CN219494019U - 具有透明稳定器元件的照明设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种照明设备（2），包括布置在基板（6）上的诸如发光二极管的发光元件（4）。提供一种包括多个发光元件（4）和光导（14）的照明设备（2）的目的——其中以一种特别简单的方式减小了照明设备（2）的热敏性——被解决，其中照明设备（2）包括：透镜（8），具有入光侧（10）和出光侧（12）；光导（14），每个光导（14）布置成与发光元件（4）中的至少一个光学接触，并且配置成将由发光元件（4）中的至少一个发射的光导向透镜（8）的入光侧（10）；和透明稳定器元件（16），布置成与透镜（8）的出光侧（12）机械接触，其中透明稳定器元件（16）配置成至少分区地限定透镜（8）的出光侧（12）的形状。本发明进一步涉及一种用于制造照明设备（2）的方法。

Description

具有透明稳定器元件的照明设备

技术领域

本公开涉及一种特别是在汽车照明领域的照明设备，其包括多个发光元件（诸如发光二极管（LED））和光导，该多个发光元件布置在基板上，该光导将来自发光元件的光导向透镜。

背景技术

包括多个发光元件的照明设备被用来提供较高的光输出，并且还可以允许光束形状和发射强度的变化。例如，汽车中的自适应前照灯可以包括发光元件的矩阵布置，其中发光元件的各部分可以彼此独立地寻址。因此，可以通过在照明设备中寻址对应的发光元件来将由前照灯提供的光照从近光束切换到远光束。

可以通过使用光导来改进由发光元件（诸如LED）提供的光照，该光导例如可以被配置为用于LED的准直器，以改进发射光的方向性并最小化照明设备中的光损耗。用于发光元件的布置（诸如矩阵布置）的光导可以被配置为手指形的准直器，其中为每个发光元件提供了光导，从而形成准直器的“手指”。光导针对每个LED而具体成形并且要求相对于LED的可靠定位，以确保光的有效准直。

对于诸如汽车前照灯的要求高强度的目的来说，在使用发光元件（诸如LED）时的一个挑战是：操作照明设备时产生的高的热负荷。该热负荷导致照明设备内的热应力，使得光导可能变形并且可能相对于发光元件移位。

此效应可能在使用相对紧凑堆叠的发光元件的布置时变得显著，从而导致手指形的准直器的不均匀的热膨胀。由此，发光元件的发光面和光导之间的间隙可能增加，这减小了耦合到光导中的光量。此外，由于发光元件的布置的中心处的热负荷比边缘附近更高，因此可能出现手指形准直器的***效应，该效应通过倾斜准直器的手指来使光导相对于发光元件错位。因此，光导的准直的有效性被减小，并且发射的光图案变得不均匀。

已经进行尝试来减小照明设备的热敏效应。WO 2018/065278 A1涉及一种具有用于光学元件的保持器的照明布置，该光学元件被布置成与至少一个LED间隔开。该保持器具有被设计成即使在热膨胀系数极其不匹配的情况下也能够实现光学元件的稳定定位的结构。

EP 3376099 A1涉及一种照明布置，其中光学子保持器桥接了连接子保持器，以将光学元件保持在相对于LED照明元件的期望位置。该光学子保持器包括至少一个应力释放元件（诸如至少一个开口狭缝）。

发明内容

本发明的目的是提供一种照明设备，其包括多个发光元件和光导，其中以一种特别简单的方式减小了照明设备的热敏性。本发明的目的还在于提供一种用于制造这种照明设备的具有成本效益的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种照明设备，包括：发光元件，布置在基板上；透镜，具有入光侧和出光侧；光导，每个光导布置成与发光元件中的至少一个光学接触，并且配置成将由发光元件中的至少一个发射的光导向透镜的入光侧；和透明稳定器元件，布置成与透镜的出光侧机械接触，其中透明稳定器元件被配置成至少分区地限定透镜的出光侧的形状。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于制造照明设备的方法，该方法包括：将发光元件布置在基板上；提供光导和具有入光侧和出光侧的透镜，其中每个光导布置成与发光元件中的至少一个光学接触，并且配置成将由发光元件中的至少一个发射的光导向透镜的入光侧；将透明稳定器元件布置成与透镜的出光侧机械接触，使得透明稳定器元件至少分区地限定透镜的出光侧的形状。利用根据第二方面的方法，制造出特别是根据第一方面的照明设备。

