DE102023111413A1

DE102023111413A1 - Lichteinspeisungssystem für Lichtleiteranwendungen, das in Glas einlaminierte lichtemittierende Mikro-Dioden (LEDs) verwendet

Info

Publication number: DE102023111413A1
Application number: DE102023111413.1A
Authority: DE
Inventors: Jonglee Park; Julien P. Mourou
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2023-05-03
Publication date: 2024-04-18
Also published as: CN117894246A; US20240128242A1

Abstract

Aspekte der Offenbarung umfassen ein Lichteinspeisungssystem für eine Anzeige, die in Glas laminierte lichtemittierende Mikro-Dioden (LEDs) für Lichtleiteranwendungen verwendet. Eine beispielhafte Anzeige kann ein Lichteinspeisungssystem mit einer oder mehreren Mikro-LEDs auf einer Oberfläche einer Rückwandplatine umfassen. Ein Kollimator für eine optische Verbindung ist über und in direktem Kontakt mit einer Oberfläche der Mikro-LEDs positioniert. Der Kollimator für eine optische Verbindung befindet sich auf der Oberfläche der Rückwandplatine. Ein Lichtleiter ist mit einem Ende des Kollimators für eine optische Verbindung gekoppelt, so dass sich der Kollimator für eine optische Verbindung zwischen dem Lichtleiter und der Rückwandplatine befindet. Eine oder mehrere innere Verstärkungsschichten sind in direktem Kontakt mit dem Lichteinspeisungssystem, und eine oder mehrere äußere Schichten sind in direktem Kontakt mit den inneren Verstärkungsschichten. Das Lichteinspeisungssystem ist mit den inneren Verstärkungsschichten und den äußeren Schichten laminiert.

Description

Einführung
Der Gegenstand der Offenbarung bezieht sich auf Display- bzw. Anzeigetechnologien und insbesondere auf ein Lichteinspeisungssystem für Lichtleiteranwendungen, das in Glas einlaminierte lichtemittierende Mikro-Dioden (LEDs) verwendet.
Anzeigen auf LED-Basis nutzen im Allgemeinen wirksam eine zwischen zwei dotierten Schichten (z. B. einer n-Typ-Halbleiterschicht und einer p-Typ-Halbleiterschicht) angeordnete aktive Schicht und das Anlegen einer Spannung zwischen den beiden dotierten Schichten, um Licht zu erzeugen. Die Spannung bewirkt, dass Elektronen in die aktive Schicht injiziert werden, die innerhalb der aktiven Schicht rekombinieren, um Photonen freizusetzen. Im Vergleich zu herkömmlichen Glühlampen können LEDs mit relativ niedrigen Spannungen betrieben werden. Während sie geringere Wärmemengen emittieren, was zu einer vergleichsweise hohen Energieeffizienz führt. LEDs können in einer Reihe von Display- bzw. Anzeige- und Bildschirmtypen wie etwa in Head-up-Anzeigen (HUDs), In-Plane-Anzeigen (z. B. einer in oder auf ein Fahrzeugfenster laminierten Kommunikationsvorrichtung, um mit Nutzern innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs zu kommunizieren), intelligentem Glas und allgemeinen Vorrichtungsanzeigen hergestellt werden.
Frühe LED-basierte Anzeigen waren eher einfache Vorrichtungen, die so konfiguriert waren, dass sie eine begrenzte Auswahl von statischen Bildern, Zeichen, Symbolen und/oder Nachrichten anzeigten. Die LED-Technologie hat sich jedoch schnell weiterentwickelt und nutzt nun wirksam eine dichte Anordnung bzw. ein dichtes Array von LEDs, um ausgeklügelte Multipixel-Anzeigen anzusteuern bzw. zu betreiben. LED-basierte Anzeigen können je nach der zugrundeliegenden Architektur einfarbige oder mehrfarbige Anzeigen sein und werden gewöhnlich hergestellt, indem die LED(s) so angeordnet werden, dass sie eine Lichtleiste über eine Kollimationsoptik (d. h. einen Kollimator) speisen. Das Licht von der Lichtleiste wird gemischt (unter Verwendung eines Mischbereichs oder Homogenisierungsbereichs) und schließlich in einem Anzeigebereich angezeigt. Auf diese Weise konfigurierte LED-Anzeigen erfordern etwas sperrige Wärmemanagementsysteme, und die Helligkeit solcher Vorrichtungen kann thermisch begrenzt sein. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Lichteinspeisungssystem bereitzustellen, das eine höhere erreichbare Helligkeit bei einem höheren thermischen Wirkungsgrad bietet.
Zusammenfassung
In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Anzeige ein Lichteinspeisungssystem mit einer oder mehreren lichtemittierenden Mikro-Dioden (LEDs) auf einer Oberfläche einer Rückwand bzw. Rückwandplatine umfassen. Ein Kollimator für eine optische Verbindung ist über und in direktem Kontakt mit einer Oberfläche der Mikro-LEDs positioniert. Der Kollimator für eine optische Verbindung befindet sich auf der Oberfläche der Rückwandplatine. Ein Lichtleiter ist mit einem Ende des Kollimators für eine optische Verbindung so gekoppelt, dass sich der Kollimator für eine optische Verbindung zwischen dem Lichtleiter und der Rückwandplatine befindet. Eine oder mehrere innere Verstärkungsschichten sind in direktem Kontakt mit dem Lichteinspeisungssystem, und eine oder mehrere äußere Schichten sind in direktem Kontakt mit den inneren Verstärkungsschichten. Das Lichteinspeisungssystem ist mit den inneren Verstärkungsschichten und den äußeren Schichten laminiert.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind in einigen Ausführungsformen die eine oder die mehreren Mikro-LEDs in einem Array angeordnet.
