專利名稱：用于車輛照明的半導體光引擎的制作方法
用于車輛照明的半導體光引擎相關申請的交叉引用本申請要求2005年7月12日申請的美國臨時專利申請No. 60/698,529的權益，其整個說明書以參照方式明確地引入本文。技術領域本申請涉及一種用于車輛照明系統(tǒng)等的光源。更具體地，本申請涉及 一種為車輛照明系統(tǒng)等提供光的半導體光引擎。
背景技術：
車輛照明系統(tǒng)尤其是車頭燈系統(tǒng)需要能夠產(chǎn)生相對較亮的能 夠形成必需光束圖案的光的光源，所述必需的光束圖案是各種安全規(guī)定 所限定和要求的。白熾燈以其合理的可接受的效果多年來一直被采用作 為車頭燈系統(tǒng)的光源。為了提供更多光以便改善車頭燈系統(tǒng)產(chǎn)生的光束圖案，現(xiàn)在通常采 用石英鹵素燈("Halogen")和高強度放電燈("HID")來代替白熾燈， 這是因為卣素燈和HID燈比白熾燈產(chǎn)生的光多很多。但是，此類囟素 燈光源和HID燈光源的缺點在于，它們產(chǎn)生很多廢熱，這些廢熱必須 從車頭燈除去。進一步地，卣素車頭燈和HID車頭燈需要認真設計的 光學特性以便消除因燈絲或燈罩影響而出現(xiàn)在它們所產(chǎn)生的光圖案中 的缺陷。因此，為了提供適當?shù)睦鋮s和/或必需的光學特性，卣素車頭燈和 HID車頭燈的外殼必須相對較大，此種大外殼對美學和/或空氣動力學 設計造成限制，否則車輛設計者會做出更好的美學和/或空氣動力學設 計。近來，人們感興趣于釆用諸如發(fā)光二極管("LED")的半導體光源 作為車頭燈系統(tǒng)的光源。近年來，已能夠獲得產(chǎn)生白光的LED,并且 此種LED產(chǎn)生的光量顯著增加。理想地，采用LED作為光源的車頭燈 將能夠構造成具有小于傳統(tǒng)車頭燈所需的外殼，使得能夠增加美學和空氣動力學車輛設計的種類。但是，基于LED的車頭燈系統(tǒng)也具有一些缺點?，F(xiàn)有的白光LED 產(chǎn)生的光量仍不足以產(chǎn)生所需的車頭燈光束圖案，因此使得若干緊密設 置的LED必須一起使用以便產(chǎn)生足夠的光。進一步地，半導體結在操 作時產(chǎn)生較大量的廢熱，這些熱量必須通過散熱片、熱管和/或冷卻風 扇等除去，否則半導體結將產(chǎn)生故障。因此，為了相對于LED車頭燈 的透鏡合適地設置多個LED光源以及為了使LED光源充分冷卻，LED 車頭燈的外殼往往會大于預期尺寸。發(fā)明內(nèi)容本申請的目的是提供一種新穎的光引擎，其消除或緩解了現(xiàn)有技術 的至少一個缺點。根據(jù)本申請的第一方面提供一種用于車輛照明系統(tǒng)的光引擎，該光 引擎包括基體；安裝到所述基體的多個半導體光源，每個相鄰的半導 體光源在所述基體上與所述基體上的每個其它相鄰的半導體光源彼此 間隔開，以便在所述半導體光源的運行過程中增強對所述半導體光源的 冷卻作用；傳輸裝置，其能夠操作從而接收所述半導體光源發(fā)射的光并 將所接收的光傳輸?shù)綇乃龌w間隔開的另一位置，其中，所述傳輸裝 置，括一束纖維光，，、一，艮光纜，于，個相應的半導體光"，，且每根源發(fā)射的光的接收端以及發(fā)射所接收的光的發(fā)射端，所述發(fā)射端設置在 比所述半導體光源在所述基體上占據(jù)的空間小的空間中。本申請?zhí)峁┮环N光引擎，該光引擎為諸如車頭燈的車輛照明系統(tǒng)提 供來自多個半導體光源的光。