專利名稱:Led燈系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及一種LED燈系統(tǒng),其具有用于生成定向的、優(yōu)選可變的照明輻射,并且涉及一種LED燈單元。
近年來,關(guān)于設(shè)計(jì)和制造無機(jī)固體LED的技術(shù)迅速改進(jìn),達(dá)到可以制造效率高于401m/Watt的無機(jī)白光發(fā)射LED的發(fā)展階段。該效率明顯超過傳統(tǒng)的白熾燈的效率(161m/Watt),并且超過大部分鹵素?zé)舻男?30~351m/Watt)。同時,單個LED元件的效率增長到大大高于1001m/Watt的水平。
LED技術(shù)的缺點(diǎn)繼續(xù)是比較高的成本和由于在操作中LED的發(fā)熱引起的對溫度管理的需要?,F(xiàn)在和將來將影響LED的廣泛可用性的另一主要問題是,每個LED元件的相對有限的光量。在需要具有高亮度的光源的情況下存在問題,這是因?yàn)榘l(fā)射光須聚焦在小尺寸的反射器中。該應(yīng)用的公知的示例是用于機(jī)動車輛的頭燈。通常使用H7鹵素?zé)?55W),其發(fā)射約1500流明。所輻射的光量具有超過30Mcd/m2的亮度。在Xenon-HID燈的情況中,亮度甚至能到達(dá)約80Mcd/m2的值。與此相對照,具有1mm2的輻射表面和50流明的白光發(fā)射的LED元件,僅實(shí)現(xiàn)了8Mcd/m2的亮度,其比鹵素?zé)舻秃芏啾?,甚至比傳統(tǒng)的HID燈低很多。
US 6,402,347描述了一種設(shè)備,其中獨(dú)立的LED元件設(shè)置在公用板上,并且每個元件配備有準(zhǔn)直上部。連接到各個LED的菲涅耳透鏡允許將來自每個獨(dú)立的LED的光束引入到公用次級光學(xué)系統(tǒng)中。該設(shè)備用于投影儀。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)尤其在于,其呈現(xiàn)出由來自不同光學(xué)界面的反射引起的高的損耗,約等于60%。
而且,由US 6 547 400 B1了解了一種光源設(shè)備,其包括具有反射內(nèi)壁的中空塊體形式的光導(dǎo)塊,和矩陣狀點(diǎn)光源(諸如LED元件)排列。點(diǎn)光源輻射的光束的較大部分被引入到光導(dǎo)塊中并且在其中聚焦。然而,點(diǎn)光源輻射的光束的相當(dāng)大的部分未由光導(dǎo)模塊收集。這相當(dāng)大地減少了設(shè)備的發(fā)光功效。而且,以發(fā)明人的觀點(diǎn),該設(shè)備不能生成特定的亮度圖案,諸如例如,車輛頭燈所需的亮度圖案。
與之相比,本發(fā)明的目的在于,提供一種特別用于汽車應(yīng)用的LED燈系統(tǒng),借助于該等系統(tǒng)可以生成給定的亮度圖案,并且在需要時對其進(jìn)行改變。
該目的通過一種用于生成定向照明輻射的LED燈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),該系統(tǒng)具有多個LED燈元件,每個燈元件具有一個準(zhǔn)直器,向其指定LED元件。LED燈元件設(shè)置為確定圖案,以生成例如具有不同照明區(qū)域的給定亮度圖案。次級光學(xué)裝置在待照明空間中成像該亮度圖案。因此向該光輻射設(shè)備中的每個LED元件指定一個準(zhǔn)直器。多個LED燈元件二維地排列在一起,例如,排列為矩陣或者蜂巢圖案,使得優(yōu)選地,它們一起照射僅一個公用次級光學(xué)裝置。
在下文中假設(shè)LED元件是無機(jī)固體塊體,這是因?yàn)槟壳澳軌颢@得具有足夠強(qiáng)度的該LED。當(dāng)然,可替換地,也可以使用其他的電致發(fā)光元件,例如激光二極管,其他的光發(fā)射半導(dǎo)體元件或有機(jī)LED,只要它們的性能值是令人滿意的。因此,在本文中術(shù)語“LED”應(yīng)被理解為各種相應(yīng)的電致發(fā)光元件的同義詞。
代替具有所指定的準(zhǔn)直器的簡單的LED元件,可以使用其他的LED燈元件,例如,具有輻射到腔室中的LED元件的那些,在該情況中,準(zhǔn)直器設(shè)置在腔室中的輻射開口處。然而,對于本發(fā)明,重要的僅僅是,由多個LED燈元件一起形成亮度圖案,每個LED燈元件對整體亮度圖案的照明作出準(zhǔn)確確定的貢獻(xiàn)。
