CN108474535B

CN108474535B - 具有束整形结构的光发射组件

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Publication number: CN108474535B
Application number: CN201780007586.6A
Authority: CN
Inventors: B.施平格
Original assignee: Bright Sharp Holdings Ltd
Current assignee: Bright Sharp Holdings Ltd
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2021-04-27
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: WO2018083025A1; CN108474535A; EP3374690A1; KR101982350B1; EP3374690B1; KR20180087432A; JP2019501501A; US20190017673A1; US10295136B2; JP6505326B2

Abstract

本发明描述了一种发光组件（100），其包括：·‑具有第一光发射表面（11）的发光结构（10），该第一光发射表面（11）包括一个或多个点状光源，优选为发光二极管，以从该第一光发射表面（11）发射光（L）；·‑透明束整形结构（20），其包括第二光发射表面（21）和与该第二光发射表面（21）相对的第二光接收表面（22），其中该第二光接收表面（22）布置在该第一光发射表面（11）上方一距离（D）处，优选为20‑30μm，以便在该第一光发射表面（11）和该第二光接收表面（22）之间创建气隙（30），以接收从该发光结构（10）在该束整形结构（20）的接收角度δ内发射的光（L1），以对所得到的通过该第二光发射表面（22）发射的光（L1）的束进行整形；以及·‑一个或多个透明导光元件（40），其布置在该束整形结构（20）和该发光结构（10）之间，被适当地成形以将从该第一光发射表面（11）以大于接收角度δ的出射角度ε发射的光（L2）的至少一部分朝向该束整形结构（20）折射。本发明还描述了包括该发光组件（100）的车辆灯组件（200）或车辆前灯组件（300）。

Description

具有束整形结构的光发射组件

技术领域

本发明涉及一种具有束整形结构的光发射组件，其具有增加的光提取。本发明还涉及一种包括该光发射组件的车辆灯组件，尤其涉及一种车辆前灯组件。

背景技术

光源可以包括发光二极管（LED）或其他点状光源。LED的小尺寸使得能够定制可以借助于包括光准直结构以便对所得到的光束进行整形的发光组件而提供的光图案。对于汽车自适应驱动束（ADB）系统或矩阵前照灯，通常使用准直器和光源之间具有气隙的这种预准直光学器件。这种光学系统的效率强烈地取决于准直器和光源之间的距离。将期望获得更高效的发光组件，以更可预测的发射颜色提供更高的亮度。

US 8 328 403 B1公开了一种导光照明设备和系统，其包括光源、光重定向平板、气隙和导光组件。US 5 396 350 A公开了一种背光照明装置，其包括光源和平板波导。在平板波导的入光面处提供了微棱镜的阵列。 DE 10 2014 200369 A1公开了一种在入光面处具有微型光学器件的阵列的导光件。

发明内容

本发明的一目的是提供具有更高亮度和更可预测的发射颜色的更高效的发射组件。发光组件旨在通过并入附加的光学元件来提供更高的亮度和更可预测的发射颜色，该附加的光学元件适合于对以在没有附加的光学元件的情况下将太大而不能进入束整形结构的出射角度发射的光的至少一部分进行整形。此附加的光学元件还在束整形结构和光源之间建立被限定的距离，提供所发射的光的恒定且可预测的颜色。

本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利的实施例。

根据第一方面，提供了一种发光组件。发光组件包括：

- 具有第一光发射表面的发光结构，该第一光发射表面包括一个或多个点状光源，优选为发光二极管，以从第一光发射表面发射光；

- 透明束整形结构，其包括第二光发射表面和与第二光发射表面相对的第二光接收表面，其中第二光接收表面布置在第一光发射表面上方一距离处，以便在第一光发射表面和第二光接收表面之间创建气隙，以接收从发光结构在束整形结构的接收角度δ内发射的光，以对所得到的通过第二光发射表面发射的光的束进行整形；以及

