CN101310141B - 照明器件和引导光的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种LED模块，这种LED模块带有用导热材料制成的基座(10)。LED元件(32)布置在基座的腔体(11)中。准直仪反射体(70)由反射表面(24、64、66a)形成。这些反射表面(66a、66b、64)中的三个设在塑料插件(60)内，塑料插件(60)容纳在腔体(11)中。另一个反射表面(24)设在基座(10)本身上。该表面(24)具有直的边界线(50)。将准直仪反射体(70)布置成反射来自LED(32)的光，以使明暗分界线(72)由直的边界线(50)形成。通过将作为最为关键的光学元件的明暗分界线结合在基座(10)本身中，就实现了高精度。

Description

照明器件和引导光的方法
技术领域
本发明涉及一种照明器件、汽车前灯和引导从LED照明元件发射的光的方法。
背景技术
LED照明技术已用在许多领域。特别是在汽车照明中，现已提出了使用LED照明元件的前灯。对于汽车前照明来讲，有必要实现所希望的光分布，包括清晰的明暗分界线(cut-off)。
US-A-2005/0057917公开了一种采用LED光源的汽车灯。这种光源包括形成作为散热芯的基座。在基座的腔体中安装LED芯片。将一种光学构件设置在基座上，这种光学构件包括一种光屏蔽部分，这种光屏蔽部分用于形成适合于车辆前灯的光分布模式的明暗分界线。可将光屏蔽部分的内表面形成为第一反射表面，且基座腔体的内表面可包括朝向该第一表面的第二反射表面。
在现有技术的车辆前灯和照明器件中，一直以来存在着需要将形成明暗分界线的元件布置得非常精确的问题，形成明暗分界线的元件如在US-A-2005/0057917中的光屏蔽部分。因此，需要用非常低的公差将光屏蔽部分布置在基座上，从而导致复杂而成本高的制造工序，这种制造工序往往涉及随后带来的调节程序。
发明内容
本发明的目的在于提供一种照明器件、汽车前灯和引导从LED照明元件发射的光的方法，在这种方法中实现明暗分界线定位的改进的精度。
这种目的由根据权利要求1的照明器件、根据权利要求9的汽车前灯、根据权利要求10的方法和根据权利要求11的照明器件实现。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。
根据本发明，这种照明器件包括用导热材料制成的基座和布置在这种基座处的LED照明元件。优选基座用金属材料制成，如铝。这样，基座就可用作用于在这种LED照明元件中产生的热的散热器。
为了引导从这种LED元件发射的光，提供一种准直仪反射体，这种准直仪反射体可包括多个反射表面。有至少第一反射表面，这种第一反射表面具有至少一条直的边界线。第一反射表面布置成使其反射来自该LED元件的光。明暗分界线是界定由这种准直仪反射体所实现的光分布中良好照明区域与少量照明或无照明区域的线，这种明暗分界线由该边界线形成。因此，优选将该反射表面的直的边界布置在相对于该LED元件的反射表面的远端。
根据本发明，包括产生明暗分界线的边界线的反射表面是基座的表面。优选这种直的边界线是一种布置在该基座的边缘。在现有技术中，明暗分界线元件是一种分离体，并且以某种方式固定到基座，与现有技术的技术方案相反，在本发明中，基座本身的一部分用作明暗分界线元件。这就减小了出现在明暗分界线元件的安装中的公差。这一点尤为有利，因为形成这种明暗分界线的部分是最为关键的光学元件。安装在基座上的LED元件的相对定位以及作为基座的一部分的反射表面必须非常精确。
根据本发明的照明器件的另一种优点在于易于制造。部件数量非常少。而且，就机械(基座安装)、热(导热基座)和光学(明暗分界线)表现方面而言，这种照明器件具有限定良好的分界面。
在优选实施例中，第一反射表面是一种平面表面。一条边界线布置在更接近于LED照明元件的位置，在本说明书中将该边界线称为第二边界线。布置位于该平面表面的相对端的边界线用于该远端，该边界线是用于产生明暗分界线的直的边界线，且该远端与该LED照明元件隔开。这种反射表面可形成喇叭状不对称准直仪的一部分。可容易地产生具有高精度的平坦表面。
