WO2002099772A2 - Method for modifying the radiating properties in a planar light-guiding transparent body and devices comprising said bodies - Google Patents

Method for modifying the radiating properties in a planar light-guiding transparent body and devices comprising said bodies Download PDF

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WO2002099772A2
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Jürgen ERHARD
Bernd Ozygus
Adrian Mahlkow
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Opto - System Gmbh
Smart Laser Systems Gmbh
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    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
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Definitions

  • Flat, light-guiding, transparent bodies are used, for example, for edge-illuminated signs when conveying or displaying information.
  • circuit board strips can be equipped with SMD LEDs in all colors including white, they can also be rigid but also flexible.
  • the information to be conveyed is applied to the surface of the light guide body by different methods, such as, for example, by etching, milling, by dyeing or by a coating.
  • the circuit board strips can be embedded in reflector-like profiles. Waterproof and temperature-resistant solutions are available for outdoor applications (DE 196 54 850).
  • 1a shows the physical background as prior art. 1a, a transparent medium is shown in the lower half, with a refractive index that is larger (“optically dense medium”) than that of the air symbolized in the upper half (“optically thin medium).
  • the partial beams 1, 2 and 3 are thrown back into the optically denser medium at the origin (place of impact of the rays), they experience total reflection.
  • the critical angle ( ⁇ G ) of the total reflection follows from Snellius's law of refraction and corresponds to the beam with angle of incidence ot !
  • the purpose of the invention is to offer a solution which avoids these disadvantages.
  • the object of the invention is to propose a solution in which the transparency of the light-guiding medium is not reduced by scattering effects and in which information and also functions are presented in such a way that the surface of the light-guiding body remains mechanically undamaged.
  • the information or functions should be protected against mechanical access and environmental influences, complex protective coatings should be eliminated and the light decoupling should have a higher brightness.
  • An essential feature of the new solution is that the information content of a device for displaying or displaying information is not applied to the surface, but is brought into the interior of the transparent medium by special processes. This does not change the surface of the light guide body. If a material with a sufficiently resistant surface is selected (e.g. mineral glass), the device for displaying or displaying information is insensitive to environmental influences, cleaning and mechanical interventions. The information is introduced as a change in the transparent medium inside, i.e. between the two surfaces, without changing them. The coupling-out of the coupled-in light takes place according to a different principle of action than in the publications belonging to the prior art. In this case, the light is coupled out due to a disturbance of the surface, the total reflection is destroyed at this point and the light emerges.
  • a material with a sufficiently resistant surface e.g. mineral glass
  • the light In the event of a local disturbance or destruction of the surface, the light is scattered in all spatial directions at these points, and there is no directional radiation.
  • part of the light rays of the internal light path are redirected and deflected by a disturbance in the medium.
  • the deflected light hits the interface from the inside at a different angle, which means that the total reflection conditions are no longer met.
  • the light emerges from the medium.
  • the total reflection is not locally destroyed for coupling out, but only bypassed locally.
  • the essence of the invention consists in the fact that the locally limited areas with a changed refractive index, which are described below, deflect light rays that pass through the optically denser medium on paths at an angle greater than the critical angle and then strike the interface at a steeper angle , are broken and emerge from the medium.
  • the total reflection is not interrupted at any point on the surface by changes (state of the art), only the beam path is changed for a small part of the light and it is thus decoupled.
  • These refractive index changes can be generated on the one hand by introducing energy in the form of laser photons.
  • the pulse lengths are usually shorter than 10 ns here.
  • the introduced index changes are characterized in that they cause the radiation to emerge from the transparent medium, the exit surface of the Radiation is not parallel to the entrance surface.
  • a further essential feature of the present solution consists in the provision of a device which is equipped with a light-conducting transparent body produced according to the method, into which light is coupled into the edges of the body using SMD-LED arranged on printed circuit board strips.
  • This device is preferably suitable for displaying information or for displaying the same.
  • This device combines the essential advantage that the information to be conveyed no longer has to be applied to the surface.
  • the directed generation of special means that change the angle of refraction in the medium is used to ensure that these means are also carriers of information. The partial destruction of the surface for the exit of the rays can thus be eliminated.
  • Another important advantage of this solution can also be seen in the fact that the means for partially changing the angle of refraction can be directed and introduced in a targeted manner. This also has the advantage that significantly higher brightness levels can be achieved with edge-illuminated signs.
  • Another possibility is to display different information with different colors in different directions.
  • This variant of the solution also opens up new possibilities for information or hazard signs, since several pieces of information can now be displayed on one sign.
  • this specially trained transparent light-guiding body which is provided with the means for deflecting the light beam, opens up new possibilities in lighting technology.
  • These means which are preferably in the form of microlenses and which effect the change in the beam path, make it possible to couple out light at a brightness which, according to the prior art, was not possible while maintaining transparency.
  • the higher brightness in particular due to the directional beam path and thus a directional light decoupling, offers the possibility of using a light-conducting transparent body prepared in this way as a flat illuminant and, in particular, of using this body to demonstrate new solutions for effective and particularly new energy-saving lamps. Since the surface of the device is no longer damaged by the new method, the lamps to be created can be used both indoors and outdoors.
  • the lighting means can be designed, for example, as a light curtain for the window, which preferably illuminates the room when it is dark in the illuminated state. Another option is that of an illuminated screen. Finally, the illuminant can be placed as a luminous room object in the room itself.
  • a partial arrangement of the microlenses in the light-guiding body or illumination spots in the inside and outside area can be realized.
  • This variant therefore offers the possibility of illuminating selected areas. This gives the designer a means to draw attention to special features by means of subtle lighting.
  • the illuminant in its present form can also be offered as a separate product for the living area.
  • the lighting spots can also be realized in different directions inside and outside.
  • a means of illumination can be realized with which new ways of displaying information and lighting can be labeled.
  • the lighting means can, for example, change the light originating from an external light source in the beam path by means of a defined arrangement of the means, which are preferably designed as microlenses, in such a way that information can be displayed.
  • the lighting means is a curtain for the window, which realizes partial lighting or lighting spots in the interior and exterior when illuminated with radiation.
  • Sunlight is preferably used as the light source.
  • the means which are preferably in the form of microlenses, can be arranged in such a way that an information display or illumination that changes over the course of the day can be realized.
  • dispersion effects can be made use of, which break down the light into its color components and deflect them in different directions. This enables information and lighting to be realized in different colors and directions.
  • Another possibility is a defined arrangement of the means, which are preferably in the form of microlenses, in such a way that preferably narrow strips of preferably identical or almost identical deflecting means are integrated in front of a monitor or another image generator or the front pane of such a device, and image information is preferably displayed in strips on it Areas to be directed. Due to the similar distraction by the generated means, two different images can be realized for each eye for the viewer of the image information, so that a stereoscopic impression with a spatial perception is possible.
  • the drawing files and the corresponding deflecting means do not necessarily have to be arranged in strips, there are also random arrangements such. B. possible with stochastic distribution.
  • 5a shows a simulation of lighting with a conventional desk lamp with an artificial, non-illuminated window curtain arranged in the background
  • 5b shows a simulation of lighting with an artificially illuminated window curtain which is provided with microlenses and is coupled into the light with SMD LEDs.
  • Fig. 6 sketchy the principle of action for stereoscopic vision.
  • 1b shows the exit angle of the light beam as a function of the entry angle.
  • the angles in the diagram refer to the angle between the beam and the interface. If the rays are incident at angles that are greater than the critical angle (dashed line at approximately -40 °), total reflection occurs: "Entry angle is equal to the exit angle". If the critical angle is undershot, the beams are refracted towards the perpendicular and leave it optically denser medium at a changed angle, this dependence is described by Snellius' law (1).
  • FIG. 2 shows in a microscope image illuminated with polarized light some of these local areas which have the shape of microlenses. Illumination with linearly polarized light makes the fuses visible in the first place; with normal or monochromatic illumination, the microlenses are not visible. Lenses of different sizes can be seen on the image, the size can be varied by a factor of two. The smallest lenses so far can be seen in a small group on the sketch at the bottom left, the largest almost exactly in the middle of the picture. The flower-like expansion is not the geometrical shape of the lens itself, but the tensions carried by the melting into the environment, which lead to the stress birefringence mentioned.
  • FIG. 4 illustrates a further microscope image, in which some micro-fractures are shown, which differ greatly in their structure. You can clearly see the cracks that extend from a central point into the surrounding glass matrix.
