DE102022126111A1

DE102022126111A1 - Mikro-LEDs und Linse nutzendes, in Gläser laminiertes Beleuchtunossystem

Info

Publication number: DE102022126111A1
Application number: DE102022126111.5A
Authority: DE
Inventors: Jonglee Park; Michael Larsen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2023-09-07
Also published as: CN116734194A; US11747543B1; US20230280522A1

Abstract

Ein Fahrzeug weist ein Fenster mit einem Beleuchtungssystem darin auf. Das Beleuchtungssystem umfasst eine Schicht eines optischen Mediums, eine Lichtquelle und eine Linsenanordnung. Die Schicht des optischen Mediums weist eine erste Grenzfläche und eine zweite Grenzfläche auf. Die Lichtquelle emittiert einen Lichtstrahl, der an der ersten Grenzfläche einfällt und durch das optische Medium läuft, um das optische Medium an der zweiten Grenzfläche zu verlassen. Die Linsenanordnung ist so konfiguriert, dass sie das Auftreten einer internen Totalreflexion des Lichtstrahls an der zweiten Grenzfläche reduziert.

Description

Einführung
Der Gegenstand der Offenbarung bezieht sich auf Beleuchtungssysteme in Fahrzeugen und insbesondere auf in ein Fenster des Fahrzeugs eingebettete Beleuchtungssysteme.
Ein Fahrzeug kann ein eingebettetes Beleuchtungssystem aufweisen, das eine Lichtquelle umfasst, die in ein Fenster oder eine Scheibe des Fahrzeugs eingebettet ist. Die Lichtquelle sendet einen Lichtstrahl von einer Stelle innerhalb der Scheibe aus, so dass er durch eine Glasschicht und in die Außenumgebung gelangt. Das Licht geht daher durch eine erste Grenzfläche, um in die Scheibe einzutreten, und eine zweite Grenzfläche, um die Scheibe zu verlassen. Ein Lichtstrahl, der unter einem großen Einfallswinkel an der ersten Grenzfläche einfällt, kann unter einem Winkel, der größer als ein kritischer Winkel ist, auf die zweite Grenzfläche treffen. Solches Licht wird an der zweiten Grenzfläche eine interne Totalreflexion erfahren. Dieses intern reflektierte Licht geht für einen Beobachter in der äu-ßeren Umgebung verloren und reduziert dadurch aus der Sicht des Beobachters die Helligkeit der Lichtquelle. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Beleuchtungssystem bereitzustellen, das das Licht umlenken kann, um die interne Totalreflexion zu reduzieren.
Zusammenfassung
In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Beleuchtungssystem offenbart. Das Beleuchtungssystem umfasst eine Schicht eines optischen Mediums, wobei die Schicht eine erste Grenzfläche und eine zweite Grenzfläche aufweist, eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl emittiert, der an der ersten Grenzfläche einfällt und durch das optische Medium läuft, um das optische Medium an der zweiten Grenzfläche zu verlassen, und eine Linsenanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie das Auftreten einer internen Totalreflexion des Lichtstrahls an der zweiten Grenzfläche reduziert.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist die Linsenanordnung in Kontakt mit einer der ersten Grenzfläche und der zweiten Grenzfläche. Die Linsenanordnung ist in eine Oberfläche von einer der ersten Grenzfläche und der zweiten Grenzfläche ausgebildet bzw. eingearbeitet. Eine Oberfläche einer Linse in der Linsenanordnung bildet eine konkave Oberfläche, eine prismatische Oberfläche oder eine dreieckige Oberfläche. Die Schicht ist Teil eines Fensters des Fahrzeugs, und die Lichtquelle ist in das Fenster eingebettet. Das Beleuchtungssystem umfasst außerdem eine Diffusorplatte zwischen der Lichtquelle und dem optischen Medium. Die Lichtquelle erzeugt einen Lichtstrahl mit einem ersten Lichtverteilungsprofil, wobei der Lichtstrahl nach Durchgang durch die Linse und die Schicht des optischen Mediums ein zweites Lichtverteilungsprofil aufweist, wobei das zweite Lichtverteilungsprofil im Vergleich mit dem ersten Lichtverteilungsprofil einen reduzierten Winkelbereich aufweist.