CN103851501A - 用于具有半导体光源的交通工具照明装置的照明模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于交通工具照明装置（F）的照明模块（12），其具有光生成单元（11），所述光生成单元具有至少一个设置在一个共同的基底（13）上的半导体光源（14），其中至少一个被引入到光生成单元（11）的光路中的模块遮光板（21）设置在照明模块（12）上。一种交通工具照明装置（F），所述交通工具照明装置具有至少一个照明模块（51）和设置在照明模块（51）下游的、用于借助于由照明模块（51）放射的光产生光放射图案的光学装置（58）。

Description

用于具有半导体光源的交通工具照明装置的照明模块

技术领域

本发明涉及一种用于交通工具照明装置的照明模块，其具有光生成单元，所述光生成单元具有至少一个设置在共同的基底上的半导体光源，本发明还涉及一种交通工具照明装置，其具有设置在照明模块下游的、用于借助于由照明模块放射的光产生光放射图案的光学装置。本发明特别是可应用在LED前照灯上。

背景技术

已知交通工具照明装置，所述交通工具照明装置具有LED模块——也被称为“LED基本光源”——和设置在LED模块下游的光学装置，所述LED模块具有多个发射白光的LED。LED通常作为LED芯片而存在。LED模块在功能上相应于常规的照明机构，例如白炽灯。光学装置用于借助于由LED模块放射的光产生光放射图案并且典型地具有一个或多个反射器壳，例如半壳反射器。在呈车辆前照灯形式的交通工具照明装置中，为了产生符合规定的亮暗边界、例如近光灯的光放射图案，将遮光板——通常也称为遮光器（shutter）引入到光生成单元的光路中。这样的光学装置常常被称为投影光学装置。可替选地，制成多个小平面的自由形状前照灯使用LED基本光源的棱边并且直接将其成像到亮暗边界上。在投影光学装置的情况下，初级的椭球状的反射器聚集光源的光并且使这些光成束到中间平面中。上文中所提到的遮光器也定位在所述中间平面中。透镜对所述中间平面成像，以便实现在前照灯外部的所期望的光分布。此外，也存在直接进行成像的透镜、透镜***和透镜阵列，但是所述直接成像的透镜、透镜***和透镜阵列很少使用。直接成像的透镜、透镜***和透镜阵列一般而言属于直接成像的折射***。

此外，LED模块本身通常具有带有高对比度的光学的棱边，例如LED芯片的或者LED芯片组的或“芯片阵列”的棱边。但是光学的棱边的高的对比度尤其仅出现在LED芯片的或芯片阵列的一侧上。在另一侧上在模块上典型地存在用于LED芯片、浇注材料等的电接触部，所述电接触部导致对比度的变差。LED芯片的地点或位置相应地适配于光学***，使得LED芯片的或者相应的芯片场（Chipfeld）的“良好”的侧部或棱边能够被光学***利用。这特别涉及在上文中所提到的制成多个小平面的自由形状反射器和直接成像的折射***。但是通过这个看似简单的解决方案产生各种物流的问题。因此随后必须与在前照灯中的LED模块结构相关地根据安装位置和光学装置维持可能不同的版本的产品。此外，能够产生结构空间方面的问题，例如关于插接器、线缆、电子构造等的问题等以及具有热连接的问题，因为由于对比度的不对称性，LED模块的所有的构件必须同样地被调节。

发明内容

本发明的目的在于，至少部分地克服现有技术的缺陷。

这个目的通过本文中的特征来实现。优选的实施方式尤其能够从下文中得出。

所述目的通过用于交通工具照明装置的照明模块来实现，所述照明模块具有光生成单元，所述光生成单元具有至少一个设置在共同的基底上的半导体光源，其中至少一个引入到光生成单元的光路中的遮光板设置或者安装在照明模块上。引入到光生成单元的光路中的所述遮光板在下文中为了区别于位于光学装置中的或者设置在光学装置下游的遮光板、即“主遮光板”或遮光器而被称为“模块遮光板”。