进一步，公开了汽车照明中根据第一方面的照明设备、特别是作为汽车前照灯的用途，以及包括根据第一方面的照明设备的汽车前照灯。

本发明的各个方面的示例性实施例可以具有以下描述的一个或多个性质。

发光元件布置在基板上。基板可以特别地包括平面形状。基板可以用于机械地固定发光元件并且可以提供用于发光元件的电连接。特别地，基板可以配置为印刷电路板。在一些实施例中，发光元件可以基于半导体元件，诸如p-n结、二极管、和/或晶体管。例如，发光元件可以例如以单独或组合的LED管芯的形式配置为LED。特别地，发光元件可以具有基本上平面的形状，其中该平面形状的主面之一被配置为发光面。

透镜被配置成折射由发光元件所发射的光的至少一部分。特别地，透镜可以覆盖涵盖发光元件的发光面的区域。透镜具有入光侧和出光侧，它们可根据发射光的期望折射来成形。在实施例中，透镜可以包括平面形状，其中入光侧和出光侧至少分段地基本上彼此平行。

每个光导布置成与发光元件中的至少一个光学接触，并且将由发光元件中的至少一个发射的光导向透镜的入光侧。特别地，光导配置为准直器。光的引导可以基于光导的侧壁处的全内反射。因此，侧壁可以包括适合于准直光的形状，特别是从光导面向发光元件的一侧延伸至面向透镜的一侧的形状。

在实施例中，光导和透镜配置为集成元件。特别地，光导和/或透镜包括透明硅树脂或由透明硅树脂组成。

根据本发明，透明稳定器元件布置成与透镜的出光侧机械接触。机械接触可以是直接接触和/或可以是间接接触，其中其他装置设置在透镜和透明稳定器元件之间中。可以至少分区地（特别是在出光侧的中心区中）或跨整个出光侧建立机械接触。因为透明稳定器元件配置成至少分区地限定透镜的出光侧的形状，所以在照明设备的操作期间出现温度改变和热梯度时，透明稳定器元件使透镜和光导的形状稳定。由于透明稳定器元件，透镜和光导的热膨胀在出光侧的方向上被有效地限制。已经发现在没有透明稳定器元件的情况下出现透镜和光导的***效应，该***效应导致光导相对于发光元件的倾斜，以及光导和发光元件之间的距离的不均匀分布。利用透明稳定器元件，可以减小热敏性的这种严重影响，并且显著改进照明设备的热敏性。

因为透镜和光导的热膨胀由于透明稳定器元件而在出光侧的方向上被有效地限制，所以光导将趋向于在远离出光侧并且朝着发光元件的方向上膨胀。在实施例中，在发光元件的发光面、和光导之间提供预先限定的间隙，使得在较高温度下也避免了发光元件和光导之间的机械接触。

替代地，光导可以被布置成至少分区地与发光元件机械接触。因为透镜和光导的膨胀然后在基本上平行于基板的表面法线的方向上受到透明稳定器元件和发光元件的限制，所以光导将趋向于通过横向膨胀来补偿热应力。光导的形状和尺寸可以被配置成使得在照明设备的操作期间出现的温度范围内避免光导的***。