  • 5a and 5b show the simulation of an office illuminated with the special light guide body.
  • 5a shows how the lighting situation in today's normal situation is presented with a simple desk lamp as the means of illumination, an unlit artificial lighting curtain being visible in the background.
  • 5b shows prepared glass surfaces in the form presented here in the form of light-guiding bodies which hang in front of the window in an switched-on state and the effect on the room illumination.
  • the simulation shows little difference to a situation during the day when the light is not dazzling, for example with light cloud cover.
  • Experiments with light decoupling have also been able to confirm this result quantitatively.
  • the coupling-out areas can be structured so that the light is in the form of the information to be displayed can be coupled out, even with high brightness, without dazzling.
  • this light decoupling allows a determination of the decoupling direction of the light, unlike in the prior art. Normally, the light is extracted from the transparent medium by scattering at interface phenomena; the scattering takes place evenly in all spatial directions without any directional characteristic. A large part of the light is lost for the information display because it does not reach the eye of the beholder.
  • a directional decoupling as offered by the solution presented here, information can be extracted in a directional manner from an unchanged medium. It is also possible to integrate different directional characteristics in a transparent medium.
  • the light radiated in at the edges can be coupled out evenly over a large area and e.g. B. can be blasted partly on the ceiling of a room and partly on the floor without the direct light falling on the viewer. Due to the fact that the surface of the transparent medium has not been changed, it remains transparent in viewing directions transverse to the light guide, even if light emerges, since no scattering occurs, but only directional decoupling. This directional light coupling enables new applications.
  • Such a novel application can consist in the fact that window panes which allow the view outside to remain unchanged, at the same time allow light to fall onto the ceiling or onto a piece of furniture if required. Even if the light was switched on, it would still be possible to look outside as long as you did not look directly into the coupled light. Further new applications are emerging for hazardous areas. For example, it is possible for a transparent pane to display a bright escape route marking on the floor if necessary, without this information being visible on the pane when it is switched off. Due to the radiation characteristic of the decoupling mechanism, which is limited in the solid angle, information that is dependent on the viewer location can be displayed; guidance systems or the like are conceivable here. By multicolored coupling z. B. location-dependent coloring or information displays possible.
  • FIG. 6 shows the principle of action for stereoscopic vision with the aid of a suitable arrangement of the microlenses 2 in the transparent body 3.
  • a partial image 1a; 1b generated and displayed in the image generator 1.
  • the partial images 1a; 1b deflected uniformly in different directions 4.
  • the partial images 1a appear to the viewer; 1b now from different viewing angles, so that a spatial impression is created.

Abstract

The invention relates to a method for the production of particular light guide bodies and devices fitted with said particular light guide bodies. The invention finds application in the representation of information, in the display itself and in illumination technology. The aim of the invention is to provide a solution in which the transparency of the light guide medium is not reduced by scattering effects and by means of which information and functions are so represented that the mechanical surface of the light guide body remains mechanically undamaged. Furthermore the information or functions should be protected from mechanical access and environmental influences, costly protective coatings should be avoided and the emitted light should have an improved brightness. Said aim is essentially achieved, whereby the information content for a device for informational representation or display is carried, not on the surface but rather, within the transparent medium by means of a particular method. Said method is characterised in that locally defined regions with modified refractive indexes are generated by various methods. Fig. 5b shows a simulation of illumination using an artificially illuminated window drape, provide with micro-lenses and into which light is injected by means of SMD-LEDs.

Description

Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper und Einrichtungen mit solchen KörpernProcess for changing the radiation behavior in a flat, light-guiding, transparent body and devices with such bodies
Flächig ausgebildete, lichtleitende, transparente Körper finden beispielsweise Anwendung bei randbeleuchteten Schildern bei der Vermittlung oder Darstellung von Informationen.Flat, light-guiding, transparent bodies are used, for example, for edge-illuminated signs when conveying or displaying information.
Es sind bereits verschiedene Ausführungen von Informationsdarstellungs- und von Anzeigeelementen bekannt geworden, bei denen Informationen auf transparenten, lichtleitenden Medien durch die Ein- kopplung von Licht mittels von auf Leiterplattenstreifen angeordneten SMD - LED in die Seitenkanten eines Lichtleitkörpers sichtbar gemacht werden (vgl. DE 43 11 018; DE 4344 963; DE 195 13 185; DE 297 06201; DE 29820 384; DE 92 07 253 und DE 296 03 006).Various designs of information display and display elements have already become known in which information on transparent, light-guiding media is made visible by coupling light into the side edges of a light-guiding body by means of SMD LEDs arranged on printed circuit board strips (cf. DE 43 11 018; DE 4344 963; DE 195 13 185; DE 297 06201; DE 29820 384; DE 92 07 253 and DE 296 03 006).
Diese Leiterplattenstreifen können mit SMD - LEDs in allen Farben einschließlich weiß bestückt sein, sie können darüber hinaus starr aber auch flexibel ausgebildet sein.These circuit board strips can be equipped with SMD LEDs in all colors including white, they can also be rigid but also flexible.
Die zu vermittelnde Information ist auf der Oberfläche des Lichtleitkörpers durch unterschiedliche Methoden, wie beispielsweise durch Ätzen, Fräsen, durch Färb- oder durch eine Beschichtung aufgebracht. Zur Erhöhung der Helligkeit derartiger Informationsdarstellungs- und Anzeigeelemente können die Leiterplattenstreifen in reflektorartig ausgebildete Profile eingebettet werden. Für Anwendungen im Außenbereich stehen wasserdichte und temperaturbeständige Lösungen zur Verfügung (DE 196 54 850).The information to be conveyed is applied to the surface of the light guide body by different methods, such as, for example, by etching, milling, by dyeing or by a coating. To increase the brightness of such information display and display elements, the circuit board strips can be embedded in reflector-like profiles. Waterproof and temperature-resistant solutions are available for outdoor applications (DE 196 54 850).
Für die Auskopplung des durch Totalreflexion an den Mediengrenzen im Medium verbleibenden Lichtes wird die Oberfläche verändert und durch Streuung an diesen Oberflächenstörungen tritt Licht die Information darstellend aus. Die Fig. 1a zeigt den physikalischen Hintergrund als Stand der Technik. Es ist in Fig. 1a in der unteren Hälfte ein transparentes Medium dargestellt, mit einem Brechungsindex, der größer („optisch dichtes Medium") ist, als der der in der oberen Hälfte symbolisierten Luft („optisch dünnes Medium). Die Teilstrahlen 1, 2 und 3 werden am Ursprung (Ort des Auftreffens der Strahlen) in das optisch dichtere Medium zurück- geworfen, sie erfahren eine Totalreflexion. Der Grenzwinkel (αG) der Totalreflexion folgt aus dem Snelliusschen Brechungsgesetz und entspricht dem Strahl mit Einfallswinkel ot! (=αG), der nach der Brechung unter einem Austrittswinkel 90° (α2 = 90°) das Medium gerade nicht mehr verläßt, sondern auf der Oberfläche disipiert. Teilstrahlen, die unter einem kleineren Winkel zum Lot auf die Grenzfläche treffen, werden gebrochen und verlassen das optisch dichtere Medium. Dies trifft für die in Fig. 1a bezeichneten Strahlen 4, 5 und 6 zu. Diese Art der Informationsdarstellung ist besonders bei großflächigen und viele Informationen vermittelnden Anzeigen nachteilig. So wird die Transparenz des Mediums bei großflächigen Anzeigen reduziert. Die Information ist auf der Oberfläche nicht weiter vor mechanischem Zugriff und umwelttechnischen Einflüssen geschützt, hierzu müssen aufwendige Schutzbeschichtungen oder mehrlagige Systeme verwendet werden, bei denen der Lichtleitkörper von Schutzscheiben umgeben ist. Dies ist aufwendig und verteuert die Informationsdarstellung. Darüber hinaus wird das ausgekoppelte Licht gestreut, das heißt, in alle Raumrichtungen, also auch nach hinten abgestrahlt. Eine gerichtete Abstrah- lung ist nicht möglich.For the decoupling of the light remaining in the medium due to total reflection at the media boundaries, the surface is changed and light emerges in a manner representative of these surface disturbances. 1a shows the physical background as prior art. 1a, a transparent medium is shown in the lower half, with a refractive index that is larger (“optically dense medium”) than that of the air symbolized in the upper half (“optically thin medium). The partial beams 1, 2 and 3 are thrown back into the optically denser medium at the origin (place of impact of the rays), they experience total reflection.The critical angle (α G ) of the total reflection follows from Snellius's law of refraction and corresponds to the beam with angle of incidence ot ! (= α G ) which, after refraction at an exit angle of 90 ° (α 2 = 90 °), no longer leaves the medium, but instead disipers on the surface. Partial rays that hit the interface at a smaller angle to the perpendicular are refracted and leave the optically denser medium. This applies to the rays 4, 5 and 6 designated in FIG. 1a. This type of information display is particularly disadvantageous in the case of large-area displays which convey a large amount of information. This reduces the transparency of the medium for large-scale advertisements. The information on the surface is no longer protected against mechanical access and environmental influences. For this purpose, complex protective coatings or multi-layer systems must be used in which the light guide body is surrounded by protective panes. This is complex and increases the cost of displaying information. In addition, the outcoupled light is scattered, that is, it is emitted in all directions in space, i.e. also towards the rear. Directional radiation is not possible.
