CN216670383U - 包括隔片的照明装置和汽车头灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明装置（22）。提供一种包括光导（28）的照明装置（22）——其中进一步优化了被引导的光的量——的目的被解决，其中该照明装置（22）包括：具有发光面（26）的发光元件（24）；具有入光面（30）的光导（28），该光导（28）被配置成借助于全内反射来引导由发光元件（24）发射的光；和包括第一面（38）和第二面（40）的隔片（36），其中第一面（38）被布置成与入光面（30）直接接触，其中第二面（40）被布置成与发光面（26）相对，其中隔片（36）被布置成使得发光面（26）和入光面（30）之间的最小距离（d）为300µm或更小，并且其中隔片（36）被布置成使得在发光元件（24）与隔片（36）之间至少分段提供间隙。本发明进一步涉及一种用于制造这种照明装置（22）的方法，并且涉及一种包括本发明的照明装置（22）的汽车头灯。

Description

包括隔片的照明装置和汽车头灯

技术领域

本公开涉及一种照明装置，其包括：至少一个发光元件，诸如发光二极管（LED）；和光导，用于引导由发光元件发射的光。

背景技术

照明装置可以包括光学元件，诸如被配置成使来自由光源发射的光的定向光束成形的准直器。例如，可以借助于准直器从由光源发射的光中获得具有特定尺寸和强度分布的光束。准直器对于发光元件——诸如具有相对宽的发射的角分布（例如发射的朗伯分布）的LED——是特别有用的。

光学元件可以被配置为光导。光可以耦合到光导的入射面中，并且例如特别地是基于光在光导的侧表面处的全内反射来实现准直。照明装置的有效性主要取决于耦合到光导的入射面中的光的量。因此，通常期望将发光元件和光导布置得尽可能彼此接近，以最大化耦合到入光面中的光的量。

另外，光导的有效性进一步取决于全内反射的速率，并因此取决于进入光导的光的角分布。发光元件通常包括陶瓷发光表面，并且具有高折射率的透明材料（诸如硅酮）用于光导。要避免发光元件的发光面和光导的入光面之间的直接光学接触。相反，通常在发光面和入光面之间留下气隙，因为光在发光面和空气之间以及空气和入光面之间的交界处折射，使得更大量的光可能受到全内反射。相反地，直接光学接触将导致光在发光面和入光面的交界处的相对不利的折射，并导致准直光的强度的显著损失。另外，与转换的黄光相比，将更有效地从发光元件提取蓝光，这将导致准直光的色移，特别是当热应力发生时。

因此，发光元件和光导通常在发光面和入光面之间布置有相当大的气隙，以避免这种光学接触。通常关于光导的热膨胀和制造公差来选择发光面和入光面之间的距离，这减少了耦合到入光面中的光的量。

因此，包括作为准直器的光导的照明装置仍然需要关于耦合到光导中的光的量和准直的有效性的进一步优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种包括光导的照明装置，其中进一步优化了被引导的光的量。本发明进一步涉及一种用于制造照明装置的方法和一种包括本发明的照明装置（22）的汽车头灯。

根据本发明的第一方面，提供了一种照明装置，包括：至少一个具有发光面的发光元件；具有入光面的光导，该光导被配置成借助于全内反射来引导由发光元件发射的光；和包括第一面和第二面的隔片，其中第一面被布置成与入光面直接接触，其中第二面被布置成与发光面相对，并且其中隔片被布置成使得发光面和入光面之间的最小距离为300 µm或更小。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于制造照明装置的方法，该方法包括：提供具有发光面的至少一个发光元件；提供具有入光面的光导，该光导被配置成借助于内反射来引导由发光元件发射的光；提供包括第一面和第二面的隔片；将第一面布置成与入光面直接接触；以及将第二面布置成与发光面相对，使得发光面和入光面之间的最小距离为300µm或更小。

根据本发明的第三方面，提供了一种包括本发明的照明装置的汽车头灯。

本发明的第一、第二和第三方面的示例性实施例具有或可以具有如下所描述的以下性质中的一个或多个。

至少一个发光元件具有发光面，该发光面例如是可以提供所发射光的最高强度的发光元件的面。特别地，发光元件可以具有基本上平面的形状，其中平面形状的主面之一被配置为发光面。在一些实施例中，发光元件可以基于半导体元件。发光元件可以特别地具有发光面，该发光面包括（半透明的或透明的）陶瓷材料或由（半透明的或透明的）陶瓷材料组成，特别是基于氧化铝和/或波长转换层的陶瓷材料。