In einigen Ausführungsformen verbindet der Kollimator für eine optische Verbindung die eine oder die mehreren Mikro-LEDs mit der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten. In einigen Ausführungsformen enthält der Kollimator für eine optische Verbindung ein Material mit einem höheren Brechungsindex als ein Material der einen oder der mehreren inneren Verstärkungsschichten.
In einigen Ausführungsformen umfassen die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten Polyvinylbutyral- (PVB-)Filme und enthält der Kollimator für die optische Bindung durchsichtiges Silizium oder ein Epoxid mit einem höheren Brechungsindex als jener von PVB. In einigen Ausführungsformen umfasst der Kollimator für eine optische Verbindung eine Struktur mit Abmessungen, die so ausgewählt sind, dass eine Lichtmenge von den Mikro-LEDs maximiert wird, die die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten bei oder über einem kritischen Winkel berühren, der für eine Optik für interne Totalreflexion (TIR; engl.: Total Internal Reflection) erforderlich ist.
Das Lichteinspeisungssystem weist in einigen Ausführungsformen eine Dicke des Laminats von weniger als 0,6 mm auf.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug eine Karosserie mit einem Glaspanel bzw. einer Glasscheibe und einem in die Glasscheibe eingebetteten Lichteinspeisungssystem. Das Lichteinspeisungssystem kann eine oder mehrere Mikro-LEDs auf einer Oberfläche einer Rückwandplatine, einen Kollimator für eine optische Verbindung, der über und in direktem Kontakt mit einer Oberfläche der Mikro-LEDs positioniert ist, und einen Lichtleiter umfassen, der mit einem Ende des Kollimators für eine optische Verbindung so gekoppelt ist, dass sich der Kollimator für eine optische Verbindung zwischen dem Lichtleiter und der Rückwandplatine befindet. Der Kollimator für eine optische Verbindung kann auf der Oberfläche der Rückwandplatine positioniert sein. Das Lichteinspeisungssystem ist in ein Laminat laminiert, das eine oder mehrere innere Verstärkungsschichten und eine oder mehrere äußere Schichten der Glasscheibe umfasst. Die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten sind in direktem Kontakt mit dem Lichteinspeisungssystem, und die eine oder die mehreren äußeren Schichten sind in direktem Kontakt mit der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten.
In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Verfahren zum Ausbilden einer Anzeige das Ausbilden eines Lichteinspeisungssystems umfassen. Das Lichteinspeisungssystem kann eine oder mehrere Mikro-LEDs auf einer Oberfläche einer Rückwandplatine, einen Kollimator für eine optische Verbindung, der über und in direktem Kontakt mit einer Oberfläche der Mikro-LEDs positioniert ist, und einen Lichtleiter umfassen, der mit einem Ende des Kollimators für eine optische Verbindung so gekoppelt ist, dass sich der Kollimator für eine optische Verbindung zwischen dem Lichtleiter und der Rückwandplatine befindet. Der Kollimator für eine optische Verbindung kann auf der Oberfläche der Rückwandplatine ausgebildet sein. Das Verfahren kann ferner das Ausbilden einer oder mehrerer innerer Verstärkungsschichten in direktem Kontakt mit dem Lichteinspeisungssystem und das Ausbilden einer oder mehrerer äußerer Schichten in direktem Kontakt mit der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten umfassen. Das Verfahren umfasst ferner das Laminieren des Lichteinspeisungssystems, der einen oder der mehreren inneren Verstärkungsschichten und der einen oder der mehreren äußeren Schichten, um ein Laminat zu definieren.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung ohne Weiteres ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen in der folgenden ausführlichen Beschreibung nur beispielhaft, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:

1 ein Fahrzeug mit einer Anzeige ist, die gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen konfiguriert ist;
2A eine Querschnittsansicht der in 1 dargestellten Anzeige nach der Laminierung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen ist;
2B eine entlang der Linie „2-2“ in 2A genommene Querschnittsansicht der Anzeige, wenn sich die Anzeige in einem unbeleuchteten Zustand befindet, gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen veranschaulicht;
3 die Querschnittsansicht von 2B, wenn sich die Anzeige in einem beleuchteten Zustand befindet, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht;
4 ein Computersystem gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen ist; und
5 ein Flussdiagramm gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ist.

