CN101592301A - 用于机动车后组合灯的侧载式发光二极管模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机动车后组合灯的后组合灯的侧载式LED模块。一个或更多个LED被安装在印刷电路板的远侧，其还具有驱动一个或更多个LED的电路。电路板和散热垫被用螺纹固定或用铆钉固定到散热器，然后散热器被安装到外壳的侧面。LED在外壳内发出发散光。外壳的一面是多面抛物面反射镜，其接收来自LED的发散光，并纵向地将准直光束反射到外壳前部，在此处通过透明盖从灯射出。抛物面反射镜上的各个小面有角度地使被反射光束的某些部分偏移，使得反射的光是准直的，角度比单个准直光束更宽。

Description

用于机动车后组合灯的侧载式发光二极管模块

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35篇第119条e款的规定要求2008年5月28日提交的、名称为“SIDE ENTRY LED LIGHT MODULE FORAUTOMOTIVE REAR COMBINATION LAMP”的临时申请61/056,738的优先权，并以引用方式将其内容全部并入本文。由此，明确保留完全的巴黎公约优先权。

技术领域

本发明涉及用于机动车照明系统的后组合灯。

背景技术

多年来，机动车一直采用电力照明来用于许多功能。例如，只举一些应用的例子，灯提供前方照明(前灯，辅助灯)，提示(前方停车灯，后方尾灯)，发信号(转向信号，危险，制动灯，倒车灯)和便利性(顶灯，仪表照明)。以往，白炽灯泡一直用于机动车的大部分或全部照明设备，有各种大小，形状，瓦特数和插座封装的白炽灯泡可供使用。

近年来，发光二极管(LED)已经开始出现在机动车的一些照明应用中。比白炽灯泡相比，LED使用的功率较少，寿命更长，热输出更少，这使得它们能很好适应于机动车应用。

对机动车外部照明的光谱要求可由许多LED来很好地满足。对于老式白炽照明，光谱要求典型地是通过白色光白炽灯泡前方的有色透镜、盖子或框架实现的。对于LED，输出波长范围可被定制成照明要求。例如，红光和琥珀色光可以分别使用光谱的红色部分和琥珀色部分中具有窄带输出的LED。对于白光应用，使用宽带磷照明的LED变得更加普遍。

对于照明的时间要求，诸如刹车灯的上升时间，非常适用于LED，其上升时间典型地比相当的白炽灯泡更短。

对于外部照明的空间需求可能随地理区域而变化，但对于每个外部照明元件它们典型地是被适度精确地限定的。例如，左前灯应该在横向方向和垂直方向上都具有随射出角变化的具体明确的发射模式，右前灯应该具有不同但同样明确的发射模式等等。

对于典型的白炽灯泡或白炽灯已经发展出这些空间需求。通常，典型的白炽灯包括有在所有方向上向外一致辐射光的细长(即，不是点光源)灯丝。灯典型地被置于包括一个或更多个反射元件的灯具中，反射元件可以将光引导从机动车射出。对于一些应用，还可以存在一些准直元件，它们可以与反射镜分开，或者部分或全部集成到反射镜中。

与典型的白炽灯不同，LED的光输出随方向变化。LED的光输出在特定方向上可以达到最高点，并且可以与最高点呈特定的角分布。例如，典型的LED可以具有特定的FWHM角分布，或者其输出具有其它适当的角度测量值。在两个维度上角输出可以对称，或者在两个维度上角输出可以不对称。

由于在LED和典型的灯泡或灯的输出之间存在空间差异，所以在特定的照明元件中仅用LED替换白炽灯可能是行不通的；简单替换可能会不合乎要求地改变元件的角输出。使用LED可能要求反射镜和其它光学元件有新的设计，这样照明元件的空间输出符合为白炽灯开发的现有要求。

自引入LED作为光源以来的几年内，机动车制造商一直采取谨慎的态度。尽管由于以上所述的所有优点，机动车制造商渴望采用LED，但他们对完全放弃熟悉的带插座的灯泡/灯及其附带传统类型的光学器件一直犹豫不决。结果近年来已经有几个照明子系统具有老式白炽灯泡和灯具的机械感觉，但实际上采用LED作为其光源。

图1显示了一种典型的机动车1，其具有典型的外部灯，包括前部转向指示灯2，前灯3，雾灯4，侧转向灯6，安装在中心高位处的刹车灯7，牌照灯8，和所称的“后组合灯”9(RCL)。任意或者所有这些灯可以包括附件，如前灯清洁系统5。对于本发明来说，我们主要专注于后组合灯9。

注意每个后组合灯9都可以包括尾灯(也称作标志灯)，刹车灯(也称作制动灯)，转向信号灯和倒车灯。后组合灯中的每个灯都可以具有其自己的光源，其自己的反射和/或聚焦和/或准直和/或漫射光学器件，其自己的机械外壳，其自己的电路，等等。在这方面，一个具体光的方面或特征可以用于后组合灯9中所有的灯或任何灯。可选地，这些灯可以共有一个或更多个功能，如控制超过一个光源的电路，或保持多于一个光源的机械外壳等等。例如，尽管尾灯和刹车灯功能可组合在具有两个灯丝的单个灯(灯泡)中，但每个照明子系统典型地具有其自己的独立灯。

近年来，随着LED开始出现在机动车外部照明系统中，一个趋势是将LED紧密地集成到灯具中。例如，安装在中心高位处的刹车灯7或CHSML目前大多数是以这种方式实现的，原因是改装LED模块以应用是相对容易的。因为LED的寿命长，所以随时间推移这是一种有利的方法。

换言之，从长远看，灯具(包括外壳，反射镜，透镜盖和任何中间光学元件)极可能适用于围绕LED优化设计的配置。电连接，散热器，准直和/或反射和/或漫射光学器件极可能是主要适应LED而设计的，而不是主要适应传统的白炽灯泡或白炽灯设计，之后改进为包括LED光源的。