該光引擎包括其上安裝有半導體光源的基 體，為了冷卻目的，半導體光源在基體上彼此間隔開?；w還優(yōu)選地包 括至少一個熱傳遞材料層，該層有助于將來自半導體光源的廢熱傳遞到 散熱片或其它冷卻裝置。冷卻裝置的示例可包括AC系統(tǒng)、引擎冷卻系 統(tǒng)、珀爾帖結冷卻系統(tǒng)(Peltier Junction System )、或風扇等裝置。光 引擎進一步包括傳輸裝置，該傳輸裝置包括一束纖維光纜， 一根光纜用 于每個半導體光源，并且每根光纜具有接收端和發(fā)射端，接收端定位在 相應的半導體光源附近，發(fā)射端定位成緊鄰每根其它光纜的發(fā)射端?；?體能夠定位在與需要發(fā)射光的位置不同的位置。例如，基體能夠定位在便于冷卻半導體光源的位置，同時傳輸裝置的光纜的發(fā)射端能夠定位在 車頭燈或其它車輛照明系統(tǒng)的透鏡附近。


現(xiàn)在將參照附圖僅以舉例方式描述本發(fā)明教導的優(yōu)選實施方式，附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明教導的光引擎的示意圖；圖2示出用于圖1的光引擎中的基體和半導體光源的前視圖；圖3示出沿圖2的線3-3的側視截面圖；圖4示出與圖3的截面圖相似的截面圖，其中示出一種將纖維光纜 附接到基體的半導體光源的方法；圖5示出圖1的光引擎的傳輸裝置的發(fā)射端的前視圖；圖6示出圖5的發(fā)射端和圖1的光引擎的纖維光纜束的一部分的側 視圖；圖7示出被組合的多光束光源的示意圖；以及圖8示出進行組合以便制造更高強度圖案的多光束光源的示意圖。
具體實施方式
根據(jù)本申請的光引擎在圖l中總體上標示為20。光引擎20包括基 體24和傳輸裝置28，傳輸裝置28包括接收端32和發(fā)射端36。如圖2和圖3所示，基體24包括多個安裝在其上的半導體光源40, 例如發(fā)射白光的LED。優(yōu)選地，基體24進一步包括反射器44，反射器個 傳輸裝置28的接收端32，如下文更詳細地描述的。半導體光源40以與相鄰半導體光源40之間具有足夠間距的方式安 裝到基體24,以便確保它們的結溫能夠維持在可接受的操作溫度范圍之 內(nèi)。如本領域技術人員清楚的，基體24能夠由任何合適材料形成，此 類材料的示例包括諸如那些用于封裝半導體集成電路的陶瓷，酚醛塑料 和/或諸如那些用于制造印刷電路板的環(huán)氧樹脂等。優(yōu)選地，基體24包括由諸如銅或鋁的熱傳遞材料制成的至少一個 層48,層48有助于除去半導體光源40內(nèi)產(chǎn)生的廢熱。當基體24安裝 在車頭燈系統(tǒng)中時，層48能夠連接到合適的散熱片49、熱管或導熱絲。 層48結合上述的位于基體24上的半導體光源40的間距，確保了半導 體光源40能夠在它們的特定操作溫度范圍內(nèi)工作?；w24還優(yōu)選地包括兩個層52和56，層52和56中每個分別作為 正導電體和負導電體，半導體光源40連接到正導電體和負導電體并因 此被供電。絕緣材料53能夠定位于導電體52和56之間、或者根據(jù)需 要定位在其它位置。此外，電路元件能夠位于LED的同側?？商娲?， 正導電體和負導電體能夠設置為基體24的頂部、底部或頂部和底部兩 者的傳導性跡線。每個反射器44優(yōu)選地包括環(huán)繞其相應的半導體光源40的拋物線形 狀的表面，反射器44能夠由諸如環(huán)氧樹脂或聚碳酸酯的任何合適的材 料制成，并且能夠將合適的反射性涂層施加到該材料，或者反射器44 能夠由諸如鋁的反射性材料制成。