Zweck der Erfindung ist es, eine Lösung anzubieten, die diese Nachteile vermeidet.The purpose of the invention is to offer a solution which avoids these disadvantages.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung vorzuschlagen, bei der die Transparenz des lichtleitenden Mediums nicht durch Streueffekte reduziert und bei der Informationen und auch Funktionen so dargestellt sind, dass die Oberfläche des Lichtleitkörpers mechanisch unverletzt bleibt. Darüber hinaus sollen die Informationen oder Funktionen vor mechanischen Zugriff und umwelttechnischen Einflüssen geschützt sein, aufwendige Schutzbeschichtungen sollen entfallen können und die Lichtauskopplung soll eine höhere Helligkeit aufweisen.The object of the invention is to propose a solution in which the transparency of the light-guiding medium is not reduced by scattering effects and in which information and also functions are presented in such a way that the surface of the light-guiding body remains mechanically undamaged. In addition, the information or functions should be protected against mechanical access and environmental influences, complex protective coatings should be eliminated and the light decoupling should have a higher brightness.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of the main claim in conjunction with the features of the preamble. Appropriate configurations of the inventions are contained in the subclaims.
Ein wesentliches Merkmal der neuen Lösung besteht darin, dass der Informationsgehalt einer Einrichtung zum Darstellen oder zum Anzeigen von Informationen nicht auf die Oberfläche aufgebracht wird, sondern durch spezielle Verfahren in das Innere des transparenten Mediums gebracht wird. Die Oberfläche des Lichtleitkörpers wird dadurch nicht verändert. Wenn ein Material mit ausreichend widerstandsfähiger Oberfläche gewählt wird (z.B. mineralisches Glas), ist die Einrichtung zum Darstellen oder zum Anzeigen von Informationen gegen Umwelteinflüsse, Reinigung und mechanische Eingriffe unempfindlich. Die Information wird als Veränderung des transparenten Mediums im Inneren, also zwischen den beiden Oberflächen, ohne Veränderung dieser eingebracht. Die Auskopplung des eingekoppelten Lichts geschieht nach einem anderen Wirkprinzip, als bei den zum Stand der Technik zählenden Veröffentlichungen. Bei diesen wird das Licht durch eine Störung der Oberfläche ausgekoppelt, die Totalreflexion wird an dieser Stelle zerstört und das Licht tritt aus.An essential feature of the new solution is that the information content of a device for displaying or displaying information is not applied to the surface, but is brought into the interior of the transparent medium by special processes. This does not change the surface of the light guide body. If a material with a sufficiently resistant surface is selected (e.g. mineral glass), the device for displaying or displaying information is insensitive to environmental influences, cleaning and mechanical interventions. The information is introduced as a change in the transparent medium inside, i.e. between the two surfaces, without changing them. The coupling-out of the coupled-in light takes place according to a different principle of action than in the publications belonging to the prior art. In this case, the light is coupled out due to a disturbance of the surface, the total reflection is destroyed at this point and the light emerges.
Bei einer lokalen Störung oder Zerstörung der Oberfläche wird das Licht an diesen Stellen in alle Raumrichtungen gestreut, es findet keine gerichtete Abstrahlung statt. Bei den hier vorgestellten Einrichtungen zur Darstellung von Informationen bzw. zur Anzeige derselben oder auch generell zur Beleuchtung wird ein Teil der Lichtstrahlen des internen Lichtweges durch eine Störung im Medium umgeleitet und abgelenkt. Das abgelenkte Licht trifft dann unter verändertem Winkel von innen an die Grenzfläche, das heißt, die Totalreflexionsbedingungen sind nicht mehr erfüllt. Das Licht tritt damit aus dem Medium aus. Im Unterschied zum Stand der Technik wird zur Auskopplung nicht die Totalreflexion lokal zerstört sondern nur lokal umgangen.In the event of a local disturbance or destruction of the surface, the light is scattered in all spatial directions at these points, and there is no directional radiation. In the devices presented here for displaying information or for displaying the same or also generally for lighting, part of the light rays of the internal light path are redirected and deflected by a disturbance in the medium. The deflected light then hits the interface from the inside at a different angle, which means that the total reflection conditions are no longer met. The light emerges from the medium. In contrast to the prior art, the total reflection is not locally destroyed for coupling out, but only bypassed locally.
Es gilt:The following applies:
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Für an Luft (ni = 1) grenzendes Glas (n2 = 1,5) ergibt sich ein Grenzwinkel von αG= 42°. Alle Lichtstrahlen, die mit einem zum Lot größeren Winkel durch eine Glasscheibe, die an Luft grenzt, laufen, verbleiben im Glas.For air (ni = 1) bordering glass (n 2 = 1.5) there is a critical angle of α G = 42 °. All light rays that run through a glass pane that borders on air at a larger angle to the vertical remain in the glass.
Die Ablenkung durch die Brechung ist durch die Gleichung (1) bestimmt.The deflection by the refraction is determined by equation (1).
Der Kern der Erfindung besteht nun darin, dass durch die nachfolgend beschriebenen lokal begrenzten Bereiche mit veränderter Brechzahl Lichtstrahlen, die auf Bahnen mit einem Winkel größer als der Grenzwinkel durch das optisch dichtere Medium laufen, abgelenkt werden und dann unter einem steileren Winkel auf die Grenzfläche treffen, gebrochen werden und aus dem Medium austreten. Die Totalreflexion ist an keiner Stelle der Oberfläche durch Veränderungen (Stand der Technik) unterbrochen, lediglich der Strahlengang wird für einen kleinen Teil des Lichtes verändert und es wird so zur Auskopplung gebracht.The essence of the invention consists in the fact that the locally limited areas with a changed refractive index, which are described below, deflect light rays that pass through the optically denser medium on paths at an angle greater than the critical angle and then strike the interface at a steeper angle , are broken and emerge from the medium. The total reflection is not interrupted at any point on the surface by changes (state of the art), only the beam path is changed for a small part of the light and it is thus decoupled.
Diese Brechungsindexänderungen lassen sich zum einen durch das Einbringen von Energie in Form von Laserphotonen erzeugen. Die benutzten Laser - meistens Nd:YAG Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm - werden dazu gütegeschaltet betrieben. Die Pulslängen sind hier üblicherweise kürzer als 10 ns.These refractive index changes can be generated on the one hand by introducing energy in the form of laser photons. The lasers used - mostly Nd: YAG lasers with a wavelength of 1064 nm - are operated Q-switched. The pulse lengths are usually shorter than 10 ns here.
Aufgrund der sehr hohen Feldstärken kommt es beim Fokussieren des Laserstrahls zu nichtlinearen Selbstfokussierungseffekten in der Glasmatrix. Es werden Elektronen freigesetzt, die ein Plasma bilden, welches dann den Laserstrahl absorbiert. Von diesem heißen Plasma wird das Glas lokal aufgeschmolzen. Das ist verbunden mit der Erzeugung lokaler Spannungsfelder. Wenn die lokal eingebrachten Spannungen zu groß sind, kommt es dabei zu den bekannten Rissbildungen im Glas. Die Laserparameter müssen deshalb geeignet gewählt sein, damit die Rissbildung vermieden wird.Due to the very high field strengths, focusing of the laser beam leads to non-linear self-focusing effects in the glass matrix. Electrons are released, which form a plasma, which then absorbs the laser beam. The glass is locally melted from this hot plasma. This is connected with the creation of local fields of tension. If the locally introduced tensions are too great, the known crack formation in the glass occurs. The laser parameters must therefore be selected appropriately so that cracking is avoided.
