技術領域

本發明涉及一種用于汽車尾燈組的LED燈。

背景技術：

傳統的汽車尾燈使用鹵素燈光源。隨著過去十年間LED光通量的快速穩定增長，LED由于其具有的耐用性、可靠性、長使用壽命、更快的反應時間、低能耗、緊湊的結構尺寸、固有的紅白黃色可用性、更大的設計靈活度提供的不同設計選項，現在廣泛應用于汽車照明系統中。然而，由于其光通量輸出相對較低，因此LED的使用仍然面臨挑戰。

目前的市場上，LED汽車尾燈幾乎不能形成光帶，只是幾個LED裝配在一起。這根本不能有達到最大效率。

本發明的目的即在于克服現有技術中存在的不足和問題。

技術實現要素：

本發明涉及一種適合用于組成汽車照明系統的LED燈，包括高功率的朗伯(Lambertian)LED和全內反射(Total Internal Refraction，簡稱TIR)準直透鏡。本發明中開發了新的TIR準直透鏡，用于通過配光板收集從LED光源發出的光，再對光進行再分配形成滿足ECE要求的光帶。

通過下面的實施例說明、未決的權利要求和附圖，本發明中涉及到的裝置和方法的各個特征、方面及優點將會容易理解。

接下來對特定具體實施例的描述只是在本質上具有代表性，不對本發明及其申請、應用造成任何的限制。在這里用到的“朗伯LED”是指遵守Lambert余弦定律的發光二極管，Lambert余弦定律是說輻射強度隨觀察者的視線和曲面法線之間的夾角Θ的余弦而變。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1a是根據本發明的實施例的LED燈的側視圖；

圖1b是根據本發明的實施例的LED燈的正視圖；

圖2a是根據本發明的LED燈在使用時的三維側視圖；

圖2b是根據本發明的LED燈在使用時的三維透視圖；

圖3a是根據本發明的實施例的由三個LED燈組成的燈系統的示意圖；

圖3b是根據本發明的實施例的由三個LED燈組成的燈系統的示意圖；

圖4a是根據本發明的三個LED燈組成的燈系統在向一定距離外發射光線的示意圖；

圖4b是根據本發明的三個LED燈組成的燈系統在向一定距離外發射光線的示意圖；

圖5a是根據本發明的另一實施例的在汽車照明系統中使用的燈系統的示意圖；

圖5b是根據本發明的另一實施例的在汽車照明系統中使用的燈系統的示意圖；

圖6a是根據本發明的剎車燈或停車燈為一定的距離提供光照明的示意圖；

圖6b是根據本發明的剎車燈或停車燈為一定的距離提供光照明的示意圖；

圖6c是根據本發明的剎車燈或停車燈為一定的距離提供光照明的示意圖；

圖7是根據本發明的散射花紋；

圖8是根據本發明的折射花紋；

圖9是具有本發明的LED系統的汽車照明系統的實施例；

圖10是本發明的汽車照明系統的分解結構圖；

圖11a是根據本發明的燈系統的示意圖；

圖11b是根據本發明的燈系統的示意圖；

圖12a是對由本發明的燈系統和燈制成的剎車燈和停車燈的實際測試圖；

圖12b是對由本發明的燈系統和燈制成的剎車燈和停車燈的實際測試圖；

圖12c是對由本發明的燈系統和燈制成的剎車燈和停車燈的實際測試圖；

圖13a是對由本發明的燈系統和燈制成的倒車燈的實際測試圖；

圖13b是對由本發明的燈系統和燈制成的倒車燈的實際測試圖；

圖13c是對由本發明的燈系統和燈制成的倒車燈的實際測試圖；

圖13d是對由本發明的燈系統和燈制成的倒車燈的實際測試圖；

圖14a是對由本發明的燈系統和燈制成的轉向燈的實際測試圖；

圖14b是對由本發明的燈系統和燈制成的轉向燈的實際測試圖；

圖14c是對由本發明的燈系統和燈制成的轉向燈的實際測試圖；

圖14d是對由本發明的燈系統和燈制成的倒車燈的實際測試圖。

具體實施方式

下面根據附圖進行說明。

附圖1是本發明用于汽車照明系統的LED燈101的實施例。該LED燈101包括LED容納單元102和具有前面103和后面105的TIR透鏡104。圖1a是LED燈101的側視圖。TIR透鏡包括TIR外表面和受控非球面準直透鏡。TIR透鏡可設計成具有兩個相連鏡像側的TIR透鏡，其中每一側具有連接向上的斜面的凸頂，斜面逐漸平坦形成唇緣。該唇緣的底部連接向下的斜面。此斜面連接垂直面，進而連接到水平凸面。LED容納單元102位于TIR透鏡的下面。通過這樣的設計，從LED容納單元102中的LED發出的光傳送到一定的距離“F”106。所以，LED發出的光通過表面“A”105和表面“B”103傳輸，且是平行的。

