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CN101803047B - 准直器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用作LED封装(10)的一部分的准直器(20)，包括：准直器主体(28)，其适于收集和/或反射和/或聚焦光；由准直器主体(28)提供的上平面(30)，其中该上平面(30)限定了大体上水平的平面(32)；由准直器主体(28)提供的至少一个反射表面(36)，其中反射表面(36)至少部分地与所述水平平面(32)成角度α，该角度为70°≤α≤110°，特别地75°≤α≤100°，优选地78°≤α≤92°，最优选地79°≤α≤85°，其中准直器主体(28)包括用于接纳包含由LED(40)照射的发光前面(22)的照明元件(14)的凹陷(34)，其中该照明元件(14)由凹陷(34)接纳，使得在组装状态下，反射表面(36)至少部分地延伸到所述前面(22)的水平之下，并且其中光经由其通过水平平面(30)的光源区域与发射前面(22)的区域之比r或者与组装状态下的多个照明元件(14)的发射前面(22)的区域的总和之比r为0.95≤r≤1.50。由于反射表面(36)相对于准直器主体(28)的水平平面(32)的特定角度α的原因，同时提供了小光源和高光通量，从而增大了LED封装(10)的亮度和视亮度。

Description

准直器
技术领域
本发明涉及准直器领域，其用作LED封装的一部分以便收集和/或聚焦由LED封装的至少一个发光二极管(LED)发射的光。
背景技术
从US2004/0041222A1中可获悉一种LED封装，其包括用于收集由LED照射的照明元件发射的光。准直器围绕该照明元件，从而该准直器能够收集经由所述照明元件的侧面发射的光。该准直器包括与LED封装的水平平面成45°角度的反射表面，从而经由所述侧面发射的光被这些反射表面从水平方向反射到竖直方向。
这种准直器的缺点在于，包括这种准直器的LED封装的视亮度(brightness)与可收集的光通量相比是低的。
发明内容
本发明的目的是提供一种准直器，该准直器为LED封装提供增大的视亮度。特别地，本发明的目的是提供一种为LED封装提供增大的亮度(luminance)的准直器。
这个目的是通过用作LED封装的一部分的准直器来实现的，该准直器包括：准直器主体，其适于收集和/或反射和/或聚焦光；由准直器主体提供的上平面，其中该上平面限定了大体上水平的平面；由准直器主体提供的至少一个反射表面，其中所述反射表面至少部分地与所述水平平面成角度α，该角度为70°≤α≤110°，特别地75°≤α≤100°，优选地78°≤α≤92°，最优选地79°≤α≤85°，其中准直器主体包括用于接纳包含由LED照射的发光前面的照明元件的凹陷，其中该照明元件由凹陷接纳，使得在组装状态下，反射表面至少部分地延伸到所述前面的水平之下，并且其中光经由其通过水平平面的光源区域与发射前面的区域之比r或者与组装状态下的多个照明元件的发射前面的区域的总和之比r为0.95≤r≤1.50。
由于所述至少一个反射表面延伸到照明元件的前面的水平之下，因而依照本发明的准直器能够收集由照明元件的侧面发射的光。这导致非常高的可收集光通量。由于所述反射表面相对于准直器主体的水平平面的特定角度α的原因，该反射表面设置得越陡峭，导致越小的光源区域，收集的光通量通过该光源区域离开准直器。因此，同时提供了小光源和高光通量，从而增大了LED封装的亮度和视亮度。提供光源区域的区域可以由准直器主体内的开口提供，其中反射表面设置在准直器的内部，或者由大体透明的准直器主体本身提供，其中反射表面设置在准直器主体的外面。甚至有可能的是，例如当角度α为90°≤α≤110°，特别地95°≤α≤100°时，收集的光通量通过其离开准直器的光源区域小于照明元件的发光前面(的总和)，从而进一步增大了亮度。为了减少收集的光的反射的量，当角度α为70°≤α≤90°，特别地75°≤α≤80°时可能是有利的。取决于LED封装的设计和照明元件的设计，本领域技术人员能够通过测试在最大化亮度方面使角度α最优化。
优选地，反射表面由凹陷提供，并且凹陷包括设置在准直器主体的上平面内的发射开口。光源区域以及用于接纳照明元件的凹陷可以由相同的开口提供，从而有助于制造。此外，准直器的重量减小，并且发射开口可以用来接纳和/或连接另外的元件，比如透镜或类似物。
特别地，光经由其通过所述水平平面的光源区域与发射前面的区域之比r或者与组装状态下的多个照明元件的发射前面的区域的总和(如果这样的话)之比r为1.10≤r≤1.45，优选地1.20≤r≤1.40，最优选地1.30≤r≤1.35。该比值导致小的光源区域，例如准直器主体的小的发射开口，其包括高亮度和高光通量。由于收集的光通量集中，因而发射的光可以容易地由附加的透镜系统引导。特别地，当包括依照本发明的准直器的LED封装用于机动车辆头灯时，可以容易地对发射的光定向，从而防止使相遇的汽车司机眩目。
