CN112594650A - 一种利用光栅全反射的厚壁件及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明技术领域，更具体地，本发明涉及一种利用光栅全反射的厚壁件及其应用。所述厚壁件包括LED聚光单元和厚壁单元，所述厚壁单元靠近LED聚光单元的入光面上设有厚壁光栅单元。在厚壁件入光面增加了厚壁光栅单元，将分布在光栅两侧的LED准直光分别全反射到厚壁件的出光方向上，避免光型偏离。在不同LED聚光单元设置不同功能的两种型号LED分别对称布置在厚壁件光栅后的两侧，其发出的光分别经过各自的聚光器后射入厚壁件中，保证不同功能LED的光型效果一致。设计厚壁光栅单元的三角形光栅模块的角度、尺寸等，实现全反射的同时，提高了出光的均匀性，有利于控制厚壁件的尺寸，实现小型化和轻量化，满足不同车灯的需求。

Description

一种利用光栅全反射的厚壁件及其应用

技术领域

本发明涉及照明技术领域，更具体地，本发明涉及一种利用光栅全反射的厚壁件及其应用。

背景技术

目前消费者不仅满足于车灯实现单纯的功能性需求，还希望车灯的内部造型足够美观。这就催生了LED光源配合光导或厚壁件实现信号灯功能的设计方案。同时为了追求车灯的小型化，多个信号灯功能共用同一光导或厚壁的发光面成为了各家设计信号灯时的共同选择。

目前常用的一种多功能复用发光面的厚壁光导设计方案为将两种不同型号的LED芯片并列排布在一块PCB板上。其发出的光从厚壁件后部的侧面射入厚壁件中，在厚壁件中经过反射和折射后，从厚壁件的同一发光面射出。这种常用方案由于不同型号的LED为并列布置，厚壁件的光学面设计难以同时完美兼顾两种LED的光线，而无法针对每种LED的光线做出理想的处理，因此不可避免的存在对光线的额外偏折，导致最终发光效果的缺陷，使光型偏离法规测试中心区域，增加了满足法规要求的难度，降低了系统效率。而其他实现信号灯多功能复用光学面的厚壁设计方案也都将LED芯片并列，所以也存在类似的问题。

针对以上提到的问题，本发明提出了一种可以避免信号灯光型偏离法规测试中心区域，使不同功能光型效果一致的厚壁件设计及LED布置方案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种利用光栅全反射的厚壁件，所述厚壁件包括LED聚光单元和厚壁单元，所述厚壁单元靠近LED聚光单元的入光面上设有厚壁光栅单元。

作为本发明一种优选的技术方案，所述LED聚光单元的个数大于等于2，用于将LED的光线经LED聚光单元射向厚壁光栅单元。

作为本发明一种优选的技术方案，所述LED聚光单元沿厚壁光栅单元的中心线对称设置。

作为本发明一种优选的技术方案，所述厚壁光栅单元包括若干个平行排列的光栅模块，所述光栅模块的形状为三角形。

作为本发明一种优选的技术方案，所述光栅模块的形状为等腰三角形，所述光栅模块的顶角为58～62度。

作为本发明一种优选的技术方案，相邻光栅模块相互接触。

作为本发明一种优选的技术方案，所述光栅模块的底边长度为1～3mm。

作为本发明一种优选的技术方案，所述光栅模块的个数大于等于5个。

作为本发明一种优选的技术方案，所述厚壁单元远离LED聚光单元的一面设有出光面。

本发明第二个方面提供了一种利用光栅全反射的厚壁件的应用，用于LED灯。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)在厚壁件入光面增加了厚壁光栅单元，将分布在光栅两侧的LED准直光分别全反射到厚壁件的出光方向上，避免光型偏离。

(2)在不同LED聚光单元设置不同功能的两种型号LED分别对称布置在厚壁件光栅后的两侧，其发出的光分别经过各自的聚光器后射入厚壁件中，保证了厚壁单元光学面可以同时针对两种LED进行优化，保证不同功能LED的光型效果一致。