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 in den Zeichnungen entsprechende Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten umfassen kann, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist in 1 allgemein mit 100 bezeichnet. Das Fahrzeug 100 ist in Form eines Automobils mit einer Karosserie 102 dargestellt. Die Karosserie 102 umfasst einen Insassenraum 104, in dem ein Lenkrad, Vordersitze und hintere Insassensitze (nicht separat dargestellt) angeordnet sind. Die Karosserie 102 umfasst auch ein Glaspanel bzw. eine Glasscheibe 106. Wie im Folgenden im Detail erläutert wird, enthält die Glasscheibe 106 eine Anzeige 108, die über ein eingebettetes Lichteinspeisungssystem 202 mit hoher Effizienz (siehe 2A) mit Strom versorgt wird. Die Anzeige 108 ist nur zu Diskussionszwecken in der speziellen Glasscheibe 106 (d. h. dem vorderen Insassenfenster) dargestellt, und es sollte sich verstehen, dass eine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen konfigurierte Anzeige in jeder beliebigen Glasscheibe des Fahrzeugs 100 (z. B. der Frontscheibe, der Fahrer- und/oder Insassen- bzw. Beifahrerfenster, des Schiebedachs, der Rück- und Seitenspiegel etc.) eingebaut werden kann. Alle derartigen Konfigurationen liegen innerhalb des betrachteten Anwendungsbereichs bzw. Umfangs dieser Offenbarung. In einigen Ausführungsformen ist ein Teil 110 der Anzeige 108 in der Karosserie 102 verborgen (wie dargestellt ist).
Wie vorher diskutiert wurde, können LED-basierte Anzeigen hergestellt werden, indem die LED(s) so angeordnet wird(werden), dass sie eine Lichtleiste über eine Kollimationsoptik (d. h. einen Kollimator) speisen. Das Licht von der Lichtleiste wird (unter Verwendung eines Misch- oder Homogenisierungsbereichs) gemischt und durch einen Lichtleiterfilm geleitet, bevor es schließlich aus dem Lichtleiter austritt, wo ein Muster im Film vorhanden ist. Das aus dem Muster austretende Licht definiert das angezeigte Bild in einem Anzeigebereich. Auf diese Weise konfigurierte LED-Anzeigen erfordern etwas sperrige Wärmemanagementsysteme, und die Helligkeit solcher Geräte kann thermisch begrenzt sein.
Diese Offenbarung führt eine Möglichkeit ein, die Helligkeit und thermische Effizienz bzw. den thermischen Wirkungsgrad einer LED-Anzeige zu erhöhen. Statt eine oder mehrere LEDs an einem Ende einer Lichtleiste (d. h. einer einzelnen Lichtquelle) zu positionieren, enthalten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen konfigurierte Anzeigen eine Anordnung bzw. ein Array von Mikro-LEDs, die direkt in die Glasschichten einer Glasscheibe laminiert sind. Ein Lichteinspeisungssystem, das das Array von Mikro-LEDs enthält, speist Licht von mehreren Lichtquellen (jeder Mikro-LED) in einen Lichtleiterfilm ein. Vorteilhafterweise erfordert ein auf diese Weise konfiguriertes Lichteinspeisungssystem kein optisches System, was die Beleuchtungseffizienz bzw. -wirkungsgrad der Anzeige verbessert.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen konstruierte Mikro-LED-Anzeigen bieten mehrere technische Vorteile gegenüber früheren LED-basierten Anzeigen. Die resultierenden Mikro-LED-Anzeigen können eine homogenere Beleuchtung für den Lichtleiterfilm bereitstellen, indem der Abstand von Mitte zu Mitte zwischen den Mikro-LEDs minimiert wird. Zum Beispiel kann eine Dicke des Lichteinspeisungssystems weniger als etwa 0,6 mm betragen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lichtleiterfilmsystemen benötigt ein gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen konfiguriertes Lichteinspeisungssystem außerdem kein sperriges Wärmemanagementsystem, da der Ansteuerstrom für jede Mikro-LED geringer ist als derjenige ist, den man größeren LEDs, die für Leuchtbalken konfiguriert sind, findet. Das Ergebnis ist eine deutliche Reduzierung der Übergangs- bzw. Sperrschichttemperaturen für die Mikro-LEDs (eine geringere thermische Belastung) und folglich die Möglichkeit, eine höhere Helligkeit ohne Erzeugen thermischer Instabilitäten anzusteuern. Das hierin beschriebene Lichteinspeisungssystem liefert auch die Möglichkeit für komplexe Animationseffekte aufgrund des Vorhandenseins mehrerer Lichtquellen. Beispielsweise können (nur durch den Abstand von Mitte zu Mitte der Mikro-LEDs begrenzte) Animationsmerkmale mit hoher Auflösung auf dem Lichtleiter angezeigt werden, indem einzelne oder willkürlich definierte Gruppen von Mikro-LEDs gesteuert werden.
2A veranschaulicht eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Anzeige 108 nach einer Laminierung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. 2B veranschaulicht eine entlang der Linie „2-2“ in 2A genommene Querschnittsansicht der Anzeige 108, wenn sich die Anzeige 108 in einem unbeleuchteten Zustand befindet, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Wie in den 2A und 2B gezeigt ist, umfasst die Anzeige 108 ein zwischen einer oder mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 und einer oder mehreren äußeren Schichten 206 laminiertes Lichteinspeisungssystem 202. Die eine oder die mehreren äußeren Schichten 206 können beispielsweise eine vordere Glasschicht und eine hintere Glasschicht der Glasscheibe 106 von 1 umfassen.