Aufgrund des schnellen Abkühlungsprozesses kommt es außerdem zu Änderungen des Gefügezu- standes des Glases, wobei sich sowohl das Volumen als auch der Brechungsindex ändern aufgrund des schnellen Aufheizungs- und Abkühlungsvorganges. Neben den reinen Brechungsindexänderugen führt die nach dem Abkühlungsprozess verbleibenden Restspannung zu einem lokal begrenzten Gebiet mit Spannungsdoppelbrechung. Eine weitere alternative Möglichkeit zur Erzielung von Brechungsindexänderungen in dem transparente Medium ist durch Diffusionsprozesse bestimmter Ionen zu realisieren. Im Bereich der Strahlführung wird diese Technik dazu benutzt, Strahlung zu führen und zu kol- limieren. Im Gegensatz zu diesen Gradientenindexlinsen (GRIN Linsen), die beispielsweise bei der Kollimation von Laserdiodenstrahlung oder zu Abbildungen bei endoskopischen Geräten eingesetzt werden, zeichnen sich die eingebrachten Indexänderungen dadurch aus, dass sie ein Austreten der Strahlung aus dem transparenten Medium bewirken, wobei die Austrittsfläche der Strahlung nicht parallel zur Eintrittsfläche liegt.Due to the rapid cooling process, there is also a change in the structure of the glass, whereby both the volume and the refractive index change due to the rapid heating and cooling process. In addition to the pure refractive index changes, the residual stress remaining after the cooling process leads to a locally limited area with stress birefringence. Another alternative possibility of achieving changes in the refractive index in the transparent medium is to be realized by diffusion processes of certain ions. In the field of beam guidance, this technology is used to guide and concentrate radiation. In contrast to these gradient index lenses (GRIN lenses), which are used, for example, in the collimation of laser diode radiation or for imaging in endoscopic devices, the introduced index changes are characterized in that they cause the radiation to emerge from the transparent medium, the exit surface of the Radiation is not parallel to the entrance surface.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Lösung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung, die mit einem nach dem Verfahren hergestellten lichtleitenden transparenten Körper ausgestattet ist, in den mit auf Leiterplattenstreifen angeordneten SMD - LED Licht in die Kanten des Körpers eingekoppelt ist. Diese Einrichtung ist vorzugsweise geeignet zur Darstellung von Informationen bzw. zur Anzeige derselben. Dabei vereint diese Einrichtung den wesentlichen Vorteil, indem die zu vermittelnde Information nicht mehr auf die Oberfläche aufgebracht werden muß. Nach dem neuen Prinzip wird die gerichtete Erzeugung von speziellen Mitteln, die den Brechungswinkel im Medium verändern, dazu genutzt, dass diese Mittel zugleich Träger von Informationen sind. Die partielle Zerstörung der Oberfläche zum Austritt der Strahlen kann damit entfallen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Lösung ist auch darin zu sehen, dass die Mittel zur partiellen Veränderung des Brechungswinkels gerichtet und gezielt eingebrachtet werden können. Damit ist auch der Vorteil verbunden, dass bedeutend höhere Helligkeiten mit rand beleuchteten Schildern zu erzielen sind.A further essential feature of the present solution consists in the provision of a device which is equipped with a light-conducting transparent body produced according to the method, into which light is coupled into the edges of the body using SMD-LED arranged on printed circuit board strips. This device is preferably suitable for displaying information or for displaying the same. This device combines the essential advantage that the information to be conveyed no longer has to be applied to the surface. According to the new principle, the directed generation of special means that change the angle of refraction in the medium is used to ensure that these means are also carriers of information. The partial destruction of the surface for the exit of the rays can thus be eliminated. Another important advantage of this solution can also be seen in the fact that the means for partially changing the angle of refraction can be directed and introduced in a targeted manner. This also has the advantage that significantly higher brightness levels can be achieved with edge-illuminated signs.
Mit dieser Lösung sind Einrichtungen zur Darstellung von Informationen bzw. zur Anzeige derselben realisierbar, bei denen unterschiedliche Informationen in verschiedenen Richtungen darstellbar sind. Damit ergeben sich neue Möglichkeiten für Hinweisschilder, die zum Beispiel in Gefahrensituationen dem Betrachter eine andere vorher nicht sichtbare Information vermitteln.With this solution, devices for displaying information or for displaying the same can be implemented, in which different information can be displayed in different directions. This opens up new possibilities for information signs that convey other information that was previously not visible to the viewer, for example in dangerous situations.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, in verschiedenen Richtungen verschiedene Informationen mit unterschiedlichen Farben darzustellen. Auch diese Lösungsvariante eröffnet neue Möglichkeiten für Hinweis- oder Gefahrenschilder, da nunmehr mehrere Informationen auf einem Schild darstellbar sind.Another possibility is to display different information with different colors in different directions. This variant of the solution also opens up new possibilities for information or hazard signs, since several pieces of information can now be displayed on one sign.
Darüber hinaus eröffnet dieser speziell ausgebildete transparente lichtleitende Körper, der mit den Mitteln zur Ablenkung des Lichtstrahles versehen ist, neue Möglichkeiten in der Beleuchtungstechnik. Durch diese vorzugsweise als Mikrolinsen ausgebildeten Mittel, die die Veränderung des Strahlenganges bewirken, sind Lichtauskopplungen in einer Helligkeit realisierbar, die nach dem Stand der Technik bei Beibehaltung der Transparenz nicht möglich waren. Die insbesondere durch den gerichteten Strahlengang und damit eine gerichtete Lichtauskopplung bedingte höhere Helligkeit bietet die Möglichkeit, einen derart präparierten lichtleitenden transparenten Körper als flächiges Beleuchtungsmittel einzusetzen und besonders mit diesem Körper neue Lösungsansätze für effektvolle und besonders auch neue energiesparende Leuchtmittel aufzuzeigen. Da die Oberfläche der Einrichtung durch das neue Verfahren nicht mehr verletzt wird, sind die zu schaffenden Leuchtmittel sowohl im Innenbereich als auch im Außenbereich einsetzbar.In addition, this specially trained transparent light-guiding body, which is provided with the means for deflecting the light beam, opens up new possibilities in lighting technology. These means, which are preferably in the form of microlenses and which effect the change in the beam path, make it possible to couple out light at a brightness which, according to the prior art, was not possible while maintaining transparency. The higher brightness, in particular due to the directional beam path and thus a directional light decoupling, offers the possibility of using a light-conducting transparent body prepared in this way as a flat illuminant and, in particular, of using this body to demonstrate new solutions for effective and particularly new energy-saving lamps. Since the surface of the device is no longer damaged by the new method, the lamps to be created can be used both indoors and outdoors.
Das Beleuchtungsmittel kann beispielsweise als ein Leuchtvorhang für das Fenster ausgebildet sein, welches vorzugsweise bei Dunkelheit im beleuchteten Zustand den Raum erhellt. Eine weitere Möglichkeit ist die eines beleuchtbaren Paravents. Schließlich kann das Leuchtmittel als leuchtendes Raumobjekt im Raum selbst plaziert sein.The lighting means can be designed, for example, as a light curtain for the window, which preferably illuminates the room when it is dark in the illuminated state. Another option is that of an illuminated screen. Finally, the illuminant can be placed as a luminous room object in the room itself.
Durch eine gerichtete Anordnung der Mikrolinsen im Lichtleitkörper ist eine partielle Beleuchtung bzw. sind Beleuchtungsflecke in Innen- und im Außenbereich realisierbar. Diese Variante bietet also die Möglichkeit, gezielt ausgewählte Bereiche zu beleuchten. Damit ist dem Gestalter ein Mittel in die Hand gegeben, mittels dezenter Beleuchtung auf Besonderheiten aufmerksam zu machen. Neben einem vorzugsweisen Einsatz in der Werbebranche kann das Leuchtmittel in der vorliegenden Form aber auch als separates Produkt für den Wohnbereich angeboten werden.A partial arrangement of the microlenses in the light-guiding body or illumination spots in the inside and outside area can be realized. This variant therefore offers the possibility of illuminating selected areas. This gives the designer a means to draw attention to special features by means of subtle lighting. In addition to preferred use in the advertising industry, the illuminant in its present form can also be offered as a separate product for the living area.