在所示實施方式中，每個反射器44示出為單獨地安裝到基體24的 獨立部件，但是能夠想到的是，反射器44能夠制成一個整體。例如， 反射器44能夠由環(huán)氧材料模制為一個組件，然后將反射性材料施加到 該組件，在半導體光源40安裝到基體24之后，該組件便被安裝到基體 24并位于半導體光源40上方。相似地，反射器44能夠由鋁坯等機加工 為一個組件，然后安裝到基體24。在后一情況下，反射器44的組件也 能夠有助于除去半導體光源40產(chǎn)生的廢熱。如圖1、 4和6所示，傳輸裝置28包括一束纖維光纜60, —根光纜 用于每個半導體光源40。如圖4最佳示出的，在傳輸裝置28的接收端 32處，每根相應的纖維光纜60定位于相應的半導體光源40和反射器 44 (如果存在的話)附近。優(yōu)選地，纖維光纜的接收端包括大體上平坦 的光學表面64,表面64定位成大體上垂直于半導體光源40以便捕獲半 導體光源40發(fā)射的大部分光。纖維光纜的接收端由環(huán)氧樹脂68或機械裝置(未圖示)維持在合適位置。優(yōu)選地，纖維光纜的接收端的直徑成錐形，從大體上為反射器44 (如果存在的話)的外端尺寸或者大體上為半導體光源40 (如果反射器 44不存在的話)的尺寸的直徑、沿纖維光纜60到發(fā)射端36的長度變成 較大的直徑。如本領域技術人員所理解的，此種錐形將提高半導體光源 40發(fā)射的、由相應的纖維光纜60接收并沿纖維光纜60的長度傳輸?shù)墓?量。如圖5和圖6所示，傳輸裝置28的發(fā)射端36優(yōu)選地包括形成構件 72，形成構件72維持每根纖維光纜的發(fā)射端彼此緊密相鄰并大體上對 齊，從而使每根纖維光纜發(fā)射的光大體上平行于其它纖維光纜60發(fā)射 的光。形成構件72能夠是在傳輸裝置28中繞纖維光纜60的端部鑄造 的環(huán)氧樹脂構件，或者能夠是諸如酚醛塑料板、鋁片等平板構件，并具 有尺寸合適的孔以便容納纖維光纜60的相應端部。形成構件也能夠用 作安裝構件以便使發(fā)射端36相對于車頭燈系統(tǒng)等內(nèi)的透鏡系統(tǒng)74或其 它部件保持在預期位置。盡管未圖示，但是還能夠想到的是，位于發(fā)射端36處的纖維光纜 60能夠從上述的它們行進長度的大部分的較大直徑到它們的鄰近形成 構件72的端部處的較小直徑成錐形，以便增加每根纖維光纜60發(fā)射的 光量。將會清楚的是，纖維光纜60的發(fā)射端之間的間距能夠比基體24上 的半導體光源的間距近得多。因此，傳輸裝置28使半導體光源40能夠 間隔開以便滿足熱要求并使半導體光源40發(fā)射的光以間距更近的構造 提供給車頭燈透鏡系統(tǒng)。如本領域技術人員現(xiàn)在應該清楚的，光引擎20為基于半導體的車 頭燈提供了若干優(yōu)點。在現(xiàn)有技術的半導體車頭燈系統(tǒng)中，半導體光源 必須設置在車頭燈系統(tǒng)的透鏡附近以便形成預期的光線圖案。因此，電 連接裝置和除熱系統(tǒng)必須設計和設置成在光源的位置工作，并且所導致 的熱傳遞特性經(jīng)常不如預期的效率高，同時車頭燈系統(tǒng)的總體外殼尺寸 和/或形狀也不如預期的有利。相比之下，在光引擎20中，傳輸裝置28使得不需要半導體光源本身相對于車頭燈系統(tǒng)的透鏡設置在任何特定位置。相反，傳輸裝置28 的發(fā)射端36必須相對于透鏡適當?shù)囟ㄎ?