Das Lichteinspeisungssystem 202 umfasst eine oder mehrere Mikro-LED(s) 208, die auf einer Oberfläche einer Rückwandplatine 210 (worauf auch als Substrat verwiesen wird) ausgebildet sind. Die Anzeige 108 ist nur zur Vereinfachung der Diskussion und Veranschaulichung mit einer bestimmten Anzahl (hier acht) und einer Anordnung von Mikro-LEDs (hier als einzelnes Array, das auf der rechten Seite der Anzeige 108 positioniert ist) dargestellt. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die Anzahl, die Größe, die Konfiguration, die Orientierung bzw. Ausrichtung, der Abstand von Mittellinie zu Mittellinie etc. der Mikro-LED(s) 208 je nach Bedarf für eine gegebene bzw. bestimmte Anzeigeanwendung variieren kann. Wie in 2B gezeigt ist, sind in einigen Ausführungsformen die Mikro-LED(s) 208 in einem einzigen Nx1-Array mit N Reihen (worauf auch als lineare Array-Konfiguration verwiesen wird) konfiguriert. In anderen Ausführungsformen sind die Mikro-LED(s) 208 in N Reihen und M Spalten konfiguriert, um jede gewünschte Gitter-, Bank- oder lineare Konfiguration zu definieren. In einigen Ausführungsformen umfasst das Lichteinspeisungssystem 202 zwei oder mehr separate Mikro-LED-Arrays. Beispielsweise können zwei Mikro-LED-Arrays auf gegenüberliegenden Seiten der Anzeige 108 positioniert werden.
Die Mikro-LED(s) 208 und die Rückwandplatine 210 können je nach der gewünschten Emissionsfarbe der jeweiligen Mikro-LED aus einer Reihe bekannter geeigneter Materialien gebildet werden, wie etwa beispielsweise Halbleitermaterialien (z. B. Silizium, Galliumnitrid, Indiumgalliumnitrid etc.) und Saphir. In einigen Ausführungsformen umfassen die Mikro-LED(s) 208 und die Rückwandplatine 210 mehrere gestapelte Schichten, wie etwa einen auf einem Silizium- oder Saphirsubstrat ausgebildeten Stapel aus Indiumgalliumnitrid/Galliumnitrid (InGaN/Gan), um (nicht separat dargestellte) blaue und grüne Bauelemente zu erzeugen. Die Rückwandplatine 210 kann (nicht gesondert dargestellte) elektrische Verbindungen enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie jede der Mikro-LED(s) 208 mit Hilfe elektrischer Signale (d. h. durch Weiterleiten einer Ansteuerspannung an eine jeweilige Mikro-LED) individuell steuern.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Lichteinspeisungssystem 202 ferner einen Kollimator 212 für eine optische Verbindung. Der Kollimator für eine optische Verbindung 212 dient dazu, die Mikro-LED(s) 208 zwischen der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 und/oder der einen oder den mehreren äußeren Schichten 206 zu bonden bzw. zu verbinden oder anderweitig zu fixieren.
In einigen Ausführungsformen dient der Kollimator 212 für eine optische Verbindung einem doppelten Zweck: Bonden bzw. Verbinden und als Optik für eine interne Totalreflexion (TIR). Interne Totalreflexion tritt auf, wenn Licht eine Grenze zwischen einem ersten Material und einem zweiten Material, das eine geringere Dichte und einen niedrigeren Brechungsindex als das erste Material aufweist, unter einem Winkel berührt, der größer ist als ein kritischer Winkel (d. h. der Winkel, unter dem das gesamte Licht eher reflektiert als gebrochen wird).
In einigen Ausführungsformen können die Materialien für den Kollimator 212 für eine optische Verbindung auf der Grundlage von Materialien für die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 und/oder die eine oder die mehreren äußeren Schichten 206 ausgewählt werden, um sich einen bestimmten Brechungsindex zum Ziel nehmen bzw. ihn zu erreichen. Insbesondere werden in einigen Ausführungsformen Materialien für den Kollimator 212 für eine optische Verbindung so ausgewählt, dass sie einen höheren Brechungsindex als die Materialien der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 und/oder der einen oder den mehreren äußeren Schichten 206 aufweisen. Falls beispielsweise die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 aus Polyvinylbutyral- (PVB-)Filmen bestehen, kann der Kollimator 212 für eine optische Verbindung aus durchsichtigem Silizium oder aus Epoxiden mit einem höheren Brechungsindex als jenem von PVB hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen ist der Kollimator 212 für eine optische Verbindung (z. B. über die Materialauswahl, wie zuvor beschrieben, sowie über die Auswahl physikalischer Parameter wie etwa Höhe, Breite und Tiefe) strukturiert, um die Lichtmenge der Mikro-LED(s) 208 zu maximieren, die die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 unter oder über dem kritischen Winkel berührt. Auf diese Weise kann das gesamte (oder im Wesentlichen das gesamte, z. B. 90 %, 95 %, 99 % etc.) Licht von der(den) Mikro-LED(s) 208 über den Kollimator 212 für eine optische Verbindung zu einem Lichtleiter 214 ohne oder mit nur minimalen Verlusten durch die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 kanalisiert werden. Mit anderen Worten kann der Kollimator 212 für eine optische Verbindung so konfiguriert werden, dass er den aus der(den) LED(s) 208 durch die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 entweichendes bzw. austretendes Licht reduziert.
In einigen Ausführungsformen wird der Kollimator 212 für eine optische Verbindung unter Verwendung transparenter Materialien (z. B. durchsichtiger Epoxidharze etc.) hergestellt. Transparente Materialien eignen sich gut für Anwendungen wie etwa eine In-Plane-Anzeige in oder auf Glas, bei denen Transparenz erforderlich oder gewünscht ist. Für Anwendungen, die keine Transparenz erfordern (z. B. allgemeine Anzeigen), kann alternativ dazu der Kollimator 212 für eine optische Verbindung so eingefärbt werden, dass er mit einer Farbe einer oder mehrerer Mikro-LED(s) 108 übereinstimmt oder diese auf andere Weise ergänzt. Der Kollimator 212 für eine optische Verbindung kann in jeder gewünschten Dicke wie etwa zum Beispiel einer Dicke von 10 Mikrometern bis zu mehreren Zoll ausgebildet werden.