光导被配置成借助于全内反射来引导由发光元件发射的光，并且光导包括透明材料或由透明材料组成。光导可以具有成形以用于引导光的侧面，使得以给定的光束形状和强度分布，朝向光导的出光面而重定向在侧面处经历全内反射的光。入光面的形状可以与发光元件的发光面的形状相一致。特别地，入光面可以具有与发光面的形状对应的平面和/或矩形形状。在一些实施例中，光导具有扩展的形状，因为光导的截面从入光面到出光面连续地扩大。光导的出光面的形状可以在形状和/或纵横比上与入光面相背离。

根据本发明，提供了300 µm或更小的在发光面和入光面之间的最小距离。发光面和入光面之间的最小距离可以特别地小于为避免由于热膨胀和由于制造公差引起的光学接触而通常所需的最小距离，从而显著地提高耦合到入光表面中的光的量。同时，避免了发光面和入光面之间的直接的光学和机械接触。提供了包括第一面和第二面的隔片，其中第一面被布置成与入光面直接接触，并且其中第二面被布置成与发光面相对。即，隔片设置在发光元件和光导之间中。

隔片的第一面可以与入光面直接机械接触，并且特别地与入光面直接光学接触。因此，隔片可以用作光导的位置的机械屏障。因为隔片可以确保维持发光元件和光导之间的最小距离，所以避免了由于热膨胀或者光导的布置和尺寸中的公差而引起的发光元件和光导的光学接触。根据本发明的隔片还在发光元件和隔片之间至少分段提供间隙，使得发生有利于光导中的全内反射的折射效应。可以例如用空气填充该间隙，该空气具有低于发光面和光导的折射率的折射率。

因此，利用本发明的照明装置，发光元件和光导可以彼此非常接近地定位，以优化耦合到发光面中的光的量，同时避免了发光元件和光导之间的光学接触，从而优化了光导中的全内反射。

根据本发明的示例性实施例，光导被配置成借助于全内反射来准直由发光元件发射的光。即，光导被配置为用于由发光元件发射的光的准直器。

因为隔片确保发光元件和光导不与彼此光学接触，所以可以进一步减小最小距离。根据本发明的示例性实施例，隔片被布置成使得发光面和入光面之间的最小距离为150µm或更小。因为内耦合的光的量通常随着发光面和入光面之间距离的变小而增加，所以进一步改善了照明装置的有效性。在一些实施例中，发光面和入光面之间的最小距离为50 µm或更小，从而导致特别高的效率。

根据本发明的另一示例性实施例，隔片具有从第一面到第二面的50 µm或更小的厚度。因为隔片被定位在发光元件和光导之间中，所以隔片的较小厚度可以提供具有较小的最小距离的布置，并因此改善了光的内耦合。特别地，可以提供30 µm或更小的厚度。在一些实施例中，可以选择显著更低的隔片厚度，其中隔片的最小厚度可以仅受机械考量——即隔片的稳定性（鉴于照明装置的其它元件的热膨胀）——的限制。隔片从第一面到第二面的最小厚度可以为3 µm、特别是10 µm。

根据本发明的另一示例性实施例，提供了至少一个间隔元件，该至少一个间隔元件被配置成将第二面布置在距发光面的预定最小距离处。第二面和发光元件之间的该预定最小距离表示间隙的最小厚度，该间隙提供了前述有利的折射效果，其中可以例如用空气填充该间隙。因此，间隔元件可以被配置成使得避免发光面和隔片的第二面之间的直接的机械或光学接触。在一些实施例中，间隔元件可以布置在发光面和隔片的第二面之间。替代地，为了避免光被间隔元件阻挡和/或折射，间隔元件可以被布置成与发光面间隔开。特别地，发光元件可以包括衬底，诸如散热器和/或电路板。间隔元件可以布置在衬底和隔片之间中。

根据本发明的替代示例性实施例，第二面被布置成与发光面直接机械接触。在这个实施例中，发光面和入光面之间的最小距离可以基本上等于隔片的厚度。在发光面的区域中提供了直接接触，使得发光面的剩余区域在发光面和第二面之间提供间隙。在实施例中，发光面和第二面具有与彼此直接接触的基本上平面的形状。虽然具有基本上平面的形状，但是发光面和第二面可以具有表面不规则性，该表面不规则性在区域中有效地在发光面和第二面之间产生空腔形式的间隙，该间隙提供有利的光折射。即使当接触压力增加时——例如由于照明装置的操作期间的热应力——隔片和/或发光面也可以具有足以保持空腔的表面硬度。