所述照明模块具有如下优点，即其在到亮暗边界上的定向没有变差的情况下允许更自由地定位LED模块。结构空间方面的问题（插接器、线缆、电子构造等）或者具有热连接的问题能够因此被减少或者被避免。特别地，这些优点能够通过如下方式实现：借助于模块遮光板在具有同样明锐的对比度的LED模块的光束上产生光学的棱边。例如LED模块在平行相对置的明锐的光学的棱边中转动180°，而不改变相对于主遮光板或遮光器的定向。此外，通过较少数量的必要的产品衍生物产生成本节约和物流的优势。也在相对于光学装置定位半导体光源时实现改善的公差。此外，因此能够通过紧凑的机构提供复杂形状的光学的棱边。

照明模块特别是能够被理解为产生光的装置，所述装置的光必须还进一步成形以适合作为交通工具照明装置，例如通过设置在下游的光学装置成形。照明模块因此特别是交通工具照明装置的一部分，但是与半导体光源相比更高程度地集成。

交通工具照明装置特别是能够被理解为下述照明器，所述照明器设置为，向外输出交通工具的光。交通工具照明装置例如可以是前照灯、尾灯、指示灯等。交通工具例如能够是机动车（汽车，特别是轿车、摩托车、拖拉机等）、船、飞机等。

光生成单元例如也能够被称为“光能”等诸如此类的。

基底例如可以是实心体，例如由陶瓷构成的实心体，或者是电路板。基底特别可以板状地构成。特别地，用于一个或多个半导体芯片（例如LED芯片）的陶瓷基底也可以被称为“基板”。

半导体光源特别可以是发光二极管（LED）或者激光二极管。发光二极管特别可以是转换二极管。半导体光源可以是有壳体或者无壳体的半导体光源。无壳体的半导体光源特别可以作为芯片（例如作为所谓的“裸片（Bare Die）”）而存在，特别是作为LED芯片存在。芯片的发射面的大小例如可以位于0.5mm×0.5mm至1.5mm×1.5mm之间，特别为1mm×1mm，但是一般而言也可以包括其它的大小和形状因素。

但是代替LED芯片或者除了LED芯片，例如也能够使用有机发光二极管（OLED）或者使用由至少一个半导体光源照射的转换波长的转换元件。特别地，可以使用通过（例如可见的或者不可见的）激光所激励的转换元件，例如发光材料（所谓的远程荧光材料（RemotePhosphor）），（“激光激活的远程磷光材料”（Laser Activated RemotePhosphor，LARP））。

一个改进方案是，至少一个半导体光源包括多个半导体光源。所述半导体光源尤其能够以矩阵布置设置在基底上，特别是以规则的（矩形的）的矩阵形状，例如5×1，4×1，5×2，3×3，2×10等的布置设置在基底上。

一个设计方案是，模块遮光板环绕地包围至少一个半导体光源。由此能够在由LED模块放射的光束的所有的边缘点或者边缘部段上实现明锐的对比。环绕的包围因此特别能够被理解为下述布置：其中模块遮光板关于至少一个半导体光源的主放射方向环绕地包围至少一个半导体光源。主放射方向特别可以是最高的光强或者光流的方向。换句话说，模块遮光板在这个设计方案中具有（至少）一个用于使由至少一个半导体光源产生的光穿过的凹陷部。

模块遮光板因此特别能够构造为孔遮光板。凹陷部的边缘在此产生LED模块的光学的棱边。凹陷部的形状不受限制并且例如能够是矩形的或者椭圆形的，或者也能够包含特定的形状（如15°的角），所述角对于在直接成像的折射***中的近光分布是必要的。

凹陷部的形状优选具有下述基本形状，所述基本形状类似于至少一个半导体光源的外部轮廓或围边。一旦例如多个半导体光源以规则的（矩形的）矩阵图案设置，那么凹陷部的形状也可以相应于（多个半导体光源共有的）矩形形状。