Der Kollimator 212 für eine optische Verbindung ist so positioniert, dass er das Licht von der(den) Mikro-LED(s) 208 auf den Lichtleiter 214 richtet bzw. zu ihm lenkt. In einigen Ausführungsformen umfasst der Lichtleiter 214 einen oder mehrere transparente Lichtleiterfilme. In einigen Ausführungsformen besteht der Lichtleiter 214 aus Materialien, die für interne Totalreflexion ausgewählt wurden, in ähnlicher Weise wie in Bezug auf den Kollimator 212 für eine optische Verbindung beschrieben wurde. In einigen Ausführungsformen enthält der Lichtleiter 214 einen strukturierten bzw. gemusterten Film 216 (worauf auch als Mikromuster verwiesen wird). In dieser Konfiguration verläuft das Licht von der(den) Mikro-LED(s) 208 über interne Totalreflexion durch den Lichtleiter 214 und tritt aus dem Lichtleiter 214 dort aus, wo der gemusterte Film 216 vorhanden ist. Die Form des gemusterten Films 216 kann nach Wunsch gestaltet werden, so dass das aus dem gemusterten Film 216 austretende Licht eine gewünschte Grafik bildet. In einigen Ausführungsformen kann der gemusterte Film 216 dynamisch verändert werden. In einigen Ausführungsformen ist der gemusterte Film 216 statisch. Während der gemusterte Film 216 ist der einfachen Veranschaulichung und Diskussion halber auf einer Seitenwand des Lichtleiters 214 angeordnet dargestellt ist, sind die Position und Konfiguration des gemusterten Films 216 jedoch nicht auf Stellen in oder an Seitenwänden des Lichtleiters 214 beschränkt. Der gemusterte Film 216 kann auf einer oder mehreren der Oberseite, der Unterseite, der Seitenwand und/oder gar im Inneren des Lichtleiters 214 positioniert sein. In einigen Ausführungsformen besteht der gemusterte Film 216 aus einem ganz oder vollständig transparenten Material, so dass der gemusterte Film 216 effektiv unsichtbar ist, wenn die Mikro-LED(s) 208 ausgeschaltet ist(sind) (d.h., wenn sich die Anzeige 108 in einem unbeleuchteten Zustand befindet, wie in 2B gezeigt ist). Die durch den gemusterten Film 216 definierte gewünschte Grafik erscheint, sobald die Mikro-LED(s) 208 eingeschaltet wird(werden) (d. h., wenn sich die Anzeige 108 in einem beleuchteten Zustand befindet). 3 veranschaulicht die entlang der Linie „2-2“ in 2A genommene Querschnittsansicht der Anzeige 108, wenn sich die Anzeige 108 in einem beleuchteten Zustand befindet, gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Wie dargestellt ist, definiert der gemusterte Film 216, wenn die Anzeige 108 beleuchtet ist, eine die Zeichen „GM“ darstellende Grafik, obwohl andere Grafiken im Rahmen dieser Offenbarung denkbar sind.
Das Lichteinspeisungssystem 202 kann je nach den Anforderungen der jeweiligen Anwendung (z. B. gewünschte Anzeige- und optische Eigenschaften etc.) in jeder beliebigen gewünschten Dicke ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Lichteinspeisungssystem 202 in einer Dicke von 0,6 mm oder weniger als 0,6 mm (z. B. 0,4 mm, 0,2 mm, 0,1 mm etc.) ausgebildet werden, obwohl andere Dicken im Rahmen dieser Offenbarung in Betracht kommen.
Wendet man sich nun Laminierungsmerkmalen zu, soll die Materialzusammensetzung der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 und der einen oder den mehreren äußeren Schichten 206 nicht besonders eingeschränkt sein und variiert sie je nach den Erfordernissen der jeweiligen Anwendung (z. B. den gewünschten strukturellen, thermischen und optischen Eigenschaften etc.). In einigen Ausführungsformen können zum Beispiel die inneren Verstärkungsschichten 204 (worauf auch als optische Bonding-Materialien bzw. Materialien für eine optische Verbindung verwiesen wird) aus PVB-Filmen bestehen und können die äußeren Schichten 206 aus Glasschichten bestehen. PVB-Glas-Laminate eignen sich gut für In-Plane- und Smart-Displays bzw. -Anzeigen und können je nach Wunsch eine transparente oder halbtransparente Anzeige bereitstellen. In einigen Ausführungsformen umfassen die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 eine Bonding- bzw. Verbindungsschicht 204a in direktem Kontakt mit dem Lichteinspeisungssystem 202. In einigen Ausführungsformen besteht die Verbindungsschicht 204a aus demselben Material wie die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten 204. In einigen Ausführungsformen werden die Materialien für die Verbindungsschicht 204a so ausgewählt, dass sie dem Transmissionsgrad und/oder der Farbe des Lichtleiters 214 entsprechen. Auf diese Weise kann die Verbindungsschicht 204a mit dem Lichtleiter 214 optisch verschmelzen.