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Fenster eines Fahrzeugs offenbart. Das Fenster umfasst eine Schicht eines optischen Mediums, wobei die Schicht eine erste Grenzfläche und eine zweite Grenzfläche aufweist, eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl emittiert, der an der ersten Grenzfläche einfällt und durch das optische Medium läuft, um das optische Medium an der zweiten Grenzfläche zu verlassen, und eine Linsenanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie das Auftreten einer internen Totalreflexion des Lichtstrahls an der zweiten Grenzfläche reduziert.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist die Linsenanordnung in Kontakt mit einer der ersten Grenzfläche und der zweiten Grenzfläche. Die Lichtquelle ist in das Fenster eingebettet. Die Linsenanordnung ist in eine Oberfläche der ersten Grenzfläche oder der zweiten Grenzfläche eingearbeitet. Eine Oberfläche einer Linse in der Linsenanordnung bildet eine konkave Oberfläche, eine prismatische Oberfläche oder eine dreieckige Oberfläche. Die Lichtquelle ist in das Fenster eingebettet. Die Lichtquelle erzeugt einen Lichtstrahl mit einem ersten Lichtverteilungsprofil, wobei der Lichtstrahl nach Durchgang durch die Linse und die Schicht des optischen Mediums ein zweites Lichtverteilungsprofil aufweist, wobei das zweite Lichtverteilungsprofil im Vergleich mit dem ersten Lichtverteilungsprofil einen reduzierten Winkelbereich aufweist.
In einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Fahrzeug offenbart. Das Fahrzeug umfasst ein Fenster mit einer Schicht eines optischen Mediums, wobei die Schicht eine erste Grenzfläche und eine zweite Grenzfläche aufweist, einer Lichtquelle, die einen Lichtstrahl emittiert, der an der ersten Grenzfläche einfällt und durch das optische Medium läuft, um das optische Medium an der zweiten Grenzfläche zu verlassen, und einer Linsenanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie das Auftreten einer internen Totalreflexion des Lichtstrahls an der zweiten Grenzfläche reduziert.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist die Linsenanordnung in Kontakt mit einer der ersten Grenzfläche und der zweiten Grenzfläche. Die Linsenanordnung ist in eine Oberfläche der ersten Grenzfläche und der zweiten Grenzfläche eingearbeitet. Die Linsenanordnung befindet sich zwischen Mikro-LEDs der Anordnung von Mikro-LEDs. Eine Oberfläche einer Linse der Linsenanordnung ist eine konkave Oberfläche, eine prismatische Oberfläche oder eine dreieckige Oberfläche. Die Lichtquelle erzeugt einen Lichtstrahl mit einem ersten Lichtverteilungsprofil, der Lichtstrahl weist ein zweites Lichtverteilungsprofil auf, nachdem er durch die Linsenanordnung und die Schicht des optischen Mediums gelangt ist, wobei das zweite Lichtverteilungsprofil im Vergleich mit dem ersten Lichtverteilungsprofil einen reduzierten Winkelbereich aufweist.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung ohne weiteres ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird.
