CN112997035B - 具有延伸的研磨部的光纤光学面板 - Google Patents
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Abstract
一种光纤光学灯面板组件包括光纤层，该光纤层包括多根光纤，所述多根光纤以预定形式布置，使得光纤层具有被构造为发射光的光发射侧以及与光发射侧相反的安装侧。提供粘合剂层，该粘合剂层具有：第一侧，该第一侧与光纤层的安装侧直接接触；以及第二侧，该第二侧与第一侧相反并且被构造成直接接触支撑结构的表面，使得粘合剂层将光纤层机械连接到支撑结构。还包括：光纤束，该光纤束包括多根光纤的不与粘合剂层直接接触的部分；以及研磨部，该研磨部沿着多根光纤中的每根光纤的长度设置，使得光能够从相应光纤发射，研磨部设置在光纤层中和光纤束的至少一部分中。
Description
技术领域
本发明涉及照明系统，更特别地涉及利用光纤光学灯面板的车辆照明和/或信号指示设备。
背景技术
众所周知，车辆包含多种类型的照明设备。例如，执行停车灯功能、尾灯功能、前照灯功能、日间行车灯功能、动态弯道灯功能和雾灯功能的外部车辆照明设备是常见的。车辆制造商必须设计车辆照明设备，以满足全球政府和行业标准的技术要求。
车辆照明对于其对消费者的美学吸引力也变得很重要。因此，在考虑到照明设备安装在其上的车辆的造型的情况下，车辆制造商已经努力设计车辆照明设备。例如，期望的是车辆照明设备与车辆的轮廓相匹配，从而导致照明设备具有复杂的形状。此外，车辆制造商可以提供可选的照明效果(除了所需的照明功能之外)来增强车辆造型。
近年来，一些车辆制造商正在利用光纤光学面板以努力满足车辆照明的所期望的照明和美学特性。光纤光学面板通常采用输出吸引消费者的均匀辉光的非常薄的面板的形式。此外，这些面板可以安装到三维支撑结构上，并且采用该结构的表面的轮廓。然而，本发明人已经认识到，在复杂的车辆照明设备中集成光纤光学面板带来了挑战，这些挑战通常导致这种车辆照明设备的低制造成品率。
前述“背景技术”描述是为了总体上呈现本公开的上下文的目的。发明人的工作(在本背景技术章节中描述的程度上)以及在提交时可能不被认为是现有技术的描述的各方面既不被明确地也不被隐含地被认为是针对本发明的现有技术。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够满足车辆照明的技术和美学要求的光纤光学灯面板设备。
本发明的另一个目的是提供一种能够适形于车辆的三维形状而不降低光输出的光纤光学灯面板设备。
这些和/或其他目的可以由本文公开的本发明的实施例提供，这些实施例包括以下各方面。
方面(1)是一种光纤光学灯面板组件，包括光纤层，该光纤层包括多根光纤，所述多根光纤以预定形式布置，使得光纤层具有被构造为发射光的光发射侧以及与光发射侧相反的安装侧。提供粘合剂层，该粘合剂层具有：第一侧，该第一侧与光纤层的安装侧直接接触；以及第二侧，该第二侧与第一侧相反并且被构造成直接接触支撑结构的表面，使得粘合剂层将光纤层机械连接到支撑结构。还包括：光纤束，该光纤束包括多根光纤的不与粘合剂层直接接触的部分；以及研磨部，该研磨部沿着多根光纤中的每根光纤的长度设置，使得光能够从相应光纤发射，研磨部设置在光纤层中和光纤束的至少一部分中。
方面(2)包括方面1的光纤光学灯面板，其中，沿着光纤的延伸超过粘合剂层的表面连续设置研磨部。
方面(3)包括方面2的光纤光学灯面板，其中，沿着光纤的整个表面连续设置研磨部。
方面(4)包括方面1的光纤光学灯面板，还包括释放层，该释放层与粘合剂层的第二侧直接接触并且被构造为当光纤光学灯面板安装到支撑结构时被移除。
