CN102753885A - 包括表面光源的用于机动车辆的光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于机动车辆的光学装置(1)，包括用于发射光线(7)的第一表面光源(2)，其特征在于，它包括用于偏转由第一表面光源发射的光线的反射光学***(4)。

Description

包括表面光源的用于机动车辆的光学装置
技术领域
本发明涉及光学装置，特别地用于机动车辆的光学装置，如照明和/或指示装置，其特别地具有在车辆在道路上移动时特别有用的光度测定功能，允许由其它车辆看见该车辆，或者允许所述车辆的驾驶员看到外面。
背景技术
作为机动车辆光学装置的光源的表面光源、特别是有机发光二极管(也称为OLED)的使用是已知的，特别是根据文献DE 10 2007 018 985可知。在DE 10 2007 018 985的情况中，机动车辆光学装置为用于机动车辆的指示装置。虽然可以由有机发光二极管型光源提供极其均匀的光，但它具有多个缺点：
首先，有机发光二极管如今包括小的分子，因为它们是最有效的并且更加适合在有限空间中，如在车辆后保护板中，产生指示功能。然而，必须防护这些分子免受水和氧分子的影响，并且这采用玻璃板实现。用于执行指示功能的有机发光二极管因此包括与发射层接触的保护玻璃板。玻璃板在很大程度上限制有机发光二极管的可能形状。有机发光二极管因此必须具有平坦表面或至多直纹曲面(ruled surface)，并且它们必须因此不包括具有任何类型的翘曲表面的屏幕，如用于机动车辆的光学装置的常见玻璃板。这因此带来设计问题。
接下来，由现今技术的有机发光二极管提供的亮度不足以提供某些指示功能(如“城市灯光”，“刹车灯”和“中央高位刹车灯”指示功能)。现今技术的有机发光二极管通常提供1,000Cd/m2的亮度，而为了实现上述功能，5,000～10,000Cd/m2的亮度将是必要的。然而，有机发光二极管的新技术显著地增加该二极管沿垂直于其发射表面的方向的发射指向性。因此，在不增加二极管的发射率的情况下，亮度可以明显地增加例如10倍，达到约10,000Cd/m2。然而，这种技术的有机发光二极管定向性非常强。因此，除了之前提及的缺点之外，它还呈现必须沿车辆的纵向轴向或更一般地沿它必须发光所向着的方向定向的缺点。因此这带来了设计问题，特别是尺寸和结构问题。
因此，有机发光二极管在机动车辆照明和/或指示装置中的使用仅在其表面为直纹曲面时是可行的。因而，可以通过将有机发光二极管放置在柔性基板上制造照明和/或指示装置。这种技术的性能水平与其中二极管放置在平坦玻璃基板上的技术相比非常低。
同样根据DE 10 2007 018 986已知一种用于机动车辆乘客厢的照明装置，包括：
-一组有机发光二极管，第一光学元件结合到该组有机发光二极管上，和
-第二光学元件。
根据DE 202 07 799和EP 1 485 959还已知一种机动车辆指示装置，包括由光学元件覆盖的有机发光二极管，该光学元件包括旨在根据光线不容易通过全反射被捕获且因此可以更容易射出透明基板的事实改善二极管的性能的图案的空间重复。这种技术仅在光学元件结合至该基板或换句话说仅在光学元件结合至平面时有意义。这种指示装置不解决前面提及的问题。
根据FR 2 926 677还已知一种发射呈现高的指向性的光束的有机发光二极管装置。这种有机发光二极管包括位于这两个电极之间的多种层，特别是发光层、促进电子向上输送至发射层的层、和促进空穴向上输送至发射层的层。所有这些层形成微腔，微腔的厚度被调整以形成光学谐振。这种结构的结果是呈现高指向性的光束的发射。
发明内容
本发明的目标是提供一种机动车辆光学装置，特别是照明和/或指示装置，其简单且与这些装置遇到的大量尺寸和设计限制相兼容。
本发明的一个目标是机动车辆光学装置，特别是于机动车辆的照明和/或指示装置，包括发射光线的第一表面光源。根据本发明的机动车辆光学装置包括偏转由第一表面光源发射的光线的反射光学***。因此，能够摆脱第一光源的位置限制。根据一个实施例，光学装置包括包含表面光源和反射光学***的外壳。该外壳由盖透镜封闭，由反射光学***反射的光线通过该盖透镜离开。
优选地，光学***呈现用于在太阳的光线反射离开光源时，特别是在该光源为有机发光二极管时，克服使车辆的驾驶员眼花的危险的装置，特别是图案。具体地，太阳的光线在已经反射离开光学***，离开有机发光二极管和再次离开光学***后因此被沿所有方向发送，眼花的危险实际上为零。