根据另一个优选实施例，基座包括至少一个机械基准元件。机械基准元件用来提供一种外部基准，这种外部基准用于通过机械接触的基座的定位。有各种可用作机械基准的形状，包括平坦表面、凹槽、销、钻孔、网或其它腔体或隆起。以与这种边界线的预先确定的关系提供该至少一个机械基准元件。这种机械基准元件用来实现车辆前灯中基座的精确安装。车辆前灯体可包括一个或多个前灯基准元件，这种一个或多个前灯基准元件的形状对应于这种照明器件的机械基准元件，以允许前灯基准元件接合机械基准元件。这样就实现基座在车辆前灯中的精确定位，而这种精确的定位反过来又提供精确的光分布，因为作为光分布的最为关键的部分的明暗分界线由基座本身的一部分形成。这样，与现有技术中的技术方案相比，就大大缩短了从前灯内的机械基准元件至明暗分界线元件的公差链。在另一个优选实施例中，将至少一个机械基准元件布置在平行于产生明暗分界线的边界线延伸的线路中。这就特别便于实现明暗分界线与车辆前灯的精确对齐。
在特别优选的实施例中，基座包括一种腔体，该LED照明元件安装在这种腔体中。将一种插件插入这种腔体中，以使插件至少部分地容纳在腔体中。插件包括准直仪反射体的至少一个优选所有的剩余反射表面。优选这些反射表面设有反射涂层。可通过将插件插入腔体中来容易地将插件定位，在腔体中，优选插件安装在限定该腔体的壁或其它元件之间，以即便是在无其它调节的情况下也确保良好的机械固定和精确的定位。而且，就电磁兼容性(EMC)方面而言，将LED元件安装在金属基座的腔体内也是有利的。
优选这种插件用塑料制成并通过注模制成。为了进一步地增强这些EMC性能，对这种材料进行选择以屏蔽该LED元件和连接到LED元件的电引线。在本发明的另一个实施例中，有模制在形成插件的塑料中的电触点。这些电触点电气连接到LED照明元件，从而提供从该LED照明元件至电源的连接。该实施例简化了这种照明器件的结构，该实施例整个仅可包括基座(带有第一反射表面)、LED、插件(带有腔体反射表面和电触点)以及备选的连接器。这种连接器甚至可与该插件结合。这样就导致极为简单的结构、少部件数量和有成本效率但非常精确的制造。
在另一个优选实施例中，将一种电路连接到插件的这些电触点。可将这种电路模制在插件中或以其它方式安装在插件上。这种电路可执行LED驱动器的功能，以使运行这种照明器件所需的一切往往成为施加工作电压，如在汽车照明情形中的汽车电池电压。
在前面所描述的实施例中，照明器件带有插件，这种插件包括电触点，这些电触点模制在塑料中，该实施例在不同于根据权利要求1的技术方案中也是有利的，因此将这种实施例视为单独的发明。在根据权利要求11的照明器件中，插件至少部分地容纳在基座的腔体中。这种插件包括准直仪反射体的至少一个反射表面。这种插件用塑料制成。触点模制在这种塑料中。这种插件可包括整体形成的电连接器(如插头)，且这些触点电气连接到这种插头。
在根据权利要求9的车辆前灯中，将如上所述的照明器件安装在车辆前灯体内。车辆前灯体包括一个或多个前灯基准元件，以接合设在该照明器件上的一个或多个机械基准元件。这样就确保了精确的安装。
附图说明
从下面所描述的实施例就会明白本发明的这些和其它方面，且将参考这些实施例对本发明进行说明。将参考附图对这些实施例进行描述，在这些图中：
图1示出了照明器件的第一实施例的基座部分的透视图；
图1a示出了第一实施例的LED元件的透视图；
图2示出了带有示于图1a中的LED元件的示于图1中的基座部分的透视图；
图3a至3c示出了示于图1a中的LED元件的不同制造阶段的透视图；
图4示出了照明器件的第一实施例的透视局部分解图，该照明器件带有示于图1中的基座部分和一种插件；
图5示出了示于图4中的照明器件的透视装配图；
图6示出了带有沿着线A..A的截面的示于图5中的基座部分的截面图；
图7以图解形式示出了用示于图5中的照明器件实现的光分布的简化投影图像；
图8以图解形式示出了用示于图5中的多个照明器件实现的光分布的简化图像；
图9a、9b、10a、10b、11a、11b示出了示于图5中的照明器件在车辆前灯中的安装；
图12a示出了根据本发明的第二实施例的插件的透视图；
图12b示出了根据本发明的第二实施例的基座的透视图；
图13示出了根据本发明的第二实施例的照明器件的透视分解图；
图14a、14b示出了根据本发明的第二实施例的照明器件的透视图；
图15a示出了根据第一变化形式的示于图14a中的装配后照明器件的截面图，这种装配后的照明器件带有沿着图14a中的线B..B截取的截面；
图15b示出了根据第二变化形式的图14a的截面图，该截面图带有沿着图14a中的线B..B截取的截面。
具体实施方式
