專利名稱：Led燈系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED燈系統(tǒng)，其具有用于生成定向的、優(yōu)選可變的照明輻射，并且涉及一種LED燈單元。
近年來，關(guān)于設(shè)計(jì)和制造無機(jī)固體LED的技術(shù)迅速改進(jìn)，達(dá)到可以制造效率高于401m/Watt的無機(jī)白光發(fā)射LED的發(fā)展階段。該效率明顯超過傳統(tǒng)的白熾燈的效率(161m/Watt)，并且超過大部分鹵素?zé)舻男?30～351m/Watt)。同時(shí)，單個(gè)LED元件的效率增長(zhǎng)到大大高于1001m/Watt的水平。
LED技術(shù)的缺點(diǎn)繼續(xù)是比較高的成本和由于在操作中LED的發(fā)熱引起的對(duì)溫度管理的需要?，F(xiàn)在和將來將影響LED的廣泛可用性的另一主要問題是，每個(gè)LED元件的相對(duì)有限的光量。在需要具有高亮度的光源的情況下存在問題，這是因?yàn)榘l(fā)射光須聚焦在小尺寸的反射器中。該應(yīng)用的公知的示例是用于機(jī)動(dòng)車輛的頭燈。通常使用H7鹵素?zé)?55W)，其發(fā)射約1500流明。所輻射的光量具有超過30Mcd/m2的亮度。在Xenon-HID燈的情況中，亮度甚至能到達(dá)約80Mcd/m2的值。與此相對(duì)照，具有1mm2的輻射表面和50流明的白光發(fā)射的LED元件，僅實(shí)現(xiàn)了8Mcd/m2的亮度，其比鹵素?zé)舻秃芏啾?，甚至比傳統(tǒng)的HID燈低很多。
US 6,402,347描述了一種設(shè)備，其中獨(dú)立的LED元件設(shè)置在公用板上，并且每個(gè)元件配備有準(zhǔn)直上部。連接到各個(gè)LED的菲涅耳透鏡允許將來自每個(gè)獨(dú)立的LED的光束引入到公用次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)中。該設(shè)備用于投影儀。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)尤其在于，其呈現(xiàn)出由來自不同光學(xué)界面的反射引起的高的損耗，約等于60％。
而且，由US 6 547 400 B1了解了一種光源設(shè)備，其包括具有反射內(nèi)壁的中空塊體形式的光導(dǎo)塊，和矩陣狀點(diǎn)光源(諸如LED元件)排列。點(diǎn)光源輻射的光束的較大部分被引入到光導(dǎo)塊中并且在其中聚焦。然而，點(diǎn)光源輻射的光束的相當(dāng)大的部分未由光導(dǎo)模塊收集。這相當(dāng)大地減少了設(shè)備的發(fā)光功效。而且，以發(fā)明人的觀點(diǎn)，該設(shè)備不能生成特定的亮度圖案，諸如例如，車輛頭燈所需的亮度圖案。
與之相比，本發(fā)明的目的在于，提供一種特別用于汽車應(yīng)用的LED燈系統(tǒng)，借助于該等系統(tǒng)可以生成給定的亮度圖案，并且在需要時(shí)對(duì)其進(jìn)行改變。
該目的通過一種用于生成定向照明輻射的LED燈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)具有多個(gè)LED燈元件，每個(gè)燈元件具有一個(gè)準(zhǔn)直器，向其指定LED元件。LED燈元件設(shè)置為確定圖案，以生成例如具有不同照明區(qū)域的給定亮度圖案。次級(jí)光學(xué)裝置在待照明空間中成像該亮度圖案。因此向該光輻射設(shè)備中的每個(gè)LED元件指定一個(gè)準(zhǔn)直器。多個(gè)LED燈元件二維地排列在一起，例如，排列為矩陣或者蜂巢圖案，使得優(yōu)選地，它們一起照射僅一個(gè)公用次級(jí)光學(xué)裝置。
在下文中假設(shè)LED元件是無機(jī)固體塊體，這是因?yàn)槟壳澳軌颢@得具有足夠強(qiáng)度的該LED。當(dāng)然，可替換地，也可以使用其他的電致發(fā)光元件，例如激光二極管，其他的光發(fā)射半導(dǎo)體元件或有機(jī)LED，只要它們的性能值是令人滿意的。因此，在本文中術(shù)語“LED”應(yīng)被理解為各種相應(yīng)的電致發(fā)光元件的同義詞。