根据本发明的另一示例性实施例，第二面的表面粗糙度Rz小于1 µm、特别是小于100 nm或小于10 nm）。通常，发光面——特别是包括陶瓷的发光面——的表面粗糙度Rz可以是微米级的，例如大约1 µm。因此，当第二面的表面粗糙度Rz相对小时，也在第二面和发光面之间直接机械接触的情况下，可以获得在第二面和发光面之间具有间隙的区域。因此，可以避免整个发光面之上的完全光学接触。

隔片可以包括透明材料或由透明材料组成，该透明材料例如是对由发光元件发射的光具有90%或更大的透射率的材料。可以选择隔片的材料，使得隔片能够承受机械应力，该机械应力特别地可能由直接接触入光面和可选地接触发光面造成。对于一些应用，进一步期望隔片的材料具有高的热稳定性，使得可以提供距发光面的小的预定距离或者甚至与发光面的直接接触。根据本发明的示例性实施例，隔片包括玻璃或由玻璃组成。玻璃可以组合前述优点中的一个或多个，并且尤其可以耐热高达在操作发光元件（诸如LED）时出现的温度。特别地，玻璃也可以成形为具有小厚度的片，同时提供良好的机械稳定性和高的透射率。玻璃还可以提供硬度，当使第二面与发光面直接机械接触时，该硬度足以防止第二面的变形。因此，例如即使当热应力将第二面压到发光面上时，也可以避免由于发光面的表面粗糙度而存在的间隙的闭合。

光导包括透明材料或由透明材料组成，该透明材料优选地是具有高折射率的透明材料。原则上，可以使用任何种类的塑料材料，并且特别是基于聚碳酸酯的材料。根据本发明的另一示例性实施例，光导包括硅酮或由硅酮组成。透明硅酮特别地具有较高的折射率，并且制作简单，其中光导可以以不同的形状制造。进一步，硅酮可以具有弹性性质，使得光导可以是可变形的。

根据本发明的另一示例性实施例，光导和隔片被布置成使得第一面被压到入光面上。当光导包括诸如硅酮的弹性材料时，这种布置可以特别地有利。在涉及不具有本发明隔片的照明装置的现有技术中，用于光导的弹性材料可能是有问题的，因为入光面的材料可能由于热膨胀而被压到发光面上。然后，入光面和发光面之间的剩余间隙被闭合并且照明装置的有效性降低。利用本发明，将第一面压到入光面上甚至可以是有利的，因为第一面用作光导的机械边界，从而导致入光面的良好限定的布置。利用该隔片，避免了入光面和发光面之间的直接（光学）接触。

根据本发明的另一示例性实施例，照明装置进一步包括次级光学器件，例如至少一个反射元件和/或至少一个折射元件和/或至少一个漫射元件和/或至少一个滤光器。对于一些应用，次级光学器件可以包括反射杯和/或透镜系统。光导可以被配置成将由发光元件发射的光朝向次级光学器件准直。次级光学器件还可以包括准直器，其中光导被配置为用于准直器的预准直器。

根据本发明的另一示例性实施例，发光元件包括至少一个LED。例如，LED可以包括至少一个半导体元件，诸如p-n结、二极管、和/或晶体管。例如，可以以单独或组合的LED管芯和/或LED封装的形式提供LED。至少一个LED可以布置在衬底上，例如在散热器、插件、并且特别是（印刷）电路板上。LED封装可以包括波长转换元件（例如基于磷光体）和/或可以包括诸如反射元件（例如反射杯）的至少一个光学元件。例如，LED可以安装到LED引线框架上。

在根据本发明的另一示例性实施例中，照明装置被配置用于汽车照明，特别是用于汽车头照明。汽车照明装置并且特别是汽车头灯可能需要高的光强度，使得多个发光元件可以借助于例如充当准直器的光导而耦合到次级光学器件中。如上所描述，根据本发明的照明装置提供了高效率的光内耦合和准直，同时允许发光元件和光导的稳定的机械布置。

上面描述的本发明的特征和示例性实施例可以同样涉及根据本发明的不同方面。特别地，利用涉及根据第一方面的照明装置的特征的公开，还公开了涉及根据第二方面的方法和根据第三方面的汽车头灯的对应特征。

将要理解，在这个范围中的本发明实施例的呈现仅仅是示例性的和非限制性的。

通过结合附图考虑的以下详细描述，本发明的其它特征将清楚。然而，将要理解，附图仅仅是为了说明而设计的，并且不作为本发明的限制的定义，对于本发明的限制，应当对所附的权利要求进行参考。应当进一步理解，附图不是按比例绘制的，并且它们仅仅旨在概念性地说明本文描述的结构和过程。