Figurenliste
Weitere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:

1 ein Fahrzeug in einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
2 ein Diagramm zeigt, das das Verhalten von durch ein optisches Medium gelangendem Licht veranschaulicht;
3 eine Ablenkung des Lichts zeigt, die unter Verwendung einer Linsenoberfläche an einer Grenzfläche des optischen Mediums stattfindet;
4 eine Meta-Linse zeigt, die zum Fokussieren eines Lichtstrahls verwendet werden kann;
5 eine seitliche Schnittansicht eines Fensters des Fahrzeugs von 1 in einer Ausführungsform zeigt;
6 ein Lichtverteilungsdiagramm zeigt, das verschiedene Lichtverteilungsprofile für das Beleuchtungssystem veranschaulicht;
7 eine seitliche Schnittansicht des Fensters des Fahrzeugs in einer anderen Ausführungsform zeigt;
8 eine seitliche Schnittansicht des Fensters des Fahrzeugs in einer anderen Ausführungsform zeigt;
9 eine seitliche Schnittansicht des Fensters des Fahrzeugs in einer anderen Ausführungsform zeigt; und
10 eine seitliche Schnittansicht des Fensters in einer anderen Ausführungsform zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen nicht einschränken. Es sollte sich verstehen, dass die Zeichnungen hindurch entsprechende Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt 1 ein Fahrzeug 100. Das Fahrzeug 100 umfasst ein Fenster102 mit einem darin eingebetteten Beleuchtungssystem 104. Bei dem Fenster 102 kann es sich um jedes beliebige Fenster des Fahrzeugs 100, einschließlich einer Windschutzscheibe, eines Seitenfensters, eines Heckfensters etc. handeln. Außerdem kann das Fenster 102 eine Glasoberfläche eines Objekts wie etwa eines Spiegels etc. sein. Zu Veranschaulichungszwecken handelt es sich bei dem hierin beschriebenen Fenster 102 ist eine hintere Windschutzscheibe, die einen Außenbereich 106 des Fahrzeugs 100 von einem Innenbereich 108 trennt. Wie hierin offenbart ist, ist ein Beleuchtungssystem 104 in die Windschutzscheibe eingebettet. Das Beleuchtungssystem 104 ist mit einem Prozessor 110 gekoppelt, der den Betrieb des Beleuchtungssystems steuert, um zum Beispiel einen Bereich zu beleuchten oder Daten anzuzeigen. Zur einfachen Veranschaulichung ist ein Koordinatensystem 112 dargestellt, das einem Ort bzw. einer Lage des Beleuchtungssystems 104 innerhalb des Fensters 102 entspricht. Die z-Achse des Koordinatensystems 112 ist senkrecht aus dem Fenster 102 heraus und in den Außenbereich 106 gerichtet. Die x-Achse und die y-Achse liegen innerhalb oder im Wesentlichen innerhalb der Ebene des Fensters 102. Das Beleuchtungssystem 104 umfasst eine Ablenkungsoptik, wie sie hierin erörtert wird, zum Umlenken des Lichts. Ein erster Pfeil 120 zeigt eine Richtung, in die sich das Licht des Beleuchtungssystems 104 ohne jegliche Ablenkung natürlich ausbreitet. Ein zweiter Pfeil 122 zeigt eine Richtung, in die sich das Licht ausbreitet, wenn es durch die Optik des Beleuchtungssystems 104 abgelenkt wird.
2 zeigt ein Diagramm 200, das das Verhalten von Licht veranschaulicht, das durch ein optisches Medium 202 hindurchgeht bzw. läuft. Das Diagramm 200 zeigt eine Lichtquelle 204, die sich auf einer Seite des optischen Mediums 202 befindet, und einen Beobachter 206, der sich auf einer der Lichtquelle 204 entgegengesetzten Seite des optischen Mediums 202 befindet. In verschiedenen Ausführungsformen handelt es sich bei dem optischen Medium 202 um Glas und befinden sich die Lichtquelle 204 und der Beobachter 206 in Luft. Die Lichtquelle 204 emittiert Licht unter einer Vielzahl von Winkeln. Dargestellt ist ein ursprünglicher Lichtstrahl 208, der sich von der Lichtquelle 204 unter einem Winkel zu einer ersten Grenzfläche 210 des optischen Mediums 202 ausbreitet. Die Brechung eines von einem Medium in ein anderes gelangenden Lichts wird durch das Gesetz von Snellius bestimmt, das in GI. (1) dargestellt ist: $n_{i} sin θ_{i} = n_{r} sin θ_{r},$
wobei n_i der Brechungsindex des Mediums ist, aus dem der Lichtstrahl auf die Grenzfläche trifft bzw. an ihr einfällt und n_r der Brechungsindex des Mediums ist, in das der Lichtstrahl gelangt. Die Winkel θ_i und θ_r werden in Bezug auf eine Linie einer Normalen gemessen, die an einem Punkt, an dem der Lichtstrahl einfällt, durch die Grenzfläche verläuft.