Je nach der gerichteten Anordnung der Mikrolinsen können die Beleuchtungsflecke auch in verschiedenen Richtungen im Innen- und im Außenbereich realisiert werden.Depending on the directional arrangement of the microlenses, the lighting spots can also be realized in different directions inside and outside.
Durch eine zusätzlich farbige Lichteinkopplung sind auch Beleuchtungsflecke in verschiedenen Richtungen mit verschiedenen Farben sowohl im Innen- als auch im Außenbereich darstellbar.With an additional colored light coupling, lighting spots in different directions with different colors can be displayed both inside and outside.
Durch die Verwendung anderer Lichtquellen als die auf Leiterplattenstreifen angeordneten SMD - LEDs zur Kanteneinstrahlung und durch den neuen Lichtleitkörper mit den vorzugsweise als Mikrolinsen ausgebildeten Mitteln läßt sich ein Beleuchtungsmittel realisieren, mit dem neue Wege in der Informationsdarstellung und Beleuchtung beschriften werden können. Das Beleuchtungsmittel kann beispielsweise durch eine definierte Anordnung der vorzugsweise als Mikrolinsen ausgebildeten Mittel das Licht, dass von einer externen Lichtquelle ausgeht, im Strahlengang so verändern, dass Informationen darstellbar sind.By using light sources other than the SMD LEDs arranged on printed circuit board strips for edge irradiation and by the new light guide body with the means, which are preferably designed as microlenses, a means of illumination can be realized with which new ways of displaying information and lighting can be labeled. The lighting means can, for example, change the light originating from an external light source in the beam path by means of a defined arrangement of the means, which are preferably designed as microlenses, in such a way that information can be displayed.
Es ist auch möglich, das Beleuchtungsmittel als einen Vorhang für das Fenster auszubilden, welcher bei Beleuchtung in Durchstrahlung partielle Beleuchtung oder Beleuchtungsflecke im Innen- und Außenraum realisiert. Dabei wird als Lichtquelle vorzugsweise das Sonnenlicht genutzt. Bei Verwendung des Sonnenlichtes können die vorzugsweise als Mikrolinsen ausgebildeten Mittel so angeordnet sein, dass eine tageszeitlich veränderliche Informationsdarstellung oder Beleuchtung realisierbar ist.It is also possible to design the lighting means as a curtain for the window, which realizes partial lighting or lighting spots in the interior and exterior when illuminated with radiation. Sunlight is preferably used as the light source. When using sunlight, the means, which are preferably in the form of microlenses, can be arranged in such a way that an information display or illumination that changes over the course of the day can be realized.
Durch eine definierte Anordnung der vorzugsweise als Mikrolinsen ausgebildeten Mittel können Dis- persionseffekte nutzbar gemacht werden, die das Licht in Durchstrahlung in seine Farbbestandteile zerlegen und in verschiedene Richtungen ablenken können. Damit sind Informationsdarstellungen und Beleuchtungen in verschiedenen Farben und Richtungen realisierbar.By means of a defined arrangement of the means, which are preferably in the form of microlenses, dispersion effects can be made use of, which break down the light into its color components and deflect them in different directions. This enables information and lighting to be realized in different colors and directions.
Eine weitere Möglichkeit bietet eine definierte Anordnung der vorzugsweise als Mikrolinsen ausgebildeten Mittel derart, dass vorzugsweise schmale Streifen von vorzugsweise gleichartig oder nahezu gleichartig ablenkenden Mitteln vor einen Monitor oder einen anderen Bildgeber oder iη die Frontscheibe eines solchen Gerätes integriert werden und dargestellte Bildinformationen vorzugsweise streifenförmig auf diese Bereiche gelenkt werden. Durch die gleichartige Ablenkung durch die erzeugten Mittel lassen sich für den Betrachter der Bildinformation zwei verschiedene Bilder für jedes Auge realisieren, so dass ein stereoskopischer Eindruck mit einer räumlichen Wahrnehmung möglich ist. Die Teilbilder und die korrespondierenden, ablenkenden Mittel müssen nicht zwangsläufig in Streifen angeordnet sein, es sind auch zufällige Anordnungen z. B. mit stochastischer Verteilung möglich.Another possibility is a defined arrangement of the means, which are preferably in the form of microlenses, in such a way that preferably narrow strips of preferably identical or almost identical deflecting means are integrated in front of a monitor or another image generator or the front pane of such a device, and image information is preferably displayed in strips on it Areas to be directed. Due to the similar distraction by the generated means, two different images can be realized for each eye for the viewer of the image information, so that a stereoscopic impression with a spatial perception is possible. The drawing files and the corresponding deflecting means do not necessarily have to be arranged in strips, there are also random arrangements such. B. possible with stochastic distribution.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below in principle by way of example with reference to the drawing.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:In the accompanying drawing:
Fig. 1 b die Abhängigkeit des Austrittswinkels des Strahles vom Eintrittswinkel;1 b the dependence of the exit angle of the beam on the entry angle;
Fig. 2 einige Mikrolinsen in einer Mikroskopaufnahme;2 shows some microlenses in a microscope image;
Fig. 3 eine weitere Aufnahme der Mikrolinsen in gezielter Anordnung derselben;3 shows a further photograph of the microlenses in a targeted arrangement thereof;
Fig. 4 Mikrobrüche dargestellt in einer Mikroskopaufnahme;4 shows micro breaks in a microscope image;
Fig. 5a eine Simulation einer Beleuchtung mit einer konventionellen Schreibtischlampe mit im Hintergrund angeordnetem künstlichen unbeleuchteten Fenstervorhang;5a shows a simulation of lighting with a conventional desk lamp with an artificial, non-illuminated window curtain arranged in the background;
Fig. 5b eine Simulation einer Beleuchtung mit einem künstlichen beleuchteten Fenstervorhang, der mit Mikrolinsen versehen und in den Licht mit SMD - LED eingekoppelt ist.5b shows a simulation of lighting with an artificially illuminated window curtain which is provided with microlenses and is coupled into the light with SMD LEDs.
Fig. 6 skizzenhaft das Wirkprinzip für stereoskopisches Sehen. Die Fig. 1b zeigt den Austrittswinkel des Lichtstrahles in Abhängigkeit vom Eintrittswinkel. Die Winkel in dem Diagramm beziehen sich auf den Winkel zwischen Strahl und Grenzfläche. Fallen die Strahlen unter Winkeln ein, die größer sind als der Grenzwinkel (gestrichelte Linie bei etwa -40°) so tritt Totalreflexion auf: „Eintrittswinkel ist gleich Austrittswinkel". Wird der Grenzwinkel unterschritten, so werden die Strahlen zum Lot hin gebrochen und verlassen das optisch dichtere Medium unter verändertem Winkel. Diese Abhängigkeit beschreibt das Gesetz von Snellius (1).Fig. 6 sketchy the principle of action for stereoscopic vision. 1b shows the exit angle of the light beam as a function of the entry angle. The angles in the diagram refer to the angle between the beam and the interface. If the rays are incident at angles that are greater than the critical angle (dashed line at approximately -40 °), total reflection occurs: "Entry angle is equal to the exit angle". If the critical angle is undershot, the beams are refracted towards the perpendicular and leave it optically denser medium at a changed angle, this dependence is described by Snellius' law (1).
Die Fig. 2 zeigt in einer Mikroskopaufnahme beleuchtet mit polarisiertem Licht einige dieser gebildeten lokalen Bereiche, die die Form von Mikrolinsen haben. Durch die Beleuchtung mit linear polarisiertem Licht können die Aufschmelzungen überhaupt erst sichtbar gemacht werden, bei normaler oder auch monochromatischer Beleuchtung sind die Mikrolinsen nicht sichtbar. Man kann auf der Aufnahme verschieden große Linsen erkennen, die Größe kann um den Faktor zwei variiert werden. Die bisher kleinsten Linsen sind auf der Skizze links unten in einer kleinen Gruppe erkennbar, die größten fast genau in der Mitte der Aufnahme. Die blütenartige Ausdehnung ist nicht die geometrische Form der Linse selbst, sondern die durch das Aufschmelzen in die Umgebung getragenen Verspannungen, die zu der erwähnten Spannungsdoppelbrechung führen.FIG. 2 shows in a microscope image illuminated with polarized light some of these local areas which have the shape of microlenses. Illumination with linearly polarized light makes the fuses visible in the first place; with normal or monochromatic illumination, the microlenses are not visible. Lenses of different sizes can be seen on the image, the size can be varied by a factor of two. The smallest lenses so far can be seen in a small group on the sketch at the bottom left, the largest almost exactly in the middle of the picture. The flower-like expansion is not the geometrical shape of the lens itself, but the tensions carried by the melting into the environment, which lead to the stress birefringence mentioned.