- 一个或多个透明导光元件，其布置在束整形结构和发光结构之间，被适当地成形以将从第一光发射表面以大于接收角度δ的出射角度ε发射的光的至少一部分朝向束整形结构折射。

发光结构的点状光源表示具有小的光发射面积（或体积）并且具有提供基本上非定向光发射的宽发射锥的任何光源。这种点状光源可以是LED或半导体激光器，例如量子阱或量子点。发光结构可以包括单个点状光源（例如LED），或点状光源的阵列（例如LED阵列）。在发光组件仅具有一个点状光源的情况下，束整形结构被布置成对此单个点状光源的光的束进行整形。在点状光源的阵列朝向束整形结构发射光的情况下，此结构被布置成对从此点状光源的阵列发射的光进行整形。在点状光源的阵列的情况下，这些光源可以布置在各个点状光源之间等于或小于3mm的横向距离中。在其他实施例中，发光组件的横向阵列也可以在形成灯组件的各个发光组件之间以等于或小于3mm的横向距离布置。

束整形结构与发光结构接触、之间没有气隙引起两个不利的影响：首先，从发光结构到束整形结构中的光的增加的提取导致从束整形元件发射的所得到的光谱的不期望的蓝色偏移。为了补偿这种色移，在制造期间引起附加影响的附加措施必须并入组件设计中。此外，在多个所生产的发光组件内色移不一致。其次，所提取的光束的显著部分将通过束整形结构的侧壁离开束整形结构而丢失，导致这种没有气隙的发光组件的减少的亮度。

与根据现有技术的非气隙组件相反，在束整形结构和发光结构之间没有导光元件的设备由于热膨胀而遭受对齐公差或变化的距离，需要大约200μm的较大气隙，以便避免束整形结构以其整个光接收表面接触发光结构的表面。由于经由气隙的光损失，大的气隙尺寸限制了发光组件的亮度。

与这种现有技术的设备相比，根据本发明的发光组件能够在发光结构和束整形结构之间提供显著小于200μm、优选地小于100μm、更优选地仅20-30μm的非常小的气隙（由于束整形结构具有到由导光元件的尺寸限定的发光结构的最小距离）。此外，由于气隙而丢失的光的显著部分将被导光元件折射到束整形结构中。利用适当地成形的导光元件，也可能将此部分光添加到通过第二光发射表面发射的光。利用根据本发明的发光组件，可以实现15-20%的亮度的增加。在一实施例中，束整形结构可以被应用为准直结构以便通过第二光发射表面发射经准直的光。

发光组件可以被提供成使得至少一个导光元件包括与束整形结构的第二光接收表面接触的第三光发射表面以及与发光结构的第一光发射表面接触的接触表面。即使在苛刻的操作条件（例如对于车辆前灯应用工作温度高达170℃的苛刻的操作条件）下，导光元件在一侧上与束整形结构之间以及在另一侧上与发光结构之间的机械接触也限定了具有恒定厚度的稳固气隙。在此，接触不应损坏发光结构。在第一光发射表面上使用稳固的磷光体或通过涂覆光源和/或第一光发射表面，这可以被实现。并且，导光元件的材料可以适配成不损坏发光结构。硅树脂是有利的透明材料的示例，其提供与所接触表面的柔软材料接触，并且即使在这种高温下也是稳定的，其还可以用作束整形结构的材料。在其他情况下，玻璃、PC或PMMA也可以用作导光元件和/或束整形结构。

导光元件和束整形结构可以被提供为一体式元件，这使得发光组件的组装更容易。

发光组件可以被提供成使得第三光发射表面具有比接触表面更大的尺寸，并且导光元件还包括朝向气隙的、连接第三光发射表面和接触表面的第三光接收表面。在这种情况下，作为导光元件的侧面、面向气隙的第三光接收表面有利地与以一定角度指向第一光发射表面的表面对齐，以将经由侧面进入导光元件的光束朝向垂直于第一光发射表面的方向折射，导致以适合于由束整形结构进行光整形的角度进入束整形结构的光的量增加。第三光接收表面与第一光发射表面的排列的一定角度由第三光发射表面和接触表面的尺寸的比率确定。

