专利名称：灯组件的制作方法
灯组件
背景技术：
光源应用是本领域所熟知的，并且包括被构造为使得在给定区域上沿给定的所需方向相对均勻地发射光的那些应用。均勻程度和瞄准程度由具体应用指定，但是发射区域通常与被照射的装置相当。常见发光应用包括用于显示器和指示牌以及车灯的背光源。液晶显示器(LCD)常常用在膝上型计算机、监视器和电视中。由于液晶本身不产生光，而仅调制光，所以常见做法是在LCD背后提供定向区域照明，称作背光源。此背光源的尺寸大致与LCD相同，并提供穿过LCD朝着观察者导向的光束。一种类型的背光源常常包括照射塑料光导装置的边缘的至少一个荧光灯。经由光导装置的表面上的光提取结构(例如，隆起、凹坑和漆点)从光导装置提取光。照明指示牌是定向区域照明的另一应用，其包括内部光源以及形成有文字和/图形的半透明外罩。用于此应用的一种常见内部光源是一排荧光灯泡，通过在灯泡和外罩之间设置漫射板来满足均勻度要求。车灯(例如，前灯和尾灯)也是定向区域照明的例子。例如，2007年7月公布的 SAE J586 JUL2007的第6. 4. 2节提出了用于制动灯的50cm2的最小照射区域，并给出了关于其如何解释的细节。另外，图3至图5以及第5. 1. 5节的相关文本规定了在某些方向上需要发射的最小和最大强度。几种类型的合适光源是可用的，包括白炽灯泡、荧光管、放电灯和发光二极管 (LED)。近来LED技术的发展使其进入最有效应用的行列。上述所有应用的共同缺陷在于它们在一定程度上受限于平面显示。汽车灯看起来通过具有弯曲外表面而克服了这一缺陷，但是从不管如何弯曲，光仍具极强的定向性来看， 其仍受限。例如，典型的尾灯包括处于抛物线形反射器中的白炽灯泡。该反射器以最小偏差穿过透镜的外罩对光导向；仅粗糙表面所导致的散射会引起少量光在尾灯区域上分散。更明显的是指示牌和LCD的平面性。在某些情况下，这些指示牌和LCD均可通过弯曲获益，但是其受限于可用类型的定向区域灯而基本上为平面形状。现有技术的另一缺陷在于其无法在拐角周围对光重新导向。例如，如果定向区域灯的形状为“U”或“7”，则现有技术将难以均勻地照亮整个灯。
发明内容
在一个方面，本发明描述了一种制品，其包括透反表面，其至少一部分是弯曲的；以及反射器，其具有主表面，所述主表面与所述透反表面的弯曲部分的至少30% (在一些实施例中，至少；35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、或甚至至少90%)的面积基本上平行。通常，透反主表面以及反射器的对应平行部分的曲率是凸曲率(例如，如图1A、图2、图3、图4、和图10所示)。在一些实施例中，反射器的至少一部分也是透反的。在一些实施例中，所述透反表面是具有透反表面和/或压印表面的膜。所
4述制品可用于(例如)制备照明组件。在另一个方面，本发明描述了一种第一灯组件，其包括外灯罩，其具有外主表面；弯曲透反表面；反射器，所述内主表面与所述透反表面的弯曲部分的至少30% (在一些实施例中，至少；35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、或甚至至少 90% )的面积基本上平行，其中所述弯曲透反表面设置在所述外灯罩的所述外主表面和所述反射器的所述内主表面之间；以及第一光源；其中所述外灯罩和所述反射器之间存在光腔，并且其中所述第一光源被设置为将光引入所述光腔中。在一些实施例中，所述外灯罩还包括内主表面，并且其中所述外灯罩的所述内主表面的至少30% (在一些实施例中，至少35%、40%、45%、50%、55%、60%、 65%,70^^75%,80^^85%、或甚至至少90% )面积为所述透反表面的所述弯曲部分(例如，如图1A、图2、图3、图4、和图10所示)。通常，透反主表面的弯曲部分以及反射器的对应弯曲部分具有凸曲率。在一些实施例中，反射器的至少一部分也是透反的。在另一个方面，本发明描述了一种第二灯组件，其包括外(通常为弯曲的)灯罩，其具有内主表面，所述内主表面的至少一部分是透反的，其中透反表面的至少一部分是弯曲的；反射器，其具有弯曲内主表面；以及第一光源；其中所述外灯罩和所述反射器之间存在光腔，并且其中所述第一光源被设置为将光引入所述光腔中，其中所述反射器的所述弯曲内主表面朝所述透反表面的弯曲部分取向，以使得这两个表面之间的间距沿着远离所述光源的距离减小，并且其中间距减小(深度)与距离的最大局部比率小于0.8 1(在一些实施例中，小于0.7 1,0.6 1,0.5 1、 0.4 1,0. 35 1,0. 3 1,0. 25 1,0. 2 1,0. 15 1,0. 1 1、或甚至小于 0.05 1)。 通常，透反主表面的弯曲部分以及反射器的对应弯曲部分具有凸曲率。在一些实施例中，反射器的至少一部分也是透反的。如本文所用，“弯曲表面”是指背离平面达表面最长尺寸的至少2% (在一些实施例中，至少3%、4%、或甚至至少5%)的表面(S卩，从表面上任一点到表面最长尺寸的切平面(按照法向切线测量)最大距离的百分比为至少2% (在一些实施例中，至少3%、4%、 或甚至至少5%))。