Die Fig. 3 zeigt eine Reihe dieser Linsen, wieder sichtbar gemacht durch die Beleuchtung mit linear polarisiertem Licht. Es ist erkennbar, daß bei gleichen Prozeßparametern die Linsen und die erzeugten Spannungen in der Umgebung äußerst gleichförmig sind.3 shows a number of these lenses, made visible again by the illumination with linearly polarized light. It can be seen that with the same process parameters, the lenses and the voltages generated in the environment are extremely uniform.
Dies ist ein weiterer, sehr wesentlicher Punkt dieser Lösung im Vergleich zum Stand der Technik, wo die mittels Laser erzeugten Mikrobrüche schon mit dem bloßen Auge erkennbar sehr unterschiedliche Formen annehmen.This is a further, very essential point of this solution in comparison to the prior art, where the micro-fractures generated by laser take on very different shapes, which can be seen with the naked eye.
Die Fig. 4 veranschaulicht eine weitere Mikroskop-Aufnahme, in der einige Mikrobrüche dargestellt sind, die in ihrer Struktur sich sehr voneinander unterscheiden. Man sieht deutlich die Risse, die von einem zentralen Punkt in die umgebene Glasmatrix reichen.FIG. 4 illustrates a further microscope image, in which some micro-fractures are shown, which differ greatly in their structure. You can clearly see the cracks that extend from a central point into the surrounding glass matrix.
Die Fig. 5a und 5b zeigen die Simulation eines mit dem speziellen Lichtleitkörper beleuchteten Büros. In der Fig. 5a ist dargestellt, wie sich die Beleuchtungssituation im heutigen Normalfall mit einer einfachen Schreibtischlampe als Beleuchtungsmittel darstellt, wobei im Hintergrund ein unbeleuchteter künstlicher Leuchtvorhang zu erkennen ist. In der Fig. 5b sind in der hier vorgestellten Weise präparierte Glasflächen in der Form von Lichtleitkörpern, die vor dem Fenster hängen in einem eingeschalteten Zustand und die Wirkung auf die Raumausleuchtung dargestellt. Die Simulation zeigt wenig Unterschied zu einer Situation am Tage bei nicht blendendem Lichteinfall, z.B. bei leichter Bewölkung. Experimente mit einer Lichtauskopplung haben dieses Eregbnis auch quantitativ bestätigen können. Die Auskoppelbereiche können strukturiert sein, so daß das Licht in Form der darzustellenden Information ausgekoppelt werden kann, auch mit hoher Helligkeit, ohne zu blenden.5a and 5b show the simulation of an office illuminated with the special light guide body. 5a shows how the lighting situation in today's normal situation is presented with a simple desk lamp as the means of illumination, an unlit artificial lighting curtain being visible in the background. 5b shows prepared glass surfaces in the form presented here in the form of light-guiding bodies which hang in front of the window in an switched-on state and the effect on the room illumination. The simulation shows little difference to a situation during the day when the light is not dazzling, for example with light cloud cover. Experiments with light decoupling have also been able to confirm this result quantitatively. The coupling-out areas can be structured so that the light is in the form of the information to be displayed can be coupled out, even with high brightness, without dazzling.
Mit dieser Art der Auskopplung von Licht sind verschiedenste Einrichtungen zur Informationsdarstellung, zur Anzeige und Beleuchtung mit kanteneingestrahltem Licht von SMD-LEDs oder auch andere Lichtquellen denkbar.With this type of decoupling of light, a wide variety of devices for displaying information, for displaying and illuminating with edge-irradiated light from SMD LEDs or other light sources are conceivable.
Die spezielle Art dieser Lichtauskopplung erlaubt eine Bestimmung der Auskoppelrichtung des Lichtes, anders als beim Stand der Technik. Normalerweise wird das Licht durch Streuung an Grenzflächenphänomenen dem transparenten Medium entnommen, die Streuung erfolgt ohne Richtcharakteristik gleichmäßig in alle Raumrichtungen. Ein großer Teil des Lichtes geht damit für die Informationsdarstellung verloren, da es nicht das Auge des Betrachters erreicht. Mit einer gerichteten Auskopplung, wie sie die hier vorgestellte Lösung bietet, können Informationen gerichtet aus einem oberflächig unveränderten Medium entnommen werden. Es ist auch möglich, verschiedene Richtcharakteristiken in einem transparenten Medium zu integrieren.The special type of this light decoupling allows a determination of the decoupling direction of the light, unlike in the prior art. Normally, the light is extracted from the transparent medium by scattering at interface phenomena; the scattering takes place evenly in all spatial directions without any directional characteristic. A large part of the light is lost for the information display because it does not reach the eye of the beholder. With a directional decoupling, as offered by the solution presented here, information can be extracted in a directional manner from an unchanged medium. It is also possible to integrate different directional characteristics in a transparent medium.
Die gerichtete Abstrahlung ermöglicht erst den Einsatz solcher Einrichtungen auch zur Beleuchtung.Directional radiation only enables the use of such devices for lighting.
Das an den Kanten eingestrahlte Licht kann großflächig gleichmäßig ausgekoppelt werden und z. B. zu einem Teil an die Decke eines Raumes und zum anderen Teil auf den Fußboden gestrahlt werden, ohne das direktes Licht auf den Betrachter fällt. Durch die Tatsache, dass die Oberfläche des transparenten Mediums nicht verändert wurde, bleibt es in Betrachtungsrichtungen quer zur Lichtleitung unverändert transparent, auch wenn Licht austritt, da keine Streuung auftritt, sondern nur gerichtete Auskopplung. Diese gerichtete Lichtauskopplung ermöglicht neuartige Anwendungen.The light radiated in at the edges can be coupled out evenly over a large area and e.g. B. can be blasted partly on the ceiling of a room and partly on the floor without the direct light falling on the viewer. Due to the fact that the surface of the transparent medium has not been changed, it remains transparent in viewing directions transverse to the light guide, even if light emerges, since no scattering occurs, but only directional decoupling. This directional light coupling enables new applications.
Eine solche neuartige Anwendung kann darin bestehen, dass Fensterscheiben, die den Blick nach draußen unverändert ermöglichen, gleichzeitig bei Bedarf Licht an die Decke oder auf einen Einrichtungsgegenstand fallen lassen. Selbst bei eingeschaltetem Licht wäre der Blick nach draußen unverändert möglich, solange man nicht direkt in das ausgekoppelte Licht schaut. Weitere neue Anwendungen zeichnen sich für Gefährdungsbereiche ab. So ist es zum Beispiel möglich, dass eine transparente Scheibe im Bedarfsfall eine helle Fluchtwegemarkierung auf den Fußboden darstellt, ohne dass diese Information im ausgeschalteten Zustand auf der Scheibe sichtbar ist. Durch die im Raumwinkel begrenzte Abstrahlcharakteristik des Auskoppelmechanismusses können vom Betrachterstandort abhängige Informationen dargestellt werden, denkbar sind hier Wegeleitsysteme oder ähnliches. Durch mehrfarbige Einkopplung sind z. B. standortabhängige Färb- oder Informationsdarstellungen möglich. Damit sind völlig neuartige Rettungsweg- oder Gefahrenstellenkennzeichnungen möglich, die mit heutigem Stand der Technik nicht zu realisieren sind. Die Tatsache, gerichtete Abstrahlung auch in sehr dünne Gläser einzubringen, bietet im Zusammenhang mit der Lichteinkopplung durch in ihrer Bauform sehr kleine SMD-LED-Leiterstreifen die Möglichkeit, Hinterleuchtungselemente zu bauen, die einen definierten Betrachtungsbereich und damit in diesem hohen Kontrast und Helligkeit besitzen. Anwendungen hierfür sind die Hinter- und Beleuchtung von Anzeige - Displays ganz allgemein. Durch den sehr hohen Wirkungsgrad und die nahezu unbegrenzte Lebensdauer der SMD-LEDs sind solche Beleuchtungselemente besonders für tragbare, also netzunabhängige Geräte von großer Bedeutung. Mit dieser neuen Technik lassen sich auch sehr großflächige Beleuchtungselemente herstellen, die eine äußerst gleichmäßige und angenehm flächige Beleuchtung ohne störende Punktlichtquellen in einem Raum oder in Außenanwendungen erzeugen können. Die lokal sehr begrenzten Bereiche mit veränderter Brechung lassen sich auch in dünne Medien in mehreren Schichten einbringen, so dass in einem Medium verschiedene Informationsebenen übereinander eingebettet sind, welche auch unabhängig voneinander betreibbar sind.Such a novel application can consist in the fact that window panes which allow the view outside to remain unchanged, at the same time allow light to fall onto the ceiling or onto a piece of furniture if required. Even if the light was switched on, it would still be possible to look outside as long as you did not look directly into the coupled light. Further new applications are emerging for hazardous areas. For example, it is possible for a transparent pane to display a bright escape route marking on the floor if necessary, without this information being visible on the pane when it is switched off. Due to the radiation characteristic of the decoupling mechanism, which is limited in the solid angle, information that is dependent on the viewer location can be displayed; guidance systems or the like are conceivable here. By multicolored coupling z. B. location-dependent coloring or information displays possible. This makes completely new escape route or danger point markings possible, which cannot be achieved with the current state of the art. The fact that directional radiation can also be introduced into very thin glasses, in connection with the coupling of light through the very small SMD LED conductor strips, offers the possibility of building backlighting elements. that have a defined viewing area and thus in this high contrast and brightness. Applications for this are the backlighting and lighting of display displays in general. Due to the very high efficiency and the almost unlimited lifespan of the SMD LEDs, such lighting elements are particularly important for portable, i.e. network-independent devices. This new technology can also be used to produce very large-area lighting elements that can produce extremely uniform and pleasantly flat lighting without disturbing point light sources in a room or in outdoor applications. The locally very limited areas with changed refraction can also be introduced into thin media in several layers, so that different information levels are embedded in one medium, which can also be operated independently of one another.