然而，从短期看，许多机动车制造商优先采用熟悉的已知技术，包括为白炽灯开发并且已经使用了多年的已知的反射镜和灯泡几何构形。结果，几家照明设备制造商已经开发了将LED用作光源，但使用传统的灯套件插座口和传统类型的光学器件的后组合灯系统。这些灯系统在短期内吸引机动车制造商的原因是灯系统的机械方面与使用白炽灯泡的老式，已建立的系统是一致的。这种灯系统的一个例子是JOULE产品，其可从总部在美国马萨诸塞州丹弗斯的OsramSylvania商购。

因为本申请是针对机动车照明系统的，所以首先回顾一些术语是有益的。

组成车辆拐角处的照明系统的部件被称作“灯套件(light set)”。在建筑物中，与“灯套件”相当的是灯具。灯套件典型地包括塑料结构或外壳，一个或更多个反射镜，在一些情况下包括透镜光学系统，通常适合车辆外部造型并且通常具有有色部分(如琥珀色和红色)的透镜盖。灯套件的外壳包括通常在后部接收并保持装灯(在美国通常称作“灯泡”)的插座的插座口，通风装置，和在一些情况下用于前方照明的调节装置。

灯(灯泡)以两种方式之一被替换，即(a)接近灯套件的后部，移动插座和灯，拿掉灯，安装新的灯，重新安装插座，或(b)从灯套件的前面移开透镜盖，从插座上拿下灯，插入新的灯，重新安装透镜盖。

选项(a)由于几个原因是不利的，包括接近问题，造型问题，机械深度问题和将灯套件密封到主体的问题。

选项(b)同样由于几个原因是不利的，包括以下的两个：(1)在灯套件和透镜盖之间优选具有更为永久的密封。这降低了成本和复杂性，确保能有效密封灰尘和水，和(2)由于安装和造型问题，可拆卸透镜盖的机械构造是困难的。

由于不赞成接触灯的灯套件后部，所以需要将插座口移到一侧，对于后组合灯9尤其如此。

具有向一侧开口的插座的三种照明系统在例如美国专利6,637,923、6,814,475和6,951,414中被公开，都授予Amano，转让给Koito Manufacturing公司，所有这三个专利通过参考被全部并入本文。所有这三个专利都包括与LED邻近、准直光束的元件，以及之后接收准直光束并将准直光束向外反射射出机动车的单独元件。

这三篇参考文献的照明系统的一个潜在缺点是使用两个单独的元件来先准直再反射光束。这些单独元件制造昂贵，对齐昂贵耗时，可能给光学系统引入不必要的损失(即，一些光可能被多个元件吸收，反射和/或输出光束散射)。

因此，存在对于具有减少数量的元件的机动车照明系统的需求，其可提供较不复杂的光学系统，可以比以上参考文献中公开的光学系统更容易对齐，并具有较高输出功率(较少损失)。机动车照明系统应该具有向灯套件的一侧开口而不是向后部开口的一个或更多个插座。

通常，对基于LED的照明模块而言，有四个关键元件：(1)实际的LED芯片或管芯，(2)散热器或热管理器，其耗散由LED芯片所产生的热，(3)给LED芯片供电的驱动电路，和(4)接收由LED芯片发射的光并将其引向观察者的光学器件。对于每个具体模块，这四个元件不需要从头重新设计；相反，具体的照明模块可以使用一个或更多个已知的元件。以下段落描述一些已知元件中，它们可以与本文公开的基于LED的照明模块一起使用。

授予Madhani等人，转让给美国马萨诸塞州丹弗斯的OsramSylvania公司的名称为“DRIVER CIRCUIT FOR LED VEHICLELAMP”的美国专利7,042,165公开了一种用于基于LED的照明模块的已知驱动器电路，其全部内容通过参考被并入本文。在该专利中，公开了用于发光二极管(LED)阵列的第一车灯驱动电路，该LED阵列具有由四个LED串联组成的第一行，和由四个LED串联组成的第二行。在操作的STOP模式，到两个LED行的电流由与各自的LED行串联的LED驱动器控制。在操作的TAIL模式，电流通过串联的二极管和电阻器只提供给一行LED。当有降低的输入电压时，通过将每一LED行中的一个LED短路的开关电路提供对该LED行的操作。第二车灯驱动器电路包括与控制开关串联的第一行LED和第二行LED，该控制开关具有用于维持恒定电流调节以控制每行LED中的电流和，降低开关噪声的反馈电路。该专利公开的驱动器电路可以直接使用，或者可被容易地改进为驱动用于本文所公开的照明模块的LED芯片。

授予Coushaine等人、转让美国马萨诸塞州丹弗斯的OsramSylvania公司、名称为“LED BULB”的美国专利7,110,656公开了一种用于基于LED的照明模块的互补插座和电连接器的机械结构，其全部内容作为参考被并入本文。在该专利中，LED光源具有带底座的外壳。中空芯从底座突出，并在纵向轴线周围布置。印刷电路板位于底座上中空芯的一端，其具有多个关于其中心可操作地固定到印刷电路板的LED。在本发明的优选实施例中，中空芯是管状的，印刷电路板是圆形的。在优选实施例中，带主体的光导管在图2和图4a是杯形状的，具有特定的壁厚“T”。光导管位于中空芯中，具有与多个LED有操作关系的第一端以及突出到中空芯外的第二端。厚度“T”至少大到足以包围用到该厚度“T”的LED的发射区。美国专利7,110,656公开的互补插座和电连接器的机械结构可被直接使用，或者可被容易地改进以用于本文公开的照明模块。

