CN101994966A - Led汽车尾灯组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适合用于组成汽车照明系统的LED灯和由多个所述LED灯组成的汽车尾灯组。该LED灯包括高功率的朗伯LED和全内反射准直透镜。本发明中开发了新的TIR准直透镜，用于通过配光板收集从LED光源发出的光，再对光进行再分配形成满足ECE要求的光带。

Description

LED汽车尾灯组

技术领域

本发明涉及一种用于汽车尾灯组的LED灯。

背景技术

传统的汽车尾灯使用卤素灯光源。随着过去十年间LED光通量的快速稳定增长，LED由于其具有的耐用性、可靠性、长使用寿命、更快的反应时间、低能耗、紧凑的结构尺寸、固有的红白黄色可用性、更大的设计灵活度提供的不同设计选项，现在广泛应用于汽车照明系统中。然而，由于其光通量输出相对较低，因此LED的使用仍然面临挑战。

目前的市场上，LED汽车尾灯几乎不能形成光带，只是几个LED装配在一起。这根本不能有达到最大效率。

本发明的目的即在于克服现有技术中存在的不足和问题。

发明内容

本发明涉及一种适合用于组成汽车照明系统的LED灯，包括高功率的朗伯(Lambertian)LED和全内反射(Total Internal Refraction，简称TIR)准直透镜。本发明中开发了新的TIR准直透镜，用于通过配光板收集从LED光源发出的光，再对光进行再分配形成满足ECE要求的光带。

通过下面的实施例说明、未决的权利要求和附图，本发明中涉及到的装置和方法的各个特征、方面及优点将会容易理解。

接下来对特定具体实施例的描述只是在本质上具有代表性，不对本发明及其申请、应用造成任何的限制。在这里用到的“朗伯LED”是指遵守Lambert余弦定律的发光二极管，Lambert余弦定律是说辐射强度随观察者的视线和曲面法线之间的夹角Θ的余弦而变。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1a是根据本发明的实施例的LED灯的侧视图；