(3)设计厚壁光栅单元的三角形光栅模块的角度、尺寸等，实现全反射的同时，提高了出光的均匀性，有利于控制厚壁件的尺寸，实现小型化和轻量化，满足不同车灯的需求。

(4)聚光器的位置形状可根据LED和入光面的位置进行确定，LED聚光单元和厚壁单元可为一体化设计，也可分开设计，保证了设计的灵活性，且更换方便，可根据不同需求选择聚光器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为所述厚壁件的结构示意图。

图2为所述厚壁件的使用状态示意图。

图3为所述厚壁件的光线传输示意图。

图4为实施例1提供的厚壁件的光型示意图，其中图4左为LED为日行灯的光型，图4右为LED为转向灯的光型。

图5为对比例1提供的目前常用的厚壁件的结构示意图。

图6为对比例1提供的厚壁件的光型示意图，其中图6左为LED为日行灯的光型，图6右为LED为转向灯的光型。

其中，1-LED聚光单元、2-厚壁单元、101-聚光单元一、102-聚光单元二、201-厚壁光栅单元、202-出光面。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下通过具体实施方式说明本发明，但不局限于以下给出的具体实施例。

本发明第一个方面提供一种利用光栅全反射的厚壁件，所述厚壁件包括LED聚光单元和厚壁单元，所述厚壁单元靠近LED聚光单元的入光面上设有厚壁光栅单元。

在一种实施方式中，所述LED聚光单元的个数大于等于2，用于将LED的光线经LED聚光单元射向厚壁光栅单元，优选的，所述LED聚光单元的个数为2。

为了使不同LED聚光单元经过光栅单元的折射和反射后效果基本相同，本发明令LED聚光单元相对于厚壁光栅对称设置，在一种实施方式中，所述LED聚光单元沿厚壁光栅单元中心线对称设置。

为了提高不同型号LED经聚光单元射入光栅后，光型效果不会发生偏移，本发明采用平行排列的三角形光栅模块组成厚壁光栅单元，且为保证厚壁光栅对两侧光折射和反射效果基本相同，令光栅模块为三角形，尤其是等腰三角形，使得对称设置的LED经聚光单元射入的光，分别经过等腰三角形的两个腰摄入厚壁单元内部。在一种实施方式中，所述厚壁光栅单元包括若干个平行排列的光栅模块，所述光栅模块的形状为三角形。优选的，所述三角形光栅模块的形状为等腰三角形。

术语“等腰三角形”，是指至少有两边相等的三角形，相等的两个边称为这个三角形的腰。等腰三角形中，相等的两条边称为这个三角形的腰，另一边叫做底边。两腰的夹角叫做顶角，腰和底边的夹角叫做底角。等腰三角形的两个底角度数相等。

为了减少光型偏移，提高光型均匀性，需要设计光栅模块的顶角，且申请人发现，在50～70度时，在厚壁件允许的光差中，且在顶角为60度，即三角形光栅模块的形状为等边三角形时，双色光一致性最好。在一种实施方式中，所述三角形光栅模块的顶角为58～62度，可列举的有，58度、58.5度、59度、59.5度、60度、60.5度、61度、61.5度、62度。

如图3所示，为了使LED经厚壁单元入射的光全部经过光栅单元的折射和反射，控制光栅单元的尺寸，也即光栅模块的底边长度和个数，申请人发现，但底边长度为1～3mm，可以实现经厚壁单元入射的光全部通过光栅的折射和反射，且可形成效果均一的光型，提高光型均匀性，减少偏移，且申请人发现，当底边长度较少时，不利于加工，需要更多的抛光，而当长度较大时，需要相应提高厚壁单元的上下厚度，增加占用体积和加工成本，而当底边长度为1～3，如2mm时，可以较少抛光的同时，避免厚壁单元较厚，实现轻量化和小型化。在一种实施方式中，所述相邻三角形光栅模块相互接触。在一种实施方式中，光栅模块的底边长度为1～3mm，可列举的有，1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3mm。