Der ursprüngliche Lichtstrahl 208 fällt unter einem Einfallswinkel θ₀ an der ersten Grenzfläche 210 ein. Nach GI. (1) erfährt der ursprüngliche Lichtstrahl 208 eine Brechung an der ersten Grenzfläche 210, die zu einem ersten Strahl 212 im optischen Medium führt. Die Brechung bewirkt, dass der erste Strahl 212 im optischen Medium von der Normalen weggekrümmt wird (d. h. θ_RO > θ₀). Da die zweite Grenzfläche 216 zur ersten Grenzfläche 210 parallel ist, ist der Einfallswinkel θ_i1 für den ersten Strahl 212 im optischen Medium an der zweiten Grenzfläche der gleiche wie der Brechungswinkel θ_RO an der ersten Grenzfläche (d. h. θ_i1 = θ_RO). Daher fällt der erste Strahl 212 im optischen Medium an der zweiten Grenzfläche 216 unter einem großen Winkel θ_i1 ein. Wenn dieser Einfallswinkel größer ist als ein als der kritische Winkel bekannter Winkel (d. h. wenn (θ_i1 > θ_c), tritt ein als interne Totalreflexion bekanntes Phänomen auf, bei dem der erste Strahl 212 im optischen Medium in das optische Medium zurückreflektiert wird, wie mittels des intern reflektierte Strahl 218 dargestellt ist.
In der vorliegenden Erfindung wird eine Linsenoberfläche 220 an der ersten Grenzfläche 210 platziert. Der ursprüngliche Lichtstrahl 208 fällt an der Linsenoberfläche 220 ein und wird gebrochen, um einen an der Linse gebrochenen Strahl 222 zu bilden. Infolge der Brechung an der Linsenoberfläche 220 fällt der an der Linse gebrochene Strahl 222 an der ersten Grenzfläche 210 unter einem Einfallswinkel θ_L, der kleiner als der Einfallswinkel θ₀ des ursprünglichen Lichtstrahls 208 ist. Der an der Linse gebrochene Strahl 222 erzeugt im optischen Medium 202 einen zweiten Strahl 224 im optischen Medium. Der Brechungswinkel θ_RL für den zweiten Strahl 224 im optischen Medium ist kleiner als der Brechungswinkel θ_OL für den ersten Strahl 212 im optischen Medium. Der zweite Strahl 224 im optischen Medium fällt daher an der zweiten Grenzfläche 216 unter einem Winkel θi₂ ein, der kleiner ist als der kritische Winkel θ_c, wodurch ermöglicht wird, dass ein austretender Lichtstrahl 226 aus dem optischen Medium 202 gelangt und vom Beobachter 206 gesehen wird.
3 ist ein Diagramm 300, das eine Ablenkung von Licht zeigt, die unter Verwendung einer Linsenoberfläche 220 an der ersten Grenzfläche 210 des optischen Mediums 202 auftritt. Dargestellt ist ein ursprünglicher Lichtstrahl 208, der sich von der Lichtquelle 204 in einer Richtung ausbreitet, die senkrecht zur ersten Grenzfläche 210 ist. Wenn er nicht abgelenkt wird (d. h. ohne durch die Linsenoberfläche 220 zu gelangen), verläuft der ursprüngliche Lichtstrahl 208 durch das optische Medium 202 ohne Ablenkung und tritt aus dem optischen Medium entlang demselben Weg aus, wie durch den nicht abgelenkten Strahl 302 dargestellt ist. Wenn jedoch der ursprüngliche Lichtstrahl 208 durch die Linsenoberfläche 220 verläuft, lenkt die Linse das Licht ab, um einen Strahl 304 im optischen Medium auszubilden, der durch das optische Medium verläuft, so dass er unter einem Winkel ungleich Null auf die zweite Grenzfläche 216 trifft bzw. einfällt. Infolgedessen liegt der austretende Lichtstrahl 306 unter einem Winkel zur ursprünglichen Ausbreitungsrichtung vor. Sowohl auf 3 als auch 1 verweisend, ändert das Vorhandensein der Linsenoberfläche 220 die Ausbreitung eines Lichtstrahls entlang der durch den ersten Pfeil 120 angezeigten ersten Richtung in eine entlang einer durch den zweiten Pfeil 122 angezeigten zweiten Richtung.