授予Coushaine等人、转让给美国马萨诸塞州丹弗斯的OsramSylvania公司、名称为“LIGHT EMITTING DIODE BULBCONNECTOR INCLUDING TENSION RECEIVER”的美国专利7,075,224公开了用于基于LED的照明模块的另一种互补插座和电连接器的机械结构，其全部内容作为参考被并入本文。在该专利中，LED光源(10)包括带底座(14)的外壳(12)，中空芯(16)从底座上突出。中空芯(16)为基本圆锥形的。中央导热体(17)被定位在中空芯(16)中央，由固体铜形成。第一印刷电路板(18)被连接到中央导热体的一端，第二印刷电路板(20)被装配到中央导热体(17)的第二相对端。第二印刷电路板(20)具有可操作地固定到其上的至少一个LED(24)。多个电导体(26)具有接触在第二印刷电路板(20)上形成的电轨迹的近端(28)和接触在第一印刷电路板(18)上的电轨迹的远端(30)。电导体(26)中的每一个具有形成于其中在组装过程中轴向压缩的拉紧减压装置(27)。罩(32)装配在第二印刷电路板(20)上；散热器(34)被附连到底座，与第一印刷电路板有热接触。与美国专利7,110,656一样，由美国专利7,075,224公开的互补插座和电连接器的机械结构可被直接使用，或者可以针对本文公开的照明模块被容易地改进。

授予Coushaine等人、转让给美国马萨诸塞州丹弗斯的OsramSylvania公司、名称为“REPLACEABLE LED BULB WITHINTERCHANGEABLE LENS OPTIC”的美国专利6,637,921公开了一种反射光学器件，它可以接收垂直于电路板发射的来自LED的光，并在全部大致平行于电路板的多个方向上反射。美国专利6,637,921公开的光学器件可以具有倒置的圆锥形状，圆锥点面向LED芯片。圆锥可以是连续的，或者可以替代地具有不连续的接近圆锥形状的面。反射光学器件可以与单个LED芯片一起使用，或者与设置在圆锥点周围的多个LED芯片一起使用。美国专利6,637,921所公开的反射光学器件可以与本文所公开的基于LED的照明模块一起使用，并且可以被设置在LED芯片和反射镜之间的光学路径中，将LED光导向观察者。

发明内容

一个实施例是一种车灯(10)，包括：热传导模块(21，121)，其具有纵向轴线，并可沿纵向轴线插入到外壳(20)中；与热传导模块(21，121)有机械和热接触的印刷电路板(41，141)，该印刷电路板(41，141)基本垂直于纵向轴线被定位；至少一个发光二极管(44，144)，其被安装在印刷电路板(41，141)上，并被印刷电路板(41，141)电学地控制，以基本平行于纵向轴线发射发散光束(12)；和弧形多面反射镜(13)，其用于接收发散光束(12)，并基本垂直于纵向轴线反射基本准直的光束(14)。反射镜(13)的弯曲部分准直所接收的发散光束(12)。反射镜(13)上的每个小面(facet)有角度地将所反射的准直光束(14)的相应一部分转向到预定的角度范围内。

另一个实施例是一种车灯(10)，包括：发光二极管(44，144)，其用于沿光学轴线发射发散光束(12)；基本平坦的印刷电路板(41，141)，其用于给发光二极管(44，144)供电，并用于机械地安装发光二极管(44，144)，印刷电路板(41，141)基本垂直于光学轴线；基本为圆柱形的模块(21，121)，其与印刷电路板(41，141)有机械和热接触，该模块(21，121)具有基本平行于光学轴线的圆柱轴线；用于安装模块(21，121)的灯具(20)，模块(21，121)被安装成使圆柱轴线是水平的，并基本平行于灯具的前部；反射镜(13)，其用于接收发散光束(12)，并基本垂直于灯具(20)的前部发射基本准直的光束(14)；和用于传送基本准直的光束(14)的透明盖(15)。

另一个实施例是一种车灯(10)，包括：发光二极管(44，144)，其用于沿横向方向发射发散光束(12)；反射镜(13)，其用于接收发散光束(12)并沿纵向方向反射基本准直的光束(14)，纵向方向基本垂直于横向方向；透明盖(15)，其用于在纵向方向上传送基本准直的光束(14)；和模块(21，121)，其用于机械安装，供电并热连接至发光二极管(44，144)。模块(21，121)是被横向安装的，并包括：散热器；印刷电路板(41，141)，其用于给发光二极管(44，144)供电，该电路板(41，141)是基本平坦的，并垂直于横向方向；和被设置在印刷电路板(41，141)和散热器之间的散热垫或散热膏(31，131)，其用于提供印刷电路板(41，141)和散热器之间的热接触和电绝缘。

附图说明

图1是机动车的示例性外部照明的示意图。

图2是后组合灯中被简化的光学路径的横截面示意图，后组合灯具有单个LED和一个非多面反射镜。

图3是后组合灯中被简化的光学路径的横截面示意图，后组合灯具有多个LED和一个非多面反射镜。

图4是后组合灯中简化的光学路径的横截面示意图，后组合灯具有单个LED和一个多面反射镜。

图5是后组合灯的示例性机械布局的分解示意图。

图6是LED模块的示例性机械布局的分解示意图。

具体实施方式

本文公开的发光二极管(LED)模块可以用于外部车辆照明。LED模块可以从侧面而不是从后部安装在灯套件插座中。LED模块可以包括适合于将光分布到反射镜的光学元件，反射镜接收来自LED芯片(可为多个)的光，并将反射光导向观察者。由于LED模块可以从侧面而不从后面安装，所以与传统的反射镜设计相比，反射镜可以更加紧凑。这在本文下面的详细说明中进行了更充分公开。

对于使用发光二极管作为光源的典型、已知的后组合灯，已有许多方式确保输出光以适当方向射出装置。例如，可商购获得的名称为“JOULE”的第一代系统使用以具体角度安装的发光二极管。第一代系统的组装过程相当复杂，LED和控制电路板之间的连接很困难。对于第二代JOULE系统，发光二极管的这种安装方案被光导管和小的反射镜取代，光导管和小的反射镜将LED的发射点成像到后组合灯的反射镜的焦点。光导管典型地是透明的玻璃或塑料管，具有光滑的侧面以确保沿光导管传送的光束在每个侧面的反射上都经历全内反射。该光导管尽管对第一代产品有改进，但仍然是系统中的额外组件，因此增加了系统成本，而且仍有损失，在进入和出射光导管界面时会损失一部分光。要求有另外的LED来克服由光管和相关光学器件所引起的损失。已经尝试使用侧发光的发光二极管的系统，但不是组装困难，就是光学效率低。

