專利名稱：前照燈和前照燈件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的前照燈以及權(quán)利要求31前序部分所述的前照燈件。
該專利申請要求了德國專利申請10314524.9的優(yōu)先權(quán)，其公開的內(nèi)容可以納入本申請中。
例如US6 527 411 B1描述了一種由前照燈件構(gòu)成的前照燈。前照燈件或多個前照燈件本身的輸出光通部分為圓形，中心前照燈件由多個其它前照燈件圍住。在這種前照燈中特別采用了發(fā)光二極管(LEDs)，例如其優(yōu)點是壽命長、反應(yīng)快且電效率高，這樣可以減小維修費用和電能消耗。
但根據(jù)US6 527 411 B1的前照燈，由于其用于多用途的圓形形狀，在需要前照燈的確定反射特性時不能或受到限制地使用。該例子是汽車前照燈，對此，在常用的標(biāo)準(zhǔn)中(例如德國的ECE)規(guī)定了包括光錐柔和確定的幾何形狀以及間斷明/暗轉(zhuǎn)變的照射特性。對此，在使用時需要或有益于前照燈特性的改變。
本發(fā)明的目的在于對前照燈的改進，在結(jié)構(gòu)簡單的情況下，具有多種不同的照射特性且照射特性可以改變。對此，本發(fā)明還在于對特別適用于這種前照燈的前照燈件的改進。
本發(fā)明的目的通過具有權(quán)利要求1特征的前照燈以及具有權(quán)利要求37特征的前照燈件實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，上述類型的前照燈中至少幾個前照燈件輸出部分以至少兩組的形式設(shè)置，使得至少一組的布置和/或至少多組的前照燈件輸出部分的一個整體布置基本與所希望的前照燈的照射特性對應(yīng)，這種照射特性特別獲得基本與所希望的前照燈光錐橫截面形狀對應(yīng)的形狀。對此，前照燈其中屬于組前照燈件輸出部分的半導(dǎo)體芯片分別與其它半導(dǎo)體芯片可相互獨立地工作。
下面針對前照燈件提出了通過前照燈照射的任意形成的體積，其中省去了在距前照燈相同距離下亮度大于一個數(shù)量級而又小于最大亮度的區(qū)域。照射特性是指前照燈件的一個或多個特性。例如不同立體角的光強度、明/暗過渡區(qū)或橫截面形狀。針對橫截面形狀提出了在垂直于前照燈的主照射方向平面內(nèi)前照燈光錐的橫截面形狀。
在這種類型的前照燈中，僅僅通過前照燈件輸出部分的幾何形狀可以實現(xiàn)多個不同的照射特性。對此，以簡單的方式構(gòu)成了前照燈，其照射特性通過屬于不同組的前照燈件輸出部分的半導(dǎo)體芯片的接通和斷開改變。
在本發(fā)明的前照燈件中，初級光學(xué)元件分別是光學(xué)聚光件，其中輸入光通部分是真正的聚光件出口，使得光與通常使用的反向聚焦的聚光器比較穿過聚光器并由此不聚焦，而是省去通過輸出光通部分減小分散度的聚光器。
在一特別優(yōu)選的方式中，初級光學(xué)元件是CPC、CEC或CHC型聚光件，對此提出下面的聚光件，其反射側(cè)壁至少局部和/或至少具有組合的拋物線聚光件(compound parabolic concentrator，CPC)的形狀、組合的橢圓聚光件(compound elliptic concentrator，CEC)形狀和/或組合的雙曲線聚光件(compound hyperbolic concentrator，CHC)形狀。
替代CPC、CEC或CHC型聚光件的是，聚光件優(yōu)選具有連接輸入光通部分與輸出光通部分的側(cè)壁，沿這些側(cè)壁上分布的直接連接線在輸入光通部分和輸出光通部分之間基本呈直線分布。側(cè)壁的優(yōu)點在于用基本呈直線分布的側(cè)壁替代拋物線形、橢圓形、雙曲線形曲線側(cè)壁，使得初級光學(xué)元件具有例如棱錐臺或圓錐臺基本形狀。
這樣構(gòu)成的初級光學(xué)元件或前照燈件可以有效減小光的分散度，由此，形成前照燈的足夠的亮度和一定柔和的照射特性。
上述和下述的初級光學(xué)元件的實施方式和優(yōu)點只要提及就既涉及本發(fā)明的前照燈也涉及本發(fā)明的前照燈件。
特別優(yōu)選的是，由輸出光通部分發(fā)出光錐的張角在0-60°之間，優(yōu)選在0-40°之間，特別優(yōu)選在0-20°之間，其中分別包括邊界點。光錐在這里及下面意味著通過初級光學(xué)元件輸出光通部分發(fā)出的光獲得的任意形成的體積，類似于前照燈，其中省去了在距其輸出光通部分相同距離下亮度大于一個數(shù)量級而又小于最大亮度的區(qū)域。光錐的意義不在于數(shù)學(xué)意義上的光錐形狀和具有更多的張角，而是上述涉及的最大張角。
通過將穿過初級光學(xué)元件光的分散度相應(yīng)限制在一定大小，提高了各前照燈件的亮度。對此，形成多種可能的前照燈照射特性，這通過設(shè)置的前照燈件輸出部分實現(xiàn)，這是由于由前照燈件發(fā)出的光錐在相同設(shè)置下重疊很少且例如改善了前照燈合成光錐的分辨率。
為了減小由初級光學(xué)元件發(fā)出光錐的張角，優(yōu)選的是，初級光學(xué)元件的輸出光通部分具有輸入光通面或輸入光通開口。其尺寸小于或等于芯片輸出耦合面的兩倍。特別優(yōu)選的是，輸入光通面或輸入光通開口的尺寸最大是芯片輸出耦合面的1.5倍，特別是1.1倍或1.05倍。
輸入光通面或輸入光通開口的尺寸優(yōu)選大于或基本不小于芯片輸出耦合面。
這樣獲得的初級光學(xué)元件的輸入光通不只適合于明顯減小光錐的分散度，而且還可以使得初級光學(xué)元件明顯小型化并由此制成具有高反射亮度的緊湊前照燈。
優(yōu)選的是，至少一組的至少前照燈件輸出部分的一部分被緊密組裝，特別無空隙設(shè)置。由此，提高亮度和改善前照燈光錐的均勻性。
優(yōu)選的是，半導(dǎo)體芯片和/或前照燈件輸出部分局部或至少部分組呈矩陣式地設(shè)置，即規(guī)則地呈行列設(shè)置。
在一特別優(yōu)選實施方式中，前照燈在汽車上使用，至少第一組前照燈件輸出部分的布置和/或多個第一組共同的布置基本符合近光燈的照射特性，該照射特性特別基本對應(yīng)于近光燈光錐橫截面形狀，至少第二組的布置和/或多個第二組共同的布置與第一組的設(shè)置或多個第一組的共同布置或單獨地基本符合遠(yuǎn)光燈的照射特性，該照射特性特別對應(yīng)于遠(yuǎn)光燈光錐橫截面形狀。
這種汽車前照燈以簡單的方式滿足必要的標(biāo)準(zhǔn)(如德國ECE)并提供了形成通過接通和斷開半導(dǎo)體芯片改變近光燈和/或遠(yuǎn)光燈光錐的可能。
為了獲得“隨同轉(zhuǎn)向”的前照燈，采用了這樣的另一特別優(yōu)選實施方式，前照燈包括多個第一和第二組，在使用第一組和/或第二組的前照燈件時，分別只有幾個組的半導(dǎo)體芯片的工作與汽車的轉(zhuǎn)向位置有關(guān)，從而至少部分產(chǎn)生汽車行駛方向的前照燈發(fā)出的光錐。
優(yōu)選的是，在一實施方式中，相應(yīng)初級光學(xué)元件的輸出光通部分分別是前照燈件輸出部分。
優(yōu)選的是，各初級光學(xué)元件在原光學(xué)反射方向上后接一光波導(dǎo)體、優(yōu)選玻璃纖維或具有多根玻璃纖維的纖維束，具有輸入光通面和輸出光通面，至少從相應(yīng)初級光學(xué)元件輸出光通部分射出光的大部分穿過輸入光通面。
特別有利的是，光波導(dǎo)體的輸出光通面分別是前照燈件輸出部分。由此，前照燈件輸出部分以簡單的方式與半導(dǎo)體芯片和/或初級光學(xué)元件獨立設(shè)置，這對于這種結(jié)構(gòu)的前照燈帶來了進一步的靈活性。例如半導(dǎo)體芯片以不同的間距彼此設(shè)置，以改善在半導(dǎo)體芯片工作時的散熱。前照燈件輸出部分還可以按密集組裝方式設(shè)置。
有利的是，光波導(dǎo)體分別通過輸入光通面直接與相應(yīng)初級光學(xué)元件的輸出光通部分連接。
優(yōu)選的是，光波導(dǎo)體分別借助插頭與相應(yīng)的初級光學(xué)元件連接和/或光波導(dǎo)體分別通過輸入光通面借助膠粘劑安裝在相應(yīng)初級光學(xué)元件上并與初級光學(xué)元件連接。由此，初級光學(xué)元件和光波導(dǎo)體彼此固定并保證盡可能多的輸出光通部分的光進入光波導(dǎo)體。
特別優(yōu)選的是，光波導(dǎo)體分別借助插頭與相應(yīng)的初級光學(xué)元件連接且多個插頭彼此連接或一體形成。
同樣優(yōu)選的是，光波導(dǎo)體分別借助插接與相應(yīng)的初級光學(xué)元件連接且插頭與初級光學(xué)元件一體形成，由此共同制造且不必再進行相互連接或單獨安裝。
優(yōu)選的是，光波導(dǎo)體與相應(yīng)的初級光學(xué)元件一體形成。由此，簡化制造和/或簡化安裝。由此，優(yōu)化初級光學(xué)元件到光波導(dǎo)體的光傳播。
在一前照燈的優(yōu)選實施方式中，初級光學(xué)元件分別是光學(xué)聚光件，特別優(yōu)選是CPC、CEC或CHC型聚光件，其中輸入光通部分是真正的聚光件出口，使得光與通常使用的反向聚焦的聚光器比較穿過聚光器并由此不聚焦，而是省去通過輸出光通部分減小分散度的聚光器。
優(yōu)選的是，聚光件在輸入光通部分一側(cè)區(qū)域具有規(guī)則四邊形的橫截面，優(yōu)選具有正方形橫截面，聚光件在輸出光通部分一側(cè)區(qū)域同樣具有規(guī)則四邊形的橫截面，優(yōu)選具有三角形、四角形、六角形或八角形橫截面。在區(qū)域之間橫截面從一種形狀過渡到另一種形狀。由此，聚光件的輸入光通部分與通常形式的半導(dǎo)體芯片匹配，而輸出光通部分例如這樣構(gòu)成，使得多個初級光學(xué)元件的輸出光通部分規(guī)則且無空隙地設(shè)置，特別優(yōu)選的是，輸出光通部分是前照燈件的輸出部分。
在一優(yōu)選實施方式中，聚光件具有限定出空腔的基體，其內(nèi)壁用于反射由半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光和/或其內(nèi)壁基本具有涂層或?qū)有蛄?，?yōu)選具有金屬層，用于反射由半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光。
可優(yōu)選替換的是，聚光件是介電聚光件，其基體是由具有適當(dāng)折射率的介電材料構(gòu)成的實心體，通過輸入光通部分進入的光在通過全反射在連接輸入光通部分與輸出光通部分的實心體的側(cè)界面上反射到外大氣環(huán)境。其優(yōu)點是，由于反射在聚光件內(nèi)進行基本沒有光損失。
特別優(yōu)選的是，作為輸出光通部分的介電聚光件具有透鏡式凸界面，例如是呈球面凸出或非球面凸出。由此，可以進一步減小光錐的分散度。優(yōu)選的是，輸出光通部分以非球面透鏡方式凸出，由此，可以考慮芯片輸出耦合面的尺寸。球面透鏡對于點光源是最佳的且在非點光源情況下對于減小光錐的分散度具有明顯差的特性。
在另一實施方式中，介電聚光件至少局部具有涂層或?qū)有蛄?，?yōu)選具有金屬層，用于反射由半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光。為了避免開始不滿足全反射條件光束從聚光件側(cè)面射出，例如有利的是，半導(dǎo)體嵌入聚光件的材料中。
優(yōu)選的是，在其主照射方向上聚光件設(shè)置在半導(dǎo)體芯片之后且在芯片輸出耦合面和聚光件的輸入光通部分之間形成間隙。有利的是，該間隙基本沒有固體或粘性材料。
由此，實現(xiàn)特別的光束不會遇到輸入光通部分，而是在其側(cè)向掠過，所述的特別光束相對于半導(dǎo)體芯片主照射方向以特別大的角度發(fā)出且在輸出光通部分上使得光錐很強地擴展。對于介電聚光件的情況，其間隙使得光束的入射角越大，在輸入光通部分上的界面上反射的光束越多。由此，減小了到達(dá)聚光件光的分散度大的部分。
與其相關(guān)特別有利的是，聚光件具有一個或多個反射件，其設(shè)置和/或形式使得不直接從半導(dǎo)體芯片到達(dá)聚光件的光束的一部分在其上多次反射并以相對于半導(dǎo)體芯片主照射方向較小的角度在聚光件的輸入光通部分上轉(zhuǎn)向。這使得到達(dá)聚光件光束的強度提高。
有利的是，聚光件的基體由透明玻璃、透明晶體或透明塑料構(gòu)成且優(yōu)選通過擠壓和/或注塑工藝制成。
特別優(yōu)選的是，基體的材料針對由半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光束特別是針對藍(lán)色或UV光譜范圍的電磁光束是穩(wěn)定的。對此，材料具有硅樹脂或由硅樹脂構(gòu)成。
在一優(yōu)選實施方式中，半導(dǎo)體芯片是發(fā)出電磁輻射的二極管、優(yōu)選是發(fā)出電磁輻射具有至少接近于朗伯特輻射特性的二極管、特別優(yōu)選是薄膜發(fā)光二極管。
薄膜發(fā)光二極管特別具有以下特征-在朝向座件的產(chǎn)生輻射外延層列的主表面上涂有或形成反射層，該反射層使得在外延層列產(chǎn)生的光束的至少一部分反射回其中；-外延層列的厚度在20μm或更小的范圍，特別優(yōu)選在10μm的范圍；-其外延層列至少包括一半導(dǎo)體層，它至少具有混合結(jié)構(gòu)的表面，其混合結(jié)構(gòu)在理想情況下使得光在外延伸層列上近似各態(tài)經(jīng)歷性分布，即它具有盡可能各態(tài)經(jīng)歷隨即散光特性。
薄層發(fā)光二極管片的基本原理例如在1993年10月19日的I.Schnitze(等Appl.phys.63(16)的第2174-2176頁上進行了描述，其公開的內(nèi)容可以納入本申請。
薄膜發(fā)光二極管片更接近于朗伯特表面輻射器并特別適用于前照燈。
在一優(yōu)選實施方式中，在反射方向上，該二極管后面設(shè)置熒光變換材料，它至少改變發(fā)出電磁輻射的一部分的波長，即它吸收光束并發(fā)出其它波長的光束。合成的輻射通過經(jīng)改變波長的光束與由二極管發(fā)出的輻射混合而成，由此特別產(chǎn)生在許多前照燈使用中需要的白光。
由薄膜發(fā)光二極管片發(fā)出的光束也基本完全由熒光變換材料改變波長，例如將非可見光束轉(zhuǎn)換成可見光。例如在WO98/12757中描述了這種有機或無機發(fā)光材料顆粒，其中公開了其含量。
優(yōu)選的是，在其主照射方向上，前照燈件后面設(shè)置輔助光學(xué)件，通過它使得由其射出的光的分散度進一步減小和/或使得其光混合。在另一實施方式中，有利的是，輔助光學(xué)件由聚光透鏡構(gòu)成。
特別優(yōu)選的是，多個前照燈件的初級光學(xué)元件彼此一體形成。這可以明顯簡化初級光學(xué)元件的制造并將其安裝在前照燈中，例如可以減低制造成本。
在前照燈的優(yōu)選實施方式中，半導(dǎo)體芯片設(shè)置在各支座上，在其上它們分別由框架圍住，在框架上或框架中設(shè)置初級光學(xué)元件并并通過其保持和/或通過它相對于芯片輸出耦合面調(diào)節(jié)初級光學(xué)元件。
至少幾個支座和/或各支座和框架一體形成。
特別優(yōu)選的是，多個半導(dǎo)體芯片的支座呈行列并排成至少一行列。由此，改善在工作時半導(dǎo)體芯片的散熱。
在前照燈的另一實施方式中，其特征在于框架的內(nèi)面和/或朝向前照燈反射方向支座表面的自由面用于反射相應(yīng)半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光。可替換或附加的是，它至少局部具有涂層或?qū)有蛄?，?yōu)選具有金屬層，用于反射由相應(yīng)半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光。
前照燈和前照燈件的其它優(yōu)點、優(yōu)選實施方式以及進一步結(jié)構(gòu)由參照

圖1-7描述的實施例給出。
圖1示出了前照燈件一實施例的示意截面圖；圖2示出了前照燈件第二實施例的示意三維視圖；圖3a示出了前照燈件第三實施例的示意三維視圖；圖3b示出了圖3前照燈件示意三維截面圖；圖4示出了前照燈實施例的示意俯視圖；圖5示出了前照燈第二實施例的示意俯視圖；圖6示出了初級光學(xué)元件實施例的示意三維視圖；圖7示出了彼此一體形成的初級光學(xué)元件實施例的示意三維視圖。
在實施例和附圖中的相同或作用相同的部件采用相同的附圖標(biāo)記。
圖1示出的前照燈件2包括安裝在支座12上的半導(dǎo)體芯片3。支座12又安裝在第二支座15上，第二支座15作為在工作時由半導(dǎo)體芯片3產(chǎn)生熱量的散熱片。
半導(dǎo)體芯片例如是薄膜發(fā)光二極管片，它通常是可以買到的元件。此外，外延層列基于InxAlyGa1-x-y或InxGayAl1-x-yP系中的至少一種材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。它具有直接與初級光學(xué)元件的輸入光通部分17連接的芯片輸出耦合面4。
在芯片輸出耦合面4上例如涂覆熒光變換材料，它例如包括以YAG:Ce為基的一種或多種熒光材料顆粒。通過熒光變換材料的作用，可以或者通過半導(dǎo)體芯片一次輻射連續(xù)完全變換或者通過確定局部的變換以及一次輻射與CIE比色圖表上的所希望色位可見光變換輻射的混合特別形成白光。
初級光學(xué)元件5是三維CPC型聚光器，其輸入光通部分17和輸出光通部分18呈圓形，其中輸出光通部分18同時形成前照燈件輸出部分。通過輸入光通部分17以由半導(dǎo)體芯片3產(chǎn)生的可見電磁輻射形式的光射入初級光學(xué)元件5。光束在輸入光通部分17與輸出光通部分18連接的側(cè)壁上反射，使得光的分散度明顯減小(用線16表示)。由輸出光通部分18射出的光錐例如具有小于30°如大約9°的張角，而半導(dǎo)體芯片近似具有朗伯特輻射特性。
初級光學(xué)元件5的基體例如是一空心體，其內(nèi)壁具有用于反射由半導(dǎo)體芯片發(fā)出光的材料，例如具有包括Al的金屬層。由此，光束局部或全部的波長被改變。制成基體本身的材料可以是塑料如聚碳酸酯，例如基體可以由這種材料注塑而成。
如2所示，半導(dǎo)體芯片3還由框架13圍住，通過該框架可以保持初級光學(xué)元件5和/或相對于半導(dǎo)體芯片3調(diào)節(jié)?？蚣芾缇植刻畛渚哂幸环N或多種發(fā)光材料的填料。
在圖2示出的實施例中與圖1實施例不同的是，前照燈件2具有CPC型激光件形式的初級光學(xué)元件5，其垂直于主輻射光方向的橫截面呈正方形，由此其輸入光通部分(未示出)和輸出光通部分18呈正方形。因此，初級光學(xué)元件5的形狀與半導(dǎo)體芯片3的芯片輸出耦合面相匹配。其優(yōu)點是，可以無間隙地在任意尺寸面上形成多個前照燈件2的光輸出或前照燈件出口。
圖3a和3b示出了前照燈件的另一實施例。其中的初級光學(xué)元件5是介電CPC型聚光件，其基體例如由透明的塑料構(gòu)成。
輸入光通部分17為正方形，而輸出光通部分18為規(guī)則的八邊形(在前照燈件2旁右側(cè)示出了俯視圖)。在其間初級光學(xué)元件5的橫截面形狀從一種形狀過渡到另一形狀。其輸出光通部分的形狀與光波導(dǎo)體10的輸入光通面20相匹配，其光導(dǎo)體的輸入光通面20直接與其輸出光通部分18連接。光波導(dǎo)體10例如是玻璃纖維，但可以與圖3a和3b示出例子不同為多根細(xì)玻璃纖維。光波導(dǎo)體10的輸出光通面形成前照燈件的輸出(未示出)。
光波導(dǎo)體10例如借助適當(dāng)?shù)哪z粘劑與初級光學(xué)元件5的輸出光通部分18連接?？商鎿Q或附加的是，光波導(dǎo)體10與初級光學(xué)元件5借助插頭彼此連接。在這種情況下，初級光學(xué)元件5與插頭一體形成并例如由透明塑料借助注塑制成。半導(dǎo)體芯片3的芯片輸出耦合面4和輸入光通部分17之間形成氣隙19。由此，減小到達(dá)初級光學(xué)元件5光的大量發(fā)散部分，如上述的那樣。
圖3b還示出了前照燈件的框架13。框架13的內(nèi)壁20由反射材料制成，使得不直接進入初級光學(xué)元件的光束的一部分在其上這樣多次反射，它們以相對于半導(dǎo)體件3主輻射方向較小角度在初級光學(xué)元件的輸入光通部分17上轉(zhuǎn)向。框架13可以與支座12一體形成。
可替換的是，半導(dǎo)體芯片3也可以嵌入到初級光學(xué)元件5的材料中或其芯片輸出耦合面直接與輸入光通部分17連接。
至少初級光學(xué)元件5基體的輸入光通部分7與輸出光通部分18連接側(cè)面的一部分具有反光層(例如鋁)，使得輸入其輸入光通部分17的光束在其側(cè)面上反射，所述光束不滿足在側(cè)面上的全反射條件。這特別是對于鄰近輸入光通部分17的部分是適合的。
圖6中示出的初級光學(xué)元件5與圖1-3b示出的初級光學(xué)元件不同在于，其側(cè)壁從輸入光通部分17到輸出光通部分18呈線性分布。初級光學(xué)元件5是具有截錐形基本形狀的介電聚光件，其中輸出光通部分18不是平的，而是以非球面透鏡方式向外拱起。與球曲率相比較，其曲率例如隨著距初級光學(xué)元件光軸距離的增加變小，以便考慮通過初級光學(xué)元件減小分散度的光錐不是點光源而是具有一定延伸光源的情況。
如圖6所示的初級光學(xué)元件與圖1-3b示出的初級光學(xué)元件5相比較，其優(yōu)點在于通過該初級光學(xué)元件在同時明顯減小初級光學(xué)元件5結(jié)構(gòu)高度的情況下可以相對減小光錐的分散度。如圖6所示初級光學(xué)元件的另一優(yōu)點是，由于其側(cè)壁是直的，借助擠壓方法例如注塑或壓鑄制造簡單。
輸入光通部分例如具有輸入光通面，它約等于與用于初級光學(xué)元件半導(dǎo)體芯片的芯片輸出耦合面。由此，可以特別良好的利用初級光學(xué)元件減小分散度的特性。特別優(yōu)選的是，輸入光通面最大是芯片輸出耦合面的1.5倍。
也可能的是，初級光學(xué)元件這樣用于半導(dǎo)體芯片，其半導(dǎo)體芯片的芯片輸出耦合面大于輸入光通面，但這樣會明顯導(dǎo)致發(fā)出光強度的效果減小。在一例子中經(jīng)模擬得出，對于較大芯片輸出耦合面的情況，在立體角為15°輻射的光強度比芯片輸出耦合面約小于輸入光通面的情況約小10％。
特別可以借助擠壓方法形成彼此呈一體的多個初級光學(xué)元件，如圖7所示的例子。在該實施例中，初級光學(xué)元件5通過支承板彼此連接，其中支承板靠近輸出光通部分18設(shè)置，使得初級光學(xué)元件5的棱錐臺形部分從支承板50的一側(cè)輸出，而在另一側(cè)形成透鏡型元件，其外表面分別形成初級光學(xué)元件5的輸出光通部分18。
可替換借助圖6和7描述的初級光學(xué)元件5的實施例，它包括圓錐形基體形狀或具有矩形橫截面的基體形狀，以替代棱錐臺形基體形狀。同樣可以想到，在圖6和7中的到輸出光通部分18的初級光學(xué)元件的正方形橫截面變成大于4個角的橫截面形狀，類似于上述圖3a和3b所述的實施例。
另外，也可能是，初級光學(xué)元件這樣構(gòu)成，電磁輻射的分散度在不同的與初級光學(xué)元件主輻射軸方向平行分布的平面上不同地明顯減小。例如，發(fā)散光錐的張角在一平面上約為7°，而在與該平面垂直的平面上(沿主輻射線的截面)大小約10°。
同樣可能的是，進一步減小光錐分散度的CPC、CEC或CHC型聚光器同樣具有透鏡式凸面輸入光通部分。替換介電聚光器的是包括具有反射內(nèi)壁空心體的聚光器，其輸出光通部分在聚光器的輻射方向后接一透鏡。例如透鏡安裝在輸出光通部分上。
圖4示出了汽車前照燈1形式的前照燈實施例俯視。它由多個前照燈件2構(gòu)成，其前照燈件輸出部分25成組矩陣式連續(xù)無空隙設(shè)置。前照燈件2例如可以是圖1-3b描述的實施例的一個或多個。特別是前照燈件的輸出部分或者是初級光學(xué)元件的輸出光通部分或者是光波導(dǎo)體的光耦合面。
不同的是，在圖4中的前照燈件輸出部分25為正方形，但它可以是任意形狀，特別是三角、六角或八角形或者是圓形。如果前照燈件具有光波導(dǎo)體，相應(yīng)的半導(dǎo)體芯片與前照燈件輸出部分不同例如相鄰地獨立行設(shè)置。對于光波導(dǎo)體借助插頭與初級光學(xué)元件連接的情況，所有插頭一起形成或它們中的一部分一體形成。
前照燈件輸出部分被分成兩組7、8，其分離線在圖4中由兩線23、24表示，下組7構(gòu)成近光燈的前照燈輸出部分，而上組8與下組7一起構(gòu)成遠(yuǎn)光燈。屬于下組7的前照燈件2的半導(dǎo)體芯片與另一半導(dǎo)體芯片在工作上無關(guān)。屬于上組8前照燈件的半導(dǎo)體芯片可以在工作上附加到下組7的半導(dǎo)體芯片上，由此，獲得具有遠(yuǎn)光燈照射特性的前照燈光錐。
所述兩組分別包括兩分組71、72和81、82，從它們之中沿線23、24之一相應(yīng)形成一組，其中第一線24相對于另一線23旋轉(zhuǎn)15°。這樣形成實際上符合德國標(biāo)準(zhǔn)ECE的近光燈(組71、72)前照燈光錐，根據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn)ECE，在前照燈反射方向左側(cè)(對應(yīng)于組72)必須具有水平分布的上限制，這樣不會照射到對面開來汽車的司機。
相反，右側(cè)前照燈光錐(對應(yīng)于組71)具有處于相對于水平面傾斜15°平面內(nèi)的上限制，這樣使得通過前照燈在行駛方向照射到在行駛方向道路或道路邊緣右側(cè)部分的效果比左側(cè)要好。
在打開遠(yuǎn)光燈時，對應(yīng)于較高位置前照燈件輸出部分的半導(dǎo)體芯片被接通，所產(chǎn)生的前照燈光錐照亮整個路面特別是行駛方向的有效部分。
組和分組的設(shè)置以簡單的方式符合了不同國家的法律規(guī)定。
為了進一步減小前照燈的分散度，可以給前照燈件輸出部分后接一聚光透鏡(未示出)。
圖5示出了前照燈的另一實施例。它同樣是一汽車前照燈1，其前照燈件輸出部分根據(jù)ECE標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。
與根據(jù)圖4描述的實施例不同的是，圖5所示的前照燈具有前照燈件輸出部分711、811、721、821的外圍組，其相應(yīng)的半導(dǎo)體芯片分別根據(jù)汽車的轉(zhuǎn)向位置被接通或斷開，使得由前照燈照射的光錐至少局部在汽車的行駛方向上。
中間組710、720、810、820與轉(zhuǎn)向位置無關(guān)例如通過司機手動打開或斷開，而與是否打開近光燈或遠(yuǎn)光燈有關(guān)。
在直行轉(zhuǎn)向位置且打開近光燈時例如接通中間組710、720的半導(dǎo)體芯片以及相鄰?fù)鈬M71、和721之一。如果在行駛方向左側(cè)外圍組711的方向改變轉(zhuǎn)向位置，接通其中的例如另一個且至少部分?jǐn)嚅_已接通的右側(cè)外圍組721。
借助實施例描述的上述本發(fā)明當(dāng)然不能理解為實施例是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明決不僅限于汽車前照燈，而是包括所有可想到的聚光燈類型。本發(fā)明特別適用于投影燈光源。另外，工作彼此獨立的半導(dǎo)體芯片可以用于不同排序投影和/或不同色彩的投影像。
對此，聚光燈具有各聚光燈件的多個半導(dǎo)體芯片和/或發(fā)出不同顏色如紅、綠和藍(lán)的半導(dǎo)體芯片。對應(yīng)于發(fā)出不同顏色半導(dǎo)體芯片的聚光燈件輸出部分可以例如彼此混合設(shè)置，不同聚光燈件輸出部分的光接著混合并產(chǎn)生有效的白光。
不同實施例描述的特征可以與實施例不同進行任意的組合。盡管各特征和組合在權(quán)利要求或?qū)嵤├袥]有明確給出，本發(fā)明包括各新的特征以及各特征的組合，這里特別提供權(quán)利要求中的各特征組合。
權(quán)利要求
1.具有多個前照燈件的前照燈，所述前照燈件分別包括-至少一個發(fā)出電磁輻射的具有芯片輸出耦合面的半導(dǎo)體芯片，通過芯片輸出耦合面輸出電磁輻射；-一個初級光學(xué)元件，它具有輸入光通部分和輸出光通部分并減小由輸入光通部分射入光的分散度，其中光至少是電磁輻射的一部分和/或由電磁輻射產(chǎn)生的二次輻射的一部分；-至少一個前照燈件輸出部分，通過它射出由前照燈件產(chǎn)生的前照燈光的一部分；其特征在于至少幾個前照燈件輸出部分以至少兩組的形式設(shè)置，使得至少一組的布置和/或至少多組的前照燈件輸出部分的一個整體布置基本與所希望的前照燈的照射特性對應(yīng)，這種照射特性特別獲得基本與所希望的前照燈光錐橫截面形狀對應(yīng)的形狀，其中屬于一組前照燈件輸出部分的半導(dǎo)體芯片分別與其它半導(dǎo)體芯片可相互獨立地工作。
2.如權(quán)利要求1的前照燈，其特征在于由初級光學(xué)元件的輸出光通部分發(fā)出光錐的張角在0-60°之間，優(yōu)選在0-40°之間，特別優(yōu)選在0-20°之間，其中分別包括邊界點。
3.如權(quán)利要求1或2的前照燈，其特征在于至少一組的前照燈件輸出部分的至少一部分被緊密組裝，優(yōu)選無空隙設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1至3之一的前照燈，其特征在于半導(dǎo)體芯片和/或前照燈件輸出部分至少部分或至少部分組呈矩陣設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1至4之一的前照燈，其特征在于該前照燈在汽車上使用，至少第一組前照燈件輸出部分的布置和/或多個第一組共同的布置基本符合近光燈的照射特性，該照射特性特別基本對應(yīng)于近光燈光錐橫截面形狀，至少第二組的布置和/或多個第二組共同的布置使與第一組的共同布置或多個第一組的共同布置或單獨地基本符合遠(yuǎn)光燈的照射特性，該照射特性特別對應(yīng)于遠(yuǎn)光燈光錐橫截面形狀。
6.如權(quán)利要求5的前照燈，其特征在于該前照燈包括多個第一和第二組，在使用第一組和/或第二組的前照燈件時，分別只有幾個組的半導(dǎo)體芯片的工作與汽車的轉(zhuǎn)向位置有關(guān)，從而至少部分產(chǎn)生汽車行駛方向的前照燈發(fā)出的光錐。
7.如權(quán)利要求1至6之一的前照燈，其特征在于相應(yīng)初級光學(xué)元件的輸出光通部分分別是前照燈件輸出部分。
8.如權(quán)利要求1至7之一的前照燈，其特征在于每個初級光學(xué)元件在原光學(xué)反射方向上后接一光波導(dǎo)體、優(yōu)選玻璃纖維或具有多根玻璃纖維的纖維束，具有輸入光通面和輸出光通面，至少從相應(yīng)初級光學(xué)元件輸出光通部分射出光的大部分穿過輸入光通面。
9.如權(quán)利要求8引用權(quán)利要求1至6之一的前照燈，其特征在于光波導(dǎo)體的輸出光通面分別是前照燈件輸出部分。
10.如權(quán)利要求8或9的前照燈，其特征在于光波導(dǎo)體分別通過輸入光通面直接與相應(yīng)初級光學(xué)元件的輸出光通部分連接。
11.如權(quán)利要求8至10之一的前照燈，其特征在于光波導(dǎo)體分別借助插頭與相應(yīng)的初級光學(xué)元件連接和/或光波導(dǎo)體分別通過輸入光通面借助膠粘劑安裝在相應(yīng)初級光學(xué)元件的輸出光通部分上并與初級光學(xué)元件連接。
12.如權(quán)利要求8至11之一的前照燈，其特征在于光波導(dǎo)體分別借助插頭與相應(yīng)的初級光學(xué)元件連接且多個插頭彼此連接或一體形成。
13.如權(quán)利要求8至12之一的前照燈，其特征在于光波導(dǎo)體分別借助插頭與相應(yīng)的初級光學(xué)元件連接且插頭與初級光學(xué)元件一體形成。
14.如權(quán)利要求8至13之一的前照燈，其特征在于光波導(dǎo)體與相應(yīng)的初級光學(xué)元件一體形成。
15.如權(quán)利要求1至14之一的前照燈，其特征在于輸入光通部分具有輸入光通面或輸入光通開口，其尺寸小于芯片輸出耦合面或等于芯片輸出耦合面的2倍，優(yōu)選小于芯片輸出耦合面或等于芯片輸出耦合面的1.5倍。
16.如權(quán)利要求1至15之一的前照燈，其特征在于其初級光學(xué)元件分別是光學(xué)聚光件，其中輸入光通部分是真正的聚光件出口，使得光與通常使用的反向聚焦的聚光器比較地穿過聚光器并由此不聚焦，而是省去通過輸出光通部分減小分散度的聚光器。
17.如權(quán)利要求16的前照燈，其特征在于初級光學(xué)元件是CPC、CEC或CHC型聚光件。
18.如權(quán)利要求16的前照燈，其特征在于聚光件具有使得輸入光通部分與輸出光通部分連接的側(cè)壁，在這些側(cè)壁上分布的直接連接線在輸入光通部分和輸出光通部分之間基本呈直線分布。
19.如權(quán)利要求16至18之一的前照燈，其特征在于聚光件在輸入光通部分一側(cè)區(qū)域具有規(guī)則四邊形的橫截面，優(yōu)選具有正方形橫截面，聚光件在輸出光通部分一側(cè)區(qū)域同樣具有規(guī)則四邊形的橫截面，優(yōu)選具有三角形、四角形、六角形或八角形橫截面。
20.如權(quán)利要求16或19的前照燈，其特征在于聚光件具有限定出空腔的基體，其內(nèi)壁用于反射由半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光和/或其內(nèi)壁基本具有涂層或?qū)有蛄?，?yōu)選具有金屬層，用于反射由半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光。
21.如權(quán)利要求16至19之一的前照燈，其特征在于聚光件是介電聚光件，其基體是由具有適當(dāng)折射率的介電材料構(gòu)成的實心體，從而通過輸入光通部分進入的光在通過全反射在連接輸入光通部分與輸出光通部分的實心體的側(cè)界面上反射到外大氣環(huán)境。
22.如權(quán)利要求21的前照燈，其特征在于輸出光通部分是實心體的透鏡式凸界面。
23.如權(quán)利要求22的前照燈，其特征在于輸出光通部分以非球面透鏡方式凸出。
24.如權(quán)利要求16至23之一的前照燈，其特征在于介電聚光件至少局部具有涂層或?qū)有蛄?，?yōu)選具有金屬層，用于反射由半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光。
25.如權(quán)利要求16至24的前照燈，其特征在于在其主照射方向上聚光件設(shè)置在半導(dǎo)體芯片之后且在芯片輸出耦合面和聚光件的輸入光通部分之間形成間隙。
26.如權(quán)利要求25的前照燈，其特征在于該間隙基本沒有固體或粘性材料。
27.如權(quán)利要求25或26的前照燈，其特征在于聚光件具有一個或多個反射件，其設(shè)置和/或形式使得不直接從半導(dǎo)體芯片到達(dá)聚光件的光束的一部分在其上多次反射并以相對于半導(dǎo)體芯片主照射方向較小的角度在聚光件的輸入光通部分上轉(zhuǎn)向。
28.如權(quán)利要求19至27之一的前照燈，其特征在于聚光件的基體由透明玻璃、透明晶體或透明塑料構(gòu)成且優(yōu)選通過擠壓和/或注塑工藝制成。
29.如權(quán)利要求1至28之一的前照燈，其特征在于半導(dǎo)體芯片是發(fā)出電磁輻射的二極管、優(yōu)選是發(fā)出電磁輻射的具有至少接近于朗伯特輻射特性的二極管、特別優(yōu)選是薄膜發(fā)光二極管。
30.如權(quán)利要求29的前照燈，其特征在于在反射方向上，二極管后面設(shè)置熒光變換材料，它至少改變發(fā)出電磁輻射的一部分的波長。
31.如權(quán)利要求1至30之一的前照燈，其特征在于在其主照射方向上，前照燈件后面設(shè)置輔助光學(xué)件，通過它使得由其射出的光的分散度進一步減小和/或使得其光混合。
32.如權(quán)利要求31的前照燈，其特征在于輔助光學(xué)件是聚光透鏡。
33.如權(quán)利要求1至32之一的前照燈，其特征在于多個前照燈件的初級光學(xué)元件彼此一體形成。
34.如權(quán)利要求1至33之一的前照燈，其特征在于半導(dǎo)體芯片設(shè)置在各支座上，在該支座上半導(dǎo)體芯片分別由框架圍住，在框架上或框架中設(shè)置初級光學(xué)元件并通過其保持和/或通過它相對于芯片輸出耦合面調(diào)節(jié)初級光學(xué)元件。
35.如權(quán)利要求34的前照燈，其特征在于至少幾個支座和/或各支座和框架一體形成。
36.如權(quán)利要求34或35的前照燈，其特征在于多個半導(dǎo)體芯片的支座呈行列并排成至少一行列。
37.如權(quán)利要求34至36之一的前照燈，其特征在于框架的內(nèi)面和/或朝向前照燈反射方向的支座表面的自由面用于反射相應(yīng)半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光和/或至少局部具有涂層或?qū)有蛄?，?yōu)選具有金屬層，用于反射由相應(yīng)半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光。
38.前照燈件，它包括-至少一個發(fā)出電磁輻射的具有芯片輸出耦合面的半導(dǎo)體芯片，通過芯片輸出耦合面輸出電磁輻射；-一個初級光學(xué)元件，它具有輸入光通部分和輸出光通部分并減小由輸入光通部分射入光的分散度，其中光至少是電磁輻射的一部分和/或由電磁輻射產(chǎn)生的二次輻射的一部分；-至少一個前照燈件輸出部分，通過它射出由前照燈件產(chǎn)生的前照燈光的一部分；其特征在于初級光學(xué)元件分別是CPC、CEC或CHC型聚光件，其中輸入光通部分是真正的聚光件出口，使得光與通常使用的反向聚焦的聚光器比較穿過聚光器并由此不聚焦，而是省去通過輸出光通部分減小分散度的聚光器。
39.如權(quán)利要求38的前照燈件，其特征在于聚光件在輸入光通部分一側(cè)區(qū)域具有規(guī)則四邊形的橫截面，優(yōu)選具有正方形橫截面，聚光件在輸出光通部分一側(cè)區(qū)域同樣具有規(guī)則四邊形的橫截面，優(yōu)選具有三角形、四角形、六角形或八角形橫截面。
40.如權(quán)利要求38或39的前照燈件，其特征在于聚光件具有限定出空腔的基體，其內(nèi)壁用于反射由半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光和/或其內(nèi)壁基本具有涂層或?qū)有蛄?，?yōu)選具有金屬層，用于反射由半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光。
41.如權(quán)利要求38或39的前照燈件，其特征在于聚光件是介電聚光件，其基體是由具有適當(dāng)折射率的介電材料構(gòu)成的實心體，從而通過輸入光通部分進入的光在通過全反射在連接輸入光通部分與輸出光通部分的實心體的側(cè)界面上反射到外大氣環(huán)境。
42.如權(quán)利要求41的前照燈件，其特征在于介電聚光件至少局部具有涂層或?qū)有蛄?，?yōu)選具有金屬層，用于反射由半導(dǎo)體芯片發(fā)出的光。
43.如權(quán)利要求38至42之一的前照燈件，其特征在于在其主照射方向上聚光件設(shè)置在半導(dǎo)體芯片之后且在芯片輸出耦合面和聚光件的輸入光通部分之間形成間隙。
44.如權(quán)利要求43的前照燈件，其特征在于該間隙基本沒有放置固體或粘性材料。
45.如權(quán)利要求43或44的前照燈件，其特征在于聚光件具有一個或多個反射件，其設(shè)置和/或形式使得不直接從半導(dǎo)體芯片到達(dá)聚光件的光束的一部分在其上多次反射并以相對于半導(dǎo)體芯片主照射方向較小的角度在聚光件的輸入光通部分上轉(zhuǎn)向。
46.如權(quán)利要求38至45之一的前照燈件，其特征在于聚光件的基體由透明玻璃、透明晶體或透明塑料構(gòu)成且優(yōu)選通過擠壓和/或注塑工藝制成。
47.如權(quán)利要求38至46之一的前照燈件，其特征在于聚光件的輸出光通部分是前照燈件出口。
48.如權(quán)利要求38至47之一的前照燈件，其特征在于聚光件在原光學(xué)反射方向上后接一光波導(dǎo)體、優(yōu)選玻璃纖維或具有多根玻璃纖維的纖維束，具有輸入光通面和輸出光通面，至少從聚光件輸出光通部分射出光的大部分穿過其輸入光通面。
49.如權(quán)利要求48引用權(quán)利要求38至46之一的前照燈件，其特征在于光波導(dǎo)體的輸出光通面是前照燈件輸出部分。
50.如權(quán)利要求48或49的前照燈件，其特征在于光波導(dǎo)體與相應(yīng)的聚光件一體形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有多個前照燈件的前照燈，它們分別包括至少一個發(fā)出電磁輻射的具有芯片輸出耦合面的半導(dǎo)體芯片；一初級光學(xué)元件，它減小由輸入光通部分射入光的分散度；至少一前照燈件輸出部分，通過它射出由前照燈件產(chǎn)生的前照燈光的一部分。至少幾個前照燈件輸出部分以至少兩組的形式這樣設(shè)置，使得至少形成的一組和/或至少整個形成的多組的前照燈件輸出部分基本與所希望的前照燈的照射特性對應(yīng)，它特別獲得基本與所希望前照燈光錐橫截面形狀對應(yīng)的形狀，其中屬于組前照燈件輸出部分的半導(dǎo)體芯片分別與其它半導(dǎo)體芯片可相互獨立地工作。本發(fā)明還涉及一種適合用于這種前照燈的前照燈件。
文檔編號F21S8/10GK1767969SQ200480008840
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者G·博納, S·格勒特施, J·賴爾 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司