为了使LED经厚壁单元入射的光全部经过光栅单元的折射和反射，还需设置光栅模块的个数，本发明不对光栅模块的个数做具体限定，可根据LED、厚壁单元、聚光单元的位置进行调节，且申请人发现，当光栅模块的个数大于等于5个时，可满足多种LED灯发光效果的需要。在一种实施方式中，所述光栅模块的个数大于等于5个。

在一种实施方式中，所述厚壁单元远离LED聚光单元的一面设有出光面。

工作原理：如图2所示，不同型号(光色)的LED分别对称布置在LED聚光单元入光侧，在两聚光单元的前方对称面上即为入光面带有光栅的厚壁单元，厚壁单元和聚光单元可以做成一体的同一零件，也可拆分成多个零件。

如图3所示，聚光单元一的入光侧设有a型LED，当需要a型LED发光时，a型LED发出的光从聚光单元一的入光面射入，经聚光单元一的侧壁全反射后从聚光单元一的出光面射出，之后光线从厚壁光栅单元射入厚壁件中，光线受光栅的折射及反射后，转向厚壁的出光方向，最后从厚壁出光面射出。类似的，如图3所示，聚光单元二的入光侧设有b型LED，当需要b型LED发光时，b型LED发出的光从聚光单元二的入光面射入，经聚光单元二的侧壁全反射后从聚光单元二的出光面射出，之后光线从厚壁光栅单元射入厚壁件中，光线受光栅的折射及反射后，转向厚壁的出光方向，最后从厚壁出光面射出。

由于不同型号的LED和聚光单元相对于厚壁光栅为对称布置，因此厚壁对两侧来光的折射和反射效果基本相同，由此保证了厚壁件光学面可以同时针对两种LED进行优化，不会顾此失彼，使得不同型号LED从厚壁件射出的光型效果一致，且均匀性好，不会发生偏移，有利于满足不同LED出光的要求。

本发明第二个方面提供一种如上所述的利用光栅全反射的厚壁件的应用，用于LED灯。

实施例

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1～3所示，本实施例提供一种厚壁件，所述厚壁件包括LED聚光单元1和厚壁单元2，所述厚壁单元2靠近LED聚光单元1的入光面上设有厚壁光栅单元201，所述LED聚光单元1的个数为2，用于将LED的光线经LED聚光单元1射向厚壁光栅单元201，所述2个LED聚光单元1分别为聚光单元一101和聚光单元二102，所述聚光单元一101和聚光单元二102分别用于将a型LED和b型LED的光线射向厚壁光栅单元201，所述LED聚光单元1沿厚壁光栅单元201的中心线对称设置，所述厚壁光栅单元201包括若干个平行排列的光栅模块，所述光栅模块的形状为等腰三角形，所述光栅模块的顶角为60度，相邻光栅模块相互接触，所述光栅模块的底边长度为2mm，所述厚壁单元2远离LED聚光单元1的一面设有出光面202。

实施例2

如图1～3所示，本实施例提供一种厚壁件，所述厚壁件包括LED聚光单元1和厚壁单元2，所述厚壁单元2靠近LED聚光单元1的入光面上设有厚壁光栅单元201，所述LED聚光单元1的个数为2，用于将LED的光线经LED聚光单元1射向厚壁光栅单元201，所述2个LED聚光单元1分别为聚光单元一101和聚光单元二102，所述聚光单元一101和聚光单元二102分别用于将a型LED和b型LED的光线射向厚壁光栅单元201，所述LED聚光单元1沿厚壁光栅单元201的中心线对称设置，所述厚壁光栅单元201包括若干个平行排列的光栅模块，所述光栅模块的形状为等腰三角形，所述光栅模块的顶角为58度，相邻光栅模块相互接触，所述光栅模块的底边长度为1mm，所述厚壁单元2远离LED聚光单元1的一面设有出光面202。