4 zeigt eine Meta-Linse 400, die verwendet werden kann, um einen Lichtstrahl zu fokussieren. Die Meta-Linse 400 umfasst ein optisches Medium 402 und innerhalb des optischen Mediums befindliche Nanopartikel 404. Jedes der Nanopartikel 404 definiert eine Lichttransmissionsachse 406. Wie in 4 gezeigt ist, sind die Nanopartikel 404 entlang einer x-Achse, die ihren Ursprung O in einer Mitte des optischen Mediums 402 hat, voneinander beabstandet. Die Lichttransmissionsachse 406 des Nanopartikels 404, das sich am Ursprung O befindet, ist mit der z-Achse ausgerichtet. Der Winkel zwischen einer Lichttransmissionsachse eines Nanopartikels 404 und der z-Achse nimmt mit zunehmendem Abstand zwischen dem Nanopartikel 404 und dem Ursprung zu. In verschiedenen Ausführungsformen hängt dieser Winkel linear mit dem Abstand des Nanopartikels 404 vom Ursprung O zusammen. Licht, das an einer ersten Grenzfläche 408 senkrecht zur ersten Grenzfläche einfällt, wird daher von jedem Nanopartikel 404 auf der Grundlage seines Abstands vom Ursprung O umgelenkt, was ein Fokussieren des das optische Medium verlassenden Lichts auf einen ausgewählten Brennpunkt 410 zur Folge hat. Obwohl die Meta-Linse 400 in 4 zu Veranschaulichungszwecken als ein zweidimensionales Objekt dargestellt ist, handelt es sich bei der Meta-Linse 400 im Allgemeinen um ein dreidimensionales Objekt. In einer solchen dreidimensionalen Meta-Linse 400 kann die Achse der Lichttransmission eines Nanopartikels 404 auf der Grundlage eines radialen Abstands des Nanopartikels 404 vom Ursprung O abgewinkelt sein und in einer Ebene liegen, die senkrecht zur zweiten Grenzfläche 410 liegt, die den Ursprung O und den Nanopartikel 404 einschließt.
5 zeigt eine seitliche Schnittansicht 500 eines Fensters 102 des Fahrzeugs 100 in einer Ausführungsform. Das Koordinatensystem 112 ist zur einfachen Veranschaulichung vorgesehen. Das Fenster 102 umfasst eine innere Scheibe (erste Scheibe 502) und eine äußere Scheibe (zweite Scheibe 504), die durch eine dazwischenliegende optische Bonding- bzw. Verbindungsschicht 506 voneinander getrennt sind, die die erste Scheibe mit der zweiten Scheibe verbindet. Die erste Scheibe 502 und die zweite Scheibe 504 sind parallel zu einer xy-Ebene. Eine Linie einer Normalen auf die erste Scheibe 502 oder die zweite Scheibe 504 ist daher mit der z-Achse ausgerichtet. Zusammen mit der ersten Scheibe 502 und der zweiten Scheibe 504 bildet die dazwischenliegende optische Verbindungsschicht 506 eine Hohlkammer 508, innerhalb derer verschiedene optische Elemente angeordnet sind.
Die erste Scheibe 502 umfasst eine erste Glasschicht 510, einen Rückseitenfilm 512 und eine hintere Klebe- bzw. Verbindungsschicht 514, die den Rückseitenfilm mit der ersten Glasschicht verbindet. Die hintere Verbindungsschicht 514 und der Rückseitenfilm 512 sind im optischen Bereich des elektromagnetischen Spektrums transparent oder semitransparent. Eine oder mehrere LEDs oder Mikro-LEDs 516 sind innerhalb der Hohlkammer 508 angeordnet und am Rückseitenfilm 512 angebracht. Die Mikro-LEDs 516 können so angeordnet werden, dass sie eine zweidimensionale Anordnung in der x-y-Ebene bilden. Der Rückseitenfilm 512 enthält leitfähige Drähte, über die elektrische Signale vom Prozessor 110 zu den Mikro-LEDs 516 übermittelt werden können, um deren Beleuchtung zu steuern, wie etwa indem sie ein- und ausgeschaltet werden. Bei dem Rückseitenfilm 512 kann es sich in verschiedenen Ausführungsformen um ein transparentes Substrat oder ein schwarz bedrucktes Substrat handeln. Die erste Glasschicht 510 kann in verschiedenen Ausführungsformen aus einem Polycarbonatmaterial geschaffen sein.