Die Dicke von jeder der einen oder der mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 und der einen oder den mehreren äußeren Schichten 206 ist nicht als besonders eingeschränkt zu verstehen und variiert je nach den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab (z. B. von den gewünschten strukturellen, thermischen und optischen Eigenschaften etc.). In einigen Ausführungsformen sind beispielsweise die eine oder die mehreren innere Verstärkungsschichten 204 und die eine oder die mehreren äußeren Schichten 206 mit einer Dicke von 1 bis 100 Mikrometer oder mehr ausgebildet (z. B. können die Schichten mehrere Zoll dick sein, falls gewünscht).
Das Lichteinspeisungssystem 202 kann zwischen der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten 204 und der einen oder den mehreren äußeren Schichten 206 unter Verwendung bekannter Verfahren laminiert werden. In einigen Ausführungsformen werden das Lichteinspeisungssystem 202, die inneren Verstärkungsschichten 204 (z. B. PVB-Filme) und die äußeren Schichten 206 (z. B. Glas) unter Druck heißversiegelt, um die endgültige Struktur zu laminieren. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der endgültigen Struktur um eine In-Plane-Anzeige, eine Head-up-Anzeige (HUD), eine Einzelglas-Anzeige, eine reflektierende Anzeige etc., die auf oder in einer Glasscheibe eines Fahrzeugs (z. B. der Anzeige 108 von 1) eingebaut ist, obwohl auch andere Konfigurationen wie etwa innerhalb eines Panels oder Platte einer Struktur oder Vorrichtung innerhalb des in Betracht gezogenen Umfangs bzw. Anwendungsbereichs dieser Offenbarung fallen.
In einigen Ausführungsformen ist die Laminierung mit einem Erhitzen (z. B. bei höheren Temperaturen als 100 Grad Celsius) und das Abschrecken in einem Autoklav unter einem Druck von 10 kg-f/cm² oder höher verbunden, obwohl auch andere Laminierungsbedingungen (Temperaturen, Drücke etc.) innerhalb des betrachteten Umfangs dieser Offenbarung liegen. In einigen Ausführungsformen kann die Anzeige 108 in einer Gesamtdicke von 0,1 mm bis 10 mm oder mehr, z. B. 0,3 mm, 0,7 mm, 2 mm, ein Zoll, mehrere Zoll etc., ausgebildet werden, obwohl andere Dicken innerhalb des betrachteten Umfangs dieser Offenbarung liegen. In einigen Ausführungsformen kann die Anzeige 108 nach der Laminierung je nach Anwendung eine Gesamtdicke von 0,1 mm bis zu einer Dicke von mehreren Zoll (z. B. 2 Zoll, 4 Zoll etc.) aufweisen.
4 illustriert Aspekte einer Ausführungsform eines Computersystems 400, das verschiedene Aspekte der hierin beschriebenen Ausführungsformen durchführen kann. In einigen Ausführungsformen kann das Computersystem 400 in eine Mikro-LED-Anzeige (z. B. der Anzeige 108) oder in Kombination mit dieser eingebaut bzw. integriert sein. Das Computersystem 400 umfasst zumindest eine Verarbeitungsvorrichtung 402, die im Allgemeinen einen oder mehrere Prozessoren zum Durchführen einer Vielzahl von Funktionen wie etwa beispielsweise das Steuern von Steuerspannungen für eine oder mehrere der LED(s) 208 der Anzeige 108 umfasst. Genauer gesagt kann das Computersystem 400 die Logik enthalten, die erforderlich ist, um die Rückwandplatine 210 anzuweisen, die einzelne(n) LED(s) 208 oder eine beliebige Untergruppe der LED(s) 208 der Anzeige 108 zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Komponenten des Computersystems 400 umfassen die Verarbeitungsvorrichtung 402 (wie etwa einen oder mehrere Prozessoren oder Verarbeitungseinheiten), einen Systemspeicher 404 und ein Bus 406, der verschiedene Systemkomponenten einschließlich des Systemspeichers 404 bis zur Verarbeitungsvorrichtung 402 koppelt. Der Systemspeicher 404 kann eine Vielzahl von mit dem Computersystem lesbaren Medien enthalten. Bei derartigen Medien kann es sich um beliebige verfügbare Medien handeln, auf die die Verarbeitungsvorrichtung 402 zugreifen kann, und sie umfassen sowohl flüchtige als auch nicht-flüchtige Medien sowie entfernbare und nicht entfernbare Medien.
Der Systemspeicher 404 umfasst beispielsweise einen nicht-flüchtigen Speicher 408 wie etwa eine Festplatte und kann auch einen flüchtigen Speicher 410 wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und/oder einen Cache-Speicher umfassen. Das Computersystem 400 kann ferner andere entfernbare/nicht entfernbare, flüchtige/nicht-flüchtige Speichermedien für das Computersystem enthalten.