特别地，第一表面光源可以沿第一方向发射光线，反射光学***可以将沿第一方向发射的光线偏转到不同于第一方向的第二方向。因此，第一光源没有必要定向成沿光学装置必须发射光所沿的方向。
反射光学***可以由一个或更多个部件形成。因此，能够制造具有小的尺寸的光学装置。
该装置可以包括第二表面光源。由此，能够增加该装置的亮度和/或提供要求多种颜色的光的多种功能和/或满足光学装置的尺寸限制。
优选地，反射光学***的至少一部分形成第二表面光源的一部分。因此，能够限制形成光学装置的元件的数量。特别地，反射光学***可以至少部分地为有机发光二极管的电极。有机发光二极管可以被放置为邻近反射镜的反射表面。在该情况中，反射光学***包括第二表面光源的反射部分和反射镜。还能够制造没有相关联的反射镜的反射***，其中反射光学***形成第二表面光源的一部分，即，该反射***由第二表面光源的至少一部分制造。
反射光学***可以呈现使由第一表面光源发射的光束扩展的几何形状。这使得获得发射光线的期望光分布和获得照明和/或指示装置的特定外观。
优选地，第一表面光源为有机发光二极管。事实上，这种技术现在是普遍的并且其成本正在降低。
第一表面光源可以是透明的。因此，由第二表面光源发射的光可以在已经穿过第一表面光源之后离开光学装置。因此，根据其中第一表面光源定位在反射光学***的前面的实施例，反射的光线中的将遇到第一表面光源的部分将穿过第一表面光源。这带来光功率的损失的降低。
表面光源的发射面积可以大于1cm2。为了改善该功能的可视性，该表面积可以大于10cm2。
优选地，与朗伯发光二极管相比，第一光源沿垂直于其发射表面的方向呈现高的发射指向性。因此，在不增加光源的发射率的情况下，沿给定方向的亮度在垂直于该表面的方向附近可以显著地增加例如5～10倍。有利地，第一光源具有至少5,000Cd/m2的亮度，并且优选地，至少10,000Cd/m2的亮度。如今存在包括使它们具有这种指向性和这种亮度的装置的有机发光二极管。例如，能够采用诸如在专利FR2926677中描述的有机发光二极管之类的有机发光二极管。例如，表面光源的高指向性的特征在于，用于该光源的作为发射角θ的函数的光强度定律是下述类型的定律：
cos(θ)^n；
其中n在10和20之间变化的幂。
“类型：cos(θ)^n”的表述被理解为是指发射角θ的函数，以与函数cos(θ)^n相同的方式变化。
根据一个实施例，光学装置为用于产生指示功能的装置，如车辆的位置指示功能、变向指示功能、倒车指示功能、刹车指示和雾天情况中的位置指示功能。
根据一个实施例，根据本发明的机动车辆光学装置例如用来提供道路照明功能，如远光功能、近光功能和雾灯功能。
根据一个实施例，根据本发明的机动车辆光学装置用来提供乘客厢照明功能。
根据本发明的一个变形，根据本发明的机动车辆光学装置被设置为在车辆的乘客厢中产生内部装饰光。
第一表面光源可以包括发射光的多个表面元件，特别是多个有机发光二极管。因此，能够更加紧密地遵循光学装置的盖透镜的曲线。
表面光源优选地包括有机发光二极管(OLED)。作为变形，表面光源可以包括与光扩散器相关联的光源，例如灯或LED(即，装配有小尺寸的光电发射元件的发光二极管)，该光源放置在被设置为散射来自该灯或该LED的光的光扩散器的后面。
本发明的另一个目标是包括之前限定的光学装置的机动车辆。
附图说明
附图通过举例的方式表示根据本发明的光学装置的多种实施例。
图1为根据本发明的机动车辆光学装置的第一实施例的框图。
图2为根据本发明的机动车辆光学装置的第二实施例的框图。
图3为根据本发明的机动车辆光学装置的第三实施例的框图。
图4为根据本发明的机动车辆光学装置的第四实施例的框图。
图5为根据本发明的机动车辆光学装置的第五实施例的框图。
图6为表示由第一扩展方法获得光束的扩展图案的图示。
图7为表示由第二扩展方法获得光束的扩展图案的图示。
图8为有机发光二极管的剖视图。
具体实施方式
本发明的原理是在用于机动车辆的光学装置中使用表面光源，例如特别地垂直于其表面呈现高指向性和高亮度的有机发光二极管，并将它与离光源一距离放置的反射光学***结合。反射光学***呈现以整体方式使由发光二极管发射的光线偏转的功能，从而将二极管定位在没有必要垂直于对光学装置有用的光线的期望方向的位置中。优选地，它还呈现扩展光线的功能。
因此，来自表面光源并垂直于该光源的表面定向的光线由反射光学***偏转以沿选定方向，例如平行于机动车辆的纵向轴线的方向指向光学装置的外面。
以下还参照图1描述用于机动车辆的光学装置1的原理。该光学装置例如用来提供下述功能中的一种：远光照明、近光照明、雾光照明、车辆位置指示、变向指示、倒车指示、刹车指示、雾天情况中的指示。