代替具有所指定的準(zhǔn)直器的簡(jiǎn)單的LED元件，可以使用其他的LED燈元件，例如，具有輻射到腔室中的LED元件的那些，在該情況中，準(zhǔn)直器設(shè)置在腔室中的輻射開口處。然而，對(duì)于本發(fā)明，重要的僅僅是，由多個(gè)LED燈元件一起形成亮度圖案，每個(gè)LED燈元件對(duì)整體亮度圖案的照明作出準(zhǔn)確確定的貢獻(xiàn)。
因此本發(fā)明不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，多個(gè)LED元件一起生成漫射輻射，其接著僅部分地由次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)收集和聚焦；因此本發(fā)明脫離了迄今為止遵循的發(fā)展趨勢(shì)，其中通過疊加光束形成亮度圖案。相反地，其遵循這樣的原理，即，由待指定給各個(gè)LED燈元件的獨(dú)立的發(fā)光表面組成亮度圖案。這是這樣實(shí)現(xiàn)的，借助于獨(dú)立的準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直每個(gè)獨(dú)立的LED燈元件的輻射。因此在源處即已避免了輻射損耗。然后以高得多的輸出將這樣準(zhǔn)直的輻射引入到次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)中。
此外，根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施例，還以如下方式分配和/或配置LED燈元件，即，自LED燈元件輻射的光可以以精確的方式耦合到次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)中。可以針對(duì)該目的選擇一排列，其中準(zhǔn)直器的所有外耦合開口，即它們的光發(fā)射開口，聚焦在公共點(diǎn)上，例如次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡的耦合開口。出于該目的，準(zhǔn)直器的縱軸可被設(shè)計(jì)成向著LED燈元件的底面上的法線傾斜，或者可以通過如下方式并排排列多個(gè)LED燈元件，即它們底面形成曲面。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置還提供了其他的設(shè)計(jì)選擇本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例提供了一種控制裝置，借助于該控制裝置，為了設(shè)定亮度圖案的目的，可以在該設(shè)置中獨(dú)立地控制單獨(dú)的LED燈元件和/或LED燈元件組。因此，借助于LED燈元件或LED燈元件組的不同連接，例如，通過打開或關(guān)閉LED燈元件，或者通過改變它們的亮度，可以生成可變的亮度圖案。存在另一種設(shè)計(jì)可行方案，即，設(shè)置具有與LED燈系統(tǒng)中相關(guān)LED燈元件輻射的光不同的發(fā)射特性的LED燈元件。發(fā)射特性可以在輻射波長(zhǎng)范圍方面不同。例如，顏色可以從紫外，經(jīng)過人眼可感覺的顏色，到紅外。關(guān)于不同的發(fā)射特性的另一種可能性是，發(fā)光強(qiáng)度對(duì)施加到LED元件的電壓的依賴。相似地，可以通過選擇LED元件上的熒光層的厚度設(shè)定發(fā)射特性。具有相同的發(fā)射特性的器件優(yōu)選地按范圍設(shè)置，或者設(shè)置為一(多)組。依賴于其中設(shè)置LED元件的柵格的所需精細(xì)度，有利的是，在LED燈元件中具有多個(gè)LED元件。因此可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直器的構(gòu)造開支的減少。此外，可以在一個(gè)LED燈元件中組合具有相同的以及不同的發(fā)射特性的LED元件。