圖1b是根據本發明的實施例的LED燈的正視圖。如圖1b所示，LED燈101全反射透鏡是六邊形。所述全內反射透鏡由聚碳酸酯、PMMA或其他光學級材料制成。

圖2是在使用中的本發明的LED燈的三維視圖。也就是，光正在從燈中射出。圖2a是一個側視圖，圖2b是透視圖。

圖3a和3b是根據本發明的實施例的照明系統的示意圖，該照明系統包括3個LED燈301。這個實施例在汽車照明系統中是有用的，特別是對倒車燈和轉向燈。

圖4a和4b是根據本發明的三個LED燈組成的燈系統在向一定距離外發射光線的示意圖。

圖5a和5b是根據本發明的另一實施例的在汽車照明系統中使用的燈系統的示意圖。在這個燈系統中用到了7個LED燈，其適用于剎車燈和停車燈。

圖6a-6c是根據本發明的剎車燈或停車燈為一定的距離提供光照明的示意圖。

透鏡置于LED燈系統的上面，從而影響從LED燈系統發出的光的反射和散射。透鏡可具有多種設計，如具有折射和/或散射花紋。如U.S.6818276中公開的設計，均可在本申請中使用，本申請參考其全部內容并將其結合于本申請中

本發明的LED燈系統發出的光的散射如下：

$\sin {\mathrm{\α}}_1=\frac{1}{n}\sin \mathrm{\α}$

β＝α₁+α₂，α₂＝β-α₁

nsin(β-α₁)＝sinβ

n(sinβcosα₁-cosβsinα₁)＝sinβ

$\cos {\mathrm{\α}}_1=\frac{1}{n}\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}$

$n(\sin \mathrm{\β}\·\frac{1}{n}\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}-\cos \mathrm{\β}\·\frac{1}{n}\sin \mathrm{\α})=\sin \mathrm{\β}$

$\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}-\mathrm{ctg\β}\·\sin \mathrm{\α}=1$

$\mathrm{ctg\β}=\frac{\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}-1}{\sin \mathrm{\α}}=2\frac{\sqrt{R^2-{\left(\frac{L}{2}\right)}^2}}{L}$

$R=\frac{L\·\sqrt{n^2-2\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}+1}}}{2\sin \mathrm{\α}}$

其中，α代表第一入射角，α₁代表第一出射角，α₂代表第二入射角，β代表第二出射角，n代表物質的折射率(空氣的折射率為1)。

圖7繪制了根據本發明的一種散射花紋。

本發明的LED燈系統發出的光的折射如下：

nsinα₂＝sinα

α₁＝β-α₂，sinβ＝nsin(β-α₂)，sinβ＝n(sinβcosα₂-cosβsinα₂)

ncosα₂-nctgβsinα₂＝1

$\mathrm{ctg\β}=\frac{\cos {\mathrm{\α}}_2-\frac{1}{n}}{\sin {\mathrm{\α}}_2}$

$\mathrm{ctg\β}=\frac{\sqrt{1-\frac{1}{n^2}{\sin }^2\mathrm{\α}}-\frac{1}{n}}{\frac{1}{n}\sin \mathrm{\α}}=\frac{\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}-1}{\sin \mathrm{\α}}=\frac{L}{H}$

$H=\frac{L\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}-1}$

其中，α代表第一入射角，α₁代表第一出射角，α₂代表第二入射角，β代表第二出射角，n代表物質的折射率(空氣的折射率為1)。圖8繪制了本發明的一種折射花紋。

圖9是具有本發明的LED系統的汽車照明系統900的實施例。照明系統900包括剎車燈901、停車燈903、轉向燈905和倒車燈907。

圖10是本發明的汽車照明系統1000的分解結構圖，其中LED燈系統1001與照明系統殼體1003的隔間1002適配。

圖11a和11b示出了本發明的LED燈系統1100，包括根據本發明制造的多個LED燈1103和用于散射、反射或散射并發射的LED發出的光的透鏡1101。在這個具體實施例中，采用了7個LED燈。

3或7個LED燈并不是汽車尾燈組的唯一選擇，只是眾多組合中的一種。4、5、8或9個LED燈也能實現來滿足汽車尾燈組的需要。本發明并不限于用于組成汽車尾燈組的燈的具體個數。

對汽車照明系統中的幾種LED燈系統進行試驗，結果如下述。

圖12a-12c展示了本發明的LED燈和LED燈系統組成的汽車剎車燈和停車燈測試圖。表1給出了測試結果并顯示它們如何達到ECE的要求。

表1

圖13a-13d展示了本發明的LED燈和LED燈系統組成的汽車倒車燈的實際測試圖。表2給出了測試結果并顯示它們如何達到ECE的要求。

表2

圖14a-14d展示了本發明的LED燈和LED燈系統組成的汽車轉向燈的實際測試圖。表3給出了測試結果并顯示它們如何達到ECE的要求。

表3

上面結合附圖對本發明系統的實施例做了說明，應當理解的是本發明系統并不正好限于這些實施例，在此本領域的普通技術人員在不背離在未決的權利要求中限定的范圍和精神的前提下，對其作出的各種改變和修改都是落入本發明的保護范圍。

為了解釋未決的權利要求，可作如下理解：

a)“包括”一詞并不排除未列在給出的權利要求中出現其它的元件或動作

b)位于某元件之前的“一”或“一個”并不排除存在多個所述元件；

c)除特別聲明外，任何公開的裝置或部分，均可以是組合在一起或是進一步分成幾部分；

d)特別聲明外，并非所有的動作或步驟都需要按照特定的順序。