附图说明

现在将参照附图来详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示出了根据现有技术的照明装置的示意表示；

图2示出了根据本发明的照明装置的第一实施例的示意表示；

图3示出了根据本发明的照明装置的第二实施例的示意表示；

图4示出了根据现有技术的照明装置的照度依赖于光导和发光元件的相对位置的示意图表；以及

图5示出了根据本发明的照明装置的照度依赖于光导和发光元件的相对位置的示意图表。

具体实施方式

图1以侧视图示出了根据现有技术的照明装置2的示意表示。照明装置2包括具有发光面6的发光元件4和具有入光面10的光导8。

维持发光面6和入光面10之间的最小距离d'以优化在光导8的侧面12上受到全内反射的光的量。气隙由于最小距离d'而形成，并且光在该气隙与发光面6和入光面10的交界处折射。在发光面6和入光面10之间将提供直接光学接触的情况下，在发光面6和入光面10的交界处将发生较为不利的光折射，导致准直光的强度的显著损失。因此，提供了相对大的最小距离d'以确保避免直接接触，其中考虑了热膨胀和制造公差。

然而，在这种布置中相对大的最小距离d'导致耦合到入光表面10中的光的强度损失，因为由发光元件4发射的光可能是相当不定向的并且例如是朗伯类型的。

图2以侧视图示出了照明装置22的第一实施例的示意表示。照明装置22包括具有发光面26的发光元件24。进一步，提供了具有入光面30的光导28，光导28被配置成借助于侧面32处的全内反射来准直由发光元件24发射的光。发光元件24被配置为布置在印刷电路板34上的LED。光导28由透明硅酮组成。照明装置22被配置为汽车头灯，其中光导28被配置为用于次级光学器件（未示出）的准直器。

提供了包括第一面38和第二面40的隔片36，其中第一面38布置成与入光面30直接接触。第二面40布置成与发光面26相对。隔片36被布置成使得发光面和入光面之间的最小距离d为300 µm或更小。

在图2中所描绘的第一实施例中，第二面40布置成与发光面26直接接触。即，如图2中示意性指示的，第二面40在某些点或区域处触及发光面26，而发光面26的区域由于发光面26的表面不规则性仍然与第二面40间隔开。隔片36由玻璃组成，并具有例如1-5 nm级的表面粗糙度Rz，而发光元件24的发光面26包括具有大约1 µm的表面粗糙度Rz的陶瓷材料。因此，尽管在第二面40和发光面26之间存在直接接触，但是因为由于发光面26的表面粗糙度与隔片36的刚性和硬度形成了空腔，所以至少在第二面40和发光面26之间的区域中仍然形成了气隙。利用该空腔，由发光元件24发射的大量的光以适合于全内反射的角度折射到入光面30中。

相反地，在将在发光面26和入光面30之间进行直接接触的情况下（即，将省略隔片36），光导28的硅酮的弹性性质将导致空腔的有效闭合，因为光导28将符合发光面26的表面不规则性。

根据本发明，可以显著减小最小距离d，以优化耦合到入光面30中的光的量。在第一实施例中，最小距离d可以基本上等于从第一面38到第二面40的隔片36的厚度，该厚度可以小于50 µm或小于30 µm。

图3示出了根据本发明的照明装置22的第二实施例的示意表示。与图2中相同的附图标记已用于对应的元件。

图3中的照明装置22的布置与图2的布置的不同之处在于，发光面26不与第二面40直接接触并且提供了间隔元件42。间隔元件42被配置成将第二面40布置在距发光面26的预定最小距离处。因此，最小距离d基本上等于隔片36的厚度与所述预定最小距离之和。间隔元件42布置在隔片36和发光元件24的印刷电路板34之间中。

对于具有发光面26和/或第二面40的配置——该发光面26和/或第二面40具有小的表面粗糙度Rz——第二实施例可以是特别有利的。通过提供预定的最小距离，可以在整个发光面26之上获得到第二面40的间隙，从而进一步改善准直的有效性。

图4和图5示出了基于实验的根据现有技术和根据本发明的照明装置的照度的示意图表。图4示出了现有技术的照明装置（即，没有隔片）的照度依赖于光导和发光元件的相对位置。对于不同的颜色传感器Y和Z，在准直器的出光面处检测到的照度在纵坐标处描绘。横坐标由光导的出光表面的位置表示，其中较高的值对应于光导被定位得更接近发光元件，即在其中发光面和入光面之间的间隙闭合的方向上。对于光导的向前运动（朝向较高的位置值）和光导的向后运动（朝向较低的位置值），已经测量了传感器照度。