发光组件可以布置成使得第三光发射表面和接触表面平行排列。这使得发光组件的光学部件的组装和排列更容易并且提供在整个第一光发射表面上具有恒定间隙厚度的气隙。

发光组件可以布置成使得导光元件具有锥形形状，其中在第三光接收表面和第三光发射表面之间建立角度α。锥形形状为导光元件提供被限定的几何特性，以将具有大的提取角度的光束从第一光发射表面折射到束整形结构中，以便避免发光组件的光损失。

发光组件可以布置成使得束整形结构也具有锥形形状，其具有在第二光接收表面与第二光发射表面之间的侧面，其中在垂直于第二光接收表面的方向和侧面之间建立角度β。束整形结构的侧面相对于第二光发射和光接收表面的排列还确定了从束整形结构发射的所发射光的量。

在此，发光组件可以布置成使得第二光接收表面和第二光发射表面彼此平行布置。

发光组件可以布置成使得角度α加arcsine（sin（90-α）/ n₂）小于角度β与接收角度δ的总和，其中n₂是导光元件材料的折射率。在这种情况下，由导光元件折射到束整形结构中的所有光将从束整形结构发射。避免了经由侧面的损失。接收角度表示连接第一光发射表面的几何中心和光接收表面的外边缘的线与通过第一光发射表面的几何中心垂直于第一光发射表面的另一条线之间的角度。

发光组件可以布置成使得至少导光元件由PMMA、PC或玻璃制成，更优选地，至少导光元件由硅树脂制成。例如PMMA的接收角度δ是47.9°，例如硅树脂的接收角度δ是44.8°。相对于接收角度， PMMA、PC和玻璃良好地适合。然而，PMMA和PC的温度稳定性不如硅树脂那样高。与也提供高温稳定性的玻璃相比，硅树脂是更柔软的材料，其优选地适合与发光结构的第一发光表面接触。

发光组件可以布置成使得发光组件包括多个导光元件，该多个导光元件适当地分布在第一光发射表面和第二光接收表面之间，以便提供束整形结构在组件内的稳定位置。多个导光元件可以围绕第一光发射表面的几何中心布置，或者也可以覆盖此几何中心。由多个导光元件提供的稳定位置导致更机械稳固的发光组件。

发光组件可以布置成使得至少一些导光元件布置成至少在位于第一光发射表面的几何中心和投影到第一光发射表面上的第二光接收表面的边缘之间的距离的一半的位置处覆盖第一光发射表面。在此，与导光元件的其他位置相比，束整形结构的非常稳定的位置与朝向束整形结构的光束的更有效的折射相组合。

发光组件可以布置成使得发光组件仅包括布置在第一光发射表面上的位置处的、覆盖第一光发射表面的几何中心的一个导光元件。一个导光元件使得该构造更容易。在此，接触表面和第三光发射表面应该被设计成具有适当的尺寸和排列，以便提供具有增加的亮度的稳固的发光组件。

发光组件可以布置成使得与导光元件的接触表面接触的第一光发射表面包括机械稳固的磷光体或涂覆硅树脂的磷光体。在这种情况下，导光元件可以包括较小的接触表面和/或可以使用更多的导光元件和/或导光元件可以由更坚硬的材料构成而不会损坏第一光发射表面和/或发光结构的点状光源。