图1示出了照明器件1的基座部分10，在本说明书中也将照明器件1称为LED模块1。基座部分10用铝制成。基座具有散热器的功能。基座配有散热结构，这种散热结构包括冷却片12。明暗分界线14在基座10的顶部部分上形成，连接器部分16容纳在该顶部部分中。连接器16是一种包括插头(在连接器16的背侧，在图1中未示出)和两个触点18的塑料部件，这两个触点18电气连接到该插头。
基座10包括设在基座10的前表面13中的腔体11，腔体11以侧壁15为边界。带有两个对准销22的安装表面20在腔体11的底部。用于反射表面的表面24布置在安装表面20之后。
图1a示出了包括LED 32的LED照明元件30。可从图3a至图3c更清楚地看到LED照明元件30，这些图示出了这种元件的装配。
基板34设有电引线表面36，这些电引线表面36在接触带38(图3a)终结。LED元件32安装在接触区域(图3b)上并电气连接。用金属薄板制成的电引线42包括90°的弯曲并安装在触点38上。为了克服基座(铝)与LED之间的不同热膨胀系数而导致的机械应力所带来的问题，将LED 32安装在带有不同材料层的堆叠上。
图2示出了如何将带有LED 32的LED照明元件30安装在基座10上。将LED照明元件30的基板34置于安装表面20上并通过胶合、焊接、机械螺丝连接来固定或通过利用金属唇部/销的变形来固定。LED照明元件30在这些对准销22之间对准。通过焊接、混合、胶合、弹簧加载压力接触或触点的扭曲将这些弯曲引线42的端部连接到连接器16的电触点18。
这样就将LED照明元件30牢固而精确地安装在基座10上。LED32与基座10良好地热接触，而且确保了到连接器16的电气连接。
将LED照明元件30安装在基座10上，以使LED 32恰好布置在反射表面24之后。反射覆盖层48设在反射表面24上。
覆盖层48可以是一种反射箔，这种反射箔通过如胶合固定在基座28的表面上。或者，可通过一种反射层在该表面上的气相淀积来实现这些反射性能。
正如下面所描述的那样，反射表面24是一种不对称准直仪的一部分，这种不对称准直仪用于引导从LED 32发出的光。反射表面24是一种平面表面。反射表面24具有梯形形状，这种梯形形状具有相对的前边缘50和平行的后边缘52。前边缘50是直线。正如会明白的那样，反射表面24的前边缘50用于在由这种LED模块所实现的光分布中产生明暗分界线。
基座10包括多个外部机械基准元件。如图2所示，这些基准元件包括布置在基座10的前边缘的倾斜表面44a、44b。以与基座10的前平面13所成的角度布置这些表面44a、44b，且这些表面44a、44b用作机械基准元件，以确保基座在照明组件如车辆前灯中的精确定位，在所示出的示例中，与基座10的前平面13所成的角度为45°。
将作为另一种机械基准元件的凹槽46设在基座10的前表面13上。将凹槽46布置成平行于反射表面24的明暗分界线边缘50延伸。
图4和图5还示出了LED模块1的组件。插件60插入预装配的基座10中，且LED照明元件32安装在腔体11内并电气连接到连接器16。如图5所示，插件60精确地适合于侧壁15之间的腔体11，以使插件60相对于基座10精确地定位。
此外，还可提供其它的引导和定位元件，如示于图12a中的定位销。
插件60是一种通过注模制造的塑料部件。插件60包括带有反射表面的准直仪节段62。正如在反射表面24的情形中那样，该准直仪的这些反射表面可包括贴并胶合附到插件60的反射箔，或者可包括具有反射性能的气相淀积层。
由于插件60如图5所示的那样容纳在基座10中，所以插件60的准直仪部分62的反射表面与基座的反射表面24一起形成准直仪杯70。正如可从图6的截面图中看到的那样，将安装在基座10的腔体中的LED元件32置于准直仪70的中心，准直仪70的中心由基座10的反射表面24、布置在腔体11中的插件60的反射顶部表面64以及反射侧表面66a、66b形成，在图6中，仅能够看到反射侧表面66a、66b中的一个。准直仪70完全由平面表面组成，在这些平面表面中，底部表面24和侧表面66a、66b完全是平面，且顶部表面64分成平面节段。以与基座的反射表面24所成的15°的角度布置顶部表面64的第一节段。
正如可从图6中看到的那样，直的边缘50在远离LED元件32的端部作为平面反射表面24的边界。在由准直仪70实现的光分布中，边缘50提供锐明/暗分界线。图7示出了作为投射图像的近似的理想化光分布的示意图。在该图中，可看到作为直线72的清晰的水平明暗分界线。
应明白虽然完全由平面表面组成的准直仪70的精确构造是优选实施例，但准直仪70也可包括不同形状如弯曲的表面。不过，带有锐明/暗分界线的光分布在实质上由边缘50来实现。
