlicht;
- 4 eine schematische Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Außenleuchte aus 1; und
- 5 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Außenleuchte.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen von Außenleuchten beschrieben, die in der Front eines Kraftfahrzeugs verbaut sind und zumindest eine Signallichtfunktion, wie z.B. ein Positionslicht oder ein Tagfahrlicht, an der Vorderseite des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Gegebenenfalls können die Außenleuchten neben den Signallichtfunktionen auch noch die Lichtfunktion des Abblendlichts bzw. Fernlichts über separate Leuchtmodule bereitstellen, d.h. die entsprechende Außenleuchte kann einen Scheinwerfer darstellen, der neben dem Scheinwerferlicht auch Signallichtfunktionen erzeugt.
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In den nachfolgend beschriebenen Figuren (außer in 3) wird durch ein kartesisches Koordinatensystem die Position der Außenleuchte im Kraftfahrzeug angedeutet. Die x-Achse dieses Koordinatensystems entspricht der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs und zeigt entgegen seiner Vorwärtsfahrrichtung. Die y-Achse des Koordinatensystems repräsentiert die Querrichtung des Kraftfahrzeugs und die z-Achse stellt die Höhenrichtung des Kraftfahrzeugs dar.
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1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Außenleuchte. Die Außenleuchte umfasst ein Leuchtmittel in der Form von mehreren LEDs 1, die auf einer Platine 2 angeordnet sind und nebeneinander in der y-Richtung positioniert sind. Aufgrund der Schnittdarstellung ist aus 1 nur eine LED ersichtlich. Beispielhaft ist in 1 und analog auch in 4 und 5 ein Strahlengang des Lichts der LED über durchgezogene Pfeile angedeutet. Die Außenleuchte der 1 umfasst ein Umlenkmittel 3, das eine Flüssigkristallanordnung 4 beinhaltet, welche weiter unten näher beschrieben wird. Das Umlenkmittel dient zur Strahlumlenkung des Lichts der LEDs, um die erwünschte Signallichtfunktion zu generieren. Die Flüssigkristallanordnung 4 ist auf einem transmissiven bzw. transparenten Körper 5 positioniert, der eine Lichteintrittsfläche 501 und eine gegenüber liegende Lichtaustrittsfläche 502 aufweist. Die Flüssigkristallanordnung befindet sich dabei auf der Lichtaustrittsfläche 502.
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In der Außenleuchte der 1 befindet sich vor dem transmissiven Körper 5 mit darauf aufgebrachter Flüssigkristallanordnung 4 eine transmissive Außenlichtscheibe 6. Über diese Lichtscheibe tritt das Licht aus der Außenleuchte aus und erzeugt die entsprechende Signallichtfunktion im Außenbereich des Kraftfahrzeugs. Die Außenlichtscheibe stellt in diesem Sinne eine Abdeckscheibe dar, welche das restliche Gehäuse der Außenleuchte abdeckt.
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Die Flüssigkristallanordnung 4 aus 1 kann ggf. nur Teilbereiche der Lichtaustrittsfläche 502 abdecken. Im Besonderen kann die Flüssigkristallanordnung aus verschiedenen separaten Teilabschnitten bestehen, die auf der Lichtaustrittsfläche 502 aufgebracht sind. Dies wird anhand von 2 verdeutlicht, welche eine Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche 502 des transmissiven Körpers 5 mit einer beispielhaften Ausgestaltung der Flüssigkristallanordnung 4 zeigt.
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Wie man aus 2 erkennt, umfasst die Flüssigkristallanordnung 4 drei unterschiedliche Teilabschnitte 401, die jeweils zumindest eine Schicht aus Flüssigkristallen enthalten. Durch geeignete Umlenkung innerhalb der einzelnen Teilabschnitte kann die entsprechende Signallichtfunktion erzeugt werden. Gegebenenfalls können die Bereiche der Lichtaustrittsfläche, auf denen sich keine Flüssigkristallanordnung befindet, mit einer opaken Beschichtung versehen sein, so dass ein Lichtaustritt mit entsprechender Umlenkung nur in den Teilabschnitten 401 der Flüssigkristallanordnung 4 erreicht wird. Mit der Ausgestaltung der 2 kann beispielsweise ein Tagfahrlicht oder ein Positionslicht realisiert werden.
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3 zeigt in Detailansicht einen Ausschnitt aus der Flüssigkristallanordnung 4 der 1. Die Flüssigkristallanordnung 4 umfasst ein Substrat 8, das durch ein kachelförmiges Muster angedeutet ist. Dieses Substrat ist auf der Lichtaustrittsfläche 502 des transmissiven Körpers 5 aufgebracht (z.B. aufgeklebt). Das Substrat besteht aus durchsichtigem Material, wie z.B. PET (PET = Polyethylenterephthalat) oder TAC (TAC = Cellulosetriacetat). Auf dem Substrat 8 ist eine Flüssigkeitskristallschicht 7 aufgebracht, in der entsprechende Flüssigkristalle 9 in einer Matrix 10 eingebettet sind. Beispielhaft sind nur einige Flüssigkristalle schematisch wiedergegeben. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist auch nur ein Teil dieser Flüssigkristalle mit Bezugszeichen 9 bezeichnet. Die Flüssigkristalle 9 sind gezielt in bestimmte Richtung ausgerichtet, um die eindringenden Lichtstrahlen der LEDs 1 durch Reflexion an den Flüssigkristallen so abzulenken, dass die entsprechende Signallichtfunktion generiert wird. Aus dem Stand der Technik sind dabei Verfahren bekannt, mit denen eine gezielte Ausrichtung der Flüssigkeitskristalle erreicht werden kann.