方面(5)包括方面4的光纤光学灯面板，其中，释放层包括自由端，以便于从粘合剂层移除释放层。
方面(6)包括方面1的光纤光学灯面板，还包括通过附加粘合剂层连接到光纤层的至少一个附加光纤层。
方面(7)包括方面6的光纤光学灯面板，其中，光纤层和附加光纤层被包括在由三个光纤层组成的光纤部分中，该三个光纤层彼此上下堆叠并且通过插入在三个光纤层之间的粘合剂层彼此连接。
方面(8)包括光纤面板照明组件，包括：支撑结构，该支撑结构具有安装表面；光纤层，该光纤层包括多根光纤，所述多根光纤以预定形式布置，使得光纤层具有被构造为发射光的光发射侧以及与光发射侧相反的安装侧；粘合剂层，该粘合剂层具有：第一侧，该第一侧与光纤层的安装侧直接接触；以及第二侧，该第二侧与第一侧相反并且被构造为直接接触支撑结构的表面，使得粘合剂层将光纤层机械连接到支撑结构；光纤束，该光纤束包括多根光纤的不与粘合剂层直接接触的部分；以及研磨部，该研磨部沿着多根光纤中的每根光纤的长度设置，使得光能够从相应光纤发射，研磨部设置在光纤层中和光纤束的至少一部分中。
方面(9)包括方面8的照明组件，其中，支撑结构包括聚碳酸酯。
方面(10)包括方面9的照明组件，其中，支撑结构的安装表面是非平面表面。
方面(11)包括方面10的照明组件，其中，支撑结构的安装表面是三维表面。
方面(12)包括方面11的照明组件，其中，安装表面是二维半表面。
方面(13)包括方面9的照明组件，其中，安装表面是反射性表面。
方面(14)包括方面9的照明组件，其中，安装表面被加工成有利于粘附。
方面(15)包括一种车辆照明设备，包括：具有非平面表面的聚碳酸酯支撑结构；以及如方面1所述的光纤光学灯面板，其中，粘合部分的第二侧与非平面表面直接接触。
可以组合地或分开地采用所述实施例的不同方面。
以上段落是以总体介绍的方式提供的，并不意图限制随附的权利要求的范围。通过参考以下结合附图进行的详细描述，将最好地理解所描述的实施例以及另外的优点。
附图说明
由于在结合附图考虑的情况下通过参考以下详细描述本公开变得更好理解，将容易获得对本公开及其许多伴随优点的更完整的理解，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的光纤光学灯面板设备的示意图；
图2A是根据本发明的实施例的光纤面板的横截面的示意图；
图2B是根据本发明的实施例的光纤面板组件的横截面的示意图；
图3示出了根据一个实施例的光纤面板照明模块的示例性应用；
图4是尾灯组件上使用的常规光纤照明模块的示意图；
图5是根据实施例的尾灯组件上使用的光纤光学灯模块的示意图；
图6是将常规光纤面板与根据本文公开的实施例的光纤面板进行比较的印刷图像；
图7A是根据另一个实施例的光纤面板的横截面的示意图；以及
图7B是根据另一个实施例的光纤面板组件的横截面的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，其中，在若干视图中，相同的附图标记指代相同或相对应的部分，下面的描述涉及一种容易组装到复杂三维形状上的光纤面板。
图1是根据本发明的实施例的照明系统的示意图。照明系统10包括光源20、光纤束30和光纤面板40。光源20产生用于耦接到光纤面板40的光，该光纤面板从其表面发射光以满足期望的照明功能。光纤面板40可以包括在光纤面板40的顶侧或底侧上的覆盖层，诸如下面进一步描述的透射层。光纤束30以适于将来自光源20的光接受到光纤面板40中的构型将面板40的光纤分组。