因此本發(fā)明不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì),根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì),多個LED元件一起生成漫射輻射,其接著僅部分地由次級光學(xué)系統(tǒng)收集和聚焦;因此本發(fā)明脫離了迄今為止遵循的發(fā)展趨勢,其中通過疊加光束形成亮度圖案。相反地,其遵循這樣的原理,即,由待指定給各個LED燈元件的獨(dú)立的發(fā)光表面組成亮度圖案。這是這樣實(shí)現(xiàn)的,借助于獨(dú)立的準(zhǔn)直器,準(zhǔn)直每個獨(dú)立的LED燈元件的輻射。因此在源處即已避免了輻射損耗。然后以高得多的輸出將這樣準(zhǔn)直的輻射引入到次級光學(xué)系統(tǒng)中。
此外,根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施例,還以如下方式分配和/或配置LED燈元件,即,自LED燈元件輻射的光可以以精確的方式耦合到次級光學(xué)系統(tǒng)中??梢葬槍υ撃康倪x擇一排列,其中準(zhǔn)直器的所有外耦合開口,即它們的光發(fā)射開口,聚焦在公共點(diǎn)上,例如次級光學(xué)系統(tǒng)的透鏡的耦合開口。出于該目的,準(zhǔn)直器的縱軸可被設(shè)計(jì)成向著LED燈元件的底面上的法線傾斜,或者可以通過如下方式并排排列多個LED燈元件,即它們底面形成曲面。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置還提供了其他的設(shè)計(jì)選擇本發(fā)明的一個有利的實(shí)施例提供了一種控制裝置,借助于該控制裝置,為了設(shè)定亮度圖案的目的,可以在該設(shè)置中獨(dú)立地控制單獨(dú)的LED燈元件和/或LED燈元件組。因此,借助于LED燈元件或LED燈元件組的不同連接,例如,通過打開或關(guān)閉LED燈元件,或者通過改變它們的亮度,可以生成可變的亮度圖案。存在另一種設(shè)計(jì)可行方案,即,設(shè)置具有與LED燈系統(tǒng)中相關(guān)LED燈元件輻射的光不同的發(fā)射特性的LED燈元件。發(fā)射特性可以在輻射波長范圍方面不同。例如,顏色可以從紫外,經(jīng)過人眼可感覺的顏色,到紅外。關(guān)于不同的發(fā)射特性的另一種可能性是,發(fā)光強(qiáng)度對施加到LED元件的電壓的依賴。相似地,可以通過選擇LED元件上的熒光層的厚度設(shè)定發(fā)射特性。具有相同的發(fā)射特性的器件優(yōu)選地按范圍設(shè)置,或者設(shè)置為一(多)組。依賴于其中設(shè)置LED元件的柵格的所需精細(xì)度,有利的是,在LED燈元件中具有多個LED元件。因此可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直器的構(gòu)造開支的減少。此外,可以在一個LED燈元件中組合具有相同的以及不同的發(fā)射特性的LED元件。
LED燈元件的基于范圍的設(shè)置還提供了設(shè)計(jì)和維護(hù)上的優(yōu)點(diǎn)這是因?yàn)椋鶕?jù)本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例,多個LED燈元件組合為一個組裝單元。這不僅簡化了控制和接觸所述LED燈元件所需的努力,而且有助于(至少部分地)更換受損的組裝單元。
根據(jù)本發(fā)明的該LED燈系統(tǒng)的應(yīng)用范圍是多樣性的。根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施例,該LED燈系統(tǒng)是用于車輛的燈系統(tǒng)。因此可以有利地在汽車領(lǐng)域中使用上文提及的優(yōu)點(diǎn)。
例如,借助于本發(fā)明的LED燈系統(tǒng),使用亮度圖按,可以生成具有確義的明-暗邊界(“分界線(cut-off)”)的近光束。由此,使得昂貴的防眩目透鏡或反射器系統(tǒng)是多余的。相反地,通過以特定的依賴范圍的方式控制LED燈系統(tǒng),如果需要,可以產(chǎn)生近光束、遠(yuǎn)光束或者霧燈。該系統(tǒng)的額外的優(yōu)點(diǎn)在于,并不必要用于構(gòu)造該系統(tǒng)的專用次級光學(xué)裝置,而且可以使用用于傳統(tǒng)反射器系統(tǒng)或者具有傳統(tǒng)燈的投影儀系統(tǒng)中的諸如非球面透鏡的次級光學(xué)部件。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例,以如下方式配置和設(shè)置LED燈元件,即,在亮度圖按的特定區(qū)域中發(fā)射IR輻射。該IR輻射優(yōu)選地出現(xiàn)在暗區(qū)中,即,在明-暗邊界上方,并且可用于支持IR夜視設(shè)備??商鎿Q地,或者另外地,也可以在此處設(shè)置用于霧燈或遠(yuǎn)光束的LED燈元件。