图1b是根据本发明的实施例的LED灯的正视图；

图2a是根据本发明的LED灯在使用时的三维侧视图；

图2b是根据本发明的LED灯在使用时的三维透视图；

图3a是根据本发明的实施例的由三个LED灯组成的灯系统的示意图；

图3b是根据本发明的实施例的由三个LED灯组成的灯系统的示意图；

图4a是根据本发明的三个LED灯组成的灯系统在向一定距离外发射光线的示意图；

图4b是根据本发明的三个LED灯组成的灯系统在向一定距离外发射光线的示意图；

图5a是根据本发明的另一实施例的在汽车照明系统中使用的灯系统的示意图；

图5b是根据本发明的另一实施例的在汽车照明系统中使用的灯系统的示意图；

图6a是根据本发明的刹车灯或停车灯为一定的距离提供光照明的示意图；

图6b是根据本发明的刹车灯或停车灯为一定的距离提供光照明的示意图；

图6c是根据本发明的刹车灯或停车灯为一定的距离提供光照明的示意图；

图7是根据本发明的散射花纹；

图8是根据本发明的折射花纹；

图9是具有本发明的LED系统的汽车照明系统的实施例；

图10是本发明的汽车照明系统的分解结构图；

图11a是根据本发明的灯系统的示意图；

图11b是根据本发明的灯系统的示意图；

图12a是对由本发明的灯系统和灯制成的刹车灯和停车灯的实际测试图；

图12b是对由本发明的灯系统和灯制成的刹车灯和停车灯的实际测试图；

图12c是对由本发明的灯系统和灯制成的刹车灯和停车灯的实际测试图；

图13a是对由本发明的灯系统和灯制成的倒车灯的实际测试图；

图13b是对由本发明的灯系统和灯制成的倒车灯的实际测试图；

图13c是对由本发明的灯系统和灯制成的倒车灯的实际测试图；

图13d是对由本发明的灯系统和灯制成的倒车灯的实际测试图；

图14a是对由本发明的灯系统和灯制成的转向灯的实际测试图；

图14b是对由本发明的灯系统和灯制成的转向灯的实际测试图；

图14c是对由本发明的灯系统和灯制成的转向灯的实际测试图；

图14d是对由本发明的灯系统和灯制成的倒车灯的实际测试图。

具体实施方式

下面根据附图进行说明。

附图1是本发明用于汽车照明系统的LED灯101的实施例。该LED灯101包括LED容纳单元102和具有前面103和后面105的TIR透镜104。图1a是LED灯101的侧视图。TIR透镜包括TIR外表面和受控非球面准直透镜。TIR透镜可设计成具有两个相连镜像侧的TIR透镜，其中每一侧具有连接向上的斜面的凸顶，斜面逐渐平坦形成唇缘。该唇缘的底部连接向下的斜面。此斜面连接垂直面，进而连接到水平凸面。LED容纳单元102位于TIR透镜的下面。通过这样的设计，从LED容纳单元102中的LED发出的光传送到一定的距离“F”106。所以，LED发出的光通过表面“A”105和表面“B”103传输，且是平行的。

图1b是根据本发明的实施例的LED灯的正视图。如图1b所示，LED灯101全反射透镜是六边形。所述全内反射透镜由聚碳酸酯、PMMA或其他光学级材料制成。

图2是在使用中的本发明的LED灯的三维视图。也就是，光正在从灯中射出。图2a是一个侧视图，图2b是透视图。

图3a和3b是根据本发明的实施例的照明系统的示意图，该照明系统包括3个LED灯301。这个实施例在汽车照明系统中是有用的，特别是对倒车灯和转向灯。

图4a和4b是根据本发明的三个LED灯组成的灯系统在向一定距离外发射光线的示意图。

图5a和5b是根据本发明的另一实施例的在汽车照明系统中使用的灯系统的示意图。在这个灯系统中用到了7个LED灯，其适用于刹车灯和停车灯。

图6a-6c是根据本发明的刹车灯或停车灯为一定的距离提供光照明的示意图。

透镜置于LED灯系统的上面，从而影响从LED灯系统发出的光的反射和散射。透镜可具有多种设计，如具有折射和/或散射花纹。如U.S.6818276中公开的设计，均可在本申请中使用，本申请参考其全部内容并将其结合于本申请中

本发明的LED灯系统发出的光的散射如下：

$\sin {\mathrm{\α}}_1=\frac{1}{n}\sin \mathrm{\α}$

β＝α₁+α₂，α₂＝β-α₁

nsin(β-α₁)＝sinβ

n(sinβcosα₁-cosβsinα₁)＝sinβ

$\cos {\mathrm{\α}}_1=\frac{1}{n}\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}$

$n(\sin \mathrm{\β}\·\frac{1}{n}\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}-\cos \mathrm{\β}\·\frac{1}{n}\sin \mathrm{\α})=\sin \mathrm{\β}$

$\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}=\mathrm{ctg\β}\·\sin \mathrm{\α}=1$

$\mathrm{ctg\β}=\frac{\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}-1}{\sin \mathrm{\α}}=2\frac{\sqrt{R^2-{\left(\frac{L}{2}\right)}^2}}{L}$

$R=\frac{L\·\sqrt{n^2-2\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}+1}}{2\sin \mathrm{\α}}$

其中，α代表第一入射角，α₁代表第一出射角，α₂代表第二入射角，β代表第二出射角，n代表物质的折射率(空气的折射率为1)。

图7绘制了根据本发明的一种散射花纹。

本发明的LED灯系统发出的光的折射如下：

nsinα₂＝sinα

α₁＝β-α₂，sinβ＝nsin(β-α₂)，sinβ＝n(sinβcosα₂-cosβsinα₂)

ncosα₂-nctgβsinα₂＝1

$\mathrm{ctg\β}=\frac{\cos {\mathrm{\α}}_2-\frac{1}{n}}{\sin {\mathrm{\α}}_2}$

$\mathrm{ctg\β}=\frac{\sqrt{1-\frac{1}{n^2}{\sin }^2\mathrm{\α}}-\frac{1}{n}}{\frac{1}{n}\sin \mathrm{\α}}=\frac{\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}-1}{\sin \mathrm{\α}}=\frac{L}{H}$