车辆灯组件可以包括根据上述任何实施例的至少一个发光组件。

车辆灯组件例如可以用作车辆前灯组件，或者可以用于日间行车灯（DRL）、尾灯、停车灯或转向灯。

应该理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任意组合。

下面限定了其他有利的实施例。

附图说明

本发明的这些和其他方面根据下文描述的实施例将是明显的，并且将参照下文描述的实施例进行阐述。

现在将参照附图基于实施例以示例的方式描述本发明。

在附图中：

图1示出了根据现有技术的发光组件的主要草图，其中束整形结构和光源直接接触。

图2示出了根据现有技术的发光组件的主要草图，其具有在束整形结构与光源之间的气隙。

图3示出了根据本发明的发光组件的实施例的主要草图，其具有（a）从发光结构的中心和（b）从发光结构的中心外部发射的光。

图4示出了根据本发明的发光组件的其他实施例的主要草图。

图5示出了由本发明的导光元件限定的角度α和由本发明的束整形结构限定的角度β的主要草图。

图6示出了根据本发明的车辆灯组件或车辆前灯组件的实施例的主要草图。

在图中，相似的数字始终指相似的对象。图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

现在将借助于图而描述本发明的各种实施例。

图1示出了根据现有技术的发光组件1，其包括具有第一光发射表面11的发光结构10，第一光发射表面11包括一个或多个点状光源，优选为发光二极管，以从第一光发射表面11发射光L到与发光结构10的第一光发射表面11直接接触的透明束整形结构20，该透明束整形结构20包括第二光发射表面21和与第二光发射表面21相对的第二光接收表面22。此组件增强了从发光结构10到束整形结构20的光的提取。然而，所接收的、从发光结构10发射的光L2的一部分将通过束整形结构的侧面离开束整形结构20。因此，从束整形结构发射的光的亮度L1减少了大约经由侧面丢失的光L2的量。此外，与从发光结构10最初发射的光相比，光L1示出不期望的蓝移。

图2示出了根据现有技术的发光组件1'，其包括具有第一光发射表面11的发光结构10，第一光发射表面11包括一个或多个点状光源，优选为发光二极管，以从第一光发射表面11发射光L到包括第二光发射表面21和与第二光发射表面21相对的第二光接收表面22的透明束整形结构20，其中第二光接收表面22布置在第一光发射表面11上方距离D（通常为200μm）处，以便在第一光发射表面11和第二光接收表面22之间创建气隙30，以接收从发光结构10在束整形结构20的接收角度δ内发射的、待通过第二光发射表面22发射的光L1。大的气隙导致从第一光发射表面11以大于接收角度δ的出射角度ε发射的光L2的损失。因此，这种发光组件的亮度仍然低于所期望的。

图3示出了根据本发明的发光组件100的实施例的主要草图，其具有（a）从发光结构10的中心和（b）从发光结构10的中心外部发射的光。发光组件100包括具有第一光发射表面11的发光结构10，第一光发射表面11包括一个或多个点状光源，优选为发光二极管，以从第一光发射表面11发射光L。发光组件还包括透明束整形结构20，其包括第二光发射表面21和与第二光发射表面21相对的第二光接收表面22，其中第二光接收表面22布置在第一光发射表面11上方距离D处，以便在第一光发射表面11和第二光接收表面22之间创建气隙30，以接收从发光结构10在束整形结构20的接收角度δ内发射的光L1，以对所得到的待通过第二光发射表面22发射的光L1的束进行整形。为了提供被限定且稳固的气隙，并且为了将具有大于接收角度δ的出射角度ε的光的一部分折射到束整形结构20中，发光组件100还包括布置在束整形结构20和发光结构10之间的一个或多个透明导光元件40，其被适当地成形以将从第一光发射表面11以大于接收角度δ的出射角度ε发射的光L2的至少一部分朝向束整形结构20折射。导光元件40适于还将这部分L2添加到通过第二光发射表面22发射的光L。利用此实施例，色移的影响被最小化。

在此，导光元件40包括与束整形结构20的第二光接收表面22接触的第三光发射表面41和与发光结构10的第一光发射表面11接触的接触表面42，其中第三光发射表面41具有比接触表面42更大的尺寸，提供了朝向气隙30、连接第三光发射表面41与接触表面42、限定导光元件40的锥形形状的第三光接收表面43。第三光发射表面41和接触表面42以及第二光接收表面22和第二光发射表面21彼此平行地布置。