图1图示照明和/或指示装置。如之前看到的那样，这不是限制性的，根据本发明的机动车辆光学装置例如也能够作为乘客厢内部装置。该照明和/或指示装置主要包括：
-由外壳3和盖透镜9形成的封闭壳体，
-第一表面光源2，和
-反射光学***4。
反射光学***至少局部地定位在离第一表面光源一距离处。
当第一表面光源正在使用时，它主要沿第一方向5，例如垂直于该光源的表面的方向，发射光线束7。该光线束由反射光学***4偏转或转向，并且可能地，由反射光学***4成形。如此获得的光线8通过盖透镜9离开光学装置，并且因此提供光学功能。优选地，离开光学装置的光线整体上平行于根据所提供的光学功能选择的第二方向6。根据所提供的光学功能，由光线8形成的光束可以呈现或多或少明显的扩展，即，这些光线8被包括在圆锥体中，该圆锥体具有平行于第二方向6的轴线并在顶点处具有或多或少明显的角度，该角度对应于所述扩展。而且，该圆锥体没有必要是回转锥体。实际上，对于多种光学功能，对该圆锥体的垂直于方向6的横截面来说呈现小于其宽度的高度是有利的。
优选地，反射光学***在相对于来自第一表面光源的光的主发射方向面对第一表面光源的整个表面上延伸。因此，由第一表面光源沿主发射方向发射的每条光线或至少大多数光线由反射光学***偏转或转向，使得它们离开光学装置同时被包括在与之前提及的圆锥体相同的圆锥体中。
例如，光学***4可以包括简单的反射镜，例如平面镜或具有翘曲形状的镜反射镜。优选地，反射镜的几何形状用来在整体上将由第一表面光源发射的光线引向照明和/或指示功能所需要的第二方向6。还优选地，反射镜的几何形状还用来产生如前所述的光束的扩展。
反射光学***可以呈现反射基础图案。这些反射基础图案可以是平坦的。因此，由基础图案从第一表面光源接收的基础光束被反射而没有被扩展。然而，反射基础图案也可以是凸起的。因此，由基础图案从第一表面光源接收的基础光束在扩展的同时被反射。
例如，第一方向和第二方向可以形成至少10°的角度。
特别地，第一表面光源可以水平地定位。它还可以呈现遵循该装置的盖透镜的曲线的边缘。
在一种变形中，第一表面光源可以为在其每一面上都发光的类型：它可以为具有两个透明电极的有机发光二极管。在该情况中，该装置可以具有用于反射由表面光源的每一面发射的光线的反射光学***。
图2中表示的光学装置的第二实施例11与图1的第一实施例不同之处主要在于，反射光学***14被实现为多个元件141，这些元件由第一表面光源12照射。通过这种组成，能够采用具有大尺寸的表面光源，而无需反射光学***呈现大的尺寸。
多个元件141例如可以彼此平行和/或彼此离开相同的距离定位。
优选地，所述多个元件可以布置成第一表面光源和盖透镜之间的水平条或大致水平条的形式。具体地，这种布置限制了太阳的光线在表面光源上的不希望的反射效果。而且，这种布置产生美观效果。
所述多个元件可以彼此相互作用，即，由一个元件反射的光线可以由另一个元件反射。
图3中表示的光学装置的第三实施例21与图1的第一实施例不同之处主要在于，第一表面光源22是透明类型的，并且它相对于方向6定位在反射光学***24的前面。因此，第一表面光源从其多个面中的每一个面发射光。采用这种结构，由第一表面光源的一面发射的光线在未由反射光学***偏转或转向的情况下离开光学装置，而由第一表面光源的其它面发射的光线在已经由反射光学***偏转或转向之后离开光学装置。在反射的光线中，一些光线在反射离开反射光学***之后直接到达盖透镜，其它光线在穿过第一表面光源之后到达盖透镜。将注意到，一部分光线在穿过第一表面光源时被吸收。
在所表示的结构中，反射光学***24的面积大于第一表面光源22的面积。然而，可以预期相反的情况。
图4中表示的光学装置的第四实施例41与图3的第三实施例不同之处主要在于，反射光学***34形成第二表面光源的一部分。优选地，反射光学***34形成有机发光二极管的一部分。特别地，反射光学***34为有机发光二极管的电极。
第二表面光源可以仅包括一个有机发光二极管或接近翘曲表面的多个有机发光二极管的组或具有翘曲表面的一个有机发光二极管。
在该实施例中，除了采用之前的实施例描述其光线路径的第一表面光源32之外，第二表面光源发射光线。这些光线中的至少一些在已经穿过第一表面光源32之后到达光学装置的盖透镜。作为变形，该第二表面光源可以以这种方式设置，即虽然第二表面光源反射由第一表面光源向后发射的光线，但由该第二表面光源发射的光线在未穿过第一表面光源的情况下到达透镜。
例如，第一表面光源和第二光源可以发射波长不同并且因此颜色不同的辐射。