从图4中的左手侧开始。可以看出，随着耦合到光导中的光的量被提高，减小间隙在开始时增加了传感器照度。然后，大致当在发光面和入光面之间进行机械接触时，在大约350 µm的位置处观察到强度的最大值。

当光导进一步移动时，入光面压入发光面，从而有效地导致直接光学接触。由于光导的弹性性质，剩余的空腔被闭合。在这个区域中，可以看出，至少对于颜色传感器Y来说，照度减弱。另外，由于颜色传感器Y和Z（测量不同颜色）的照度随着位置的变化而表现不同，因此发生了色移。

图5示出了根据本发明的照明装置的照度依赖于光导和发光元件的相对位置的示意图表。已使用了具有30 µm的厚度的由玻璃制成的隔片。如图4中，对于不同的颜色传感器Y和Z，在准直器的出光面处检测到的照度在纵坐标处示出，而横坐标由光导的出光表面的位置表示。较高的位置值对应于使光导更接近于发光元件。

从图5中的左手侧开始，由于发光面和入光面之间更小的距离，因此照度也增加了。在第二面和发光面之间的大约350 µm的位置处进行直接接触。由于该隔片，至少在区域中避免了发光面和入光面之间的直接光学接触。利用较高的位置值，出光表面在发光元件的方向上进一步移动，光导被进一步压到隔片上。与图4中所示的照度的表现相反，传感器照度不随着更高的位置值而降低。进一步，由于颜色传感器Y和Z的照度差随着位置的变化而近似恒定，因此也基本上避免了色移。

附图标记的列表

2，22 照明装置

4，24 发光元件

6，26 发光面

8，28 光导

10，30 入光面

12，32 侧面

34 印刷电路板

36 隔片

38 第一面

40 第二面

42 间隔元件

d，d' 最小距离。

Claims (16)

1.一种照明装置，包括：

发光元件，具有发光面；

光导，具有入光面，所述光导被配置成借助于全内反射来引导由所述发光元件发射的光；和

隔片，包括第一面和第二面，

其特征是，所述第一面被布置成与所述入光面直接接触并且所述第二面被布置成与所述发光面相对，所述隔片被布置成使得所述发光面和所述入光面之间的最小距离为300 µm或更小，以及所述隔片被布置成使得在所述发光元件和所述隔片之间的至少一部分区域中提供间隙。

2.根据权利要求1所述的照明装置，

其中所述光导被配置成借助于全内反射来准直由所述发光元件发射的光。

3.根据权利要求1所述的照明装置，

其中所述隔片被布置成使得所述发光面和所述入光面之间的所述最小距离为150 µm或更小。

4.根据权利要求1所述的照明装置，

其中所述隔片具有从所述第一面到所述第二面的50 µm或更小的厚度。

5.根据权利要求1所述的照明装置，

其中提供了至少一个间隔元件，所述至少一个间隔元件被配置成将所述第二面布置在距所述发光面的预定的最小距离处。

6.根据权利要求5所述的照明装置，其中所述至少一个间隔元件不与所述发光面直接接触。

7.根据权利要求1所述的照明装置，

其中所述第二面被布置成与所述发光面直接机械接触。

8.根据权利要求1所述的照明装置，

其中所述隔片包括玻璃或由玻璃组成。

9.根据权利要求1所述的照明装置，

其中所述光导包括透明硅酮或由透明硅酮组成。

10.根据权利要求1所述的照明装置，

其中所述光导和所述隔片被布置成使得所述第一面压到所述入光面上。

11.根据权利要求1所述的照明装置，

进一步包括次级光学器件，其中所述光导被配置成将由所述发光元件发射的光引导朝向所述次级光学器件。

12.根据权利要求1所述的照明装置，

其中所述发光元件包括至少一个发光二极管。

13.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述第二面具有小于1 µm的较小的表面粗糙度，并且所述发光面具有比所述第二面更大的表面粗糙度。

14.根据权利要求13所述的照明装置，其中所述更大的表面粗糙度为1 µm，并且所述较小的表面粗糙度小于100 nm。

15.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述隔片包括对由所述发光元件发射的光具有90%或更大的透射率的材料。

16.一种汽车头灯，其特征是，所述汽车头灯包括根据权利要求1所述的照明装置。

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