CN101506572A - 用于汽车后灯的led组件 - Google Patents

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CN101506572A CNA2007800312641A CN200780031264A CN101506572A CN 101506572 A CN101506572 A CN 101506572A CN A2007800312641 A CNA2007800312641 A CN A2007800312641A CN 200780031264 A CN200780031264 A CN 200780031264A CN 101506572 A CN101506572 A CN 101506572A
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Abstract

本文描述了各种将用于汽车后灯的两个或多个LED组合到单个反射腔中的技术。所述LED可以是两个或多个不同的颜色，用于实现不同的功能，比如刹车灯、转弯信号以及尾灯。在一个实施例中，所述LED具有侧面发射透镜并且在抛物形反射器中被同轴对准。所述LED可以被面向彼此地安装或安装在同一个方向上，或两者的结合。所述LED可以共用公共的热沉。第二反射器可以被放置在较大的反射器的内部，其中第一LED安装在所述较大的反射器的焦点附近，且第二LED安装在内反射器的焦点附近。附加的LED也可以被安装在其中一个反射器中且被单独地控制。

Description

用于汽车后灯的LED组件
技术领域
本发明涉及在汽车后灯(rear lamp)中使用发光二极管(LED)，并且特别地涉及在普通反射器中使用两个或多个可单独控制的LED以便实现不同的功能的技术，所述功能例如刹车灯、尾灯(tail light)以及转弯信号。
背景技术
典型的汽车在其后部的两端具有后灯组件。每个组件典型地具有至少三个安装在多个反射壳体中的光源，比如白炽灯泡。第一灯泡用作尾灯且在前面的头灯或运行灯照亮时被点亮。尾灯在夜间指示汽车的界限。第二灯泡用作刹车灯且在驾驶员踩在制动踏板上时被点亮。第三灯泡是转弯信号，其在驾驶员开动转弯信号时被间歇地点亮。典型地，这些灯泡发出白色光，并且有色漫射滤波器被安装在反射器之上以产生用于刹车灯、尾灯以及转弯信号的红色、橙色或琥珀色光。
为了具有更长的寿命及更迅速的开启，用LED替换白炽灯泡是已知的。典型地，由于每个光源都位于反射器的焦点处或附近以实现所期望的光发射模式，所以后灯组件具有多个反射器，每一个用于一个光源。所述多个反射器以及光源的分离导致相对较大且昂贵的后灯组件。
希望的是减少用于汽车的后灯组件的大小和成本。小型的LED有助于满足这些希望。
发明内容
这里描述了用于将两个或多个可单独控制的LED结合到单个反射腔中以用作汽车的后灯组件的各种技术。LED可以是两种或多种不同颜色，用于实现不同的功能，比如刹车灯，转弯信号以及尾灯。
在一个实施例中，每个LED具有侧面发射透镜，所以几乎所有的光都从LED封装的侧面发出。通过使用侧面发射LED，由于几乎所有的光都反射离开反射器的壁，因而反射器产生所述光发射模式。因此，可以更大程度地控制光的方向，允许更加有效地生成所需的发射模式。
在一个实施例中，两个LED被沿着单个反射器的公共中心线同轴地安装且面向彼此。两个LED的侧面发射透镜都近似位于该公共反射器的焦点处。因此，来自每个LED的光将产生穿过反射器的外透镜的相似发射分布(profile)。选择每个LED的亮度和每个LED的颜色以适合于每个LED的特定功能。在一个实施例中，所述LED之一发出红色或橙色的光且用于刹车灯和尾灯两者。当驾驶员踩在制动踏板上时，给LED施加更高的电流。另一个LED可以是用于转弯信号的琥珀色。在另一个实施例中，将一个LED安装在相对较大的反射器的焦点附近，且将第二个LED安装在较小的反射器的焦点附近，该较小的反射器沿中心线安装在所述大的反射器中。这些LED可以共享公共的热沉。在另一个实施例中，将三个LED沿中心线安装，其中两个LED面向彼此，且第三个LED位于较小的反射器中，该较小的反射器沿中心线放置在较大的反射器内。