Der Systemspeicher 404 kann zumindest ein Programmprodukt mit einem Satz (z. B. zumindest einem) von Programmmodulen enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie Funktionen der hierin beschriebenen Ausführungsformen ausführen. Zum Beispiel speichert der Systemspeicher 404 verschiedene Programmmodule, die im Allgemeinen die Funktionen und/oder Methodiken der hierin beschriebenen Ausführungsformen ausführen. Ein Modul oder mehrere Module 412, 414 können enthalten sein, um Funktionen auszuführen, die sich auf eine Steuerung der Anzeige 108 beziehen, wie etwa das Bestimmen eines Zielbildes auf der Grundlage von fahrzeuginternen Daten und das Anweisen der Anzeige 108 (z. B. über die Rückwandplatine 210), eine oder mehrere der LED(s) 208 anzusteuern, um das Zielbild zu erzeugen. Das Computersystem 400 ist nicht auf diese Weise beschränkt, da je nach der gewünschten Funktionalität der jeweiligen Anzeigen andere Module einbezogen werden können. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Modul“ auf eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten umfassen kann, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Beispielsweise kann/können das/die Modul(e) über Software, Hardware und/oder Firmware so konfiguriert werden, dass eine Anzeige (die Anzeige 108) veranlassen, ein Bild wie etwa einen Fahrzeugstatus oder eine Fahrer- und/oder Insassenkommunikation anzuzeigen.
Die Verarbeitungsvorrichtung 402 kann auch so konfiguriert werden, dass sie mit einer oder mehreren externen Vorrichtungen 416 wie etwa einer Tastatur, einer Zeigevorrichtung und/oder anderen Vorrichtungen (z. B. einer Netzwerkkarte, einem Modem, Fahrzeug-ECUs etc.) kommuniziert, die ermöglichen, dass die Verarbeitungsvorrichtung 402 mit einer oder mehreren anderen Computervorrichtungen kommuniziert. Die Kommunikation mit verschiedenen Vorrichtungen kann über Eingabe/Ausgabe-(I/O-)Schnittstellen 418 und 420 erfolgen.
Die Verarbeitungsvorrichtung 402 kann über einen Netzwerkadapter 424 auch mit einem oder mehreren Netzwerken 422 wie etwa einem lokalen Netzwerk (LAN), einem allgemeinen Weitverkehrsnetzwerk (WAN), einem Busnetzwerk und/oder einem öffentlichen Netzwerk (z. B. dem Internet) kommunizieren. In einigen Ausführungsformen ist der Netzwerkadapter 424 ein optischer Netzwerkadapter für die Kommunikation über ein optisches Netzwerk oder enthält einen solchen. Es sollte sich verstehen, dass, obgleich nicht dargestellt, andere Hardware- und/oder Software-Komponenten in Verbindung mit dem Computersystem 400 verwendet werden können. Beispiele hierfür umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, einen Mikrocode, Geräte- bzw. Vorrichtungstreiber, redundante Verarbeitungseinheiten, externe Festplatten-Arrays, RAID-Systeme und Speichersysteme zur Datenarchivierung etc.
Bezugnehmend nun auf 5 ist ein Flussdiagramm 500 zum Ausbilden bzw. Herstellen einer Anzeige 108 gemäß einer Ausführungsform allgemein dargestellt. Das Flussdiagramm 500 wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben und kann zusätzliche, in 5 nicht dargestellte Schritte enthalten. Obwohl in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt, können die in 5 dargestellten Blöcke neu angeordnet, unterteilt und/oder kombiniert werden.
In Block 502 wird ein Lichteinspeisungssystem gebildet. In einigen Ausführungsformen umfasst das Lichteinspeisungssystem eine oder mehrere Mikro-LEDs auf einer Oberfläche einer Rückwandplatine, einen Kollimator für eine optische Verbindung, der über und in direktem Kontakt mit einer Oberfläche der Mikro-LEDs angeordnet ist, und einen Lichtleiter, der mit einem Ende des Kollimators für eine optische Verbindung gekoppelt ist, so dass sich der Kollimator für eine optische Verbindung zwischen dem Lichtleiter und der Rückwandplatine befindet. In einigen Ausführungsformen wird der Kollimator für eine optische Verbindung auf der Oberfläche der Rückwandplatine angeordnet.
In einigen Ausführungsformen werden die eine oder die mehreren Mikro-LEDs in einem Array (z. B. einem NxM-Array) angeordnet. In einigen Ausführungsformen werden die eine oder die mehreren Mikro-LEDs in einem linearen Array (z. B. einem Nx1-Array) angeordnet.
In Block 504 werden eine oder mehrere innere Verstärkungsschichten in direktem Kontakt mit dem Lichteinspeisungssystem ausgebildet. In Block 506 werden eine oder mehrere äußere Schichten (z. B. Glas) in direktem Kontakt mit der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten ausgebildet.
In Block 508 wird das Lichteinspeisungssystem mit der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten und der einen oder den mehreren äußeren Schichten laminiert, um ein Laminat zu definieren. In einigen Ausführungsformen weist das Lichteinspeisungssystem im Laminat eine Dicke von weniger als 0,6 mm auf.
In einigen Ausführungsformen verbindet der Kollimator für eine optische Verbindung die eine oder die mehreren Mikro-LEDs mit der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten. In einigen Ausführungsformen enthält der Kollimator für eine optische Verbindung ein Material mit einem höheren Brechungsindex als ein Material der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten. In einigen Ausführungsformen umfassen die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten PVB-Filme und umfasst der Kollimator für die optische Verklebung ein Material mit einem höheren Brechungsindex als jenem von PVB, wie etwa durchsichtiges Silizium und Epoxid.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Kollimator für eine optische Verbindung eine Struktur mit Abmessungen, die so ausgewählt sind, dass eine Lichtmenge von den Mikro-LEDs, die die eine oder die mehreren innere Verstärkungsschichten unter oder über einem für die TIR-Optik erforderlichen kritischen Winkel berührt, maximiert wird.