Fig. 6 zeigt das Wirkprinzip für stereoskopisches Sehen mit Hilfe einer geeigneten Anordnung der Mikrolinsen 2 im transparenten Körper 3. Für jedes Auge 5 wird ein Teilbild 1a; 1b in dem Bildgeber 1 generiert und dargestellt. Beim Durchgang durch den mit Mikrolinsen 2 versehenen transparenten Körper 3 werden die Teilbilder 1a; 1b in unterschiedlichen Richtungen 4 einheitlich abgelenkt. Dem Betrachter erscheinen die Teilbilder 1a; 1b nun unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln, so dass ein räumlicher Eindruck entsteht. 6 shows the principle of action for stereoscopic vision with the aid of a suitable arrangement of the microlenses 2 in the transparent body 3. For each eye 5, a partial image 1a; 1b generated and displayed in the image generator 1. When passing through the transparent body 3 provided with microlenses 2, the partial images 1a; 1b deflected uniformly in different directions 4. The partial images 1a appear to the viewer; 1b now from different viewing angles, so that a spatial impression is created.

Claims

Patentansprüche claims
1.Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper, dadurch gekennzeichnet, dass lokal begrenzte Bereiche mit verändertem Brechungsindex erzeugt werden.1.Procedure for changing the radiation behavior in a flat, light-guiding, transparent body, characterized in that locally limited areas with a changed refractive index are generated.
2. Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die lokal begrenzten Bereiche durch Erzeugung von Mikrolinsen gebildet werden.2. A method for changing the radiation behavior in a flat, light-guiding, transparent body according to claim 1, characterized in that the locally delimited areas are formed by producing microlenses.
3. Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mikrolinsen durch Brechungsindexänderungen und / oder Änderungen der Spannungsdoppelbrechungen mit einem Laser geeigneter Parameter erzeugt werden.3. A method for changing the radiation behavior in a flat, light-guiding, transparent body according to claim 1 and 2, characterized in that microlenses are generated by changes in refractive index and / or changes in voltage birefringence with a laser suitable parameters.
4. Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Brechungsindexänderungen und / oder Änderungen der Spannungsdoppelbrechungen mit mehreren Laserpulsen erzeugt werden.4. A method for changing the radiation behavior in a flat, light-conducting, transparent body according to claim 1 to 3, characterized in that the individual changes in refractive index and / or changes in voltage birefringence are generated with a plurality of laser pulses.
5. Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungsindexänderungen und / oder Änderungen der Spannungsdoppelbrechungen mit einer zeitlich und / oder räumlich und / oder spektral speziell geformten Intensitätsverteilung der Laserstrahlung erzeugt werden.5. The method for changing the radiation behavior in a flat, light-guiding, transparent body according to claim 1 to 4, characterized in that the refractive index changes and / or changes in the voltage birefringence with a temporally and / or spatially and / or spectrally shaped intensity distribution of the laser radiation be generated.
6. Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungsindexänderungen und / oder die Änderungen der Spannungsdoppelbrechungen durch Konzentrationsgradienten bestimmter Atome oder Ionen in der Glasmatrix erzeugt werden und ein partielles Austreten der Strahlung durch eine Oberfläche, die nicht parallel zur Eintrittsfläche liegt, bewirkt wird.6. The method for changing the radiation behavior in a flat, light-conducting, transparent body according to one or more of the preceding claims, characterized in that the refractive index changes and / or the changes in the voltage birefringence are generated by concentration gradients of certain atoms or ions in the glass matrix and a partial emission of the radiation through a surface that is not parallel to the entrance surface is caused.
7. Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentrationsgradienten durch Diffusionsprozesse erzeugt werden und ein partielles Austreten der Strahlung durch eine Oberfläche, die nicht parallel zur Eintrittsfläche liegt, bewirkt wird. 7. The method for changing the radiation behavior in a flat, light-conducting, transparent body according to one or more of the preceding claims, characterized in that the concentration gradients are generated by diffusion processes and a partial emission of the radiation through a surface that is not parallel to the entrance surface , is effected.
8. Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentrationsgradienten durch rein chemische Prozesse erzeugt werden.8. A method for changing the radiation behavior in a flat, light-guiding, transparent body according to one or more of the preceding claims, characterized in that the concentration gradients are generated by purely chemical processes.
9. Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentrationsgradienten durch elektrochemische Prozesse eingebracht werden.9. A method for changing the radiation behavior in a flat, light-conducting, transparent body according to one or more of the preceding claims, characterized in that the concentration gradients are introduced by electrochemical processes.
10. Verfahren zur Änderung des Abstrahlverhaltens in einem flächig ausgebildeten, lichtleitenden, transparenten Körper nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentrationsgradienten durch Aufdampf- oder Sputterprozesse erzeugt werden.10. A method for changing the radiation behavior in a flat, light-conducting, transparent body according to one or more of the preceding claims, characterized in that the concentration gradients are generated by vapor deposition or sputtering processes.
11. Einrichtung mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, und bei dem an den seitlichen Kanten oder in deren Nähe auf Leiterplattenstreifen angeordneten SMD -LED's vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch eine Anordnung der erzeugten Mittel, die beispielsweise Mikrolinsen sind, in Form von Informationen ausgebildet ist.11. Device with a light-conducting, transparent body with areas with a changed refractive index, which was produced according to the method of claims 1 to 10, and in which SMD LEDs are provided on the side edges or in the vicinity thereof on printed circuit board strips, characterized in that it is designed in the form of information by an arrangement of the generated means, which are, for example, microlenses.
12. Einrichtung mit lichtleitendem, transparenten Körper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch eine räumlich definierte Anordnung der erzeugten Mittel, z. B. in der Art der Mikrolinsen, unterschiedliche Informationen in verschiedenen Richtungen darstellend ausgebildet ist.12. Device with light-conducting, transparent body according to claim 11, characterized in that it by a spatially defined arrangement of the generated means, for. B. in the manner of microlenses, different information is formed in different directions.
13. Einrichtung mit lichtleitendem, transparenten Körper nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer definierten Anordnung der erzeugten Mittel, die z. B. Mikrolinsen sind, in verschiedenen Richtungen verschiedene Informationen mit verschiedenen Farben darstellend ausgebildet ist.13. A device with light-conducting, transparent body according to claim 11 and 12, characterized in that it with a defined arrangement of the means generated, the z. B. are microlenses, different information with different colors is formed in different directions.