LED燈元件的基于范圍的設(shè)置還提供了設(shè)計(jì)和維護(hù)上的優(yōu)點(diǎn)這是因?yàn)椋鶕?jù)本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例，多個(gè)LED燈元件組合為一個(gè)組裝單元。這不僅簡(jiǎn)化了控制和接觸所述LED燈元件所需的努力，而且有助于(至少部分地)更換受損的組裝單元。
根據(jù)本發(fā)明的該LED燈系統(tǒng)的應(yīng)用范圍是多樣性的。根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施例，該LED燈系統(tǒng)是用于車輛的燈系統(tǒng)。因此可以有利地在汽車領(lǐng)域中使用上文提及的優(yōu)點(diǎn)。
例如，借助于本發(fā)明的LED燈系統(tǒng)，使用亮度圖按，可以生成具有確義的明-暗邊界(“分界線(cut-off)”)的近光束。由此，使得昂貴的防眩目透鏡或反射器系統(tǒng)是多余的。相反地，通過以特定的依賴范圍的方式控制LED燈系統(tǒng)，如果需要，可以產(chǎn)生近光束、遠(yuǎn)光束或者霧燈。該系統(tǒng)的額外的優(yōu)點(diǎn)在于，并不必要用于構(gòu)造該系統(tǒng)的專用次級(jí)光學(xué)裝置，而且可以使用用于傳統(tǒng)反射器系統(tǒng)或者具有傳統(tǒng)燈的投影儀系統(tǒng)中的諸如非球面透鏡的次級(jí)光學(xué)部件。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例，以如下方式配置和設(shè)置LED燈元件，即，在亮度圖按的特定區(qū)域中發(fā)射IR輻射。該IR輻射優(yōu)選地出現(xiàn)在暗區(qū)中，即，在明-暗邊界上方，并且可用于支持IR夜視設(shè)備?？商鎿Q地，或者另外地，也可以在此處設(shè)置用于霧燈或遠(yuǎn)光束的LED燈元件。
本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例提出了，光輻射裝置或組裝單元的準(zhǔn)直器至少部分地填充有透明材料。該透明材料在這里可以用作用于(多個(gè))LED元件的光學(xué)膠。在任何情況中，其為準(zhǔn)直器帶來穩(wěn)定性，因此還有助于基于范圍的互換。此外，可以將由LED燈元件發(fā)射的光輻射激勵(lì)的熒光物質(zhì)施加在透明材料上或者透明材料中。
本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例在于一種用于LED燈系統(tǒng)的LED燈單元，所述燈系統(tǒng)包括多個(gè)LED燈元件，其中LED燈元件每一個(gè)均包括具有一個(gè)LED元件的一個(gè)準(zhǔn)直器，使得向每個(gè)LED燈元件指定一個(gè)準(zhǔn)直器，并且其中LED燈元件以確定的布置相互穩(wěn)固地鏈接以產(chǎn)生給定的亮度圖案。該LED燈單元有助于LED燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組裝，這是因?yàn)椋瑸榱私M裝成LED燈系統(tǒng)，僅需要一個(gè)接觸界面，并且僅需要一個(gè)與次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)的界面。這里，也可以將多個(gè)LED元件設(shè)置在一個(gè)LED燈元件中。
而且，燈單元又可以有利地由多個(gè)子單元構(gòu)造。這可以有利地通過將具有相同功能的多個(gè)LED燈元件組合成子單元實(shí)現(xiàn)。這種功能分組的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于多個(gè)明顯功能等效的LED燈元件，僅有一個(gè)機(jī)械和/或電接口。這有助于獨(dú)立部分的更換，例如特別經(jīng)受應(yīng)力的那些部分，并且減少了用于維修LED燈單元的成本。