$H=\frac{L\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}-1}$

其中，α代表第一入射角，α₁代表第一出射角，α₂代表第二入射角，β代表第二出射角，n代表物质的折射率(空气的折射率为1)。图8绘制了本发明的一种折射花纹。

图9是具有本发明的LED系统的汽车照明系统900的实施例。照明系统900包括刹车灯901、停车灯903、转向灯905和倒车灯907。

图10是本发明的汽车照明系统1000的分解结构图，其中LED灯系统1001与照明系统壳体1003的隔间1002适配。

图11a和11b示出了本发明的LED灯系统1100，包括根据本发明制造的多个LED灯1103和用于散射、反射或散射并发射的LED发出的光的透镜1101。在这个具体实施例中，采用了7个LED灯。

3或7个LED灯并不是汽车尾灯组的唯一选择，只是众多组合中的一种。4、5、8或9个LED灯也能实现来满足汽车尾灯组的需要。本发明并不限于用于组成汽车尾灯组的灯的具体个数。

对汽车照明系统中的几种LED灯系统进行试验，结果如下述。

图12a-12c展示了本发明的LED灯和LED灯系统组成的汽车刹车灯和停车灯测试图。表1给出了测试结果并显示它们如何达到ECE的要求。

表1

图13a-13d展示了本发明的LED灯和LED灯系统组成的汽车倒车灯的实际测试图。表2给出了测试结果并显示它们如何达到ECE的要求。

表2

图14a-14d展示了本发明的LED灯和LED灯系统组成的汽车转向灯的实际测试图。表3给出了测试结果并显示它们如何达到ECE的要求。

表3

上面结合附图对本发明系统的实施例做了说明，应当理解的是本发明系统并不正好限于这些实施例，在此本领域的普通技术人员在不背离在未决的权利要求中限定的范围和精神的前提下，对其作出的各种改变和修改都是落入本发明的保护范围。

为了解释未决的权利要求，可作如下理解：

a)“包括”一词并不排除未列在给出的权利要求中出现其它的元件或动作

b)位于某元件之前的“一”或“一个”并不排除存在多个所述元件；

c)除特别声明外，任何公开的装置或部分，均可以是组合在一起或是进一步分成几部分；

d)特别声明外，并非所有的动作或步骤都需要按照特定的顺序。

Claims (7)

1.一种用于汽车尾灯组的LED灯，其特征在于，包括：

全内反射透镜，具有两个相连镜像侧，其中每一侧具有连接向上的斜面的凸顶，所述向上的斜面逐渐平坦形成唇缘；所述唇缘的底部连接向下的斜面；所述向下的斜面连接垂直面，进而连接到水平凸面；

以及容纳有LED的LED容纳单元；所述LED容纳单元位于所述全内反射透镜的下方。

2.根据权利要求1所述的用于汽车尾灯组的LED灯，其特征在于，所述LED是发白光、红光、黄光或橘黄色光的朗伯LED。

3.根据权利要求1所述的用于汽车尾灯组的LED灯，其特征在于，所述全反射透镜为六边形。

4.一种汽车尾灯组，其特征在于，包括：

多个LED灯，每个LED灯包括全内反射透镜和容纳LED的LED容纳单元，具有两个相连镜像侧，其中每一侧具有连接向上的斜面的凸顶，所述向上的斜面逐渐平坦形成唇缘；所述唇缘的底部连接向下的斜面；所述向下的斜面连接垂直面，进而连接到水平凸面。

5.根据权利要求4所述的汽车尾灯组，其特征在于，所述汽车尾灯组包括刹车灯、停车灯、转向灯和倒车灯中的至少一个。

6.根据权利要求4所述的汽车尾灯组，其特征在于，所述全内反射透镜由聚碳酸酯或PMMA制成。

7.根据权利要求4所述的汽车尾灯组，其特征在于，所述全反射透镜为六边形。

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