总之，所有以前的后组合灯都表现出某种不足，不是组装困难，光学效率低，就是与现有的后组合灯的外壳不兼容。

本发明克服了这些缺陷，并可以提供以下一个或多个优点：

首先，发光二极管模块是完全集成的，因此减少了组件数量，简化了模块的组装。而且，因为发光二极管和电子元件在相同的板上，所以它们之间没有必要有附加的互连。

其次，发光二极管模块是向后兼容的，具有与现有的后组合灯外壳兼容或很容易地适用于现有的后组合灯外壳的光学、机械特征。在这种情况下，插座可以用作散热器。如果需要另外的散热器，则热插销(pin)或翼片(fin)可增加在印刷电路板的后部。

再者，LED模块的损失可降低，因此增加了模块亮度和/或降低了操作模块所需的电量和/或减少了所需LED的数量。不需要光管或任何附加的光学器件。

在接下来的十个段落中对公开内容进行简要概括，之后详细描述后组合灯中的光学路径，再之后详细描述后组合灯中的机械方面。

公开了一种用于后组合灯的侧载式(side-loading)LED模块。一个或更多个LED被安装在印刷电路板的远侧，其还包括驱动该一个或更多个LED的电路。LED发射的光束大致垂直于电路板在远端方向上传播。该LED可以被称作“APT”。

电路板可以包括一个或更多个连接引脚，它们大致垂直延伸通过电路板，并提供电源和/或对来自和/或去向电路板的信号的监控。连接引脚可以包括附连到电路板近侧上的引脚的塑料连接器。

邻近电路板近侧的是填缝垫或散热垫和/或可选的散热膏薄层，它可以耗散由电路板和/或LED所产生的热，和/或可以提供电路板和金属插座之间的电绝缘。填缝垫内可以有洞，以容纳电路板近侧上的连接器。

邻近填缝垫，与电路板相对的是浇铸插座。浇铸插座可以由热传导材料制成，如铝，并在与填缝垫相对的一侧可以包括可选的翼片或其它散热元件。在一些应用中，浇铸插座中的一些或全部，填缝垫和电路板可以包括有助于在组装过程中将它们对齐的对齐特征件(42，32，22)。电路板，填缝垫和浇铸插座一旦对齐，它们就可以用螺纹连接在一起或铆定在一起。在一些应用中，浇铸插座中的一些或全部可以包括一个或更多个直角转弯特征件，这些特征件可以广泛使用在机动车后组合灯中。有了这些直角转弯特征件，模块就可以被容易地推进到灯的外壳中，之后旋转一个直角转弯，从而将模块固定并保持在灯的外壳上。这些直角转弯特征件相对便宜，可靠，适合于机动车尾灯，允许在使用过程中或者灯故障时更换模块。

一旦用螺纹或用铆钉固定在一起，插座/散热垫/电路板就可以从灯具的侧面附连到灯具的其它部分。灯具在其面向车辆中心的这侧上具有洞或孔或直角转弯适配器。插座/散热垫/电路板被插入到孔中，其LED和其输出光束面向车辆的左侧和/或右侧(远离车辆中心)。

射出LED的光是发散的，具有以LED自身为特征的特定角度模式。每个LED发射的光束通常平行于地面射出车辆中心。灯具包括弧形反射镜，其准直来自LED的光，并大致平行于地面反射来自车辆后部的准直光。

反射镜的形状可以是半抛物面，LED被定位在抛物面的焦点处或焦点附近。如果有两个或更多个LED，则来自每个LED的光可以被灯具中的反射镜准直并反射，但由于LED具有由抛物面反射镜的焦距分隔的横向间隔，所以来自两个LED的光可能以略微不同的角度出现。通常，灯具的发射模式应该符合具体的规定，其可规定在两个维度上出现光的角分布。

灯具中的反射镜可以有小面，这样从灯具发出的光可以满足具体预定义的角度要求。反射镜的这种多面性是已知的，在下文将更加详细描述。

进行仿真，建立原型，获取功率(或者通量，以流明为单位)的测量值并发现与仿真一致。

在一些实施例中，模块和/或插座部件可用作散热器。其中的一个或两者可以由铝制成，或者由其它适合的热传导材料制成以使热从灯具移走。

已经对本公开进行了简要概括，下面讨论后组合灯中的光学路径，之后更加详细讨论光学组件的机械实施方式。

图2是后组合灯中10被简化的光学路径的横截面示意图。LED模块11A向后组合灯中10的侧面横向发射发散光束12。发散光束沿特定方向(本文指光学轴线17)具有峰值亮度。

发散光束12以具体的角分布或角宽度为特征，角分布或角宽度描述了光束的亮度随角度的变化降低得有多快。例如，发散光束可以具有特征半最大值全宽度(FWHM)的强度或亮度，或者1/e^2强度半宽度，或者任何其它适当的角宽度。发散光束的特征角宽度沿x方向和y方向可以相同，或者可以不同，这里光学轴线可以认为是z方向。发散光束的尺寸随着其沿光学轴线17的传播而增加，大致与距LED模块11A的距离成比例。

在图2这个被简化的光学路径中，LED模块11A中只有单个LED。实践中，该模块中可以有多于一个LED；在讨论图2中的被简化系统之后，会明确对待这种情况。

发散光束12射到反射镜13A，反射镜13A准直该光束，并将准直光束14纵向地朝向后组合灯10的前面反射。

反射镜13A可以具有抛物面形状，其在包括其顶点的横截面上是抛物面形状的。已知抛物面反射镜由光源形成几乎无象差的准直光束，光源放置在抛物面的焦点处。纵向移动光源使其远离焦点可以产生散焦，或产生与准直的偏移，或同等地产生光通量偏离准直方向的偏移。横向移动光源使其远离焦点可以产生反射的准直光束的指向误差。换言之，对于横向移动的光源，被反射的光束仍是准直的，但被反射的光束可以在角度上与不移动的情况有偏离。通常，该角度移动的弧度值等于光源的横向位移除以抛物面反射镜的焦距。对于足够大的远离焦点的横向移动，被反射的光束还可以呈现单色波前象差，如彗差。