Die zweite Scheibe 504 umfasst eine zweite Glasschicht 518, einen Mikrolinsenfilm 520 und eine obere Verbindungsschicht 522, die die Mikrolinsenfolie mit der zweiten Glasschicht 518 verbindet, wodurch der Mikrolinsenfilm 520 um einen Trennabstand d oberhalb der Mikro-LEDs 516 aufgehängt ist. Die zweite Glasschicht 518 umfasst eine der Hohlkammer 508 zugewandte erste Grenzfläche 210 und eine der äußeren Umgebung zugewandte zweite Grenzfläche 216 ist. Der Mikrolinsenfolie 520 ist an der ersten Grenzfläche 210 der zweiten Glasschicht 518 angebracht. Der Mikrolinsenfilm 520 umfasst eine Vielzahl von lichtbrechenden Oberflächen 524, die genutzt werden, um interne Totalreflexionseffekte an der zweiten Grenzfläche 216 der zweiten Glasschicht 518 zu reduzieren. Bei einer lichtbrechenden Oberfläche 524 kann es sich um eine Linse oder Mikrolinse handeln. In einer Ausführungsform umfasst eine Mikrolinse eine konkave Oberfläche, die zur Hohlkammer 508 freiliegt. In anderen Ausführungsformen umfasst eine Mikrolinse eine dreieckige Oberfläche oder eine prismatische Oberfläche, die zur Hohlkammer freiliegt. In einer weiteren Ausführungsform kann der Mikrolinsenfilm 520 durch die Meta-Linse 400 von 4 ersetzt werden. Die zweite Glasschicht 518 kann in verschiedenen Ausführungsformen aus einem Polycarbonatmaterial geschaffen sein.
Der Mikrolinsenfilm 520 ist in der Hohlkammer angeordnet und befindet sich zwischen der Anordnung der Mikro-LEDs 516 und der zweiten Glasschicht 518. Da sich der Mikrolinsenfilm 520 über die Fläche der Anordnung der Mikro-LEDs 516 erstreckt, empfängt zumindest eine Mikrolinse Licht unter einem hohen Einfallswinkel. Licht 526, das unter einem hohen Einfallswinkel an einer Mikrolinse einfällt, wird durch die Mikrolinse so gebrochen, dass der Winkel reduziert wird, unter dem Licht an der zweiten Glasschicht 518 einfällt, wodurch das Auftreten einer internen Totalreflexion reduziert wird, wie in Bezug auf 2 erörtert wurde. In verschiedenen Ausführungsformen befindet sich die Mikrolinse, die das Licht unter einem hohen Einfallswinkel empfängt, außerhalb einer Mittelachse einer Mikro-LED und kann sich in der xy-Ebene betrachtet zwischen zwei Mikro-LEDs befinden.
6 zeigt ein Lichtverteilungsdiagramm 600, das verschiedene Lichtverteilungsprofile für das Beleuchtungssystem veranschaulicht. Ein erstes Lichtverteilungsprofil 602 zeigt eine erste winkelige Lichtverteilung für die Anordnung von Mikro-LEDs 516, bevor deren Lichtstrahl durch den Mikrolinsenfilm 520 und die zweite Glasschicht 518 gelangt. Die erste winkelige Lichtverteilung hat eine verhältnismäßig gleiche Helligkeit über einen Winkelbereich von etwa siebzig Grad zur Richtung der Normalen (0°). Das zweite Lichtverteilungsprofil 604 zeigt eine zweite winkelige Lichtverteilung, nachdem der Lichtstrahl durch den Mikrolinsenfilm 320 und die zweite Glasschicht 318 gelangt ist. Der Lichtstrahl ist stärker fokussiert bzw. gebündelt, wobei er eine hohe Helligkeit über einen Bereich von etwa 35 Grad zur Richtung der Normalen aufweist. Außerdem ist die Helligkeit in der Richtung der Normalen für das zweite Lichtverteilungsprofil 604 größer als für das erste Lichtverteilungsprofil 602. Es versteht sich, dass das zweite Lichtverteilungsprofil 604 ein veranschaulichendes Verteilungsprofil ist, das durch die in 5 gezeigte, besondere dreieckig geformte Oberfläche des Mikrolinsenfilms 520 erzeugt wird. Ein anders geartetes Lichtverteilungsprofil wird sich aus der Verwendung von Mikrolinsen mit verschieden geformten Oberflächen ergeben. Außerdem kann ein Konstrukteur eine bestimmte Form oder Art von Oberfläche für den Mikrolinsenfilm 520 auswählen, um ein ausgewähltes Lichtverteilungsprofil zu erzielen.