在另一个实施例中，将三个LED安装在公共热沉之上且安装在相对较大的反射器之内。将单个LED安装在较小的反射器的焦点附近，该较小的反射器沿中心线安装在大的反射器中。顶部LED是红色的且用于尾灯以及刹车灯。较低的三个LED包括用于尾灯的红色LED以及用于转弯信号的两个琥珀色LED。针对单个功能合用(double up on)LED增加了用于该功能的灯的光输出量。
描述了其他实施例。
附图说明
图1是后灯组件的第一实施例的截面，该后灯组件使用两个面向彼此的LED。
图2是后灯组件的第二实施例的截面，该后灯组件使用两个背对背安装的且共享公共热沉(heat sink)的LED。
图3是后灯组件的第三实施例的截面，该后灯组件使用两个LED，其中将一个LED安装在相对较大的反射器中，且将另一个LED安装在位于所述较大反射器内的较小反射器中。
图4是后灯组件的第四实施例的截面，该后灯组件使用三个LED，其中将两个LED面向彼此地安装在相对较大的反射器中，且将第三个LED安装在位于所述较大反射器内的较小反射器中。
图5是后灯组件的第五实施例的截面，该后灯组件使用四个LED，其中将三个LED安装在相对较大的反射器中，且将以与所述其他三个LED相同的方向安装的第四个LED安装在位于所述较大反射器内的较小反射器中。
图6是具有圆顶透镜的LED封装的侧视图，其用于例如通过减小光侧面发射的角度进一步影响来自LED的光发射以优化光的输出。
具体实施方式
图1是后灯组件的第一实施例的截面图。该组件包括两个LED 12和14。每个LED 12或14包括安装在子底座(submount)上的并且经过封装的半导体LED芯片。该封装保护LED芯片且提供用于焊接至小型印刷电路板(PCB)的终端，该小型印刷电路板也是LED 12或14的一部分。所述子底座可以是陶瓷的或是其他材料。将半导体芯片上的阳极和阴极金属垫电连接到子底座上的金属垫。之后将子底座安装在小型PCB上，其中该PCB包括用于与电源(比如电流源)连接的电连接器。所述PCB可以包括用作热沉的绝缘的金属层。合适的封装LED(如Philips-LumiledsLighting公司LLC生产的Luxeon LED)可以是大约1厘米跨度(across)或更少。
通过LED的电流大小决定LED的亮度。图1示出电流控制器15，用于分别控制不同的LED。用于LED的驱动器是常规的且不需要在这里详细描述。联合转让给本受让人且通过引用合并于此的Swanson等人的美国专利No.6836081描述了可能适合于当前实施例的用于LED的驱动器。
形成所有可见波长的LED、将这样的LED安装在子底座上并且通过PCB给LED供电是常规的且不需要详细地示出或描述。转让给本受让人且通过引用合并于此的Steigerwald等人的美国专利No.6828596以及Bhat等人的美国专利No.6876008描述了LED、将LED安装到子底座上以及将子底座安装到PCB上。
LED 12和14具有侧面发射透镜16，该透镜放置在两者之上以使得半导体芯片发出的大部分光通过全内反射(TIR)被导出LED的侧面。侧面发射透镜16可以在例如相对于LED的上表面0-45度的角度内发出大部分的光。侧面发射透镜的实例在转让给本受让人且通过引用合并于此的Scott West等人的美国专利No.6598998以及No.6679621中有所记载。各种图形示出了样本光线，其有限的角度是由侧面发射透镜16所导致的。
LED 12被安装在热沉18上，所述热沉比如暴露于空气的金属板或者带散热片的(finned)金属。如果LED(比如尾灯)可能点亮长的时间段，那么热沉是重要的。因此，在图1中，假设LED 12用于尾灯，其在汽车头灯或运行灯打开时点亮。如果必要的话，也可以将热沉附接到LED 14的背部以便移除来自LED 14的热。