实施例3

如图1～3所示，本实施例提供一种厚壁件，所述厚壁件包括LED聚光单元1和厚壁单元2，所述厚壁单元2靠近LED聚光单元1的入光面上设有厚壁光栅单元201，所述LED聚光单元1的个数为2，用于将LED的光线经LED聚光单元1射向厚壁光栅单元201，所述2个LED聚光单元1分别为聚光单元一101和聚光单元二102，所述聚光单元一101和聚光单元二102分别用于将a型LED和b型LED的光线射向厚壁光栅单元201，所述LED聚光单元1沿厚壁光栅单元201的中心线对称设置，所述厚壁光栅单元201包括若干个平行排列的光栅模块，所述光栅模块的形状为等腰三角形，所述光栅模块的顶角为62度，相邻光栅模块相互接触，所述光栅模块的底边长度为3mm，所述厚壁单元2远离LED聚光单元1的一面设有出光面202。

对比例1

如图4所示，对比例1提供一种厚壁件，所述厚壁件的左下方设有入光面，所述厚壁件的右侧设置出光面，所述入光面正下方设置两个LED，两个LED并列排布在PCB板上。

性能测试

使用不同型号的LED通过实施例和对比例提供的厚壁件对光线进行处理，其中实施例使用的a型LED和b型LED分别为日光灯和转向灯，对比例使用的两个LED为相同的日光灯和转向灯，双色光的颜色可为多种，如白色+黄色，或者黄色+红色，也可以白色+红色等，不做限定，得到的光型如图4、图6所示，其中图4为实施例1～3提供的厚壁件的光型示意图，其中图4左为LED为日行灯的光型，图4右为LED为转向灯的光型；图6为对比例1提供的目前常用的厚壁件的光型示意图，其中图6左为LED为日行灯的光型，图6右为LED为转向灯的光型。从图4、图6的光型可知，相比于目前常用的厚壁件，本发明提供的厚壁件采用复用发光面信号灯设计，可以使不同功能的信号灯点亮效果都优化至最佳，光型效果一致性以及均匀性较好，且不同功能的光型不会相对法规测试区域中心发生偏移，降低了信号灯不满足法规要求的风险。

前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种利用光栅全反射的厚壁件，其特征在于，所述厚壁件包括LED聚光单元和厚壁单元，所述厚壁单元靠近LED聚光单元的入光面上设有厚壁光栅单元。

2.根据权利要求1所述的利用光栅全反射的厚壁件，其特征在于，所述LED聚光单元的个数大于等于2，用于将LED的光线经LED聚光单元射向厚壁光栅单元。

3.根据权利要求2所述的利用光栅全反射的厚壁件，其特征在于，所述LED聚光单元沿厚壁光栅单元的中心线对称设置。

4.根据权利要求1所述的利用光栅全反射的厚壁件，其特征在于，所述厚壁光栅单元包括若干个平行排列的光栅模块，所述光栅模块的形状为三角形。

5.根据权利要求4所述的利用光栅全反射的厚壁件，其特征在于，所述光栅模块的形状为等腰三角形，所述光栅模块的顶角为58～62度。

6.根据权利要求4所述的利用光栅全反射的厚壁件，其特征在于，相邻光栅模块相互接触。

7.根据权利要求5所述的利用光栅全反射的厚壁件，其特征在于，所述光栅模块的底边长度为1～3mm。

8.根据权利要求4所述的利用光栅全反射的厚壁件，其特征在于，所述光栅模块的个数大于等于5个。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的利用光栅全反射的厚壁件，其特征在于，所述厚壁单元远离LED聚光单元的一面设有出光面。

10.一种根据权利要求1～9任意一项所述的利用光栅全反射的厚壁件的应用，其特征在于，用于LED灯。

Images