对于使用白炽灯泡的老式反射镜，灯泡典型地与反射镜后部对称地放置在抛物面反射镜的焦点处。反射镜典型地环绕灯泡，开口朝向灯具的前面。因为白炽灯泡将光辐射到所有方向(除了朝向插座)，所以以一方位角环绕灯泡是有用的，这样尽可能多的被辐射光被导向从抛物面反射镜发出准直光束。

相比之下，对于将LED用作其光源的抛物面反射镜而言，不需要使用全360度方位角的完整抛物面来捕捉从光源辐射的所有光。因为与白炽灯泡相比，LED辐射成相对小的立体角圆锥，所以只需要使用一部分抛物面就足以捕捉反射镜处的全部空间广度的光束。结果，反射镜1 3A可以是抛物面的一部分，如半个抛物面，或者其它适当的抛物面部分。注意通过用延伸通过其顶点和其焦点的平面平分整个抛物面，可设想半个抛物面。在光学上，这样的一部分抛物面足以用来捕捉来自光源的发散光，并比全抛物面使用的体积和材料都要少。

在图2中，可以考虑光学轴线在反射镜处弯曲，这样对于准直光束，光学轴线18可以大部分纵向地朝向后组合灯10的前面被定位。在一些应用中，光学轴线17，18可以在反射镜处弯曲90度。在其它应用中，光学轴线17，18可以弯曲得稍大于90度，或稍小于90度。对于所有这些情况，我们将发散光束12称作具有“较大”的横向方位，将准直光束14称作具有“较大”的纵向方位。

准直光束14在文献中通常可被称作“平行光通量”。这些术语是可互换的，在本申请中使用时可以认为是等同的。

在通过透明或半透明“透明盖(clear cover)”或透明的“透镜盖”15后，准直光束14保持准直16，并在机动车后部射出后组合灯10，朝向观察者。透明盖15可以具有可选的光谱效应，如过滤来自透射光的一个或多个波长或波段，但典型地不会像散射体那样散射光束。

LED模块11A，反射镜13A和透明盖15都可以被外壳20机械地保持。需要有这样的外壳20的原因是它制造便宜，可以被模制或压印以包括反射镜13的表面轮廓。后组合灯10的机械方面在下文描述光学路径之后会更详细地讨论

图2的被简化的后组合灯10可能需要一些改进，才能满足后组合灯规定要求；回想这些要求都是为白炽灯定义的，新的基于LED的灯可被设计成输出“像”白炽灯类型灯具的输出，以满足以前要求。

例如，后组合灯可能要求有比单个LED可以达到或方便的更多光输出功率。这类多LED以简化形式示意性地显示在图3中。

与图2的后组合灯10相比，唯一不同的元件是多LED模块11B，该模块11B包括三个LED。在这个简化示意图中，LED都以大致相同的方向在典型地制造，组装和/或对齐容差之内发出光。在其它应用中，一个或更多个LED可以指向不同方向。

来自多LED模块11B上的三个LED光源中每个的光在后组合灯10中被追踪，这样有三组虚线来表示光束。这类系统中具有多个空间上分离的光源的效果是在与光学轴线18偏离的光束16中有一些射线有小的角偏移。这些角偏移典型地是小的，如大约仅有几度，输出光束16仍被认为是准直的。

从光学角度讲，需要将LED尽可能靠近在一起。然而，从发热角度讲，需要将LED尽可能分开，这样由每个LED产生的热可以被有效地耗散。实际上，LED在印刷电路板上可以被分开达几毫米或更大。后组合灯10的发热方面在描述光学路径之后会更全面讨论。

图3的被简化的后组合灯10可具有充足的输出光学功率以满足适当的规定要求，但在输出光束16中可能没有适当的角分布。换言之，输出光束16可能方向性太强，使得如果观察者的视线在相对窄的输出光束16之外，则灯可能看上去不够亮。

这可以通过检查灯输出角度要求及白炽灯泡输出的变化而更清楚地理解。老式反射镜灯具发出的光包括重叠的两个部分：(1)从灯泡直接通过透明盖行进的光，和(2)抛物面反射镜反射的来自灯泡的光。部分(1)是发散的，而部分(2)大致是准直的。这两部分在远离机动车的空间上的组合具有角关系，强度在观察者的视线在来自部分(2)的准直光束之内时会更大。然而，该角关系会被部分(1)的相对弱的角关系而抑制。根据对后组合灯的联邦规定，典型地角输出的截止值在垂直方向上变化到大约+/-10度，在横向方向变化到大约+/-20度，这样如果观察者的视线在角度截止“之内”则来自灯的光是足够可见的，但如果观察者的视线在角度截止这外，则不一定可见。

结果，来自图3的被简化的后组合灯10的输出光束16可能太窄而不能满足垂直方向大约+/-10度，横向方向大约+/-20度的角度要求，原因是角度范围可能至多只是+/-几度。为从角度上扩大光束，而不显著改变其准直的已知元件在图4中示出，这种已知元件被称作“多面(faceted)”反射镜。

与图2中被简化的后组合灯10的示意图相比，图4中的唯一差别是用多面抛物面反射镜13B代替简单的抛物面反射镜13A。通常，多面反射镜是工业中已知的，早在1972年或更早的专利文献中已经进行了公开。三种已知的多面反射镜总结如下。应认识到除了以下总结的三个例子之外，可以使用任何适当的多面反射镜设计。对于图4中的示例图，每个小面19A，19B，19C，19D和19E基本上将光导向相同的预定角度范围，全部的灯输出具有和每个小面基本相同的角度范围。在可替代实施例中，每个小面可以将光导向其自己的单独预定角度范围，全部的灯输出包括所多面角度贡献。

相对较早的多面反射镜设计之一在1972年10月24公告的Donohue等人的名称为“FACETED REFLECTOR FOR LIGHTINGUNIT””的美国专利3,700,883中公开，其全部内容通过参考被并入本文。Donohue公开了一种用于制造反射镜的规定，包括设置每个小面的数量、大小、曲率和方位以产生光源不被扭曲的反射图像，每个小面的积累效果产生在规定限制之内的所需照明分布。因为真正的抛物圆柱表面在1972年难于制造，所以Donohue包括数学近似来允许使用圆形圆柱表面来代替。