可替选地，模块遮光板可以仅部分地阻挡由至少一个半导体光源放射的光束以用于提高对比度，例如在相对置的、特别是平行的侧部上。

基本上，模块遮光板可以一件式或者多件式地构成。

又一设计方案是，模块遮光板部分地遮盖至少一个半导体光源，特别是在俯视图中或者沿着主放射方向遮盖。因此能够达到尤其高的对比度。此外，因此至少一个半导体光源的光束的外部轮廓中的不规则性能够被消除。

一个改进方案是，模块遮光板在至少一个半导体光源的接触区域的区域中遮盖至少一个半导体光源。因此特别能够消除在光束的外部轮廓中的不规则性，所述不规则性在一些LED芯片中出现，所述LED芯片在上侧上在发射面旁边还具有电接触区域，所述电接触区域在该处不允许光放射。

一个改进方案是，模块遮光板不遮盖或空出至少一个半导体光源，特别是在俯视图中或者沿着主放射方向。

另一个设计方案是，模块遮光板由金属、陶瓷或者类似的耐热的材料构成，因此它是高度耐温的。这由于到至少一个半导体光源的相对小的距离并且由于在该处占主导地位的高的光学的辐照强度而是尤其有利的。

一个改进方案是，照明模块具有多个半导体光源，所述多个半导体光源形成多个（至少两个）彼此间隔开的组。在此，一个组的半导体光源的间距，特别是这个组的两个相邻的半导体光源的间距，显著地小于两组之间的间距，特别是两组之间的间距的五分之一。不同的组能够设置在共同的基底上或者设置在不同的基底上。不同的组能够与共同的冷却体热连接或者与不同的冷却体热连接，例如经由所属的基底热连接。

此外一个设计方案是，模块遮光板是用于半导体光源的多个彼此间隔开的组的共同的模块遮光板。这简化安装并且能够实现各个光束彼此间尤其精确的对准，特别是其光学的棱边的对准。为此，模块遮光板可以具有多个凹陷部，例如每一个凹陷部用于所述组中的每一个，例如类似于一种模板。

还一设计方案是，模块遮光板与用于至少一个半导体光源的（“初级”）光学装置固定地连接。因此改进（降低）结构公差，并且简化安装。例如模块遮光板可以用作为用于初级光学装置的载体或者保持装置。初级光学装置特别可以是用于多个半导体光源的共同的光学装置，例如具有透镜和/或集中器。

模块遮光板可以与初级光学装置以任何适合的方式连接，例如通过力配合（按压、夹持、旋接、铆接等）、形状配合（锁定等）和/或材料配合（例如粘接等）。

一个改进方案是，模块遮光板借助于初级光学装置被固定在（其余的）交通工具照明装置上，特别是固定在冷却体上。为此，初级光学装置尤其可以具有至少一个固定机构，例如至少一个螺孔。又一改进方案是，在被固定的状态中，初级光学装置将其余的模块遮光板（包括例如在下文中更准确详述的保持装置）压到（其余的）的交通工具照明装置上进而保持在力配合的压配合中。

此外一个设计方案是，至少一个半导体光源具有多个半导体光源，所述多个半导体光源以矩阵图案设置，其中上侧的接触区域向内指向半导体光源中的至少几个（不邻接于多个半导体光源的外部的边缘轮廓）。这特别意味着，接触区域不像迄今为止为了实现短的接触长度（例如通过短的接合线）那样而全部设置在半导体光源的一个组的外部的或者外侧的边缘上。通过这个向内指向的接触区域，更确切地说，在不使用模块遮光板的情况下，同样可能的是，在光学的棱边中消除通过接触区域产生的不规则性。替选地或者附加地，也能够使用用于内部区域的、即接触区域的区域的（例如呈至少一个连接片的形式的）模块遮光板，以至于接触区域中的至少一个被模块遮光板遮盖。