光源20可以是用于产生具有光度特性以从面板40提供期望的光输出的光的任何合适的光源。例如，光源20可以提供朗伯图案或具有合适通量、波长和强度的任何其他辐射图案，以满足面板40的照明功能。光源20可以包括一个或多个光发射设备或固态光源。术语“固态”通常指通过固态电致发光发射的光，不同于由白炽光源或荧光光源发射的光。例如，光源20可以包括无机半导体发光二极管(LED)或激光二极管、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)、LED灯封装件、LED芯片或LED管芯，或者这些设备中的一个或多个的阵列。
应当理解的是，光源20可以是多个分立的LED或LED灯条。当使用多个LED设备时，LED可以具有相同或不同的颜色。具有一个或多个LED或固态LED的常规印刷电路板(PCB)可以与光纤面板40一起使用。优选地，光源具有120流明的最小输出。在一个示例中，光源20可以是在2.65伏和750mA的电流下提供大约2W、140lm的输出的LED。可以通过操作员界面(未示出)来控制，和/或可以使用诸如处理器的控制器来控制光源20。此外，光源20可以包括散热器(未示出)。
光纤束30可以包括大量的玻璃或塑料光纤32，这些光纤可以通过捆扎元件34在一个端部处被捆扎在一起。例如，光纤束30可以包括大量经研磨的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)光纤。捆扎元件34可以由黄铜或塑料套圈、线缆扎带、胶带、粘合剂或能够将光纤束30保持处于预定形状的其他材料形成。可以使用附加捆绑元件。例如，在一些实施例中，可以为面板的每个光纤层提供捆扎元件。在一个示例中，光纤束34可以通过光纤耦接器(未示出)耦接到光源20。在附图中，为了简单起见，仅示出了较少数量的光纤32。然而，本文描述的光纤束30可以包括从几十根光纤至几千根光纤。在一种实施方式中，光纤束40可以包括大约250至350根之间的、具有0.25mm直径的光纤。光纤32的全部或一部分可以从其延伸，以形成一个或多个光纤面板40。
光纤光学灯面板40包括多根光纤32，该多根光纤总体上沿着面板40的长度延伸，终止于面板的端部43。光纤32总体上沿着宽度W布置成阵列，使得它们限定了大致平坦且大致矩形的面板40。面板40可以采用其他布置和形式。例如，面板40可以具有通常超过长度L的宽度W。此外，面板是柔性的，并且可以固定到三维表面上并采取其形式。
光纤通常用于将光从光纤的一端传输到另一端。例如，基于全内反射(TIR)的这种操作模式用于照明和电信。然而，光纤也可以被研磨以从光纤表面发射光。可以通过各种方法来实现改变光纤32以在期望的方向上引导光，这些方法包括但不限于激光烧蚀光纤的表面或机械研磨每个光纤32的表面等。此外，改变的深度、密度和类型可以沿着每根光纤的长度变化。例如，反射性表面之间的间隔可以在光纤的不同部分中变化，以在光纤的表面处获得或多或少的光强度和/或允许或多或少的光从光纤32的一端发射，并且因此从光纤面板40发射。
光纤面板40的光纤32可以在一侧上被研磨，以使光从面板的相反的单个侧出来，或者可以在两侧被研磨，以便使得光从光纤面板40的两侧出来。如图1中的箭头所示，光纤32被构造成沿着光纤32的相应长度发射光，其中，光纤被布置成限定彼此径向相对的两个照亮区域，使得光从两个照亮区域输出。反射背衬可以用于将光反射到面板的前侧，使得光主要从面板40的一侧发射，如下文进一步论述的那样。