另一个多面反射镜设计是在1987年11月3日公告的Kosmatka的名称为“FACETED REFLECTOR FOR HEADLAMPS”的美国专利4,704,661中公开的，其全部内容作为参考被并入本文。与较早的Donohue的使用直圆柱表面的专利相比，Kosmatka的专利使用直抛物圆柱表面和简单的旋转抛物表面。

第三个已知的多面反射镜设计是在1995年4月11日公告的Saito的名称为“REFLECTOR FOR VEHICULAR HEADLAMP”的美国专利5,406,464中公开的，其全部内容作为参考被并入本文。Saito公开了一种具有几个反射区的反射镜，每个反射区包括几个区段。每个区段具有基本为弧形的表面(双曲线抛物面，椭圆形抛物面或旋转抛物面)，并被布置在具有局部不同的焦距的旋转抛物面参考表面上。

如在图4的后组合灯10中使用的一样，多面反射镜13B接收来自LED模块11A的发散光束12，准直光束并有角度地使部分光束转向，将准直、有角度的转向光束导向透明盖15，通过盖光从灯10射出。

在讨论灯的机械封装之前，我们先总结图4的灯10中的光学路径。LED模块11B被放置在多面抛物面反射镜13B的焦点处或其附近。LED模块11B被定向为大部分在横向方向引导其发散光输出。来自LED模块11B的发散光束12射到多面抛物面反射镜13B，这样光学轴线17具有大约45度的入射角，反射的光学轴线18以大约45度的出射角射出反射镜。入射光学轴线17大部分是水平和横向的，反射的光学轴线18大部是纵向的。抛物反射镜13B准直光束，并反射准直光束，各个小面给反射的准直光束14产生具体的角分布。反射的准直光束14通过透明盖15，成为朝观察者传播的出射光束16。

已经对光学路径进行了总结，现在讨论后组合灯10的机械封装，其将光学组件保持在适当位置，将电源传送到LED，并耗散由LED产生的热。

图5是后组合灯10的示例性机械布局的分解示意图。

发光二极管44A，44B，44C被安装在印刷电路板41的一侧，这样这些发光二极管在垂直于电路板平面的大致相同的方向上发光。通常，典型的是尝试并安装LED使得它们的发射真正平行，但实际中由于组件、制造和组装容差可能LED的指向角有一些小的变化。通常，这些小的LED指向误差不会对灯10带来问题。

电路板41包括驱动LED 44A，44B，44C的电路。该电路可以使用通常应用于印刷电路板技术的已知方式形成。LED驱动电路设计可以是已知设计，例如以上引用的美国专利7,042,165中的设计，即授予Madhani等人，转让给美国马萨诸塞州丹弗斯的Osram Sylvania公司的名称为“DRIVER CIRCUIT FOR LED VEHICLE LAMP”的美国专利No.7,042,165，其全部内容通过参考被并入本文。可替代地，可以使用任何适当的LED驱动电路。

尽管图5中显示了三个LED，但可以使用任何适当数量的LED，包括一个，两个，三个，四个，五个，八个，或任何其它适当值。通常，LED在电路板上的布局是在优化光学性能和优化热耗散之间的折衷确定的，优化光学性能倾向于将LED组装得尽可能靠近，优化热耗散倾向于将LED分散得尽可能远。

印刷电路板41的形状或“轮廓形状”可以被任意选择。在图5的示例性设计中，轮廓形状是圆形或环形的。圆形印刷电路板可能对于安装到具有一般圆柱对称性的其它组件中是方便的，例如图5中的示例性散热器21。可替代地，印刷电路板在轮廓上可以是方形的或矩形的；矩形轮廓形状可能有助于在制造过程中降低对电路板材料的造成任何浪费。通常，对于印刷电路板41而言，可以使用任何适当的形状。

引入/引出印刷电路板的电连接通过一个或更多个电连接器43形成。连接器诸如那些便于快速接合或分离电路板的连接器。连接器43可以是已知的连接器，如在下列两个文献中讨论的：授予Coushaine等人的，转让给美国马萨诸塞州丹弗斯的Osram Sylvania公司的名称为“LED BULB”的美国专利7,110,656公开了一种用于基于LED的照明模块的互补插座和电连接器机械结构，其全部内容通过参考被并入本文。授予Coushaine等人的、转让给美国马萨诸塞州丹弗斯的Osram Sylvania公司、名称为“LIGHT EMITTING DIODE BULBCONNECTOR INCLUDING TENSION RECEIVER”的美国专利7,075,224公开了用于基于LED的照明模块的另一种互补插座和电连接器的机械结构，其全部内容作为参考被并入本文。可替代地，可以使用任何适当的连接器。

电路板41包括可接合散热器21上的薄片或槽22的槽或薄片42，这样电路板41可以被容易地旋转定位，并可保持地用螺纹固定或用铆钉固定到散热器21上。这种连接方法能快速可靠地布置电路板，不需要另外的组件或组装步骤。可替代地，可以用胶、可熔粘合剂、螺丝、螺栓、卡扣、磁体或任何其它适当的连接方法连接电路板。

尽管需要将印刷电路板4 1用螺纹固定或用铆钉固定到散热器21，使得散热器机械地将电路板支撑在空间中，但通过在电路板41和散热器21之间插入散热垫或“填缝”垫和/或散热膏31确保在电路板41和散热器21之间有良好的热接触。散热垫31可以具有与印刷电路板41大致相同的轮廓形状或大小、形状，还可以包括其自己的薄片32以用于将垫相对于散热器可转动地定位。散热垫可以在将电路板用螺纹固定到散热器21的同时也被用螺纹固定。在一些应用中，散热垫31使用散热器上相同的薄片22卡入散热器21中；在其它应用中，可以使用单独的薄片。当印刷电路板41卡入散热器21上时，将散热垫31固定在适当位置。