图4示出了根据本发明的发光组件的其他实施例的主要草图。发光组件100可以包括适当地分布在第一光发射表面11和第二光接收表面22之间的多个导光元件40，以便提供如图4a和图4c中所示的束整形结构20相对于发光结构10的稳定位置。在图4a中，发光组件100包括两个锥形的导光元件40，其布置在束整形结构20和发光结构10之间，布置在位于第一光发射表面11的几何中心14和投影到第一光发射表面11上的第二光接收表面22的边缘25之间的距离的一半的位置处。在图4c中，发光组件100包括三个球形的导光元件40，其布置在束整形结构20和发光结构10之间，其中导光元件40中的两个布置在位于第一光发射表面11的几何中心14和投影到第一光发射表面11上的第二光接收表面22的边缘25之间的距离的一半的位置处，而导光元件40覆盖第一光发射表面11的几何中心。导光元件40的位置可以适用于偏离此处所示的实施例的其他应用。

在图4b中，发光组件100仅包括一个导光元件40，其布置在第一光发射表面11上覆盖第一光发射表面11的几何中心14的位置处。

在这些实施例和图3的实施例中，与导光元件40的接触表面42接触的第一光发射表面11可以包括机械稳固的磷光体或涂覆硅树脂的磷光体，以便保护第一光发射表面11。

在这些实施例和图3的实施例中，导光元件40和/或束整形结构20可以由PMMA、PC或玻璃制成。优选地，导光元件40和/或束整形结构20由硅树脂制成。更优选地，导光元件40和/或束整形结构20被制成为一体式元件。

图5示出了发光组件100的导光元件40和束整形结构20。为了易于理解，在此未示出发光结构10。导光元件40具有锥形形状，其中在第三光接收表面43和平行于束整形结构20的第二光接收表面22的第三光发射表面41之间建立角度α，束整形结构20也具有锥形形状，其具有在第二光接收表面22与第二光发射表面21之间的侧面23，其中在垂直于第二光接收表面22的方向24与侧面23之间建立角度β，其中第二光接收表面22和第二光发射表面21彼此平行地布置。为了优化发光组件100的亮度，角度α被调整为小于角度β和接收角度δ（参见图3）的总和。

图6示出了根据本发明的车辆灯组件或车辆前灯组件的实施例的主要草图。车辆灯组件200包括根据本发明的发光组件100中的至少一个。车辆灯组件200可以被布置为车辆前灯组件300。

虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述要被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的。

通过阅读本公开内容，其他修改对于本领域技术人员将是明显的。这样的修改可以涉及本领域已知的其他特征，以及可以代替或者附加于本文已经描述的特征来使用的其他特征。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一（a或an）”不排除多个元件或步骤。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能被有利使用。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制其范围。

附图标记列表：

1,1' 根据现有技术的发光组件

10 发光结构

11 发光结构的第一光发射表面

14 第一光发射表面的几何中心

20 束整形结构

21 束整形结构的第二光发射表面

22 束整形结构的第二光接收表面

23 束整形结构的侧面

24 垂直于第二光接收表面的方向

25 第二光接收结构的边缘

30 气隙

40 导光元件

41 导光元件的第三光发射表面

42 导光元件的接触表面

43 导光元件的第三光接收表面

100 根据本的发光组件

200 根据本的车辆灯组件

300 根据本的车辆前灯组件

D 第一光发射表面和第二光接收表面之间的距离

L 所发射的光

L1 以出射角度<接收角度发射的光

L2 以出射角度>接收角度发射的光

α 第三光接收表面和第三光发射表面之间的角度

β 垂直于第二光接收表面的方向与侧面之间的角度

δ 接收角度

ε 出射角度。

Claims

1.一种发光组件（100），包括：

- 具有第一光发射表面（11）的发光结构（10），所述第一光发射表面（11）包括一个或多个点状光源，以从所述第一光发射表面（11）发射光（L）；

- 透明束整形结构（20），其包括第二光发射表面（21）和与所述第二光发射表面（21）相对的第二光接收表面（22），其中所述第二光接收表面（22）布置在所述第一光发射表面（11）上方一距离（D）处，以便在所述第一光发射表面（11）和所述第二光接收表面（22）之间创建气隙（30），以接收从所述发光结构（10）在所述束整形结构（20）的接收角度δ内发射的光（L1），以对所得到的通过所述第二光发射表面（21 ）发射的光（L1）的束进行整形；以及

- 一个或多个透明导光元件（40），其布置在所述束整形结构（20）和所述发光结构（10）之间，被适当地成形以将从所述第一光发射表面（11）以大于接收角度δ的出射角度ε发射的光（L2）的至少一部分朝向所述束整形结构（20）折射，

其中至少一个导光元件（40）包括与所述束整形结构（20）的所述第二光接收表面（22）接触的第三光发射表面（41）、与所述发光结构（10）的所述第一光发射表面（11）接触的接触表面（42），以及朝向所述气隙（30）、连接所述第三光发射表面（41）和所述接触表面（42）的第三光接收表面（43）；

其中，所述至少一个导光元件（40）具有锥形形状，其中所述第三光发射表面（41）具有比所述接触表面（42）更大的尺寸，并且具有在所述第三光接收表面（43）与所述第三光发射表面（41）之间建立的角度α；并且

其中所述束整形结构（20）也具有锥形形状，其具有在第二光接收表面（22）与所述第二光发射表面（21）之间的侧面（23），并且在垂直于所述第二光接收表面（22）的方向（24）与所述侧面（23）之间建立角度β。

2.根据权利要求1所述的发光组件（100），其中所述一个或多个点状光源为发光二极管。

3.根据权利要求1所述的发光组件（100），其中所述距离（D）为20-30μm。

4.根据权利要求1所述的发光组件（100），其中所述导光元件（40）和所述束整形结构（20）被制成为一体式元件。

5.根据权利要求1所述的发光组件（100），其中所述第三光发射表面（41）和所述接触表面（42）平行排列。

6.根据权利要求1所述的发光组件（100），其中所述第二光接收表面（22）和所述第二光发射表面（21）彼此平行布置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的发光组件（100），其中所述角度α加arcsin（sin（90-α）/ n2）小于所述角度β与所述接收角度δ的总和，其中n₂作为所述导光元件材料的折射率。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的发光组件（100），其中至少所述导光元件（40）由PMMA、PC或玻璃制成。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的发光组件（100），其中至少所述导光元件（40）由硅树脂制成。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的发光组件（100），其中所述发光组件（100）包括多个导光元件（40），其适当地分布在所述第一光发射表面（11）和所述第二光接收表面（22）之间，以便提供所述束整形结构（20）的稳定位置。

11.根据权利要求10所述的发光组件（100），其中至少一些所述导光元件（40）布置成至少在位于所述第一光发射表面（11）的几何中心（14）和投影到所述第一光发射表面（11）上的所述第二光接收表面（22）的边缘（25）之间的距离的一半的位置处覆盖所述第一光发射表面（11）。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的发光组件（100），其中所述发光组件（100）仅包括布置在所述第一光发射表面（11）上的位置处的、覆盖所述第一光发射表面（11）的几何中心（14）的一个导光元件（40）。

13.根据权利要求1-6中任一项所述的发光组件（100），其中所述发光结构（10）的、与所述接触表面（42）接触的所述第一光发射表面（11）包括机械稳固的磷光体或涂覆硅树脂的磷光体。

14.一种车辆灯组件（200），包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的发光组件（100）。

15.根据权利要求14所述的车辆灯组件（200），其被布置为车辆前灯组件（300）。