可以通过接触元件（例如，光导的底面上的圆形或方形尖端）来提供光导和发光元件之间的直接机械接触，以将接触应力转移到发光元件的非敏感区域上并且在发光面和光导之间的区域中维持间隙。类似地，可以在发光面和光导之间提供间隔元件。例如，可以在发光元件上提供保护涂层以保护发光元件免受高的热负荷影响。进一步，可以在光导的底面处提供透明间隔器元件（诸如玻璃片和/或塑料片），其中在透明间隔器元件和发光元件之间形成间隙。

根据本发明的另一示例性实施例，透明稳定器元件包括平面形状。因此，可以以一种特别简单的方式（例如由片状材料）来提供透明稳定器元件，并且照明设备获得紧凑的形状。特别地，透镜的出光侧还至少分段地包括平面的形状，以在透镜和透明稳定器元件之间提供可靠的机械接触。

照明设备的配置可以被进一步简化，其中透明稳定器元件包括玻璃或由玻璃组成。玻璃提供了高的机械稳定性和热稳定性，同时具有高的透射率。

根据本发明的另一示例性实施例，照明设备进一步包括设置在基板上的保持器，其中保持器被配置成相对于发光元件而保持透明稳定器元件。特别地，保持器至少在基本上垂直于基板的表面法线的方向上保持透明稳定器元件。因此，保持器限定了透明稳定器元件和基板之间的距离，以及发光元件、和透镜的出光侧之间的距离。

保持器可以通过其他装置（诸如框架元件）来直接地或间接地保持透明稳定器元件。框架元件可以包括发光元件的区域中的开口，以减小被框架元件阻挡的光量。特别地，透明稳定器元件可以被布置成使得框架元件的开口被透明稳定器元件覆盖。框架元件和保持器可以包括附接装置（诸如对应的锁扣元件），以建立机械连接。框架元件可以特别地包括不透明材料或由不透明材料组成，例如由金属组成。

保持器可以围绕发光元件、光导和/或透镜，并且因此可以为照明设备提供机械保护。根据本发明的另一示例性实施例，保持器包括用于容纳透镜的透镜凹槽，使得可以至少部分地将透镜***保持器。在***透镜之后，透明稳定器元件可以布置在透镜的出光侧上，并且框架元件可以连接至保持器并且可以将透明稳定器元件固定在透镜上。根据替代实施例，透明稳定器元件可以被包覆模制。

在一个示例性实施例中，在保持器、和透镜凹槽中的透镜之间至少分段地提供间隙。利用该间隙，透镜可以在保持器的方向上热膨胀而没有透镜的明显变形（诸如***效应）。特别地，在基本上平行于基板的表面法线的方向上和基本上垂直于基板的表面法线的方向上都提供了间隙。

根据本发明的另一示例性实施例，保持器包括至少一个横向对齐元件，该至少一个横向对齐元件被配置成相对于发光元件、特别是在基本上垂直于基板的表面法线的方向上保持透镜。利用该横向对齐元件，当出现温度改变时——即使在透镜凹槽中的透镜、和保持器之间提供了间隙时——可以控制透镜相对于发光元件的定位。因此，进一步改进了照明设备的热稳定性。

至少一个横向对齐元件可以基本上定位于保持器的至少一个边缘区的中心。因此，透镜的热膨胀可以在远离该至少一个边缘区的中心的两个相对方向上出现，使得减小了透镜相对于保持器的移位。例如，保持器和/或透镜可以包括基本上矩形的形状，其中至少一个横向对齐元件布置于矩形形状的至少一个长侧和/或短侧的中心。特别地，可以通过将横向对齐元件设置在保持器的矩形形状的长侧的中心处来有效地减小透镜的移位。

根据本发明的另一示例性实施例，透镜包括用于容纳透明稳定器元件的稳定器凹槽。例如，该稳定器凹槽可以为透明稳定器元件提供形状配合。因此，可以以一种特别简单的方式将透明稳定器元件可靠地定位在透镜的出光侧上。