将LED 12和14安装到反射器24中，使得这两个LED的光输出出现在反射器24的焦点附近。从LED 12发出的光线20反射离开反射器24的大体为抛物形状的壁。这些壁可以是镀铬塑料或者成型金属。示出的这些LED比它们在实际反射器中要大很多以便更好地说明侧面发射透镜16。作为尾灯，所发射的光应该是红色或橙色。因此，LED 12芯片应该由一定的材料形成，所述材料比如III族和V族元素与磷的组合(如AlInGaP)，其产生橙色和红色波长的光。
将LED 14安装到反射器24中，使得其透镜16的顶端面向LED 12的透镜16的顶端。在一个实施例中，这两个透镜之间的距离在0mm和1cm之间。这导致了LED 12和14两者的光发射基本上在接近反射器24的焦点的同一个位置发生。这将导致从反射器24出射的光与地面大致平行。
LED 14(连同其PCB以及热沉)可以在反射器24内通过两个或多个细塑料或金属臂或者连接到反射器24的底座上的透明塑料柱体固定在其位置上。
电源线(未示出)连接到LED 12和14，用于提供来自电流控制器15的电流。在各种实施例中，电流控制器15单独地向每个LED提供电流，以便实现这些LED的不同功能。
所示的光线26由LED 14发出并且以大致平行于地面的角度从反射器24出射。尽管来自LED 12和14的光以360度的圆发出，但为了简单起见仅示出几条光线。
LED 14可以发出与LED 12所发出的颜色不相同的颜色。例如，如果LED 14为转弯信号，那么其可以发出琥珀色光。如果LED 14为刹车灯，那么其可以发出与LED 12所发出的颜色截然不同的红色或红橙色光。
反射器24可以包括漫射透镜30，该透镜也可以增强有限角度(比如大致平行于地面)内的亮度。这样的透镜可以是无色的以便不衰减LED的光输出。
由于LED的小尺寸，反射器中的两个LED的这种构造是可能的。将两个白炽灯泡面对面放置会使灯丝过远地分开放置且导致反射器不会将两个灯的光的方向改变到相同的方向上。
图2示出了用于汽车的后灯组件的第二实施例。具有侧面发射透镜16的第一LED 32安装在热沉34上。热沉34通过任何方式保持在适当位置，比如通过两个或多个金属或塑料腿或者连接到反射器36的底座的透明柱体保持在适当位置。侧面发射反射离开反射器36的壁，并且光在与地面大致平行的方向从后灯组件输出。
第二反射器38放置在反射器36内并且容纳具有侧面发射透镜16的LED 40。LED 32和40共用同一个热沉，该热沉附接到第二反射器38的底座上。反射器38与反射器36的中心线对准。反射器36和38可以共用同一外透镜42，或者用于每个反射器的外透镜可能对于不同的外观是不同的。
来自LED 32的反射的光基本形成围绕来自LED 40的反射的光的圆。这些LED可以是相同的颜色或者不同的颜色。在一个实施例中，LED 32是尾灯，LED 40是刹车灯。这些LED中的任何一个都可以是尾灯、刹车灯或者转弯信号。
图3示出了后灯组件的第三实施例，其中LED 44和46分别安装在关联的热沉48和50上。热沉50可以通过金属或塑料腿或者连接到外反射器52的底座上的透明柱体保持在适当的位置。LED 46被容纳在内反射器54中。所述灯组件的其余部分可以与图2所示的相似。LED 44和46实现两种不同的功能，比如尾灯、刹车灯以及转弯信号的任意组合。这些LED可以是相同的颜色或不同的颜色。
图4示出合并了三个可独立控制的LED 56、58和60的后灯组件的第四实施例。像图1中所示的那样将LED 56和58面向彼此地安装。LED 56安装在热沉62上，而LED 58安装在热沉64上。热沉64可以通过两个或多个金属或塑料腿或者附接到反射器66的底座上的透明柱体保持在适当的位置。
LED 60同样安装在热沉64上并且它位于较小的反射器68内，使得反射器66发出的光形成围绕反射器68发出的光的圆。由反射器66发出的LED 56和58的光模式大体上是相同的。
LED 56和58可以发出相同的颜色或者不同的颜色。在一个实施例中，LED 56是琥珀色转弯信号，LED 58是红色尾灯，以及LED 60是红色刹车灯且同样是红色尾灯。为了发出刹车信号，可以给LED 60施加附加电流。通过提供两个尾灯LED 60和58，来自所述两个反射器的总体光更加明亮并且尾灯在所述两个反射器区域上发光。这对进一步区别红色尾灯和红色刹车灯是有利的。