半导体光源优选设置成一个或多个双排。上侧的接触区域特别能够设置在上侧的角部上（“接触角”）。

此外一个设计方案是，将光生成单元装入保持装置中。由此，照明模块更好地***纵和/或被机械地接触以及电接触，其中保持装置属于所述照明模块。保持装置也能够被称为适配器。保持装置特别可以具有用于光生成单元的容纳部。保持装置例如可以板状地构成。

模块遮光板的固定特别能够经由标准化的机械过程来进行，例如通过力配合、形状配合和/或材料配合，例如通过旋接、夹持、粘接、铆接等，但是例如也通过喷射到塑料壳体中来进行。但是模块遮光板不需要集成到保持装置中。同样可能的是，将模块遮光板作为独立的组件来固定或者也一起集成到初级光学装置中。

保持装置特别可以具有一个或多个（内部的）电接触元件，例如接触接片、接触弹簧、接触销等以用于光生成单元的电接触，也就是说也具有相应的（外部的）电接触部（例如接触弹簧或者接触销）以用于供电。在内部的电接触元件和外部的电接触元件之间的电连接例如可以借助于引线框架实现。

另一设计方案是，模块遮光板设立为用于至少一个半导体光源的至少一个电接触元件。因此能够实现更简单的结构。模块遮光板特别可以具有内部的和/或外部的电接触元件的功能。为此，模块遮光板可以具有多个彼此电绝缘的区域，例如被施加在陶瓷的底座上的带状导线。

保持装置例如可以借助于初级光学装置被压到共同的底座上，例如压到交通工具照明装置的冷却体或者另一元件上。

还一改进方案是，保持装置具有至少一个固定元件以用于与初级光学装置固定。初级光学装置也能够包含光导体的装置。固定元件例如可以是孔固定部（Lochhalterung）。这简化了初级光学装置的定位和定向进而降低了公差。

特别地，保持装置和初级光学装置可以分别具有至少一个、优选三个全等的螺孔或者钻孔（孔固定部）以用于装入相应的共同的固定元件，例如螺钉。螺钉例如可以穿通保持装置的孔固定部和初级光学装置的孔固定部并且压入到交通工具照明装置的冷却体的或者其它元件的螺纹孔中。这简化了初级光学装置和保持装置的共同的定位和定向并且更进一步降低了公差。可替选地，所描述的过程也能够通过铆接工艺来完成。

又一设计方案是，模块遮光板固定在保持装置上。因此能够实现对模块遮光板的更简单的定向或调整。

替选地或者附加地，模块遮光板可以固定在光生成单元上。

所述目的也通过一种交通工具照明装置来实现，所述交通工具照明装置具有至少一个如在上文中所述的照明模块和设置在照明模块下游的光学装置，特别是次级光学装置，以用于借助于由照明模块放射的光产生光放射图案。交通工具照明装置具有如照明模块一样的优点并且能够类似地设计。

交通工具照明装置尤其可以是前照灯。

设置在下游的光学装置特别可以包括至少一个反射器、主遮光板或遮光器和/或尤其设置在下游的、进行成像的光学装置，例如至少一个透镜。

所述目的也通过一种交通工具来实现，所述交通工具具有至少一个如在上文中所讨论的交通工具照明装置。

附图说明

本发明的在上文中所描述的特性、特征和优点以及如何实现上述内容的方式和方法结合下述对实施例的示意性的描述变得更清晰并且更易于理解，所述实施例结合附图被详细阐述。在此为了概览性，相同的或者起相同作用的元件能够设有相同的附图标记。