光纤面板40可以直接用作照明功能，或者与其他照明功能元件(即，补充元件)一起用作对照明功能的贡献者。光纤面板40可以用作尾灯、刹车灯、转向灯、位置灯、日间行车灯(DRL)和侧方标志灯功能的光贡献者。例如，光纤面板40可以用于信号指示功能，包括组合转向信号灯和停车灯或者组合停车灯和日间行车灯。在一种实施方式中，光纤面板40可以包括在前照灯组件中，该前照灯组件包括远光前照灯和近光前照灯。在另一种实施方式中，光纤面板40可以包括在后灯组件中。后灯组件包括组合制动灯和尾灯或组合尾灯和转向信号灯。此外，光纤面板40可以用作辅助光学器件的受控光源和/或可以用作造型元件。
图2A是根据一个实施例的光纤面板的横截面的示意图。如所见的那样，面板200包括通过粘合剂层204接合到反射层203的光纤层202。光纤层202包括并排布置成阵列的多根光纤210。粘合剂层204是与光纤层202和反射层203中的每一个接触的光学粘合剂的连续层，使得这些层通过粘合剂204机械接合。粘合剂层204具有被最小化以减少面板200中的光的光学损耗的厚度。根据一些实施例，粘合剂层204在厚度方面大于76微米，以提高面板的公差，从而适形于支撑结构的表面中的复杂形状和/或非预期缺陷。粘合剂层204可以是58至132微米厚，或者甚至更厚，以确保面板200与支撑结构的适形粘附。厚度可能与轮廓的复杂性关联，使得适形粘附发生而没有由粘合剂层204引起的不必要的衰减。在一个实施例中，粘合剂层205是由3M公司制造的转移粘合剂468MP。
反射层203被构造成将沿着光纤的长度发射的光反射朝向面板40的相对侧。因此，光纤面板200被构造为从其一侧具有光输出区域。透射部分209可选地设置在面板的光发射侧，以实现对从光纤210输出的光的各种光学效果。反射层的一个示例是具有高漫反射特性的常规Mylar或Melinex层。
图2B是根据一个实施例的光纤面板组件的横截面的示意图。如所见的那样，光纤面板组件250包括通过粘合剂层204彼此粘附并粘附到反射层203的三个光纤层202。另外的粘合层204用于将多层面板本身结合到支撑结构201上。这降低了光纤面板从结构201脱离的风险，这可能导致光输出方面的劣化。
透射部分209可选地设置在面板的光发射侧上，以实现对从光纤210输出的光的各种光学效果。透射部分209可以具有相同或不同的光学特性，以从面板的照亮区域获得期望的光输出/类型。光类型可以包括照亮区域中输出的光的颜色、色彩、色度、色调和/或阴影。透射部分209(在图2B中示意性示出)可以通过用于保持面板的分离结构被保持为邻近光纤面板，或者可以通过使用双面胶带粘附到光纤层202而形成光纤面板的一体部分。
图3示出了根据一个实施例的光纤面板照明模块的示例性应用。如所见的那样，该图示出了车辆的左后角尾灯组件300和周围区域。尾灯组件300包括光源320、光纤束330和光纤面板340。光源320产生用于耦接到光纤面板340的光，该光纤面板从其表面发射光以满足期望的照明功能。如所见的那样，光源320光学耦接到由从面板340的相对侧延伸的光纤332形成的光纤束330。光源313以虚线示出，以指示光源320和相关的光纤束330设置在车辆的内部的角尾灯组件300的背侧上。还示出了具有光学照明模块面板351的附加尾灯组件350，但是光纤束和光源隐藏在车辆的行李箱区域内。
如以上背景技术章节中所论述的那样，本发明人已经认识到，在复杂的车辆照明设备中集成光纤光学面板带来了挑战，这些挑战通常导致这种车辆照明设备的低制造成品率。图4是在诸如图3所示的尾灯组件的尾灯组件上使用的常规光纤照明模块的示意图。如所见的那样，模块410包括光源420，该光源光学耦接到从光纤面板440的相对侧延伸的光纤束430。面板440包括粘合剂404和套圈432，该粘合剂将光纤432的中间区域保持呈面板形式，该套圈设置在光纤的端部处以保持束并提供到光源420的耦接。粘合剂可以用于将面板部分440固定到支撑结构，诸如如上所论述的角尾灯。