图5示出了用于机动车辆的后灯组件的第五实施例。LED 72为红色尾灯，LED 74和75为琥珀色转弯信号，LED 76既用作红色尾灯又用作刹车灯。为了发出刹车信号，可以给LED 76施加附加电流。
LED 72、74和75安装在相对较大的反射器82的底座上，且LED 76安装在较小反射器84的底座上，该较小反射器84沿两个反射器的中心轴固定到反射器82上。所有的LED都包括侧面发射透镜。这些LED热耦合到各自的热沉78和80上。LED 72、74和75可以安装在相同的PCB上。LED72、74和75可以以三角形模式或线性方式安装。这些LED以实际上尽可能接近中心线的方式安装，使得来自每个LED的光由反射器以相似的方式反射。这些LED与中心线的这种接近使得一个反射器中的LED与另一个反射器中的一个或多个LED基本上同轴对准。
安装在热沉78上的LED 72、74和75可以在反射器82内通过以下方式固定在适当的位置：即通过使用两个或多个塑料法兰(flange)86将热沉或PCB扣(snap)在反射器82的底座上。法兰86在反射器82的底座上的开口的周围。相同或不同的技术可以用来将LED 76以及热沉80安装在反射器84内。这些热沉可以采用任何形式。
较小反射器84可以由连接到反射器82的塑料支撑88固定在适当的位置。塑料支撑88可以是透明柱体(或者层叠柱体)或者可以包括支柱。中空塑料管90可以用作用于导线92通向LED 76的管道。
内反射器可以是具有镜面壁的杯状物或者可以是固体透明聚合物，其中由于全内反射(TIR)而引起反射离开所述壁。
为了保证在反射器84的中心处看不到沿LED 76的中心线发出的光斑，将小型圆形反射器93放置在LED 76之上且通过透明柱体94保持在适当的位置。小型反射器93将光的方向改变为向下以便最终将其反射出反射器84。
以上所描述的后灯组件可以被容纳在具有透明前透镜的塑料壳体中，其中该塑料壳体具有用于通过螺钉或其他紧固件将壳体固定到车辆框架上的法兰。
这些设计的各种组合都是可能的。两个反射器中的任何一个还可以包括附加的LED以便得到附加的亮度或者附加的功能，比如在汽车倒车时的倒车灯。在蓝色LED之上使用一个或多个含磷层的一个或多个白色LED适合用于倒车灯。所述倒车灯也可以是图中所示的LED中的一个。
图中所示的反射器可以是任何形状，例如圆形、长椭圆形(oblong)或矩形。
图6是具有透镜组合的LED 95的侧视图，所述透镜例如内透镜16及外透镜96，其中该外透镜进一步定形光的发射。定形的发射可以是较窄的侧面发射。
由于多种功能在单个反射器的开口内实现，因此所描述的后灯组件可以非常紧凑且低廉。由于LED产生的热量比白炽灯泡产生的热量少，因此散热较简单。此外，由于侧面发射透镜16使得光仅从LED侧面的周围发出，因此可以同轴安装一个或多个其他LED而不会阻挡来自另一个LED的任意光。在反射器输出处的漫射体透镜可以容易使得发射的光的分布比现有技术中的光分布更加均匀，从而产生有趣且吸引人的照明。
在详细描述了本发明以后，本领域技术人员应当理解，给定当前公开内容，在不背离本文所描述的精神及发明构思的情况下，可以对本发明进行修改。例如，根据本发明，除了红色、绿色和蓝色之外的LED颜色可以用于背光(backlight)中。因此，本发明的范围并不限于所图示和描述的具体实施例。

Claims (26)

1.一种用于汽车的后灯组件，包括：
具有第一侧面发射透镜的第一发光二极管(LED)；
具有第二侧面发射透镜的第二LED；以及
至少部分地包围所述第一LED及所述第二LED的第一反射器，
其中所述第一LED及第二LED在所述反射器中基本上同轴对准，并且其中单独地控制所述第一LED及第二LED以便在用于机动车辆的后灯组件中操作。
2.权利要求1的组件，其中所述第一LED发出第一颜色的光，且所述第二LED发出不同于所述第一颜色的第二颜色的光。
3.权利要求1的组件，其中所述第一侧面发射透镜及第二侧面发射透镜具有顶面，这些顶面在所述第一LED及第二LED在反射器中同轴对准时面向彼此。
4.权利要求1的组件，其中所述第一LED安装在连接到所述反射器的底座的热沉之上。