根据本发明的另一示例性实施例，用透明覆盖材料来包覆模制透明稳定器元件和/或透镜。因此，透明覆盖材料可以提供透明稳定器元件到透镜的简单机械连接，和/或设置在基板上的光学保持器。特别地，可以省略布置在保持器上的框架元件，因为透明覆盖材料可以机械地将保持器连接至透明稳定器元件，因此预先限定了基板和透明稳定器元件之间的距离。用透明覆盖材料来包覆模制允许特别简单地制造照明设备。透明覆盖材料还可以包括凸起，特别是圆顶形的凸起。这些凸起可以各自对应于光导并且可以覆盖每个光导的占用面积（footprint area），以改进光输出。

根据本发明的另一示例性实施例，透明稳定器元件至少部分地嵌入透镜的内部。例如，适合的透镜材料（诸如透明硅树脂）可以围绕透明稳定器元件模制。以此方式，通过将透明稳定器元件和透镜本质上作为整体组件来提供，可以实现透镜和透明稳定器元件之间的特别稳定的机械连接。另外，这个实施例可以允许照明设备的特别简单的和具有成本效益的制造，其中可以首先提供稳定器元件，然后稳定器元件可以被包覆模制以生产出透镜。

如上所描述，透明稳定器元件可以与透镜的出光侧直接或间接机械接触。根据本发明的一个示例性实施例，透明稳定器元件被布置成经由糊剂与透镜的出光侧机械接触。该糊剂可以减小透镜和透明稳定器元件之间的摩擦，使得透镜和透明稳定器元件之间的热膨胀系数的差异可以被补偿，因为该糊剂使得透镜和透明稳定器元件之间的界面处的相对移动成为可能。特别地，经由折射率匹配糊剂进行了机械接触，使得减少了透镜和透明稳定器元件的界面处的不期望的光反射。

根据本发明的另一示例性实施例，发光元件在基板上以矩阵布置。该矩阵可以是规则的或不规则的。例如，发光元件可以布置成5x6矩阵。

特别地，以适用于汽车照明、特别是用于汽车前照灯的布置来提供发光元件。至少一部分发光元件可以被配置成独立寻址，即有源/无源的发光元件的量和/或光照图案可以随本发明的照明设备而变化。照明设备可以特别地配置用于自适应前照明。

在用于制造照明设备的本发明的方法中，一个或多个方法步骤可以包括模制工艺。特别地，该方法可以包括用透明覆盖材料来包覆模制透明稳定器元件和/或透镜。

进一步，可以通过模制工艺来提供光导和/或透镜。特别地，光导和透镜可以被配置为集成元件，可以通过模制（例如由透明硅树脂）来制造该集成元件。另外或替代地，该方法可以包括包覆模制透明稳定器元件以生产出透镜，其中透明稳定器元件至少部分地嵌入模制透镜的内部。

根据本发明的一个示例性实施例，在基板上设置了保持器，其中该保持器被配置成相对于发光元件而保持透明稳定器元件。特别地，通过模制工艺来提供该保持器。提供该保持器的模制工艺可以是与提供光导和/或透镜的模制工艺相同的工艺步骤。

在示例性实施例中，该方法包括两个模制步骤。通过模制来提供透镜和/或光导，例如提供为集成元件。可选地，可以通过模制而在基板上提供保持器。透镜和光导布置在基板上。透明稳定器元件布置在透镜的出光侧上。然后，透明稳定器元件和/或透镜（可选地与保持器一起）通过透明覆盖材料来包覆模制。

应当理解，这个部分中对本发明的实施例的呈现仅仅是示例性的和非限制性的。

根据以下结合所附附图考虑的详细描述，本发明的其他特征将变得清楚。然而，应当理解，附图仅仅为了说明的目的而设计，并且不作为对本发明的限制的定义，对于本发明的限制，应当对所附权利要求进行参考。应该进一步理解，附图不是按比例绘制的，并且它们仅仅旨在构思性地说明本文描述的结构和过程。