7 zeigt eine seitliche Schnittansicht 700 des Fensters 102 des Fahrzeugs 100 in einer anderen Ausführungsform. Das Fenster 102 umfasst die erste Scheibe 502, die zweite Scheibe 504 und die dazwischenliegende optische Verbindungsschicht 506, die eine Hohlkammer 508 zwischen der ersten Scheibe 502 und der zweiten Scheibe 504 bilden. Die erste Scheibe 502 umfasst den Rückseitenfilm 512, eine hintere Verbindungsschicht 514 und die erste Glasschicht 510. Die hintere Verbindungsschicht 514 verbindet den Rückseitenfilm 512 mit der ersten Glasschicht 510, um eine Lichtkammer 702 zu bilden, innerhalb derer die eine oder mehreren Mikro-LEDs 516 angeordnet sind. Die zweite Scheibe 504 umfasst die zweite Glasschicht 518, einen Mikrolinsenfilm 520 und eine obere Verbindungsschicht 522, die den Mikrolinsenfilm mit der zweiten Glasschicht 518 verbindet. Der Mikrolinsenfilm 520 kann in verschiedenen Ausführungsformen Linsen mit lichtbrechenden Oberflächen 524 aufweisen oder die Meta-Linse 400 aus 4 sein. Das Licht von den Mikro-LEDs 516 gelangt durch die erste Glasschicht 510, um in die Hohlkammer 508 zu einzutreten. Die erste Glasschicht 510 kann als Diffusorplatte fungieren, um Licht von der Anordnung der Mikro-LEDs 516 zu streuen. Die Streuung verbessert die Homogenität des Lichts, vergrößert aber auch den Einfallswinkel am Mikrolinsenfilm 520. Der Mikrolinsenfilm 520 lenkt dann die Lichtstrahlen entlang einer Richtung ab, wie durch ihre Linsenoberflächen vorgegeben wird.
8 zeigt eine seitliche Schnittansicht 800 des Fensters 102 des Fahrzeugs 100 in einer anderen Ausführungsform. Das Fenster 102 umfasst die erste Scheibe 502, die zweite Scheibe 504 und die dazwischenliegende optische Verbindungsschicht 506, die eine Hohlkammer 508 zwischen der ersten Scheibe 502 und der zweiten Scheibe 504 bilden. Die Mikro-LEDs 516 sind in der Hohlkammer 508 angeordnet.
Die erste Scheibe 502 umfasst die erste Glasschicht 510, den Rückseitenfilm 512 und die hintere Verbindungsschicht 514 zum Verbinden des Rückseitenfilms mit der ersten Glasschicht. Die zweite Scheibe 504 umfasst die zweite Glasschicht 518, den Mikrolinsenfilm 520 und die obere Verbindungsschicht 522, die den Mikrolinsenfilm mit der zweiten Glasschicht 518 verbindet. Der Mikrolinsenfilm 520 befindet sich auf der äußeren Oberfläche (d. h. der zweiten Grenzfläche 216) der zweiten Glasschicht 518. Das Vorhandensein des Mikrolinsenfilms 520 an der zweiten Grenzfläche 216 verändert den kritischen Winkel der zweiten Grenzfläche (in Bezug auf eine Glas-Luft-Grenzfläche) und verringert daher das Auftreten einer internen Totalreflexion an der zweiten Grenzfläche. Außerdem wird das gleichmäßig parallele Licht an der zweiten Scheibe 504 gleichmäßig abgelenkt. Der Mikrolinsenfilm 520 kann in verschiedenen Ausführungsformen Linsen mit lichtbrechenden Oberflächen 524 aufweisen oder die Meta-Linse 400 aus 4 sein.
9 zeigt eine seitliche Schnittansicht 900 des Fensters 102 des Fahrzeugs 100 in einer weiteren Ausführungsform. Die zweite Scheibe 504 umfasst nur die zweite Glasschicht 518. Die zweite Glasschicht 518 weist eine dem Hohlraum 508 zugewandte erste Grenzfläche 210 und eine der äußeren Umgebung zugewandte zweite Grenzfläche 216 auf. Die erste Grenzfläche 210 ist eine planare Grenzfläche. Bei der zweiten Grenzfläche 216 handelt es sich um eine nicht-planare Grenzfläche, die in die Form einer Vielzahl von Linsenoberflächen 902 geformt oder geätzt ist. In verschiedenen Ausführungsformen können die Linsenoberflächen 902 dreieckig, konkav etc. sein.