在一个优选的实施例中，在组装状态下准直器的所述至少一个反射表面可以被设置成非常靠近照明元件。这导致小的光源区域和高亮度。出于这个原因，只有小的空隙(gap)可以在准直器的凹陷与照明元件之间提供。特别地，在组装状态下在凹陷的内表面与照明元件之间提供空隙，其中该空隙为5μm-100μm，特别地10μm-70μm，优选地15μm-50μm，最优选地20μm-30μm。空隙的这个尺寸允许实现小的光源区域和间隙配合(clearance fit)以便有助于将准直器组装到LED封装而不干扰照明元件。
优选地，反射表面包括设置在较低高度下的第一区域以及设置在较高高度下的第二区域，其中第一区域的角度α不同于第二区域的角度α，其中特别地第一区域的角度α低于第二区域的角度α。这种设计允许提供小的光源区域并且同时收集由照明元件的侧面发射的光，其中该光不在准直器内部经受多次反射。
此外，反射表面可以至少部分地弯曲，特别地是凹的。这例如导致受照射区域和不受照射区域之间的平滑边界。
本发明还涉及用于灯中的LED封装，该LED封装包括：衬底，其包括上表面；至少一个照明元件，其用于经由背向上表面的发射表面发射光，其中照明元件包括连接到衬底的LED；以及准直器，其可以如前所述进行设计，用于引导发射的光。该LED封装同时包括小的光源区域和高光通量，从而增大了该LED封装的亮度和视亮度。
优选地，提供了以规则图案，特别是以行和/或以行列设置的多个照明元件，其中照明元件图案由准直器的凹陷接纳。该规则的照明元件阵列可以容易地例如通过自动将照明元件设置到衬底上来制造。而且，单个准直器足以接纳所述多个照明元件。特别地，邻近的照明元件包括相距彼此5μm-100μm，特别地10μm-70μm，优选地15μm-50μm，最优选地20μm-30μm的距离。由于该距离的原因，提供了一定空隙，其提供照明元件到彼此的电绝缘，其中该空隙足够小，从而避免了经由准直器发射的光的光强度的显著变化。
照明元件不必由单个LED组成。优选的是，照明元件包括至少一个连接到衬底的LED以及覆盖该LED的磷光体，其中该磷光体包括发光前面和连接到该前面的发光侧面。特别地，LED提供大体为蓝色的光，其中磷光体提供大体为黄色的光，从而照明元件总体上提供大体为白色的光。
在一个优选的实施例中，所述LED封装包括特别地为塑料材料的覆盖物，其用于覆盖照明元件和衬底，其中准直器由该覆盖物提供或者准直器由该覆盖物接纳并且连接到该覆盖物。因此，有可能将准直器与覆盖物一起组装到所述LED封装。这有利于LED封装的组装并且避免了由于公差引起不良的光学性能，因为没有提供准直器与覆盖物之间的公差，或者准直器与覆盖物之间的公差在组装期间可以自动地适于准直器与照明元件之间的公差。例如，准直器可以由覆盖物的孔径压配合(press fit)。
优选地，覆盖物包括至少一个，特别地三个参考元件，其用于相对于外壳和/或相对于光学系统对LED封装精确定位。由于避免或大体补偿了准直器与覆盖物之间的制造公差，因而特别地给覆盖物而不是准直器提供参考元件就足够了。尽管准直器可能不包括参考元件，但是经由覆盖物提供了准直器相对于光学系统等的精确定位。优选地，参考元件被定形为突出物，通过其可以提供确定的平面。在组装状态下，准直器的精确定位和对准借助于参考元件来提供，从而可以提供借助于这些相同元件的同时的精确机械的和精确光学的对准。
本发明还涉及一种用于机动车辆的灯，特别是头灯或尾灯，其包括可以如前面所述而设计的连接到外壳的LED封装，其中该外壳包括至少一个设置成邻近准直器的透镜。由于可以为透镜系统的一部分的透镜的原因，从LED封装发射的光可以如希望的那样聚焦。由于LED封装连接到外壳，因而LED封装相对于外壳的准确定位是可能的，从而透镜可以非常精确地相对于LED封装的准直器的光源区域而设置。优选地，透镜被设置成靠近光源区域，从而大体上所有发射的光都被透镜收集。
附图说明
本发明的这些和其他方面根据以下描述的实施例将是清楚明白的，并且将参照这些实施例进行阐述。
在附图中：
图1为包括依照本发明的准直器的LED封装的示意性透视图，
图2为图1的LED封装的示意性顶视图，
图3为沿着图2的直线A-A的LED封装的示意性截面图，
图4为沿着图2的直线B-B的LED封装的示意性截面图，以及
图5为第二实施例中的LED封装的示意性截面图。
具体实施方式
图1中示出的LED封装10包括衬底12，设置成直线的四个照明元件14连接到该衬底。在衬底12的上表面16上提供了连接线18，其连接到照明元件14。经由连接线18可以将电源施加到照明元件14。此外，提供了准直器20以便收集和引导由照明元件14经由发光前面22和侧面24发射的光。该LED封装可以连接到热沉，例如铜板26，由于该热沉的高导热性，照明元件14中产生的热量通过该热沉被带走(图2)。
如图3和图4中所示，准直器20包括包含上平面30的准直器主体28，水平平面32通过该上平面限定。准直器主体28包括凹陷34，其中由凹陷34的内面提供反射表面36。在水平平面32与反射表面36之间提供了角度α，其为大约82°，这意味着远大于45°。凹陷34在水平平面32内提供了发射开口38，其中光源区域由发射开口38提供。