同样如图4所示，光纤432包括如黑色填料所示的面板区域440中的经研磨的部分，以及如灰色填料所示的束430中的未研磨的部分。因此，常规光纤模块包括光纤的对应于面板的粘合剂404的经研磨的部分。这可能是由于面板440的制造过程，其中，粘合剂被固定到光纤432的一侧以保持面板形状，并且在被粘合剂固定后光纤的相对侧被研磨。经研磨的部分的突变边界导致由经研磨的部分发射的光相对于未研磨的部分的突变边界。本发明人已经认识到，粘合区域的边界通常对应于面板固定到其上的支撑结构的可见部分的边界。由于光纤上的经研磨的部分仅限于被固定到可见支撑结构上的面板的粘合区域，所以通过粘合剂将面板组装到支撑结构需要精确放置面板(居中)，这对于确保在完成的组装中不可见的所发射的光的突变边界至关重要。本文公开的实施例解决了这个问题。
图5是根据实施例的尾灯组件上使用的光纤光学灯模块的示意图。如所见的那样，模块510包括光源520、光纤束530和光纤面板540。同样如图5所示，由黑色填料示出的光纤532的经研磨的部分延伸超过面板区域540中的粘合剂504。这允许在面板放置方面的更大的工艺变化，而在成品中在点亮方面没有可观察到的变化。此外，延伸的研磨部改善了组件从点亮到未点亮的渐变性。
图6是将常规光纤面板与根据本文公开的实施例的光纤面板进行比较的印刷图像。图6的左侧部分示出了未点亮状态下的光纤面板的比较，而图6的右侧示出了点亮状态下的面板。具体而言，如在图6的左侧所见的，常规面板601在延伸的研磨光纤面板603上方，并且两个面板被布置成使得它们的粘合区域604对齐。粘合区域604和限定了待固定到支撑结构的面板部分的边缘641。面板601包括被约束在粘合部分604内的光纤研磨部，而面板603包括延伸到光纤束区域的延伸的研磨区域632。图的右侧更清楚地示出了效果。如所见的那样，面板601包括对应于粘合区域和研磨区域转变为非粘合区域和非研磨区域的光输出方面的突变。相比之下，在面板601具有延伸的研磨区域632的情况下，由于延伸的研磨部，点亮方面突然改变的点延伸超过粘合剂。这允许改善的光渐变性，并且还允许点亮方面剧烈变化的点缠绕在照明设备的安装表面周围，在该处该点在顾客的视野之外。
图7A是根据另一个实施例的光纤面板的横截面的示意图。如所见的那样，面板700包括接合到粘合剂层704一侧的光纤层702。光纤层702包括并排布置成阵列的多根光纤710。面板700不包括反射层。可移除衬里720设置在粘合剂层704上，以防止面板700的非预期的粘附。自由端720a允许衬里720在准备好粘结到支撑结构(诸如复杂3D结构的表面)时从面板700移除。
图7B是根据另一个实施例的光纤面板组件的横截面的示意图。如所见的那样，光纤面板组件750包括通过粘合剂层704彼此粘附的三个光纤层702。粘合剂层704也用于将多层面板本身直接结合到支撑结构701。这种结构降低了光纤面板分层和/或光纤面板从结构701脱离的风险，这可以避免光输出方面的劣化。
在一些实施例中，支撑结构可以被构造为提供固定到其上的灯面板所期望的光学特性。例如，支撑结构可以由高反射性聚碳酸酯制成。替代性地，支撑结构的表面可以被修改以提供光纤面板的改善的粘附性。根据以上教导，许多修改和变化是可能的。因此应当理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以不同于如本文中具体描述那样实践。
因此，前述论述仅公开和描述了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将理解的那样，本发明可以以其他特定形式实现，而不脱离其精神或基本特征。因此，本发明的公开内容旨在是说明性的，而不是限制本发明以及其他权利要求的范围。本公开内容(包括本文教导的任何容易辨别的变型)部分地定义了前述权利要求术语的范围，使得没有发明性主题专用于公众。