本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例提出了,光輻射裝置或組裝單元的準(zhǔn)直器至少部分地填充有透明材料。該透明材料在這里可以用作用于(多個)LED元件的光學(xué)膠。在任何情況中,其為準(zhǔn)直器帶來穩(wěn)定性,因此還有助于基于范圍的互換。此外,可以將由LED燈元件發(fā)射的光輻射激勵的熒光物質(zhì)施加在透明材料上或者透明材料中。
本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例在于一種用于LED燈系統(tǒng)的LED燈單元,所述燈系統(tǒng)包括多個LED燈元件,其中LED燈元件每一個均包括具有一個LED元件的一個準(zhǔn)直器,使得向每個LED燈元件指定一個準(zhǔn)直器,并且其中LED燈元件以確定的布置相互穩(wěn)固地鏈接以產(chǎn)生給定的亮度圖案。該LED燈單元有助于LED燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組裝,這是因?yàn)?,為了組裝成LED燈系統(tǒng),僅需要一個接觸界面,并且僅需要一個與次級光學(xué)系統(tǒng)的界面。這里,也可以將多個LED元件設(shè)置在一個LED燈元件中。
而且,燈單元又可以有利地由多個子單元構(gòu)造。這可以有利地通過將具有相同功能的多個LED燈元件組合成子單元實(shí)現(xiàn)。這種功能分組的優(yōu)點(diǎn)在于,對于多個明顯功能等效的LED燈元件,僅有一個機(jī)械和/或電接口。這有助于獨(dú)立部分的更換,例如特別經(jīng)受應(yīng)力的那些部分,并且減少了用于維修LED燈單元的成本。
借助于非限制性的示例,通過參考下面描述的實(shí)施例,本發(fā)明的這些和其他的方面是顯而易見的,并且將得到說明,圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的燈單元,圖2示出了作為燈單元的部件的LED燈元件的排列,圖3示出了燈單元和次級光學(xué)系統(tǒng)的相互作用。
圖1示出了燈單元1,其包括43個獨(dú)立的LED燈元件2。它們以如下方式根據(jù)規(guī)定的亮度圖案排列為二維陣列,即,它們在操作時生成確定的明-暗區(qū)域。出于該目的,三個LED燈元件3設(shè)置在中心,它們發(fā)射趨向于黃色的光譜。在圖1中,借助于稀疏的交叉影線圖案表示它們。與此相反,藍(lán)色含量高的LED燈元件4配置在邊緣區(qū)域中,并且用細(xì)密陰影線表示。在所述LED燈元件之間及其下方,具有黃色和藍(lán)色二者的中間輻射特性的LED燈元件5成組。在黃色LED燈元件3和藍(lán)色LED燈元件4的行上方,即,在線6上方,燈單元1形成了明-暗邊界,其中設(shè)置在線6上方的LED燈元件7不輻射任何可見光。它們可以輻射紅外光,并且可用于支持夜視設(shè)備。
為了說明本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)可行方案,將燈元件2的底面在垂直的行8中形成為菱形,所述行8形成了燈單元1的中心軸,這是說明性的。因此可以實(shí)現(xiàn)線6的偏轉(zhuǎn)路徑。
LED燈元件3、4和5一起產(chǎn)生了車輛頭燈所需的亮度圖案,高亮度的中心區(qū)域直接位于明-暗邊界上。LED燈元件3、4和5中的每一個通過形成總圖案中其自身的部分,作出其貢獻(xiàn)。因此,為機(jī)動車輛頭燈定義的亮度圖案不是通過疊加來自多個燈系統(tǒng)的光錐形成的,而是基本上并排地相加照明獨(dú)立的空間區(qū)域的確定限定的光錐,來形成亮度圖案。
圖2示出了包括八個LED燈元件2的燈單元1的一部分。每個LED燈元件2包括被分配了準(zhǔn)直器10的LED元件9。原則上,準(zhǔn)直器10可以具有任何形狀。特別優(yōu)選的是,準(zhǔn)直器具有截頂棱錐形狀,其截面或者底面使得LED燈元件可以直接相互鄰接,優(yōu)選地在每側(cè)。特別有利地,這些是截頂棱錐形狀的準(zhǔn)直器10,如圖2中所示,具有矩形或者平行四邊形的截面,能夠直接并排設(shè)置LED燈元件2,以便節(jié)約空間。此外,可以容易地組合相鄰的LED燈元件2的多個準(zhǔn)直器10,以形成柵格。
在根據(jù)本發(fā)明的配置中,不僅可以向每個燈元件2提供獨(dú)立的輻射特性,而且即使是在操作過程中,也可以單獨(dú)控制每個LED發(fā)光元件2,以及獨(dú)立地調(diào)節(jié)其亮度。這允許產(chǎn)生可變的亮度圖案。此外,每個LED燈元件2可以單獨(dú)被替換,或者作為一起形成小的子單元的一組燈元件的一部分被替換。這主要發(fā)生在多個LED燈元件2進(jìn)行功能性分組的情況中,例如,形成一個IR子單元的情況下。