照明元件14包括连接到衬底12的LED 40。LED 40由磷光体42覆盖，其由LED 40照射。发光前面22以及主要是侧面24由磷光体42提供。
如图5中所示，在本发明的另一实施例中，准直器20的准直器主体28可以大体上透明。在这种情况下，反射表面36由准直器主体28的外面提供。此外，光源区域由准直器主体28的上平面30限定。
尽管已经在附图和前面的描述中图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示例性的而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。
例如，有可能在其中角度α大于90°并且光源区域小于照明元件14的发光前面22的总和的实施例中实施本发明。
本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开内容以及所附权利要求书的研究，应当能够理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求书中，措词“包括/包含”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”并没有排除复数。在相互不同的从属权利要求中陈述特定技术措施这一事实并不意味着这些技术措施的组合不可以加以利用。权利要求书中的任何附图标记都不应当被视为对本发明的范围的限制。

Claims (20)

1.用作LED封装(10)的一部分的准直器，包括：
准直器主体(28)，其适于收集和/或反射和/或聚焦光，
由准直器主体(28)提供的上平面(30)，其中该上平面(30)限定了大体上水平的平面(32)，
由准直器主体(28)提供的至少一个反射表面(36)，其中反射表面(36)至少部分地与所述水平平面(32)成角度α，该角度为70°＜α≤110°，
其中准直器主体(28)包括用于接纳包含由LED(40)照射的发光前面(22)的照明元件(14)的凹陷(34)，其中该照明元件(14)由凹陷(34)接纳，使得在组装状态下，反射表面(36)至少部分地延伸到所述前面(22)的水平之下，并且
其中光经由其通过水平平面(32)的光源区域与发射前面(22)的区域之比r或者与组装状态下的多个照明元件(14)的发射前面(22)的区域的总和之比r为1.30≤r≤1.35。
2.依照权利要求1的准直器，其中反射表面(36)至少部分地与所述水平平面(32)成角度α，该角度为75°≤α≤100°。
3.依照权利要求2的准直器，其中该角度α为78°≤α≤92°。
4.依照权利要求3的准直器，其中该角度α为79°≤α≤85°。
5.依照权利要求1到4中任一项的准直器，其中反射表面(36)由凹陷(34)提供，并且凹陷(34)包括设置在准直器主体(28)的上平面(30)内的发射开口(38)。
6.依照权利要求1到4中任一项的准直器，其中在组装状态下在凹陷(34)的内表面与照明元件(14)之间提供空隙，其中该空隙为5μm-100μm。
7.依照权利要求6的准直器，其中该空隙为10μm-70μm。
8.依照权利要求7的准直器，其中该空隙为15μm-50μm。
9.依照权利要求8的准直器，其中该空隙为20μm-30μm。
10.依照权利要求1到4中任一项的准直器，其中反射表面(36)包括设置在较低高度下的第一区域以及设置在较高高度下的第二区域，其中第一区域的角度α不同于第二区域的角度α。
11.依照权利要求10的准直器，其中第一区域的角度α低于第二区域的角度α。
12.依照权利要求1到4中任一项的准直器，其中反射表面(36)至少部分地弯曲。
13.依照权利要求12的准直器，其中反射表面(36)是凹的。
14.用于灯中的LED封装，包括：
衬底(12)，其包括上表面(16)，
至少一个照明元件(14)，其用于经由背向上表面(16)的发射表面(22)发射光，其中照明元件(14)包括连接到衬底(12)的LED(40)，以及
依照权利要求1的准直器(20)，其用于引导发射的光。
15.依照权利要求14的LED封装，其中照明元件(14)包括至少一个连接到衬底(12)的LED(40)以及覆盖该LED(40)的磷光体(42)，其中该磷光体(42)包括发光前面(22)和连接到该前面(22)的发光侧面(24)。
16.依照权利要求14的LED封装，其中提供了特别地为塑料材料的覆盖物，其用于覆盖照明元件(14)和衬底(12)，其中准直器(20)由该覆盖物提供或者准直器(20)由该覆盖物接纳并且连接到该覆盖物。
17.依照权利要求16的LED封装，其中所述覆盖物包括至少一个参考元件，其用于相对于外壳和/或相对于光学系统对该LED封装精确定位。
18.依照权利要求17的LED封装，其中所述覆盖物包括三个参考元件，其用于相对于外壳和/或相对于光学系统对该LED封装精确定位。
19.用于机动车辆的灯，包括依照权利要求14的连接到外壳的LED封装(10)，其中该外壳包括至少一个设置成邻近所述准直器的透镜。
20.依照权利要求19的用于机动车辆的灯是头灯或尾灯。
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