散热垫31可以包括一个或更多个洞33以容纳印刷电路板41上的一个或多个电连接器43。

在一些应用中，散热垫31具有和印刷电路板41大致相同的轮廓形状，或外尺寸和形状。在其它应用中，散热垫31可以稍微比印刷电路板大。在另外其它应用中，散热垫31可以比印刷电路板略小，并可向外延伸到与电路板41上的实际电路范围一样远。

在一些应用中，印刷电路板41或插座21可以被涂有电绝缘材料，散热垫31可以省去。

散热器21可以是已知的“浇铸插座”，可以由热传导材料，如铝制成，不过可以使用任何适当的热导体。散热器21可以包括与散热垫31和印刷电路板41上的对应薄片或槽32和42接合的薄片或槽22，以用来将电路板和散热垫固定到散热器21。

散热器21可以有其自己的电连接，以用来连接到电路板上的连接器43，或者可以有可容纳连接器43的一个或更多洞23。

散热器21可以有可选的翼片24，以用来耗散由电路板41上的LED 44A-C和电路产生的热。

[0100]可替代地，散热器可以是与浇铸插座分离的单独部件，或者带翼片的可选部件，在灯10的组装过程中可以与浇铸插座产生接触。

[0101]散热器21，散热垫31和印刷电路板41一起对应于图2-4中的“LED模块”11A和11B。

[0102]一旦散热垫31和印刷电路板41被附连到散热器21，则LED模块11可以被附连到适配器51，适配器又可以被附连到外壳20。可替代地，直角转弯适配器可以直接制造在外壳20上，这样LED模块11可以被推入到反射镜中，旋转直角转弯以将其固定在位。这些组件的组装顺序可以改变以适合具体的制造工艺。

[0103]外壳20可以是包括反射镜13的弧形多面的表面的单一部件，在其上以及相邻的平坦表面上可以可选地包括另外的反射涂层以安装并相接另外的组件。外壳20包括垂直于散热器21的圆柱轴线或纵向轴线的平坦表面，在组装时，其机械地支撑适配器51和LED模块11。

[0104]外壳20可以由任何适当材料制成，如金属，塑料或任何其它适当材料或材料的组合。

[0105]灯10还可以包括其前面上的透明盖，在图中没有显示。这个透明盖可以可选地包括一个或多个密封特征件，以保护其它组件不受元件的影响。

[0106]图6是LED模块110的另一机械设计的分解视图。

[0107]散热器(可以已知地作为外壳121)可以由热传导材料(如铝)制成。散热器121可以包括各种安装或相接表面以容纳印刷电路板141、散热垫131和密封垫圈151。

[0108]印刷电路板141和散热垫131在构造上可以与图5中的相似。该具体的示例性电路板具有四个布置成方形的LED 144A，144B，144C和144D，不过可替代地使用任何适当数量和布局的LED。电路板141可以通过电连接器143接收其电源，散热垫131和散热器121都可以具有一个或多个可容纳连接器143的洞133和123。印刷电路板141和散热垫131可以可选地具有相同的轮廓形状，在图6的示例性设计中是矩形，并且可以可选地包括一个或多个卡扣特征件，这样在组装过程中其能被卡入到散热器上。

[0109]密封垫圈151可以是圆形的，或者任何其它适当形状，可以由塑料、金属、橡胶或任何其它可形成密封的适当材料制成。

[0110]在组装时，LED在抛物面反射镜的焦平面处。LED发出的发散光被反射镜准直，反射镜反射准直光束，使其通过灯的前表面上的透明盖从灯射出。

最后，我们比较本文公开的后组合灯和几个已知的具有向侧面开口的插座的后组合灯设计，说明本文相对于这些已知设计的明显优点。

具有向侧面开口的插座的三个照明系统在例如都授予Amano、转让给Koito Manufacturing公司的美国专利6,637,923、6,814,475和6,951,414中被公开。所有这三个照明系统都包括与LED相邻的准直光束的元件，和接收准直光束并将准直光束从机动车向外反射的单独元件。

作为例子，考虑美国专利6,637,923。在该专利中，LED光源30被面朝上安装，这样其峰值光输出方向朝上。菲涅耳(Fresnel)透镜32被安装到LED光源附近，准直来自LED的光，这样菲涅耳透镜32发出的光束基本是准直的。注意在许多文献中将准直光束称作“平行光通量”。LED和菲涅耳透镜的光学轴线对齐，以便发出的准直光束基本向上行进。光束然后由反射镜24反射，反射镜将光束导向灯的前面(或同样地车辆后部)。在该专利的一些附图中，在菲涅耳透镜32和反射镜24之间有另外的“偏转透镜元件”32b，32c，它们可以改变准直光束的传播方向，使其稍微偏离向上方向。

类似结构存在于美国专利6,814,475(菲涅耳透镜32和反射镜26)，和美国专利6,951,414中(被称作“光学构件14”的透镜14和反射镜16)。

这三篇文献的照明系统的一个潜在缺点是使用两个单独元件来准直光束之后再反射光束。这些单独元件制造昂贵，对齐昂贵耗时，并且可能向光学系统中引入不必要的损失，即一些光可能被多个元件吸收，反射和/或散射出输出光束。

比较而言，本文公开的设计在LED和反射镜之间不存在这类中间光学元件。在引用文献中菲涅耳透镜的准直功能被本申请的反射镜13A和13B吸收。这与引用文献相比有明显优势，原因是去掉了文献中的组件，而被去掉组件的功能在本发明的装置中被保留。这降低了组件组装、对齐费用，降低了可能由去掉组件的反射、散射和吸收引起的光学损失。

如本文提供的本发明的描述及其应用是示例性的，不旨在限制本发明的范围。可以对本文所公开的实施例进行变型和改进，本领域技术人员学习本专利文献之后将理解各实施例的各个元件的实际替代物和等同物。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，可以对本文所公开的实施例进行这样或那样的变型以及改进。

Claims (20)