當(dāng)然,代替這里示出的LED燈元件2,還可以設(shè)置具有另一設(shè)計(jì)的LED燈元件。例如,具有準(zhǔn)直器的LED燈元件的腔室的出射表面,以及其中設(shè)置了一個或多個LED元件的腔室,可以替換LED元件9。
圖3示出了燈單元1和作為次級光學(xué)系統(tǒng)的透鏡11的相互作用。燈單元1生成的圖像以繞水平軸對稱的方式由透鏡投射在待照明的空間中。因此,燈單元1設(shè)置在相對圖1繞水平軸旋轉(zhuǎn)180°的位置。
總而言之,應(yīng)當(dāng)再一次指出,附圖和描述中說明的這些系統(tǒng)和方法僅是實(shí)施例的示例,在不偏離本發(fā)明的構(gòu)架的前提下,其在很大程度上可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員修改。
而且,應(yīng)當(dāng)指出,出于完整性的目的,不定冠詞“一個”的使用并未排除多個相關(guān)項(xiàng)的存在。
權(quán)利要求
1.一種用于生成定向照明輻射的LED燈系統(tǒng),包括-多個LED燈元件(2),每個LED燈元件(2)包括具有LED元件(9)的準(zhǔn)直器(10),所述LED燈元件(2)以確定的方式設(shè)置在發(fā)光表面中,用于生成規(guī)定的亮度圖案,-次級光學(xué)裝置(11),其在待照明的空間中成像該亮度圖案。
2.權(quán)利要求
1的LED燈系統(tǒng),其特征在于,以如下方式設(shè)置和/或設(shè)計(jì)LED燈元件(2),即,使得LED燈元件(2)輻射的光可以特定地導(dǎo)向并耦合到次級光學(xué)裝置(11)中。
3.權(quán)利要求
1或2的LED燈系統(tǒng),其特征在于一種控制裝置,借助于所述控制裝置,可以獨(dú)立地控制所述設(shè)置中的獨(dú)立的LED燈元件(2)和/或LED燈元件(2)的組,來設(shè)定亮度圖案。
4.上面任何一個權(quán)利要求
的LED燈系統(tǒng),其特征在于,具有與相關(guān)LED燈元件(2)輻射的光不同的發(fā)射特性的LED燈元件(2)。
5.上面任何一個權(quán)利要求
的LED燈系統(tǒng),其特征在于,多個LED元件設(shè)置在LED燈元件(2)中。
6.前一權(quán)利要求
的LED燈系統(tǒng),其特征在于,多個LED燈元件(2)組合為一個組裝單元。
7.上面任何一個權(quán)利要求
的LED燈系統(tǒng),其特征在于,該LED燈系統(tǒng)是車輛燈系統(tǒng)。
8.上面任何一個權(quán)利要求
的LED燈系統(tǒng),其特征在于,借助于所述亮度圖案,產(chǎn)生具有確定明-暗分界線的近光束。
9.上面任何一個權(quán)利要求
的LED燈系統(tǒng),其特征在于,在亮度圖案的特定區(qū)域中發(fā)射IR輻射。
10.上面任何一個權(quán)利要求
的LED燈系統(tǒng),其特征在于,LED燈元件(2)的準(zhǔn)直器(10)至少部分地填充有透明材料。
11.一種用于上面任何一個權(quán)利要求
的LED燈系統(tǒng)的LED燈單元(1),包括多個LED燈元件(2),每個LED燈元件(2)包括具有LED元件(9)的準(zhǔn)直器(10),所述LED燈元件(2)以確定的設(shè)置互連,用于生成規(guī)定的亮度圖案。
12.權(quán)利要求
11的用于LED燈系統(tǒng)的LED燈單元(1),其特征在于,其被細(xì)分為多個子單元,每個子單元具有獨(dú)立的機(jī)械和/或電接口。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種用于生成定向照明輻射的LED燈系統(tǒng)(1)。該系統(tǒng)包括多個LED燈元件(2),每個LED燈元件(2)包括具有LED元件(9)的準(zhǔn)直器(10)。LED燈元件(2)設(shè)置成確定的陣列以用于生成規(guī)定的亮度圖案。次級光學(xué)裝置(11)在待照明的空間中成像該亮度圖案。
文檔編號H01L27/15GK1993826SQ20058002665
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月2日
發(fā)明者J·A·舒格, J·L·A·M·索馬尼, L·凱帕 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan