CN110073490A - Led的对准布置 - Google Patents

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Abstract

一种照明布置（10），包括在载体表面（14）上彼此相邻地布置的至少第一和第二LED照明元件（12）。间隔元件（20a、20b、22a、22b）至少在其与第二LED照明元件（12）接触的部分中具有小于第一LED照明元件（12）的宽度的20%的宽度。第一LED照明元件（12）包括向平行于载体表面（14）的方向突出的间隔元件（20a、20b、22a、22b）。第二LED照明元件（12）被布置成与间隔元件（20a、20b、22a、22b）接触，使得其被布置成相对于第一LED照明元件对准，并且使得第一和第二LED照明元件（12）被相距一定距离布置，从而在第一和第二LED照明元件（12）之间形成间隙。

Description

LED的对准布置
技术领域
本发明涉及一种照明布置和一种制造该照明布置的方法。更具体地，本发明涉及用于在载体表面上彼此相邻地布置的多个LED照明元件的照明布置和制造方法。
背景技术
一些照明应用需要相对于彼此处于限定布置的多个LED。特别地，可能期望将LED在具有限定距离的情况下彼此相邻地布置成线或矩阵布置。
在汽车前照明中，多个LED可以彼此相邻地布置，以获得具有期望形状和高光通量的光源。另外，可以通过LED的矩阵布置来实现ADB（自适应驱动光束）功能，从而允许选择性地打开或关闭所发射的照明光束中的部分。
EP 2677232 A1描述了一种用于车辆的发光模块和照明装置。该模块设置有安装在基板上并布置成矩阵的半导体发光元件。可以提供荧光物质作为板状构件。提供遮光部分来围绕半导体发光元件的各个发光表面的周边，以防止漏光。
WO 2009/143802 A1公开了彼此并排布置的半导体组件。每个组件在操作期间发射电磁初级辐射，并且包括具有辐射入射区域、辐射出射区域和连接辐射入射区域和辐射出射区域的侧区域的波长转换元件。在侧区域上布置非透明材料。
在WO 2006/138465 A2中公开了具有反射电极和侧电极的发光二极管。发光二极管包括第一掺杂半导体层、有源区和第二掺杂半导体层。反射电极连接到第一掺杂半导体层的边表面。第二反射电极包括光学透明层并连接到第二掺杂半导体层。
EP 1930947 A1描述了一种背光组件，其包括多个块，每个块包括多个发光二极管。相邻块的侧彼此匹配。
JP 2009176899描述了一种光源。具有发光表面的主体具有近似四角形板的形状。侧面中的凸出部分和凹陷部分设置有输入和输出端子，以电连接发光主体元件。凹陷部分和凸出部分可彼此匹配。
发明内容
可以认为目的是提供一种照明布置、车辆头灯和允许容易地实现多个LED的期望的相对布置的制造方法。
这通过根据权利要求1的照明布置、根据权利要求14的车辆头灯和根据权利要求15的方法解决。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。
根据本发明，至少第一和第二LED照明元件在载体表面上彼此相邻地布置。如技术人员将理解的，这里使用只有两个LED照明元件的布置来说明本发明的一般概念，但在实践中，优选地在载体表面上布置多于两个LED照明元件，诸如例如三个、四个或更多个。如下面将进一步解释的，可以形成两个或更多个LED照明元件的不同布置，例如，作为x或y方向上的线或者作为x和y两个方向上的矩阵。
术语“LED照明元件”在此涉及任何固态照明元件或者包括多于一个这种固态照明元件的元件。虽然这包括诸如激光二极管和OLED的LED照明元件，但是目前优选的LED照明元件类型是包括一个或多个掺杂半导体元件的发光二极管。将结合本发明的优选实施例讨论包括发光颜色转换器的特别优选的LED照明元件类型。
其上布置有LED照明元件的载体表面可以是例如用于电路的电路板。虽然表面可以是平表面，但这不是必需的。
根据本发明，至少第一LED照明元件包括至少一个间隔元件。如下面将进一步讨论的，两个LED照明元件可以优选地具有相同的形状。此外，优选在每个LED照明元件上提供多于一个间隔元件。间隔元件的至少一部分向侧方向突出，即至少基本上与载体表面平行。因此，对于在载体表面上彼此相邻地布置的第一和第二LED照明元件，第一LED照明元件的间隔元件朝向第二LED照明元件延伸。
将第二LED照明元件布置成与间隔元件接触，使得其相对于第一LED照明元件对准，即在其限定的相对位置处，使得第一和第二LED照明元件被彼此相距一定距离布置，并且在第一和第二LED照明元件之间形成间隙。
将间隔元件布置成在形成的间隙上方延伸。它可以附接到第一LED照明元件。因此，间隔元件在间隙上机械地连接第一和第二LED照明元件，从而确保限定的布置和间隙宽度。间隔元件可以由具有至少一些稳定性的任何合适的材料制成，以至少在照明布置的制造期间将LED照明元件保持相距一定距离。间隔元件的可能材料可以包括塑料、硅树脂、玻璃或陶瓷材料。间隔元件可以是不透明材料的，以避免光学串扰。在一些实施例中，间隔元件可以是附接到第一LED照明元件的单独主体，并且可以由与LED照明元件的材料不同的材料组成。在其他实施例中，间隔件可以与第一LED照明元件的至少一部分一体地形成。特别地，第一LED照明元件的光学有效部分，即发射光的部分，可以包括与其一体形成的一个或多个间隔元件。
提供具有间隔元件的LED照明元件极大地便利于紧密靠近的LED照明元件的布置。虽然LED照明元件的精确相对布置和对准也可以通过组件的非常精确的单个放置来实现，但是提供至少一个间隔元件显著地便利于获得高准确度。
距离（即通过间隔元件获得的LED照明元件之间的间隙的宽度）可以是例如1 mm或更小，优选地小于500 μm，特别优选200 μm或更小。更大的距离允许相邻LED照明元件的更好的光学分隔。该距离导致在LED照明元件之间形成间隙。通过在LED照明元件之间布置分隔材料可以实现进一步改进的分隔，以减少光学串扰。分隔材料可以是不透明的，例如，光学吸收的或优选地具有反射性质。分隔材料可以例如包括聚合物（例如硅树脂）以及具有期望光学性质的其他颗粒。
在优选实施例中，第一和第二LED照明元件可以具有至少一个直边，特别优选的是矩形形状。LED照明元件可以例如具有200 μm至3 mm、优选地500-1500 μm的（与载体表面平行测量的）尺寸作为边长。第一和第二LED照明元件的对准布置可以优选地指的是平行布置，特别是其中相邻边相距小距离（间隙宽度）布置。特别优选的是矩形或方形LED照明元件，它们彼此相邻布置，具有平行的直边。
通常优选的是提供相对小的间隔元件。间隔元件和第二LED照明元件之间的接触可能导致一定量的光学串扰，即，如果第一LED照明元件接通并且第二LED照明元件切断，则可能仍然存在一定量的由于光学耦合而从第二LED照明元件的区域发射的光。为了减少光学串扰，间隔元件的与第二LED照明元件接触的部分的宽度小于第一LED照明元件的宽度的20%。进一步优选的是，间隔元件的接触部分的宽度小于第一LED照明元件的宽度的10％，特别优选小于5％。间隔元件和第一LED照明元件的宽度优选地在平行方向上测量，例如，平行于第一LED照明元件的最靠近第二LED照明元件的边。
同样为了减少光学串扰，间隔元件可以具有渐缩形状，即使得其宽度从例如更靠近第一LED照明元件的边的较宽部分向与第二LED照明元件接触的窄部分减小。若干不同的形状是可能的，诸如例如（半）球形、棱锥形等。对于优选地具有平行的上表面和下表面的扁平LED照明元件，间隔元件的形状优选地也是扁平的，例如具有平行的上表面和下表面，并且具有例如三角形、部分圆形或不规则四边形轮廓。
在优选实施例中，第一和第二LED元件可以电连接到电路，使得它们可以被独立地操作。特别地，优选的是，第一和第二LED照明元件两者以及优选地另外的LED照明元件可以独立于其他LED照明元件中的每一个而关闭或打开。这对于矩阵照明应用是特别优选的，特别是对于使用矩阵照明来用于ADB功能的车辆头灯。
在优选实施例中，在第一LED照明元件处（以及优选地在另外的LED照明元件处）提供多于一个间隔元件。例如，可以提供两个间隔元件，这些间隔元件在至少基本上平行的方向上突出（例如从相同边突出），其被彼此相距一定距离地布置。第二LED照明元件可以布置成与两个间隔元件接触，使得可以容易地实现平行对准。
特别是对于LED照明元件的二维布置，诸如对于矩阵布置，第一LED照明元件可以设置有延伸到不同方向的间隔元件。在一个实施例中，LED照明元件可以包括至少第一和第二直边，该第一和第二直边以一定角度布置，例如，基本上彼此成直角。第一间隔元件可以从第一直边突出，并且第二间隔元件可以从第二直边突出。特别优选地，至少两个间隔元件从两个直边中的每一个延伸，从而便利于平行对准的矩阵配置。
在一个优选实施例中，照明布置包括至少三个LED照明元件，即除了第一和第二LED照明元件之外还包括第三LED照明元件。第一LED照明元件至少包括向第一方向突出的第一间隔元件和向第二方向突出的第二间隔元件，第二方向至少基本上与第一方向成直角。第二LED照明元件在第一方向上与第一元件间隔开地布置，并且第三LED照明元件在第二方向上与第一LED照明元件间隔开地布置。第二和第三LED照明元件都与相应的间隔元件接触，使得可以容易地获得两个方向上的对准位置。
根据特别优选的实施例，第一LED照明元件、并且优选地还有第二LED照明元件以及另外的LED照明元件可以包括发光LED元件和发光颜色转换器板。发光LED元件可以是例如被设置成发射预定波长范围的光的半导体管芯。颜色转换器板将光转换到不同的波长范围。优选地，颜色转换器板可包括磷光体。特别优选的是由陶瓷材料制成的转换器板。在具有颜色转换器板的LED照明元件中，间隔元件可以有利地与颜色转换器板一体形成。
颜色转换器板可以布置在发光LED元件的顶部上。优选的是，至少在平行于载体表面的一个方向上提供具有比发光LED元件更大的延伸的颜色转换器板。转换器板可以布置成至少在LED照明元件的一侧处形成重叠。
在根据本发明的车辆头灯中，如上所述的照明布置用于机动车辆的头灯中。特别地，多个LED照明元件可以以矩阵配置布置来用于ADB功能。
在根据本发明的制造方法中，LED照明元件布置在载体表面上并且通过至少一个间隔元件相对于彼此对准。特别地，LED照明元件可以焊接到载体表面的部分，特别是焊接到电路板上的接触部。例如，可以例如通过回流焊接来实现LED照明元件的对准，回流焊接连同一个或多个间隔元件可以自动地提供LED照明元件的对准。
通过下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得清楚，并通过参考这些实施例而得以阐明。
附图说明
图1示出了可以用作车辆头灯的照明布置的部分示意俯视图；
图2示出了图1的照明布置的一部分的透视图；
图3示出了图1、图2的照明布置的LED照明元件沿A..A的截面图；
图4a-4e示出了布置在LED照明元件处的间隔件的不同实施例的部分的俯视图和侧视图。
具体实施方式
图1以俯视图部分示意性地示出了照明布置10，其中在所示的示例中，八个LED 12布置在电路板14上。
如从图1、图2中可见的，每个LED 12具有平坦的板状形状，在俯视图中具有大致方形的轮廓。
LED 12被焊接到电路板14上的接触焊盘（未示出）。如图1中示意性指示的，接触焊盘通过导体线路连接到控制电路16。控制电路16选择性地向八个LED 12中的每一个供应电操作功率，使得它们被选择性地且彼此独立地操作来发射光。
如图1中所示，LED 12以矩阵配置布置，在所示的示例中，矩阵配置包括两行和四列。在优选的用途中，照明布置10用作用于矩阵照明的车辆头灯，其通过单独地向各个LED12供应操作功率而实现ADB（自适应驱动光束）功能，从而选择性地打开或关闭所得到的发射光束的部分。
在图1的矩阵布置中，LED 12彼此相邻地布置并且相对于彼此对准。在LED 12之间形成窄间隙30。
在所示的示例中，LED 12可以例如具有700 μm×700 μm或1 mm×1 mm的尺寸。相邻LED 12的边相距例如150-200 μm的短距离平行布置，即间隙30的宽度可以是例如150-200 μm。在替代实施例中，LED 12可以具有不同的尺寸，例如为500 μm×500 μm，或者为400μm×600 μm。
通过跨间隙30延伸的间隔件20a、20b、22a、22b实现LED 12的相对布置。每个LED12具有沿x方向延伸的第一组间隔件20a、20b和沿垂直于x方向的y方向延伸的第二组间隔件22a、22b。间隔件20a、20b、22a、22b各自从方形LED 12的直边延伸。每组中的两个间隔件彼此远离地布置，以例如边长的50-80%间隔开。
相邻LED 12被布置成使得它们的直的相邻边接触间隔件20a、20b、22a、22b。因此，在x方向和y方向上都确保了间隙30的宽度和LED的平行对准取向，从而产生清晰的矩阵布置。
在LED 12之间形成的间隙30填充有反射材料的分隔填充物18。为了更清楚地显示结构，填充物18仅针对图1中的LED中的一些示出并且未在图2和3中示出。然而，如技术人员将理解的，填充物18优选地被提供在LED 12之间的每个间隙30中，以减少光学串扰。
在图1图2的示例中，间隔件20a、20b、22a、22b各自具有扁平形状，从上方看时具有三角形轮廓。由于三角形轮廓，每个间隔件20a、20b、22a、22b具有与其LED 12的边相邻的宽的部分，而与相邻LED 12接触的尖端相比较而言是窄的。因此，间隔件20a、20b、22a、22b与相邻LED 12之间的接触区域非常小。
例如，对于1 mm的LED 12的边长，三角形间隔件的宽的部分的宽度可以是例如100μm。取决于可以形成多么小的尖端，尖端的宽度将仅为几μm。由于减小的接触区域，光学串扰（即从第一LED 12发射并耦合到第二LED 12中的光）的量被最小化。
间隔件20的不同形状是可能的，如图4a-4e中所示。为了生产目的，优选具有渐缩轮廓但具有恒定厚度的扁平形状，诸如图4a所示的三角形轮廓、图4c所示的不规则四边形以及图4d中所示的圆（半圆形）轮廓。诸如棱锥形状（图4b）或半球形状（图4e）的替代形状也是可能的。
在优选示例中，LED 12具有如图3中所示的结构。方形扁平LED管芯板22由陶瓷颜色转换器板24覆盖。颜色转换器板24大于LED管芯22，因此形成沿着每个边的例如30 μm的重叠。在替代实施例中，颜色转换器板24可以具有与LED管芯22相同的尺寸，从而不形成重叠。取决于LED管芯22和颜色转换器板24的相对尺寸的选择，可以形成例如0 μm至50 μm的重叠。
LED管芯22通过焊盘26机械地和电气地连接到电路板14的接触部分（未示出）。在操作中，LED管芯12发射光，例如主要是蓝色的光。所发射的光刺激颜色转换器板24的磷光体组件中的发光，从而发射白光。
间隔件20a、20b、22a、22b与陶瓷颜色转换器板24一体形成。照明布置10可以通过提供具有用于LED 12的接触部分的电路板14来制造。将焊料材料施加到接触部分，并且将LED 12放置在其上。通过回流焊接，LED 12被焊接到接触部分，从而通过间隔件20a、20b、22a、22b自动对准。在焊接工艺之后，可以将分隔材料18施加在LED 12之间的间隙中。在目前优选的实施例中，具有分散的TiO2颗粒的硅树脂可以用于获得反射屏障。
应当注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离权利要求的范围的情况下设计许多替代实施例。
对边长为400 μm至700 μm的LED尺寸的提及仅针对当前可用的LED的示例。本发明的概念适用于任何尺寸的LED。此外，LED的间隔可以根据期望的应用来选择，并且可以与示例中给出的值显著不同。
虽然上面的示例示出了与LED的一部分一体形成的间隔件20，但是它们可以替代地被提供为胶合或以其他方式固定到颜色转换器板或LED的其他部分的例如黑色或白色塑料、硅树脂、玻璃或陶瓷的单独主体。
虽然在该实施例中示出了2×4矩阵配置中的八个LED，但是技术人员将理解，间隔件的概念适用于例如线、矩阵或其他配置中的任何数量的LED或者两个或更多个LED的任何布置。虽然在所示的示例中，间隔件与颜色转换器板一体地提供，但是间隔件的概念同样可以应用于其他类型的LED，其可以不包括颜色转换器板。此外，LED 12的形状和尺寸以及间隔件20a、20b、22a、22b的形状和尺寸可以不同。
在权利要求中，任何参考标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件前面的不定冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (15)

1.一种照明布置，包括：
- 在载体表面（14）上彼此相邻地布置的至少第一和第二LED照明元件（12），所述第一和第二LED照明元件（12）被相距一定距离布置，从而在所述第一和第二LED照明元件（12）之间形成间隙（30），
- 其中，至少所述第一LED照明元件（12）包括至少一个间隔元件（20a、20b、22a、22b），所述至少一个间隔元件（20a、20b、22a、22b）向至少基本上平行于所述载体表面（14）的方向突出，
- 所述第二LED照明元件（12）被布置成与所述间隔元件（20a、20b、22a、22b）接触，使得所述第二LED照明元件（12）被布置成相对于所述第一LED照明元件（12）对准，所述间隔元件（20a、20b、22a、22b）至少在其与所述第二LED照明元件（12）接触的部分中具有小于所述第一LED照明元件（12）的宽度的20%的宽度。
2.根据权利要求1所述的照明布置，其中，
- 所述间隔元件（20a、20b、22a、22b）与所述第一LED照明元件（12）的光学有效部分（24）一体形成，所述光学有效部分（24）在所述第一LED照明元件（12）的操作期间发射光。
3.根据上述权利要求中任一项所述的照明布置，其中，
- 所述间隔元件（20a、20b、22a、22b）具有渐缩形状，使得其宽度减小，直至其与所述第二LED照明元件（12）接触的部分。
4.根据上述权利要求中任一项所述的照明布置，其中，
- 所述第一和第二LED照明元件（12）电连接到电路（16），使得它们可以被独立地操作。
5.根据上述权利要求中任一项所述的照明布置，其中，
- 所述第一LED照明元件（12）包括至少两个间隔元件（20a、20b；22a、22b），所述至少两个间隔元件（20a、20b；22a、22b）向基本上平行的方向突出，所述两个间隔元件（20a、20b；22a、22b）被彼此相距一定距离布置，
- 并且所述第二LED照明元件（12）被布置成与所述两个间隔元件（20a、20b；22a、22b）接触。
6.根据上述权利要求中任一项所述的照明布置，其中，
- 至少所述第一LED照明元件（12）包括至少一个直边，
- 所述间隔元件（20a、20b、22a、22b）至少基本上垂直于所述边突出。
7.根据权利要求6所述的照明布置，其中，
- 所述第一LED照明元件（12）包括至少第一和第二直边，所述第一和所述第二直边被布置成至少基本上彼此成直角，
- 其中，至少第一间隔元件（20a、20b）从所述第一直边突出，并且至少一个第二间隔元件（22a、22b）从所述第二直边突出。
8.根据上述权利要求中任一项所述的照明布置，其中，
- 所述第一LED照明元件（12）至少包括向至少基本上平行于所述载体表面（14）的第一方向突出的第一间隔元件（20a、20b），以及向至少基本上平行于所述载体表面（14）的第二方向突出的第二间隔元件（22a、22b），所述第一和所述第二方向被布置成至少基本上彼此成直角，
- 其中，所述第二LED照明元件（12）被布置成与所述第一LED照明元件（12）在所述第一方向上间隔开，并且与所述第一间隔元件（20a、20b）接触，
- 并且其中，第三LED照明元件（12）被布置成与所述第一LED照明元件（12）在所述第二方向上间隔开，并且与所述第二间隔元件（22a、22b）接触。
9.根据上述权利要求中任一项所述的照明布置，其中，
- 包括至少所述第一和所述第二LED照明元件（12）的相同形状的多个LED照明元件（12）在所述载体表面（14）上彼此相邻地布置。
10.根据上述权利要求中任一项所述的照明布置，其中，
- 所述第一LED照明元件（12）包括发光LED元件（22）和发光颜色转换器板（24）。
11.根据权利要求10所述的照明布置，其中，
- 所述间隔元件（20a、20b、22a、22b）与所述颜色转换器板（24）一体形成。
12.根据权利要求10、11中任一项所述的照明布置，其中，
- 所述颜色转换器板（24）被布置在所述发光LED元件（22）顶部上，
- 其中，所述颜色转换器板（24）在至少基本上平行于所述载体表面（14）的至少一个方向上具有较大延伸，
- 所述颜色转换器板（24）被布置成在所述LED照明元件（22）上方形成重叠。
13.根据上述权利要求中任一项所述的照明布置，其中，
- 在所述第一和第二LED照明元件（12）之间提供反射或不透明材料（18）。
14.一种车辆头灯，包括根据上述权利要求中任一项所述的照明布置（10）。
15.一种制造照明布置的方法，包括下列步骤：
- 在载体表面（14）上布置第一LED照明元件（12），所述第一LED照明元件（12）包括向至少基本上平行于所述载体表面（14）的方向突出的至少一个间隔元件（20a、20b、22a、22b），所述间隔元件（20a、20b、22a、22b）至少在其与所述第二LED照明元件（12）接触的部分中具有小于所述第一LED照明元件（12）的宽度的20%的宽度，
- 在所述载体表面（14）上与所述第一LED照明元件（12）相邻地将至少第二LED照明元件（12）布置成与所述间隔元件（20a、20b、22a、22b）接触，使得所述第二LED照明元件（12）被布置成相对于所述第一LED照明元件（12）对准，并且使得所述第一和第二LED照明元件（12）被相距一定距离布置，从而在所述第一和第二LED照明元件（12）之间形成间隙。
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