借助于非限制性的示例，通過參考下面描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他的方面是顯而易見的，并且將得到說明，

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的燈單元，圖2示出了作為燈單元的部件的LED燈元件的排列，圖3示出了燈單元和次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)的相互作用。
圖1示出了燈單元1，其包括43個(gè)獨(dú)立的LED燈元件2。它們以如下方式根據(jù)規(guī)定的亮度圖案排列為二維陣列，即，它們?cè)诓僮鲿r(shí)生成確定的明-暗區(qū)域。出于該目的，三個(gè)LED燈元件3設(shè)置在中心，它們發(fā)射趨向于黃色的光譜。在圖1中，借助于稀疏的交叉影線圖案表示它們。與此相反，藍(lán)色含量高的LED燈元件4配置在邊緣區(qū)域中，并且用細(xì)密陰影線表示。在所述LED燈元件之間及其下方，具有黃色和藍(lán)色二者的中間輻射特性的LED燈元件5成組。在黃色LED燈元件3和藍(lán)色LED燈元件4的行上方，即，在線6上方，燈單元1形成了明-暗邊界，其中設(shè)置在線6上方的LED燈元件7不輻射任何可見光。它們可以輻射紅外光，并且可用于支持夜視設(shè)備。
為了說明本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)可行方案，將燈元件2的底面在垂直的行8中形成為菱形，所述行8形成了燈單元1的中心軸，這是說明性的。因此可以實(shí)現(xiàn)線6的偏轉(zhuǎn)路徑。
LED燈元件3、4和5一起產(chǎn)生了車輛頭燈所需的亮度圖案，高亮度的中心區(qū)域直接位于明-暗邊界上。LED燈元件3、4和5中的每一個(gè)通過形成總圖案中其自身的部分，作出其貢獻(xiàn)。因此，為機(jī)動(dòng)車輛頭燈定義的亮度圖案不是通過疊加來自多個(gè)燈系統(tǒng)的光錐形成的，而是基本上并排地相加照明獨(dú)立的空間區(qū)域的確定限定的光錐，來形成亮度圖案。
圖2示出了包括八個(gè)LED燈元件2的燈單元1的一部分。每個(gè)LED燈元件2包括被分配了準(zhǔn)直器10的LED元件9。原則上，準(zhǔn)直器10可以具有任何形狀。特別優(yōu)選的是，準(zhǔn)直器具有截頂棱錐形狀，其截面或者底面使得LED燈元件可以直接相互鄰接，優(yōu)選地在每側(cè)。特別有利地，這些是截頂棱錐形狀的準(zhǔn)直器10，如圖2中所示，具有矩形或者平行四邊形的截面，能夠直接并排設(shè)置LED燈元件2，以便節(jié)約空間。此外，可以容易地組合相鄰的LED燈元件2的多個(gè)準(zhǔn)直器10，以形成柵格。
在根據(jù)本發(fā)明的配置中，不僅可以向每個(gè)燈元件2提供獨(dú)立的輻射特性，而且即使是在操作過程中，也可以單獨(dú)控制每個(gè)LED發(fā)光元件2，以及獨(dú)立地調(diào)節(jié)其亮度。這允許產(chǎn)生可變的亮度圖案。此外，每個(gè)LED燈元件2可以單獨(dú)被替換，或者作為一起形成小的子單元的一組燈元件的一部分被替換。這主要發(fā)生在多個(gè)LED燈元件2進(jìn)行功能性分組的情況中，例如，形成一個(gè)IR子單元的情況下。
當(dāng)然，代替這里示出的LED燈元件2，還可以設(shè)置具有另一設(shè)計(jì)的LED燈元件。例如，具有準(zhǔn)直器的LED燈元件的腔室的出射表面，以及其中設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)LED元件的腔室，可以替換LED元件9。
圖3示出了燈單元1和作為次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡11的相互作用。燈單元1生成的圖像以繞水平軸對(duì)稱的方式由透鏡投射在待照明的空間中。因此，燈單元1設(shè)置在相對(duì)圖1繞水平軸旋轉(zhuǎn)180°的位置。