5.权利要求1的组件，其中所述反射器基本上为抛物形，且所述第一LED及第二LED基本上被放置在所述反射器的焦点处。
6.权利要求1的组件，还包括连接到所述第一LED及第二LED的电流控制器。
7.权利要求1的组件，其中所述第一LED为机动车辆的尾灯，且所述第二LED不同于尾灯。
8.权利要求7的组件，其中所述第二LED为刹车灯。
9.权利要求7的组件，其中所述第二LED为转弯信号。
10.权利要求1的组件，其中所述第一LED及所述LED基本上同轴地安装在同一方向上，使得所述第一侧面发射透镜及第二侧面发射透镜不面向彼此。
11.权利要求1的组件，还包括第二反射器，该第二反射器至少部分地被所述第一反射器包围，所述第二LED安装在所述第二反射器中，使得所述第一反射器发出的光基本上包围所述第二反射器发出的光。
12.权利要求11的组件，其中所述第一LED及第二LED基本上同轴地安装在同一方向上，使得所述第一侧面发射透镜及第二侧面发射透镜不面向彼此，所述组件还包括所述第一LED及第二LED之间的热沉。
13.权利要求1的组件，还包括具有第三侧面发射透镜的第三LED，该第三LED部分地被所述第一反射器包围并且与所述第一LED及第二LED基本上同轴地对准，所述第三LED与所述第一LED及第二LED分开地受到控制。
14.权利要求13的组件，其中所述第三LED及第一LED安装在同一方向上，且所述第三LED和第二LED安装在相反的方向上，其中所述第一侧面发射透镜的顶端面向所述第二侧面发射透镜的顶端。
15.权利要求13的组件，还包括第二反射器，该第二反射器至少部分地被所述第一反射器包围，所述第三LED安装在所述第二反射器中，使得所述第一反射器发出的光基本上包围所述第二反射器发出的光。
16.权利要求13的组件，其中所述第三LED及第一LED安装在相同的方向上，且所述第三LED及第二LED安装在相反的方向上，其中所述第一侧面发射透镜的顶端面向所述第二侧面发射透镜的顶端，所述组件还包括所述第三LED和第二LED之间的热沉以便散发来自所述第三LED及第二LED的热量。
17.权利要求13的组件，其中所述第三LED发出一种颜色的光，该颜色不同于所述第一LED及第二LED发出的光的颜色。
18.权利要求1的组件，其中所述第一反射器基本上为圆形。
19.权利要求1的组件，其中所述第一反射器基本上为矩形。
20.权利要求1的组件，还包括在所述第一反射器中的开口之上的漫射透镜。
21.一种用于汽车的后灯组件，包括：
具有第一侧面发射透镜的第一发光二极管(LED)；
至少部分地包围所述第一LED的第一反射器；
具有第二侧面发射透镜的第二LED；以及
至少部分地被所述第一反射器包围的第二反射器，所述第二LED安装在所述第二反射器中，使得由所述第一LED产生并且由所述第一反射器发出的光基本上包围由所述第二反射器发出的光，其中可单独地控制所述第一LED及所述第二LED以便在用于机动车辆的后灯组件中操作以传递不同的信息。
22.权利要求21的组件，其中所述第二反射器的中心线基本上与所述第一反射器的中心线对准。
23.权利要求21的组件，还包括具有侧面发射透镜的第三LED，安装该第三LED，使得所述第一反射器至少部分地包围所述第三LED并且使得由所述第三LED产生并且由所述第一反射器发出的光基本上包围由所述第二反射器发出的光。
24.权利要求23的组件，还包括具有侧面发射透镜的第四LED，安装该第四LED，使得所述第一反射器至少部分地包围所述第四LED并且使得由所述第四LED产生并且由所述第一反射器发出的光基本上包围由所述第二反射器发出的光。
25.权利要求24的组件，其中所述第一LED发出用于尾灯的红光，所述第二LED发出用于刹车灯的红光，且所述第三LED发出用于转弯信号的琥珀色光。
26.权利要求25的组件，其中所述第四LED发出用于转弯信号的琥珀色光。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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