1.一种车灯(10)，其特征在于包括：

热传导模块(21，121)，其具有纵向轴线，并可沿所述纵向轴线插入到外壳(20)中；

与所述热传导模块(21，121)有机械和热接触的印刷电路板(41，141)，所述印刷电路板(41，141)基本垂直于所述纵向轴线被定位；

至少一个发光二极管(44，144)，其被安装在所述印刷电路板(41，141)上，并被所述印刷电路板(41，141)电学地控制，以基本平行于所述纵向轴线发射发散光束(12)；和

弧形多面反射镜(13)，其用于接收所述发散光束(12)，并基本垂直于所述纵向轴线反射基本准直的光束(14)；

其中所述反射镜(13)的弯曲部分准直所接收的发散光束(12)；和

其中所述反射镜(13)上的每个小面有角度地将所反射的准直光束(14)的相应一部分转向到预定的角度范围内。

2.根据权利要求1所述的车灯(10)，其特征在于进一步包括被设置在印刷电路板(41，141)和所述热传导模块(21，121)之间的散热垫(31，131)，所述散热垫(31，131)和所述印刷电路板(41，141)具有基本相同的轮廓形状。

3.根据权利要求2所述的车灯(10)，其特征在于，所述散热垫(31)和所述印刷电路板(41，141)都具有圆形轮廓形状。

4.根据权利要求3所述的车灯(10)，其特征在于，所述散热垫(131)和所述印刷电路板(41，141)都具有矩形轮廓形状。

5.根据权利要求1所述的车灯(10)，其特征在于，所述散热垫(31，131)和所述印刷电路板(41，141)都卡合到所述热传导模块(21，121)上。

6.根据权利要求1所述的车灯(10)，其特征在于，所述散热垫(31，131)包括用于容纳到所述印刷电路板(41，141)的电连接的洞(33，133)。

7.根据权利要求1所述的车灯(10)，其特征在于，所述热传导模块(21，121)由铝制成。

8.根据权利要求1所述的车灯(10)，其特征在于，所述热传导模块(21)包括在与所述印刷电路板(41，141)相对一侧的多个翼片(24)。

9.根据权利要求1所述的车灯(10)，其特征在于，所述反射镜(13)的弯曲部分包括离轴抛物面的一部分。

10.根据权利要求1所述的车灯(10)，其特征在于，所述预定角度范围在垂直方向上在+/-10度范围内，在横向方向上在+/-20度范围内。

11.根据权利要求1所述的车灯(10)，其特征在于进一步包括用于传送所述基本准直的光束(14)的透明盖(15)。

12.一种车灯(10)，其特征在于包括：

发光二极管(44，144)，其用于沿光学轴线发射发散光束(12)；

基本平坦的印刷电路板(41，141)，其用于给所述发光二极管(44，144)供电，并用于机械地安装所述发光二极管(44，144)，所述印刷电路板(41，141)基本垂直于所述光学轴线；

基本为圆柱形的模块(21，121)，其与所述电路板(41，141)有机械和热接触，所述模块(21，121)具有基本平行于所述光学轴线的圆柱轴线；

用于安装所述模块(21，121)的灯具(20)，所述模块(21，121)被安装成使所述圆柱轴线是水平的，并基本平行于所述灯具的前部；

反射镜(13)，其用于接收所述发散光束(12)，并基本垂直于所述灯具(20)的前部发射基本准直的光束(14)；和

用于传送所述基本准直的光束(14)的透明盖(15)。

13.根据权利要求12所述的车灯(10)，其特征在于进一步包括：

被设置在所述印刷电路板(41，141)和所述模块(21，121)之间的散热垫(31，131)，其用于提供所述印刷电路板(41，141)和所述模块(21，121)之间的热接触；

其中所述散热垫(31，131)和所述印刷电路板(41，141)具有相同的轮廓形状，并都被用螺纹固定或用铆钉固定到所述模块(21，121)上。

14.根据权利要求12所述的车灯(10)，其特征在于：

所述反射镜(13)包括离轴抛物面的多面部分，具有焦平面的所述反射镜(13)包括所述发光二极管(44，144)；和

所述反射镜(13)的小面有角度地将准直的反射光转向到预定角度范围内。

15.根据权利要求14所述的车灯(10)，其特征在于进一步包括在所述反射镜(13)的焦平面处的多个发光二极管(44，144)，多个发光二极管(44，144)中的每个发光二极管沿所述光学轴线使光发散，所述发散光束(12)由多个发光二极管中的所有发光二极管(44，144)发射的发散光形成。

16.根据权利要求10所述的车灯(10)，其特征在于，所述模块(21，121)通过沿所述圆柱轴线纵向地将所述模块(21，121)插入到所述灯具(20)的外侧是可更换的。

17.一种车灯(10)，其特征在于包括：

发光二极管(44，144)，其用于沿横向方向发射发散光束(12)；

反射镜(13)，其用于接收所述发散光束(12)并沿纵向方向反射基本准直的光束(14)，所述纵向方向基本垂直于所述横向方向；

透明盖(15)，其用于在所述纵向方向上传送所述基本准直的光束(14)；和

模块(21，121)，其用于机械安装，供电并热连接至所述发光二极管(44，144)；

其中所述模块(21，121)是被横向安装的，并包括：

散热器；

印刷电路板(41，141)，其用于给所述发光二极管(44，144)供电，所述电路板(41，141)是基本平坦的，并垂直于所述横向方向；和

被设置在所述印刷电路板(41，141)和所述散热器之间的散热垫(31，131)，其用于提供所述印刷电路板(41，141)和所述散热器之间的热接触和电绝缘。

18.根据权利要求17所述的车灯(10)，其特征在于：

所述反射镜(13)是多面抛物面，每个反射镜(13)的小面有角度地将反射的准直光转向到以所述纵向轴线为中心的预定角度范围内；和

所述发光二极管(44，144)被设置在所述反射镜(13)的焦平面内。

19.根据权利要求17所述的车灯(10)，其特征在于，所述散热垫(31，131)和所述印刷电路板(41，141)具有相同的轮廓形状，并被用螺纹固定或用铆钉固定到所述模块(21，121)中。

20.根据权利要求17所述的车灯(10)，其特征在于，所述模块(21，121)通过沿所述横向方向的运动是可更换的。

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