第一和第二表面光源可以同时启动或彼此独立地启动。特别地，启动第一表面光源可以使得能够提供第一功能，启动第二表面光源可以使得能够提供第二功能，同时启动两个表面光源可以使得能够提供第三功能。
第二表面光源可以朗伯型表面光源。
图5中表示的光学装置的第五实施例41与图2的第二实施例不同之处主要在于，反射光学***44被实现为多个元件441，这些元件为第二表面光源并由第一表面光源照射。通过这种组成，能够采用具有大尺寸的表面光源，无需反射光学***呈现大的尺寸。
优选地，所述多个元件441为有机发光二极管。它们可以为透明类型的，即，每个面发射光，或者为非透明类型的，即，仅一个面上发射光。
所述多个元件441可以彼此相互作用，即，由一个元件发射或反射的光线可以由另一个元件反射。
第二表面光源可以为朗伯型表面光源。
图1-5的各种示意图的剖面可以是水平的，也可以是垂直的。它们甚至可以是倾斜的。
在未表示的另一个实施例中，光学装置包括两个或更多个表面光源。这两个光源可以并排放置。它们可以主要沿两个不同的方向发射光。光学***用于偏转和成形由多个光源发射的光线束。因此获得的光线束可以以整体的方式沿相同的方向定向。可替换地，来自第一光源21的光束可以被以整体的方式转向到第一方向，来自第二光源22的光束可以被以整体的方式转向到第二方向，这些第一和第二方向是不同的。
反射光学***的面对第一光源的部分可以呈现与该光学***的面对第二光源的部分不同的光学特性。优选地，在这种情况中，特性的变化可以是渐变的，以避免光学装置的外观的任何突变。光源可以设置为或可以不设置为连接在一起，使它们的发射平面不同地定向。反射光学***使来自每个独立光源的光束具有期望的整体方向。因此能够克服表面光源的方向限制。因此，可以根据光学装置的结构设置表面光源，例如遵循光学装置的曲线。该光学***随后将适合使光束具有整体方向和期望的扩展。这种实施例还提供不同于接通外观的关断外观，不是根据其是接通还是关断以相同的方式感知表面光源(例如有机发光二极管)的表面(特别是在它以高定向方向发射时)。后一种实施例当然可以与之前描述的其它实施例结合。
有利地，第一和第二光源发射具有不同颜色的光，并且可以彼此独立地启动。因此，光学装置可以提供多种功能，特别是要求不同颜色的多种功能，然而当光源关断时光学装置从盖透镜的外面呈现均匀的外观。例如，该装置可以提供后部位置指示功能和变向指示功能二者。
如前所述，在多种机动车辆照明应用中，有利的是扩展光线。特别地，通常使光线在水平轴线比在垂直轴线扩展得更大是有利的。反射光学***可以被设置和设计为允许光围绕光束的主方向扩展。光束因此对应于包含在圆锥体中的光线的组，该圆锥体的轴线表示发射方向。该圆锥体的宽度对应于展度。在图6中表示示例光束。该示例光束被以规则形状70示意性地表示；然而，该光束可以呈现任何其它形状，该图6对应于来自光学装置的光束所被投射到其上的屏幕。该屏幕原则上是垂直的，轴线V对应于垂直方向的轴向，轴线H对应于水平方向的轴线。在图6中，图示了光束71的横截面，因此它将不具有引起光束扩展的布置。该光束将更加集中或会聚。通过反射光学***的在设计反射光学***以在光的主发射方向的两侧偏转光线的一部分时的多种实施例，在离光学装置的确定距离处，例如在离光学装置10米或25米处获得扩展光束70。在这些实施例中，每条光束，同基础光束一样，特别是撞击反射光学***的整个基础图案的每条光束被扩展。
在光学装置的其它实施例中，以如在图7中表示的不同方式获得相同的扩展效果。具体地，每个基础光束不存在扩展。通过使基本光束偏转到围绕第二方向6的多个方向而获得扩展功能。用于扩展光线的装置由一组偏转装置形成。示例的扩散图案或扩展图案在图7中表示。该示例图案被以规则形状80示意性地表示，然而，该图案可以呈现任何其它形状。在该实施例中，基础光束，特别是撞击反射光学***的基础图案的整体的光束不被扩展。因此，从撞击光学***的屈光装置(diopter)的一组基础图案的光束获得来自基础图案并沿不同方向定向的一组光束(在图7中表示其横截面80)。各种光斑以分布式方式在光束80的整个扩展区域上的不完整覆盖和偏移用于产生整个光束。
可替换地，能够以互补方式使用上述两个原则。具体地，能够通过具有扩展功能和设置为未完全沿相同方向发射光的基础图案的组合效应提供扩展功能。