图1从斜上方示出可能的光生成单元的视图；

图2从斜上方示出具有装入其中的光生成单元的可能的照明模块的视图；

图3从上方示出具有保持装置和在上侧装入其中的光生成单元的照明模块的俯视图；

图4示出图3的照明模块的侧视剖面图；

图5示出来图3的具有附加地安装在其上的模块遮光板的照明模块的俯视图；

图6示出图5的照明模块的侧视剖面图；

图7从上方示出具有保持装置、在上侧上装入其中的光生成单元和安装在其上的另一模块遮光板的另一个照明模块的俯视图；

图8示出图7的照明模块的侧视剖面图；

图9从斜前方示出用于发光二极管的多个组的模块遮光板的视图；

图10还示出另一个照明模块的侧视剖面图；以及

图11示出由光生成单元的矩阵状设置的发光二极管构成的组。

具体实施方式

图1从斜上方示出交通工具前照灯F的照明模块12的可能的光生成单元11的视图。

光生成单元具有多个，在这里是五个，被施加在共同的通常也被称为“基板”的陶瓷基底13的前侧上的、呈发射白光的LED芯片14形式的半导体光源。LED芯片14以矩阵状的5×1的布置设置。

LED芯片14例如能够具有放射蓝光的发射面，蓝黄转换的发光材料被施加在所述发射面上。LED芯片14在角部中具有上侧的接触区域，即所谓的“接触角”20，也如在图3中所示，所述接触角在这里作为部分标明。

不同的带状导线15被施加在陶瓷基底13上，以便经由其接触角电接触LED芯片14。为此，带状导线15提供了接触区域16。LED芯片14此外由在俯视图中环绕的框架17包围，所述框架具有与LED芯片14的共同的外部轮廓相配的矩形的基本形状，例如具有大约5:1的纵横比。

图2从斜上方示出具有板状的保持装置18和在所述保持装置中在上侧上装入凹陷部19中的光生成单元11的照明模块12的视图。图3从上方示出照明模块12的俯视图。LED芯片14的接触角20在这里被绘出。图4沿着图3的剖面A-A示出图2和3的照明模块12的侧视剖面图。

保持装置18具有引线框架24或者导线网，以便借助于作为引线框架24的一部分的内部的电极25电接触光生成单元11的接触区域16并且与同样作为引线框架24的一部分的呈接触销26形式的外部的电极电连接。

图5从上方示出具有附加的模块遮光板21的照明模块12的俯视图。图6在沿着图5的剖面A-A示出图5的照明模块12侧视剖面图。模块遮光板21构成为具有矩形的凹陷部22的板状的孔遮光板，所述板状的孔遮光板由金属或陶瓷构成。在图5中所示出的俯视图中，所述俯视图也沿着LED芯片14的主放射方向观察，模块遮光板21环绕地围绕LED芯片14，更确切地说使得空出LED芯片14进而不被模块遮光板21遮盖。

模块遮光板21因此通过其凹陷部22引入到光生成单元11的光路中并且在凹陷部22的边缘上产生足够明锐的对比度的光学的边界。由于凹陷部22的长的棱边23的相同的并且此外在这里也平行的设计方案，模块遮光板21转动180°并且仍然提供相同成形的光学的边界。这显著简化了模块遮光板21在交通工具前照灯F中或者在其上的定位。

图7从上方示出具有替代模块遮光板21的模块遮光板32的照明模块31的俯视图。图8沿着图7的剖面A-A示出图7的照明模块31的侧视剖面图。模块遮光板32与模块遮光板21的区别在于更窄的凹陷部33。因此接触角20也被遮住并且LED芯片14的发射面也被部分地遮住，这在长的棱边23的区域中产生对光学的边界的在这里至少基本上线性的形状的更精确的调节。在两个长的棱边23上的亮度可能不同进而在这两个长的棱边23上的对比明锐度可能不同，但是这例如可通过更细长的关于LED芯片14对称的凹陷部来补偿。

一般而言也可能的是，将模块遮光板、例如模块遮光板32在目前为止未改变的侧上调整成，使得长的侧部23是完全对称的。

图9从斜前方示出用于LED芯片14的多个彼此间隔开的组G1、G2、G3的模块遮光板41。模块遮光板41对于多个、在这里是三个的组G1至G3的每一个而言具有凹陷部42、43或44。LED芯片14在这里设置在模块遮光板41的后部并且可以设置在共同的基底上和/或共同的冷却体上。凹陷部42至44对于LED芯片14的相应的组G1至G3产生明锐的光学的边界。