，但是具有半導體光源40和連 接其上的所需的電連接裝置和熱傳遞裝置的基體24能夠定位在車頭燈 系統(tǒng)的外殼內(nèi)的各個位置。例如，基體24能夠沿車頭燈外殼的底部水 平地定位，同時傳輸裝置28的發(fā)射端36定位在車頭燈外殼的前部并鄰 近透鏡。在此種構造中，基體24能夠熱連接到一個或多個自車頭燈外 殼的底部延伸的散熱片等。進一步地，光引擎20能夠用作標準光引擎，多種車頭燈或其它照 明系統(tǒng)能夠通過標準光引擎構造而成。光引擎20提供已知量的光，并 且車頭燈系統(tǒng)能夠根據(jù)需要采用一個或多個光引擎20，以便產(chǎn)生所需的 照明度。每個此種光引擎20能夠定向成朝光束的高強度部分供應光， 同時另一光引擎20能夠用于給圖案的低強度寬廣散布部分提供光。因 此，能夠理解的是，能夠使獨立的光引擎20相關聯(lián)以便根據(jù)應用需要 產(chǎn)生多種不同的發(fā)光狀態(tài)。通過制造標準化的光引擎20，能夠降低制造 成本、簡化設計過程以及簡化車頭燈系統(tǒng)的維修。圖7是產(chǎn)生光80的高強度光束的光源20a的示例。另一光源20b 產(chǎn)生寬廣散布的圖案82。它們一起產(chǎn)生組合圖案86。圖8是采用多組 光源的另一示例，其中，放光燈或光源20c產(chǎn)生圖案88并且相同光源 20c產(chǎn)生相似圖案88,從而共同地生成的較高強度的圖案90。本發(fā)明的上述實施方式旨在作為本申請的示例，在不脫離僅由所附權 利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領域技術人員可以做出本發(fā)明的 變型和改型。
權利要求
1.一種用于車輛照明系統(tǒng)的光引擎，包括基體；多個半導體光源，其安裝到所述基體，每個相鄰的半導體光源在所述基體上與所述基體上的每個其它相鄰的半導體光源彼此間隔開，以便在所述半導體光源的工作過程中增強對所述半導體光源的冷卻作用；傳輸裝置，其可操作地接收所述半導體光源發(fā)射的光并將所接收的光傳輸?shù)脚c所述基體間隔開的另一位置，其中，所述傳輸裝置包括一束纖維光纜，每個相應的半導體光源對應一根光纜，并且每根光纜具有接收端和發(fā)射端，所述接收端位于相應的半導體光源附近以便接收所述相應的半導體光源發(fā)射的光，所述發(fā)射端發(fā)射所接收的光，所述發(fā)射端設置在比所述半導體光源在所述基體上占據(jù)的空間小的空間中。
2. 如權利要求l所述的光引擎，進一步包括形成構件，所述形成 構件容納所述纖維光纜的發(fā)射端并將所述發(fā)射端保持為平面設置，在所 述平面設置中，每根纖維光纜發(fā)射的光大體上平行于每根其它纖維光纜 發(fā)射的光。
3. 如權利要求l所述的光引擎，進一步包括環(huán)繞所述基體上的每 個相應的半導體光源的反射器，所述反射器可操作地將相應的半導體光 源發(fā)射的光導向到相應的纖維光纜的接收端內(nèi)。
4. 如權利要求l所述的光引擎，其中，所述基體進一步包括有助 于除去因所述半導體光源的工作而產(chǎn)生的熱量的熱傳遞材料層。
5. 如權利要求4所述的光引擎，其中，所述熱傳遞材料層熱連接 到散熱片。
6. 如權利要求l所述的光引擎，其中，每根纖維光纜的所述接收 端的直徑小于所述纖維光纜的介于所述接收端和所述發(fā)射端之間的部 分的直徑。