附图说明

现在，将参考所附附图来详细描述本发明的示例，在附图中：

图1a以分解视图示意性地示出了根据本发明的照明设备的实施例；

图1b以透视图示意性地示出了根据本发明的照明设备的实施例；

图2a以平面视图示意性地示出了根据本发明的照明设备的实施例；

图2b、图2c以截面视图示意性地示出了根据本发明的照明设备的实施例；

图3a、图3b以截面视图示意性地示出了根据本发明的照明设备的另一实施例；以及

图4以截面视图示意性地示出了根据本发明的照明设备的另一实施例。

具体实施方式

图1a以分解视图示意性地示出了根据本发明的照明设备2。对应地，图1b以透视图示意性地示出了根据本发明的照明设备2的实施例。照明设备2包括布置在基板6上的发光元件4，该基板6被配置为印刷电路板。发光元件4在基板6上布置成5x6矩阵。

提供了具有入光侧10和出光侧12的透镜8，该透镜8被配置为具有光导14的阵列的集成元件。每个光导14被配置用于与发光元件4之一光学接触，其中光导14形成与发光元件4的矩阵对应的矩阵。光导14被配置成将由对应的发光元件4——对对应的发光元件4进行光学接触——发射的光导向透镜8的入光侧10。

光导14被配置为用于由发光元件4所发射的光的准直器。特别地，光导14由具有侧壁的透明硅树脂组成，该侧壁通过全内反射提供光的准直。

进一步，提供了透明稳定器元件16。透明稳定器元件16被布置成与透镜8的出光侧12机械接触。当组装了照明设备2时，透明稳定器元件16被配置成在出光侧12的中心区中限定透镜8的出光侧12的形状。

照明设备2进一步包括设置在基板6上的保持器18，该保持器18通过固定装置19（诸如螺钉）固定到基板6。保持器18被配置成在基本上垂直于基板6的表面法线的方向上相对于发光元件4保持透明稳定器元件16。

为此，提供了框架元件20，其可以借助于对应的锁扣元件22a、22b而机械地固定到保持器18，锁扣元件22a、22b分别布置在框架元件20和保持器18上。框架元件20包括发光元件4和光导14的区域中的开口24，使得减少了框架元件20对光的阻挡。

如从图2b和图2c中特别清楚的（它们示出了图2a的平面II b和II c中的截面视图），保持器18包括用于容纳透镜8的透镜凹槽26。在平行于基板6的表面法线的方向上和垂直于基板6的表面法线的方向上，在保持器18、和透镜凹槽26中的透镜8之间都提供了间隙。

在照明设备2的操作期间，发光元件4可以产生高的热负荷。因为发光元件4在基板6上布置成阵列并且可以定位成彼此靠近，发光元件4的布置的中心比起该布置的边缘遭受更高的热负荷，所以可能另外出现高的温度梯度。

当照明设备2的操作期间出现温度改变时，该间隙允许透镜8在保持器18的方向上膨胀。因为透明稳定器元件16被配置成限定出光侧12的形状并且由保持器18和框架元件20相对于基板6而保持，所以有效地限制了透镜8和光导14在出光侧12的方向上的热膨胀。特别地，由于与透明稳定器元件16的机械接触，因此透镜8的出光侧12维持了平面形状。因此，可以避免透镜8和光导14的***效应（例如，通过透镜8膨胀穿过框架元件20的开口24）。已经发现***效应对于热敏性至关重要，因为***导致光导14相对于发光元件4的发光面而倾斜，这极大地减小了光内耦合进入光导14的有效性和通过全内反射的准直。利用本发明的透明稳定器元件16，可以减小此效应并且显著改进照明设备2的热敏性。

保持器18还包括横向对齐元件28，该横向对齐元件28被配置成在基本上垂直于基板6的表面法线的方向上相对于发光元件4保持透镜8，从而进一步改进照明设备2的热稳定性。横向对齐元件28基本上定位于保持器18的边缘区的中心。具体地，保持器18包括基本上矩形的形状，其中横向对齐元件28基本上定位于该矩形形状的长侧的中心，以减小透镜8由于热膨胀而相对于保持器18的移位。