Die Begriffe „ein“ und „eine“ bezeichnen keine Mengenbeschränkung, sondern bezeichnen vielmehr das Vorhandensein von zumindest einem der genannten Elemente. Der Begriff „oder“ bedeutet „und/oder“, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Ein Verweis, die gesamte Beschreibung hindurch, auf „einen Aspekt“ bedeutet, dass ein im Zusammenhang mit dem Aspekt beschriebenes bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur, ein Schritt oder eine Eigenschaft) in zumindest einem, hierin beschriebenen Aspekt enthalten bzw. einbezogen ist und in anderen Aspekten vorhanden oder auch nicht vorhanden sein kann. Außerdem versteht es sich, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Aspekten in jeder beliebigen geeigneten Weise kombiniert werden können.
Wenn darauf verwiesen wird, dass sich ein Element wie etwa eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat „auf“ einem anderen Element befindet, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden oder können auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Im Gegensatz dazu sein, wenn darauf verwiesen wird, dass sich ein Element „direkt auf” einem anderen Element befindet, keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
Sofern hier nicht anders angegeben, handelt es sich bei allen Prüfnormen um die neueste Norm, die an dem Einreichungstag dieser Anmeldung oder, falls Priorität beansprucht wird, dem Einreichungstag der frühesten Prioritätsanmeldung, in der die Prüfnorm erscheint, in Kraft ist.
Sofern nicht anders definiert, haben hier verwendete technische und wissenschaftliche Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie vom Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, allgemein verstanden wird.
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 ersetzt 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 der Offenbarung abzuweichen. Daher soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern alle Ausführungsformen umfassen, die in deren Umfang fallen.

Claims

Anzeige, umfassend: ein Lichteinspeisungssystem, wobei das Lichteinspeisungssystem umfasst: eine oder mehrere lichtemittierende Mikro-Dioden (LEDs) auf einer Oberfläche einer Rückwandplatine; einen Kollimator für eine optische Verbindung, der über und in direktem Kontakt mit einer Oberfläche der Mikro-LEDs positioniert ist, wobei sich der Kollimator für eine optische Verbindung auf der Oberfläche der Rückwandplatine befindet; und einen Lichtleiter, der mit einem Ende des Kollimators für eine optische Verbindung gekoppelt ist, so dass sich der Kollimator für eine optische Verbindung zwischen dem Lichtleiter und der Rückwandplatine befindet; eine oder mehrere innere Verstärkungsschichten in direktem Kontakt mit dem Lichteinspeisungssystem; und eine oder mehrere äußere Schichten in direktem Kontakt mit der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten; wobei das Lichteinspeisungssystem in ein Laminat laminiert ist, das die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten und die eine oder die mehreren äußeren Schichten umfasst.
Anzeige nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Mikro-LEDs in einem Array angeordnet sind.
Anzeige nach Anspruch 1, wobei der Kollimator für eine optische Verbindung die eine oder die mehreren Mikro-LEDs mit der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten verbindet.
Anzeige nach Anspruch 1, wobei der Kollimator für eine optische Verbindung aus einem Material mit einem höheren Brechungsindex als ein Material der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten besteht.
Anzeige nach Anspruch 4, wobei die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten Polyvinylbutyral- (PVB-)Filme umfassen und der Kollimator für eine optische Verbindung aus durchsichtigem Silizium oder einem Epoxid mit einem höheren Brechungsindex als jenem von PVB besteht.
Anzeige nach Anspruch 5, wobei der Kollimator für eine optische Verbindung eine Struktur mit Abmessungen umfasst, die so ausgewählt sind, dass die Lichtmenge von den Mikro-LEDs, die die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten unter oder über einem für eine Optik mit interner Totalreflexion (TIR) erforderlichen kritischen Winkel berührt, maximiert wird.
Anzeige nach Anspruch 1, wobei das Lichteinspeisungssystem eine Dicke des Laminats von weniger als 0,6 mm aufweist.
Fahrzeug, umfassend: eine Karosserie mit einer Glasscheibe und ein in der Glasscheibe eingebettetes Lichteinspeisungssystem, wobei das Lichteinspeisungssystem umfasst: eine oder mehrere lichtemittierende Mikro-Dioden (LEDs) auf einer Oberfläche einer Rückwandplatine; einen Kollimator für eine optische Verbindung, der über und in direktem Kontakt mit einer Oberfläche der Mikro-LEDs positioniert ist, wobei sich der Kollimator für eine optische Verbindung auf der Oberfläche der Rückwandplatine befindet; und einen Lichtleiter, der mit einem Ende des Kollimators für eine optische Verbindung gekoppelt ist, so dass sich der Kollimator für eine optische Verbindung zwischen dem Lichtleiter und der Rückwandplatine befindet; wobei das Lichteinspeisungssystem in ein Laminat laminiert ist, das eine oder mehrere innere Verstärkungsschichten und eine oder mehrere äußere Schichten der Glasscheibe umfasst, wobei die eine oder die mehreren inneren Verstärkungsschichten in direktem Kontakt mit dem Lichteinspeisungssystem und die eine oder die mehreren äußeren Schichten in direktem Kontakt mit der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten stehen.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die eine oder die mehreren Mikro-LEDs in einem Array angeordnet sind.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der Kollimator für eine optische Verbindung die eine oder die mehreren Mikro-LEDs mit der einen oder den mehreren inneren Verstärkungsschichten verbindet.