7. 如權利要求6所述的光引擎，其中，每根纖維光纜的所述發(fā)射 端的直徑小于所述纖維光纜的介于所述接收端和所述發(fā)射端之間的部分的直徑。
8. —種車輛照明系統(tǒng)，包括基體；多個光源，其安裝到所述基體；以及傳輸裝置，其可操作地接收所述光源發(fā)射的光并將所接收的光傳輸 到與所述基體間隔開的另 一位置。
9. 如權利要求8所述的照明系統(tǒng)，其中，所述傳輸裝置包括一束纖維光纜，每個光源對應一根光纜，并且每根光纜具有位于相應的光源 附近的接收端。
10. 如權利要求8所述的照明系統(tǒng)，其中，所述傳輸裝置包括發(fā)射所接收的光的發(fā)射端，所述發(fā)射端設置在比所述光源在所述基體上占據(jù) 的空間小的空間中。
11. 如權利要求8所述的照明系統(tǒng)，其中，所述基體包括散熱片層 和導電體層。
12. 如權利要求8所述的照明系統(tǒng)，進一步包括連接到所述基體的 反射器和設置在所述反射器內(nèi)的光源。
13. 如權利要求8所述的照明系統(tǒng)，其中，所述傳輸裝置包括具有 多個光傳輸構件的接收端，每個所述光傳輸構件可操作地由光源容納。
14. 如權利要求8所述的照明系統(tǒng)，進一步包括與所述基體相關聯(lián) 的散熱片。
15. 如權利要求8所述的照明系統(tǒng)，其中，所述光源中一個產(chǎn)生用 于高強度光束的光，并且另一光源產(chǎn)生光的低強度散布部分。
16. —種照明系統(tǒng)，包括基體，其具有傳導性材料層和非傳導性材料層；散熱片，其連接到所述基體；光源，其附接到所述基體；以及纖維光學構件，其連接到每個光源以便將光傳輸?shù)酵哥R。
17. 如權利要求16所述的照明系統(tǒng)，進一步包括反射器，所述反 射器鄰近每個光源并且可操作地容納所述纖維光學構件。
18. 如權利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，所述纖維光學構件是 具有接收端和發(fā)射端的傳輸裝置的一部分。
19. 如權利要求16所述的照明系統(tǒng)，進一步包括形成構件，所述 形成構件可操作地容納所述纖維光學構件的端部。
20. 如權利要求16所述的照明系統(tǒng)，進一步包括透鏡，所述透鏡 接收來自每個纖維光學構件的光。
全文摘要
一種在諸如車頭燈的車輛照明系統(tǒng)中提供來自多個半導體光源(40)的光的光引擎(20)，該光引擎20包括其上安裝有半導體光源的基體(24)。為了冷卻目的，半導體光源在基體上彼此間隔開?；w還優(yōu)選地包括至少一個熱傳遞材料層(48)，該熱傳遞材料層有助于將來自半導體光源的廢熱傳遞到散熱片或其它冷卻裝置。光引擎(20)進一步包括傳輸裝置(28)，該傳輸裝置(28)包括一束纖維光纜(60)，一根光纜用于每個半導體光源(40)，并且每根光纜具有接收端(32)和發(fā)射端(36)，接收端(32)定位在相應的半導體光源(40)附近，發(fā)射端(36)定位成緊鄰其它每根光纜的發(fā)射端?；w(24)能夠定位在便于冷卻半導體光源的位置，同時傳輸裝置的光纜的發(fā)射端能夠定位在車頭燈或其它車輛照明系統(tǒng)的透鏡附近。
文檔編號F21V9/00GK101218466SQ200680025206
公開日2008年7月9日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權日2005年7月12日
發(fā)明者羅納德·O·伍德沃德 申請人:麥格納國際公司