Claims (14)
1.一种车辆照明设备的光纤光学灯面板，包括：
光纤层，所述光纤层包括多根光纤，所述多根光纤以预定形式布置，使得所述光纤层具有被构造为发射光的光发射侧以及与所述光发射侧相反的安装侧；
粘合剂层，所述粘合剂层具有：第一侧，其与所述光纤层的安装侧直接接触；以及第二侧，其与所述第一侧相反并且被构造成直接接触支撑结构的表面，使得所述粘合剂层将所述光纤层机械连接到所述支撑结构；
光纤束，所述光纤束包括所述多根光纤的不与所述粘合剂层直接接触的部分；以及
研磨部，所述研磨部沿着所述多根光纤中的每根光纤的长度设置，使得光能够从相应光纤发射，所述研磨部设置在所述光纤层中并且连续延伸超过所述粘合剂层而到达所述光纤束的至少一部分中，以使从相应光纤发射的光延伸超过所述粘合剂层，
其中，沿着所述多根光纤的整个表面连续设置所述研磨部。
2.根据权利要求1所述的光纤光学灯面板，其中，沿着所述光纤且沿着所述光发射侧的延伸超过所述粘合剂层的表面连续设置所述研磨部。
3.根据权利要求1所述的光纤光学灯面板，还包括释放层，所述释放层与所述粘合剂层的所述第二侧直接接触并且被构造为当所述光纤光学灯面板安装到支撑结构时被移除。
4.根据权利要求3所述的光纤光学灯面板，其中，所述释放层包括自由端，以便于从所述粘合剂层移除所述释放层。
5.根据权利要求1所述的光纤光学灯面板，还包括通过附加粘合剂层连接到所述光纤层的至少一个附加光纤层。
6.根据权利要求5所述的光纤光学灯面板，其中，所述光纤层和所述附加光纤层被包括在由三个光纤层组成的光纤部分中，所述三个光纤层彼此上下堆叠并且通过插入在所述三个光纤层之间的粘合剂层彼此连接。
7.一种车辆照明设备的光纤面板照明组件，包括：
支撑结构，所述支撑结构具有安装表面；
光纤层，所述光纤层包括多根光纤，所述多根光纤以预定形式布置，使得所述光纤层具有被构造为发射光的光发射侧以及与所述光发射侧相反的安装侧；
粘合剂层，所述粘合剂层具有：第一侧，其与所述光纤层的安装侧直接接触；以及第二侧，其与所述第一侧相反并且被构造成直接接触支撑结构的表面，使得所述粘合剂层将所述光纤层机械连接到所述支撑结构；
光纤束，所述光纤束包括所述多根光纤的不与所述粘合剂层直接接触的部分；以及
研磨部，所述研磨部沿着所述多根光纤中的每根光纤的长度设置，使得光能够从相应光纤发射，所述研磨部设置在所述光纤层中并且连续延伸超过所述粘合剂层而到达所述光纤束的至少一部分中，以使从相应光纤发射的光延伸超过所述粘合剂层。
8.根据权利要求7所述的光纤面板照明组件，其中，所述支撑结构包括聚碳酸酯。
9.根据权利要求8所述的光纤面板照明组件，其中，所述支撑结构的所述安装表面是非平面表面，
其中，所述光纤束缠绕在所述安装表面周围，使得所述研磨部延伸到缠绕在所述安装表面周围的点。
10.根据权利要求9所述的光纤面板照明组件，其中，所述支撑结构的所述安装表面是三维表面。
11.根据权利要求10所述的光纤面板照明组件，其中，所述安装表面是二维半表面。
12.根据权利要求8所述的光纤面板照明组件，其中，所述安装表面是反射性表面。
13.根据权利要求8所述的光纤面板照明组件，其中，所述安装表面被加工成有利于粘附。
14.一种车辆照明设备，包括：
具有非平面表面的聚碳酸酯支撑结构；以及
如权利要求1所述的光纤光学灯面板，其中，粘合部分的所述第二侧与所述非平面表面直接接触。
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