總而言之，應(yīng)當(dāng)再一次指出，附圖和描述中說明的這些系統(tǒng)和方法僅是實(shí)施例的示例，在不偏離本發(fā)明的構(gòu)架的前提下，其在很大程度上可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員修改。
而且，應(yīng)當(dāng)指出，出于完整性的目的，不定冠詞“一個(gè)”的使用并未排除多個(gè)相關(guān)項(xiàng)的存在。
權(quán)利要求
1.一種用于生成定向照明輻射的LED燈系統(tǒng)，包括-多個(gè)LED燈元件(2)，每個(gè)LED燈元件(2)包括具有LED元件(9)的準(zhǔn)直器(10)，所述LED燈元件(2)以確定的方式設(shè)置在發(fā)光表面中，用于生成規(guī)定的亮度圖案，-次級(jí)光學(xué)裝置(11)，其在待照明的空間中成像該亮度圖案。
2.權(quán)利要求1的LED燈系統(tǒng)，其特征在于，以如下方式設(shè)置和/或設(shè)計(jì)LED燈元件(2)，即，使得LED燈元件(2)輻射的光可以特定地導(dǎo)向并耦合到次級(jí)光學(xué)裝置(11)中。
3.權(quán)利要求1或2的LED燈系統(tǒng)，其特征在于一種控制裝置，借助于所述控制裝置，可以獨(dú)立地控制所述設(shè)置中的獨(dú)立的LED燈元件(2)和/或LED燈元件(2)的組，來設(shè)定亮度圖案。
4.上面任何一個(gè)權(quán)利要求的LED燈系統(tǒng)，其特征在于，具有與相關(guān)LED燈元件(2)輻射的光不同的發(fā)射特性的LED燈元件(2)。
5.上面任何一個(gè)權(quán)利要求的LED燈系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)LED元件設(shè)置在LED燈元件(2)中。
6.前一權(quán)利要求的LED燈系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)LED燈元件(2)組合為一個(gè)組裝單元。
7.上面任何一個(gè)權(quán)利要求的LED燈系統(tǒng)，其特征在于，該LED燈系統(tǒng)是車輛燈系統(tǒng)。
8.上面任何一個(gè)權(quán)利要求的LED燈系統(tǒng)，其特征在于，借助于所述亮度圖案，產(chǎn)生具有確定明-暗分界線的近光束。
9.上面任何一個(gè)權(quán)利要求的LED燈系統(tǒng)，其特征在于，在亮度圖案的特定區(qū)域中發(fā)射IR輻射。
10.上面任何一個(gè)權(quán)利要求的LED燈系統(tǒng)，其特征在于，LED燈元件(2)的準(zhǔn)直器(10)至少部分地填充有透明材料。
11.一種用于上面任何一個(gè)權(quán)利要求的LED燈系統(tǒng)的LED燈單元(1)，包括多個(gè)LED燈元件(2)，每個(gè)LED燈元件(2)包括具有LED元件(9)的準(zhǔn)直器(10)，所述LED燈元件(2)以確定的設(shè)置互連，用于生成規(guī)定的亮度圖案。
12.權(quán)利要求11的用于LED燈系統(tǒng)的LED燈單元(1)，其特征在于，其被細(xì)分為多個(gè)子單元，每個(gè)子單元具有獨(dú)立的機(jī)械和/或電接口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生成定向照明輻射的LED燈系統(tǒng)(1)。該系統(tǒng)包括多個(gè)LED燈元件(2)，每個(gè)LED燈元件(2)包括具有LED元件(9)的準(zhǔn)直器(10)。LED燈元件(2)設(shè)置成確定的陣列以用于生成規(guī)定的亮度圖案。次級(jí)光學(xué)裝置(11)在待照明的空間中成像該亮度圖案。
文檔編號(hào)H01L27/15GK1993826SQ200580026656
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者J·A·舒格, J·L·A·M·索馬尼, L·凱帕 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司