图10还示出另一个照明模块51的侧视剖面图。照明模块51类似于照明模块12构成，但是附加地具有设置在所有LED芯片14下游的例如呈集中器形式的初级光学装置52。

初级光学装置52和模块遮光板53这两者在这里具有多个孔固定部，所述孔固定部具有彼此叠置的孔54或55，借助于所述孔所述初级光学装置和模块遮光板可借助于螺钉57螺接和/或铆接到冷却体56上或者以其他方式连接。因此照明模块51被固定并且初级光学装置52和模块遮光板53精确地彼此定向。但是例如也能够放弃模块遮光板53的孔固定部。

交通工具前照灯F的“主”光学装置，例如在这里是逐段示出的半壳反射器58能够设置在照明模块51的下游。

图11示出由光生成单元61的以5×2图案矩阵状设置的LED芯片14构成的组。两排的相邻的LED芯片14的接触角20向内指向，也就是说直接彼此相邻。因此，至少对于四个设置在最右边的LED芯片14的对而言，接触角20从LED芯片14的共同的矩形的外部轮廓62向内转移，以至于LED芯片14的外部的光学边缘是直的。

虽然通过所示出的实施例详细阐明和描述本发明的细节，但是本发明不局限于此，并且只要不脱离本发明的保护范围，本领域技术人员就能够从中推导出其它的变型形式。

一般而言，只要未被明确地例如通过表述“正好一个”等来排除在外，将“一个”、“一”等理解为单数或复数，特别是就“至少一个”或者“一个或多个”等而言也理解为单数或复数。

只要未被明确地排除在外，数字说明也就能够正好包括所给出的数字以及通常的公差范围。

Claims (10)

1.一种用于交通工具照明装置（F）的照明模块（12；31；51），具有：

-带有至少一个设置在一个共同的基底（13）上的半导体光源（14）的光生成单元（11；61），

其中

-至少一个被引入到所述光生成单元（11；61）的光路中的模块遮光板（21；32；41；53）设置在所述照明模块（12；31；51）上。

2.根据权利要求1所述的照明模块（12；31；51），其中所述模块遮光板（21；32；41；53）环绕地包围所述至少一个半导体光源（14）。

3.根据上述权利要求之一所述的照明模块（31），其中所述模块遮光板（32）部分地遮盖至少一个半导体光源（14），特别是在至少一个半导体光源（14）的接触区域（20）的区域中部分地遮盖。

4.根据上述权利要求之一所述的照明模块（12；31；51），其中所述模块遮光板（21；32；41；53）由金属或者陶瓷构成。

5.根据上述权利要求之一所述的照明模块（12；31；51），其中所述模块遮光板（21；32；41；53）设立为用于至少一个半导体光源（14）的至少一个电接触元件。

6.根据上述权利要求之一所述的照明模块（12；31；51），其中所述模块遮光板（41）是用于半导体光源（14）的多个彼此间隔开的组（G1至G3）的共同的模块遮光板（41）。

7.根据上述权利要求之一所述的照明模块（51），其中所述模块遮光板（53）与用于所述至少一个半导体光源（14）的光学装置（52）连接。

8.根据上述权利要求之一所述的照明模块（12；31；51），其中

-所述至少一个半导体光源（14）具有多个以矩阵图案设置的半导体光源（14），

-其中所述半导体光源（14）中的至少几个的上侧的接触区域（20）向内指向。

9.根据上述权利要求之一所述的照明模块（12；31；51），其中

-所述光生成单元（11）装入保持装置（18）中，以及

-所述模块遮光板（21；32；41；53）固定在所述保持装置（18）上。

10.一种交通工具照明装置（F），具有：

-根据上述权利要求之一所述的至少一个照明模块（51），以及

-设置在所述照明模块（51）下游的、用于借助于由所述照明模块（51）放射的光来产生光放射图案的光学装置（58）。

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