为了实现用于汽车照明的带有锐明/暗分界线的光分布，可布置多个LED模块1，以使这些LED模块1的光分布重叠。这些LED模块中的一个或多个不以15°的角度布置，以实现用于汽车前照明的规定光分布，如图8所示。
正如可容易地看到的那样，精确地定位所有的LED模块1对于示于图8中的重叠光分布至关重要，以使明/暗分界线72处于已确定的位置。如图9a所示，模块1完全容纳在车辆前灯76(仅示出了局部)的一部分中。在本实施例中，机械基准元件表面44a、44b以及凹槽46用于精确地定位这种模块。将凹槽46精确地布置成平行于明暗分界线边缘50。由于凹槽46以及明暗分界线边缘50均为基座10的一部分，所以它们的相对定位完全是已知的，这样就实现高精度，而无需其它的调节。
图9a、9b至图11a、11b示出了模块10在车辆前灯中的安装。这些图示出了窗口状安装板77和车辆前灯的透镜78。安装板77是车辆前照灯罩71(仅用虚线象征性地示出)的一部分或固定到车辆前照灯罩71。由于安装板77是车辆前照灯76的整体部分，所以安装板77相对于透镜78的光轴的定位非常精确。
图9a、9b示出了模块的安装之前的安装板77和模块10的分解图。将模块10压到窗口状安装板77并用螺丝79固定到安装板77。安装板77在其外表面上包括第一定位销81a和第二定位销81b。这些定位销81a、81b用于在将模块安装在安装板77上时将将模块10精确地定位。
正如可在图11b中看到的那样，安装板77的第一定位销81a接合模块10的凹槽46。这样就确保了相对于该光轴的旋转的精确定位。
同时，第二定位销81b接合倾斜基准表面44a、44b。在模块10由这些螺丝79朝向安装板77推进时，第二定位销81b与基准表面44a、44b之间的接合用于将模块10置于中心并实现以水平方向的精确定位。
下面将参考图12a至图15对本发明的第二实施例进行描述。根据第二实施例的LED模块1的结构在很大程度上对应于前面所描述的第一实施例，因此，不再对已经描述过的部分再进行详细描述。而仅对第一实施例与第二实施例之间的差异进行说明。
在第二实施例中，触点80模制到插件60′中，且插头16由插件60′整体形成。第二实施例中的插件60′还包括带有反射表面的准直仪部分62。金属薄板网80(在图12a中仅可看作插头16的触点17)作为电触点嵌入插件60′的注模塑料体中。在电连接器中通过模制形成这些触点称为MID(模制互连器件)技术。
正如这些图中所示出的那样，包括插头16的插件60′容纳在基座10中。定位销84接合表面24中的定位孔88，以确保准直仪杯70相对于LED 32的精确定位。
安装在基座10上的LED照明元件30包括接触表面。接触销86设在插件60′的内侧上，这些接触销86与嵌入的金属薄板网电气连接，并因此而连接到插头16的这些触点17。在将插件60′安装在基座10(图13)内且若最终容纳在基座10的腔体11中时，将这些接触销86压到LED照明元件30的接触表面上，以确保电气接触。这样，包括LED 32的LED照明元件就电气连接到插头16的这些触点17。
根据第二实施例的照明器件(LED模块)的部件数量非常少，仅包括基座10、照明元件30和插件60′。安装极为容易，而同时又非常精确。
根据一个实施例，插件60′的这些接触销86直接连接到这些金属薄板网80，并因此而连接到插头16的触点。这在图15a的截面图中示出。在此情形中，这些模制触点80从插头16直接延伸到这些接触销86，而无需其它任何电气功能性元件。
或者，如图15b所示，插件60′可包括如图12a所示的腔体电气部件。在此情形中，这种模制触点不必直接将这些接触销86连接到插头16。相反，包括这些部件82的电路连接到插头16，且通向LED 32的这些接触销86也连接到这种电路。这种电路可包括一个或多个集成电路和、或分立部件，并且可执行多个电气功能，且优选用作用于LED32的驱动电路。在此情形中，为了运行LED 32，仅需将适当的工作电压通过触点80加到驱动电路82，这样，驱动电路82就反过来运行LED32。
正如在图15a、15b的截面图所示出的那样，连接器16可与插件60′(图15b)整体模制，或者可以是一种分离的塑料部件(图15a)。
虽然前面已对优选实施例进行了描述，但也可有其它的变化形式：
可将基座10用作电触点。这样，向LED元件提供电力就可至少部分地通过穿过基座(的至少一部分)的传导来实现。这可用于对这种结构进行进一步简化，因为要求较少的从插头16至LED元件32的分离电引线。