透镜8包括用于以形状配合来容纳透明稳定器元件16的稳定器凹槽30。在这个实施例中，透明稳定器元件16具有平面形状并且由玻璃组成。特别地，透明稳定器元件16是矩形的玻璃片，其为透镜8和光导14提供足够的机械稳定性，同时允许对由发光元件4所发射的光的高的透射性。

在稳定器凹槽30中，透明稳定器元件16横向地定位并且与出光侧12机械接触。这里，透明稳定器元件16被布置成经由折射率匹配糊剂而与透镜的出光侧间接机械接触，这减少了透明稳定器元件16和透镜8的界面处的不期望的反射效应。同时，补偿了横向方向上的热膨胀的差异。

图3a、图3b以类似于图2b、图2c的截面视图的截面视图示意性地示出了根据本发明的照明设备2的替代实施例。在这个实施例中，透明稳定器元件16和透镜8用透明覆盖材料32包覆模制。因此，可以省略框架元件20，从而允许照明设备2的特别简单的和具有成本效益的制造。另外，根据这个实施例的照明设备2还可以包括保持器（未示出），该保持器特别地也通过透明覆盖材料32来包覆模制。

透明覆盖材料32还可以包括凸起（未示出），特别是圆顶形的凸起。这种凸起可以各自对应于光导14。

图4以类似于图2b、图2c的截面视图的截面视图示意性地示出了根据本发明的照明设备2的另外的替代实施例。在这个实施例中，透明稳定器元件16嵌入透镜8的内部。应当理解，透明稳定器元件16可以完全或部分地嵌入透镜8的内部，在两种情况下这都能实现稳定性的期望的增强。光导14与透镜8一体地形成，例如使用透明硅树脂。如图3a和图3b的前述实施例，图4的实施例也可以允许照明设备2的特别简单的和具有成本效益的制造。例如，可以通过（至少部分地）围绕稳定器元件16模制适合的透镜材料（例如，透明硅树脂）来形成透镜8和光导14。同样，在这个实施例中也可以省略框架元件20，这可以进一步增加制造工艺的简洁性。

Claims (10)

1.一种照明设备，包括：

-发光元件，布置在基板上；

-透镜，具有入光侧和出光侧；

-光导，每个光导布置成与所述发光元件中的至少一个光学接触，并且配置成将由所述发光元件中的至少一个发射的光导向所述透镜的入光侧；和

-透明稳定器元件，

其特征是，所述透明稳定器元件具有平面的形状并且布置成与所述透镜的出光侧机械接触，其中所述透明稳定器元件配置成至少分区地限定所述透镜的出光侧的形状，其中所述透明稳定器元件包括玻璃或由玻璃组成，并且其中所述照明设备进一步包括设置在所述基板上的保持器，所述保持器配置成相对于所述发光元件保持所述透明稳定器元件。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述保持器包括用于容纳所述透镜的透镜凹槽。

3.根据权利要求2所述的照明设备，其中在所述保持器、和所述透镜凹槽中的所述透镜之间至少分段地提供间隙。

4.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述保持器包括至少一个横向对齐元件，所述至少一个横向对齐元件被配置成相对于所述发光元件保持所述透镜。

5.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述透镜包括用于容纳所述透明稳定器元件的稳定器凹槽。

6.根据权利要求1所述的照明设备，其中用透明覆盖材料来包覆模制所述透明稳定器元件和所述透镜两者。

7.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述透明稳定器元件完全嵌入所述透镜的内部。

8.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述透明稳定器元件被布置成经由糊剂与所述透镜的出光侧机械接触。

9.根据权利要求8所述的照明设备，其中所述糊剂包括折射率匹配糊剂。

10.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述发光元件在所述基板上以矩阵布置。