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Die Dicke der Flüssigkristallschicht 7 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 µm und 50 µm, vorzugsweise zwischen 1 µm und 10 µm. Demgegenüber liegt die Dicke des Substrats 8 vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10 µm und 500 µm, besonders bevorzugt zwischen 25 µm und 100 µm.
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Der in
3 gezeigte Aufbau der Flüssigkristallanordnung ist lediglich beispielhaft. Es kann auch ein beliebiger anderer aus dem Stand der Technik bekannter Aufbau der Flüssigkristallanordnung genutzt werden. Ebenso können unterschiedliche Flüssigkeitskristallstrukturen, wie z.B. nematische Phasen, cholesterische Phasen, diskotische Phasen und dergleichen, zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann eine Flüssigkristallanordnung verwendet werden, wie sie in der oben genannten Druckschrift
US 2021/0223448 A1 beschrieben ist.
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Die Verwendung der Flüssigkristallanordnung 4 auf der Lichtaustrittsfläche 502 des transmissiven Körpers 5 weist den Vorteil auf, dass die Flüssigkristalle mit Abmessungen in Mikrometer- bzw. Submikrometerbereich eine Homogenisierung der Signallichtfunktion ermöglichen. Demzufolge ist es mehr nötig, eine Homogenisierung über den transmissiven Körper 5 mittels Totalreflexionen zu erreichen, was eine große Dicke des Körpers zwischen den Flächen 501 und 502 bedingt. Mit anderen Worten kann der transmissive Körper 5 wesentlich dünner als in bekannten Dickwandoptiken ausgestaltet sein. Auf diese Weise kann Bauraum eingespart werden.
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4 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform aus 1. Im Unterschied zu 1 wird die Strahlumlenkung über die Flüssigkristallanordnung 4 nicht mehr im Rahmen einer Transmission der Lichtstrahlen durch die Flüssigkristallanordnung 4 erreicht. Stattdessen werden die Lichtstrahlen der LEDs1 an der Flüssigkristallanordnung 4 reflektiert und treten dann über die Außenlichtscheibe 6 aus der Außenleuchte aus. In der Ausgestaltung der 4 ist es nicht mehr erforderlich, dass der Körper 5 transmissiv ist, denn die Lichtstrahlen der LEDs 1 müssen den Körper nicht durchdringen.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Außenleuchte. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist die Flüssigkristallanordnung 4 des Umlenkmittels 3 nunmehr auf der Innenfläche der Außenlichtscheibe 6 angeordnet und bewirkt an dieser Stelle die erforderliche Strahlumlenkung zum Erreichen der erwünschten Signallichtfunktion. Die Lichtstrahlen der LEDs werden dabei zunächst durch die Flüssigkristallanordnung 4 geeignet umgelenkt und treten anschließend über die Au-ßenlichtscheibe 6 aus der Außenleuchte aus. Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass die Flüssigkristallanordnung 4 auf der Außenseite der Außenlichtscheibe 6 bzw. auf der Außenseite und der Innenseite der Außenlichtscheibe 6 aufgebracht ist. Die Ausführungsform der 4 weist den Vorteil auf, dass auf einen transmissiven Körper innerhalb des Gehäuses der Außenleuchte verzichtet werden kann, wodurch weiterer Bauraum eingespart wird.
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Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird eine Außenleuchte zur Bereitstellung zumindest einer Signallichtfunktion geschaffen, die durch die Verwendung einer Flüssigkristallanordnung eine effiziente Strahlumlenkung und gute Homogenisierung des Lichts auf kleinem Bauraum ermöglicht. Dabei kann ein transmissiver Körper mit geringer Dicke zur Aufbringung der Flüssigkristallanordnung genutzt werden, wohingegen im Stand der Technik Dickwandoptiken verwendet werden, die großen Bauraum aufweisen. Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass die Flüssigkristallanordnung direkt auf die Außenlichtscheibe der Außenleuchte aufgebracht wird, wodurch weiterer Bauraum eingespart werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leuchtmittel
- 2
- Platine
- 3
- Umlenkmittel
- 4
- Flüssigkristallanordnung
- 401
- Teilabschnitte der Flüssigkristallanordnung
- 5
- transmissiver Körper
- 501
- Lichteintrittsfläche des transmissiven Körpers
- 502
- Lichtaustrittsfläche des transmissiven Körpers
- 6
- Außenlichtscheibe
- 7
- Flüssigkristallschicht
- 8
- Substrat
- 9
- Flüssigkristalle
- 10
- Matrix
- x, y, z
- Achsen eines kartesischen Koordinatensystems
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2021/0223448 A1 [0009, 0031]