14. Einrichtung mit lichtleitendem, transparenten Körper nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer definierten Anordnung der erzeugten Mittel, die z. B. Mikrolinsen sind, ein flächig ausgebildetes Beleuchtungsmittel für den Innen- und Außenraum ist.14. A device with light-conducting, transparent body according to one or more of claims 11 to 13, characterized in that it with a defined arrangement of the means generated, the z. B. are microlenses, is a flat-shaped lighting means for indoor and outdoor use.
15. Einrichtung mit lichtleitendem, transparenten Körper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeit durch die Dichte der im Medium gebildeten Mittel, die z. B. Mikrolinsen sind, und / oder durch die Dichte der Anordnung der SMD - LED variierbar ist.15. Device with light-conducting, transparent body according to claim 14, characterized in that the brightness by the density of the medium formed in the medium, the z. B. are microlenses, and / or can be varied by the density of the arrangement of the SMD LED.
16. Einrichtung mit lichtleitendem, transparenten. Körper nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch die räumlich und in ihrer Lage definiert angeordneten Mittel, die zum Beispiel Mikrolinsen sind, ein flächig ausgebildetes Beleuchtungsmittel für eine partielle Beleuchtung oder Beleuchtungsflecke im Innen- und Außenraum ist. 16. Device with light-conducting, transparent. Body according to one or more of claims 11 to 15, characterized in that by means of the spatially and in a defined manner arranged means, which are for example microlenses, it is a flat-shaped lighting means for partial lighting or lighting spots in the interior and exterior.
17. Einrichtung mit lichtleitendem, transparenten Körper nach einem oder mehreren der Ansprüchen 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch die räumlich und in ihrer Lage definiert angeordneten Mittel, die zum Beispiel Mikrolinsen sind, ein flächig ausgebildetes Beleuchtungsmittel für eine partielle Beleuchtung oder Beleuchtungsflecke in verschiedenen Richtungen im Innen- und Außenraum ist.17. Device with a light-conducting, transparent body according to one or more of claims 11 to 16, characterized in that it is a flat-shaped lighting means for partial lighting or lighting spots by means of the spatially and positionally defined means, which are, for example, microlenses in different directions indoors and outdoors.
18. Einrichtung mit lichtleitendem, transparenten Körper nach einem oder mehreren der Ansprüchen 11 bis 17 , dadurch gekennzeichnet, dass sie durch die räumlich und in ihrer Lage definiert angeordneten Mittel, die zum Beispiel Mikrolinsen sind, ein flächig ausgebildetes Beleuchtungsmittel für eine partielle Beleuchtung oder Beleuchtungsflecke in verschiedenen Richtungen mit verschiedenen Farben im Innen- und Außenraum ist.18. Device with a light-conducting, transparent body according to one or more of claims 11 to 17, characterized in that it is a flat-shaped lighting means for partial lighting or lighting spots by means of the spatially and positionally defined means, which are, for example, microlenses in different directions with different colors indoors and outdoors.
19. Einrichtung mit lichtleitendem, transparenten Körper nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehreren lichtleitenden transparenten Körpern, die mit den Mitteln zur Veränderung des Brechungswinkels ausgestattet sind, in Schichtbauweise besteht.19. Device with light-conducting, transparent body according to one or more of claims 11 to 18, characterized in that it consists of a plurality of light-conducting transparent bodies, which are equipped with the means for changing the angle of refraction, in a layered construction.
20. Einrichtung mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitkörper durchstrahlend ausgebildet ist und der optische Weg für Teilstrahlen veränderbar ist.20. Device with a light-guiding, transparent body with areas with a changed refractive index, which was produced according to the method of claims 1 to 10, characterized in that the light-guiding body is designed to be radiating and the optical path for partial beams can be changed.
21. Einrichtung nach Anspruch 20 mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch eine räumlich definierte Anordnung der erzeugten Mittel, z. B. in der Art der Mikrolinsen, unterschiedliche Informationen in verschiedenen Richtungen darstellend ausgebildet ist.21. Device according to claim 20 with a light-conducting, transparent body with areas with a changed refractive index, which was produced according to the method of claims 1 to 10, characterized in that it by a spatially defined arrangement of the generated means, for. B. in the manner of microlenses, different information is formed in different directions.
22. Einrichtung nach Anspruch 20 mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer definierten Anordnung der erzeugten Mittel, die z. B. Mikrolinsen sind, in verschiedenen Richtungen verschiedene Informationen mit verschiedenen Farben darstellend ausgebildet ist.22. Device according to claim 20 with a light-conducting, transparent body with areas with a changed refractive index, which was produced by the method of claims 1 to 10, characterized in that it with a defined arrangement of the generated means, the z. B. are microlenses, different information with different colors is formed in different directions.
23. Einrichtung nach Anspruch 20 mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer definierten Anordnung der erzeugten Mittel, die z. B. Mikrolinsen sind, ein flächig ausgebildetes Beleuchtungsmittel für den Innen- und Außenraum ist. 23. Device according to claim 20 with a light-conducting, transparent body with areas with a changed refractive index, which was produced according to the method of claims 1 to 10, characterized in that it with a defined arrangement of the generated means, the z. B. are microlenses, is a flat-shaped lighting means for indoor and outdoor use.
24. Einrichtung nach Anspruch 20 mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch die räumlich und in ihrer Lage definiert angeordneten Mittel, die zum Beispiel Mikrolinsen sind, ein flächig ausgebildetes Beleuchtungsmittel für eine partielle Beleuchtung oder Beleuchtungsflecke im Innen- und Außenraum ist.24. Device according to claim 20 with a light-guiding, transparent body with regions with a changed refractive index, which was produced according to the method of claims 1 to 10, characterized in that they are arranged by means of the spatially and in their position defined means, which are for example microlenses , is a flatly designed lighting device for partial lighting or lighting spots in the interior and exterior.
25. Einrichtung nach Anspruch 20 mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch die räumlich und in ihrer Lage definiert angeordneten Mittel, die zum Beispiel Mikrolinsen sind, ein flächig ausgebildetes Beleuchtungsmittel für eine partielle Beleuchtung oder Beleuchtungsflecke in verschiedenen Richtungen im Innen- und Außenraum ist.25. Device according to claim 20 with a light-guiding, transparent body with regions with a changed refractive index, which was produced according to the method of claims 1 to 10, characterized in that they are arranged by means of the spatially and in their position defined means, which are for example microlenses , is a flat-shaped lighting device for partial lighting or lighting spots in different directions in the interior and exterior.
26. Einrichtung nach Anspruch 20 mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehreren lichtleitenden, transparenten Körpern, die mit den Mitteln zur Veränderung des Brechungswinkels ausgestattet sind, in Schichtbauweise besteht.26. Device according to claim 20 with a light-guiding, transparent body with areas with a changed refractive index, which was produced according to the method of claims 1 to 10, characterized in that it consists of several light-guiding, transparent bodies equipped with the means for changing the angle of refraction are in layered construction.
27. Einrichtung nach Anspruch 20 mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch eine Anordnung der erzeugten Mittel, die vorzugsweise Mikrolinsen sind, in Form von lithographischen nutzbaren Informationen ausgebildet ist.27. Device according to claim 20 with a light-guiding, transparent body with regions with a changed refractive index, which was produced according to the method of claims 1 to 10, characterized in that it is arranged by means of an arrangement of the generated means, which are preferably microlenses, in the form of lithographic usable information is trained.
28. Einrichtung nach Anspruch 20 mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Mittel, die beispielsweise Mikrolinsen sind, vor Bildinformationen, insbesondere von Monitoren und Fernsehgeräten, angeordnet sind.28. Device according to claim 20 with a light-conducting, transparent body with areas with a changed refractive index, which was produced according to the method of claims 1 to 10, characterized in that the generated means, which are for example microlenses, before image information, in particular from monitors and television sets are arranged.
29. Einrichtung nach Anspruch 20 mit lichtleitendem, transparenten Körper mit Bereichen mit verändertem Brechungsindex, der nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgebildet ist, das vor einander zugeordneten Teilen von Bildinformationen, insbesondere von Monitoren und Fernsehgeräten, Bereiche mit gleichartiger Ausprägung der erzeugten Mittel, die beispielsweise Mikrolinsen sind, angeordnet sind. 29. Device according to claim 20 with a light-conducting, transparent body with areas with a changed refractive index, which was produced according to the method of claims 1 to 10, characterized in that it is designed so that in front of mutually associated parts of image information, in particular monitors and Televisions, areas with a similar expression of the generated means, which are for example microlenses, are arranged.
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