在前面所示出的这些实施例中，每种情形中的准直仪70包括LED元件32安装在其中的腔体。可用透明材料将这种腔体完全或部分地填充。而且，还可用光学玻璃闭合这种腔体。
总之，已对一种照明器件的实施例进行了描述，这种照明器件的部件数量少并易于制造。但这些部件仍用于向LED 32提供良好地限定的机械、电气、光学和热界面。在第一实施例中已仅需装配三个部件(带有连接器16的基座10、LED照明元件30和插件60)。在第二实施例中，部件数量进一步减少，这样就仅需装配两个部件(基座和插件)。而这种照明器件仍确保具有高精度的强烈的明/暗分界线。

Claims (8)

1.照明器件，所述照明器件包括：
基座(10)，所述基座(10)用导热材料制成，
LED照明元件(30、32)，所述LED照明元件(30、32)布置在所述基座(10)处，
准直仪反射体(70)，将所述准直仪反射体(70)布置成引导从所述LED照明元件(30、32)发射的光，所述准直仪反射体(70)包括至少第一反射表面(24)，所述第一反射表面(24)具有至少一条直的第一边界线(50)，其中，所述准直仪反射体(70)布置成反射来自所述LED照明元件(30、32)的光，以使明暗分界线(72)由所述第一边界线(50)形成，
其中：所述第一反射表面(24)是所述基座(10)的表面，
所述基座(10)包括以与所述第一边界线(50)所成的预先确定的关系提供的至少一个机械基准元件(44a、44b、46)，
所述基座包括腔体(11)，且所述LED照明元件(30、32)安装在所述腔体(11)内，
插件(60、60′)至少部分地容纳在所述腔体(11)内，
所述准直仪反射体(70)还包括至少第二反射表面(64、66a、66b)，所述第二反射表面(64、66a、66b)是所述插件(60、60′)的表面。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于：
所述第一反射表面(24)是一种包括第一边界线(50)和相对的第二边界线(52)的平面表面，
且所述第二边界线(52)布置在更接近于所述LED照明元件(32)的位置。
3.如权利要求1或2所述的器件，其特征在于：
所述机械基准元件(46)包括凹槽、网、多个腔体或多个隆起中的一种，所述机械基准元件(46)布置在平行于所述第一边界线(50)的线路中。
4.如权利要求1所述的器件，其特征在于：
所述插件(60、60′)用塑料制成，
电触点(80)模制在所述塑料中，
且所述电触点(80)电气连接到所述LED照明元件(32)。
5.如权利要求4所述的器件，其特征在于：
所述照明器件(1)还包括电连接器(16)，
模制在所述插件(60、60′)中的所述电触点(80)电气连接到所述电连接器(16)。
6.如权利要求4或5所述的器件，其特征在于：
所述插件还包括连接到所述电触点(80)的电路(82)。
7.车辆前灯，所述车辆前灯包括带有至少一个机械基准元件(44a、44b、46)的根据前面的权利要求2至6中的一项所述的至少一个器件，所述车辆前灯还包括：
车辆前灯体(71)，所述车辆前灯体(71)包括至少一个前灯基准元件(81a、81b)，所述至少一个前灯基准元件(81a、81b)接合所述照明器件(1)的所述机械基准元件(44a、44b、46)。
8.用于引导从LED照明元件发射的光的方法，所述方法包括：
将所述LED照明元件(32)布置在用导热材料制成的基座(10)处，
通过利用准直仪反射体(70)引导从所述LED照明元件(32)发射的光，其中所述准直仪反射体(70)包括至少第一反射表面(24)，所述第一反射表面(24)具有至少一条直的第一边界线(50)，并且所述准直仪反射体(70)布置成反射来自所述LED照明元件(32)的光，以使明暗分界线(72)由所述第一边界线(50)形成，所述第一反射表面(24)是所述基座(10)的表面，所述基座(10)包括以与所述第一边界线(50)所成的预先确定的关系提供的至少一个机械基准元件(44a、44b、46)，所述基座包括腔体(11)，且所述LED照明元件(30、32)安装在所述腔体(11)内，插件(60、60′)至少部分地容纳在所述腔体(11)内，所述准直仪反射体(70)还包括至少第二反射表面(64、66a、66b)，所述第二反射表面(64、66a、66b)是所述插件(60、60′)的表面。
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