10 zeigt eine seitliche Schnittansicht 1000 des Fensters 102 in einer anderen Ausführungsform. Im Gegensatz zu 9 füllt die dazwischenliegende optische Verbindungsschicht 506 den Raum zwischen der ersten Scheibe 502 und der zweiten Scheibe 504, so dass keine Hohlkammer vorhanden ist. Die zweite Glasschicht 518 weist ebenfalls eine erste Grenzfläche 210 in Kontakt mit der dazwischenliegenden optischen Verbindungsschicht 506 und eine der äußeren Umgebung zugewandte zweite Grenzfläche 216 auf. Die erste Grenzfläche 210 ist eine planare Grenzfläche. Bei der zweiten Grenzfläche 216 handelt es sich um eine nicht-planare Grenzfläche, die in die Form einer Vielzahl von Linsenoberflächen 902 geformt oder geätzt ist. In verschiedenen Ausführungsformen können die Linsenoberflächen 902 dreieckig, konkav etc. sein.
Ähnlich wie 10 kann 8 so aufgebaut sein, dass die dazwischenliegende optische Verbindungsschicht 506 den Raum zwischen der ersten Scheibe 502 und der zweiten Scheibe 504 füllt, so dass keine Hohlkammer vorhanden ist.
Obwohl die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und gleichwertige Elemente bzw. Äquivalente für deren Elemente substituiert werden können, ohne von deren Umfang abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern schließt sie alle Ausführungsformen ein, die in ihren Umfang fallen.

Claims

Beleuchtungssystem, umfassend: eine Schicht eines optischen Mediums, wobei die Schicht eine erste Grenzfläche und eine zweite Grenzfläche aufweist; eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl emittiert, der an der ersten Grenzfläche einfällt und durch das optische Medium läuft, um das optische Medium an der zweiten Grenzfläche zu verlassen; und eine Linsenanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie das Auftreten einer internen Totalreflexion des Lichtstrahls an der zweiten Grenzfläche reduziert.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Linsenanordnung in Kontakt ist mit einer: (i) der ersten Grenzfläche; und (ii) der zweiten Grenzfläche.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Linsenanordnung in eine Oberfläche einer der ersten Grenzfläche und der zweiten Grenzfläche eingearbeitet ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Diffusorplatte zwischen der Lichtquelle und dem optischen Medium.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle einen Lichtstrahl mit einem ersten Lichtverteilungsprofil erzeugt und wobei der Lichtstrahl nach Durchgang durch die Linse und die Schicht des optischen Mediums ein zweites Lichtverteilungsprofil aufweist, wobei das zweite Lichtverteilungsprofil im Vergleich mit dem ersten Lichtverteilungsprofil einen reduzierten Winkelbereich aufweist.
Fenster eines Fahrzeugs, umfassend: eine Schicht eines optischen Mediums, wobei die Schicht eine erste Grenzfläche und eine zweite Grenzfläche aufweist; eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl emittiert, der an der ersten Grenzfläche einfällt und durch das optische Medium läuft, um das optische Medium an der zweiten Grenzfläche zu verlassen; und eine Linsenanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie das Auftreten einer internen Totalreflexion des Lichtstrahls an der zweiten Grenzfläche reduziert.
Fenster nach Anspruch 6, wobei die Linsenanordnung in Kontakt ist mit einer: (i) der ersten Grenzfläche und (ii) der zweiten Grenzfläche.
Fenster nach Anspruch 6, wobei die Lichtquelle im Fenster eingebettet ist.
Fenster nach Anspruch 6, wobei die Linsenanordnung in eine Oberfläche einer der ersten Grenzfläche und der zweiten Grenzfläche eingearbeitet ist.
Fenster nach Anspruch 6, wobei die Lichtquelle einen Lichtstrahl mit einem ersten Lichtverteilungsprofil erzeugt und wobei der Lichtstrahl nach Durchgang durch die Linsenanordnung und die Schicht des optischen Mediums ein zweites Lichtverteilungsprofil aufweist, wobei das zweite Lichtverteilungsprofil im Vergleich mit dem ersten Lichtverteilungsprofil einen reduzierten Winkelbereich aufweist.