单个或多个表面光源可以为所有类型的。然而，有机发光二极管类型的光源是优选的。这种有机发光二极管装置60在图8中表示。该装置包括有机发光二极管62和电压发生器61。有机发光二极管包括多层：阴极63、阳极65和有机层64。当有机层经受电压时，它发射光辐射66，光辐射66传播穿过对于该辐射是透明的阳极65。如果必要，有机层可以包括由多种有机材料制成的多层641-645。优选地，使用包括附加层的有机发光二极管。除了发光层643之外，有机层还包括促进电子向上输送至发射层643的层641和促进空穴(即，不存在电子)向上输送至发射层643的层645。有机层还可以包括阻挡来自下层643-645的空穴的层642和阻挡来自上层641-643的电子的层644。所有这些层形成微腔，该微腔的厚度被调整以形成光学谐振。因此，制成形成谐振腔的选择性干涉反射器。例如，可以使用之前提及的文献FR 2 926 677中描述的类型的有机发光二极管。
优选地，表面光源的发射面积大于1cm2，或者甚至大于10cm2。
优选地，在之前描述的实施例中，设置在反射光学***上的基础图案的尺寸通常在0.5mm和1mm之间，或者甚至在0.2mm和5mm之间，或者甚至高达10mm。因此，可以通过采用传统制造装置获得的模子制造它们。
所理解是，通过根据本发明的光学装置，表面光源可以是平坦的且不需要沿假设光线传播到该装置外面所沿的方向定向。因此，表面光源在光学装置中的安装被简化。因此能够采用高亮度有机发光二极管，而没有必要受到它们的禁止性的定位限制的影响。而且，光学***的扩展效应解决了不具有光学***的发光二极管的存在造成的反射问题。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆的光学装置(1；11；21；31；41)，特别是指示和/或照明装置，包括用于发射光线(7)的第一表面光源(2；12；22；32；42)，其特征在于，它包括用于偏转由第一表面光源发射的光线的反射光学***(4；14；24；34；44)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一表面光源沿第一方向(5)发射光线(7)，并且反射光学***将沿第一方向(5)发射的光线偏转到不同于第一方向的第二方向(6)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，反射光学***由一个或更多个部件(4；14；24；34；44)形成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该装置包括第二表面光源(34；441)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，反射光学***(34；441)的至少一部分形成第二表面光源的一部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，反射光学***为有机发光二极管的电极。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，反射光学***呈现使由第一表面光源发射的光束扩展的几何形状。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第一表面光源(2；12；22；32；42)为有机发光二极管(62)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第一表面光源是透明的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第一表面光源的发射面积大于1cm2。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，第一表面光源的发射面积大于10cm2。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，与朗伯发光二极管相比，第一光源沿垂直于其发射表面的方向呈现高的发射指向性。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第一光源具有至少5,000Cd/m2的亮度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置为指示灯。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第一表面光源包括用于发射光的多个表面元件，特别是多个有机发光二极管。
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