在本文所述第一和第二灯组件的一些实施例中，所述外灯罩包括固定到(例如， 刚性塑料)内部部件的外部部件，并且其中所述内部部件包括所述透反表面。在一些实施例中，所述透反表面是具有透反表面的膜。在一些实施例中，所述透反表面被模制成或被压印成所述外灯罩的内表面。可选地，本文所述灯组件还包括漫射器，其设置在外灯罩和主透反表面之间。在本文所述第一和第二灯组件的一些实施例中，所述透反表面包括具有第一组结构的第一区和具有不同的第二组结构的第二区。在本文所述第一和第二灯组件的一些实施例中，所述反射器的内表面包括具有第一组结构的第一区和具有不同的第二组结构的第二区。本文所述灯组件的实施例可用作(例如)指示牌、背光源、显示器、工作照明、照明器和交通工具(例如，轿车、货车、飞机等)部件。包括灯组件的交通工具包括灯组件为交通工具尾灯组件的那些交通工具。
图1和图IA是本发明的示例性灯组件的透视剖面图。图2 (包括图2A)-图4是本发明的灯组件的示例性实施例的透视横截面图。图5和图6是本发明的灯组件的示例性形状的透视图。图7是本发明的另一示例性灯组件的透视图。图8是针对示例性透反表面的若干种不同的结构形状，在SAE J585所规定的19 个点处计算的强度的图线。图9是示例性透反表面内的示例性结构的透视图。图10是本发明的灯组件的另一示例性实施例的透视横截面图。
具体实施例方式参照图1和图1A，示出本发明的示例性灯组件。汽车尾灯组件10具有弯曲的外灯罩12、具有内主表面17的反射器16以及发光二极管18。外灯罩12由两件13、14组成，其中前者(1 具有主透反表面15。可选地，漫射器19设置在外灯罩12和主透反表面15之间。参照图2，示出了本发明的另一示例性灯组件。灯组件20具有弯曲的外灯罩22、 具有内主表面27的反射器沈以及发光二极管观。具有主透反表面25的膜M附接到外灯罩22的内主表面23。参照图2A，示出了本发明的另一示例性灯组件。灯组件220具有弯曲的外灯罩 222、具有内主表面227的反射器226以及发光二极管228。具有主透反表面225的膜224 附接到外灯罩222的内主表面223。参照图3，示出了本发明的另一示例性灯组件。灯组件30具有弯曲的外灯罩32、 具有内主表面37的反射器36以及发光二极管38。具有主透反表面35的膜34附接到外灯罩32的内主表面33。参照图4，示出了本发明的另一示例性灯组件。灯组件40具有弯曲的外灯罩42， 其具有模制的内透反主表面45 ；反射器46，其具有内主表面47;以及发光二极管48。图5和图6示出了本发明的灯组件的其他示例性形状。分别参照图5，灯组件50、 60分别具有外灯罩52、62。灯组件的长度与深度之比被理解为从灯组件的长度和深度计算。长度通过测量外罩的最长尺寸来确定。例如，在图5中，通过从外罩的一端绕过弯曲处测量到另一端来得到最长尺寸。在图6中，最长尺寸是从“7”的基部到右侧或左侧的顶部(取较长的一个)。通过截取灯组件的一个或多个横截面，并从外罩的内表面到反射器的内表面上的最近点进行测量来确定深度。深度是最大的此类测量值。参照图7，示例性灯组件70具有外灯罩71、反射器73、光源75，并且示出外灯罩71和反射器73的内主表面74之间的间距减小。外灯罩是本领域所已知的，通常包括可(例如)通过注模、热成形等制成的塑料或其他半透明材料，其中半透明是指绝大多数所需波长的光被透射。例如，在交通工具尾灯中，使用诸如聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯的红色塑料以透射SAE J578针对此类应用所规定的波长。具体应用可适应外罩的所需厚度和或形状。通常，刚性外罩的厚度在约0. 5mm至约IOmm范围内，尽管也可使用其他厚度。外罩的形状可为多种形状中的任一种，包括本领域已知的那些形状。通常根据美观或功能来选择外罩的形状。图1-图7示出本文所述示例性灯组件的几种示例性形状。如本文所用，“透反”是指部分反射、部分透射，尽管也可能存在一些吸收(即，在灯组件的工作波长下，小于5%)。工作波长是装置被设计为以其工作的那些波长。例如，尾灯被设计为红色，因此其工作波长通常大于610nm。较短波长下的吸收不在工作光谱内。另一例子是其上带有多彩图像的指示牌。此类指示牌通常将需要用白光照明，以使得图像中的所有颜色均将被照射，因此在整个可见光谱上吸收应该小于5%。应该理解，在一些实施例中，染料或其它光吸收剂可添加到透反元件，以使其吸收增大至大于5%以生成(例如， 特定颜色或透光度)，但透反功能保留。另外，已经认识到，所有透明材料均反射一些光，如菲涅耳公式所给出的，因此透反进一步被理解为使得反射率大于在法向入射下由菲涅耳公式指定的反射率，其由下式给出
n O-I)2R =-——lT，
…+ I)2其中R是法向入射下的反射率，η是材料的折射率。通常，透反表面为平滑的部分反射器或结构化表面。然而，在一些实施例中，内透反表面可具有纹理化表面，或者至少一部分可具有纹理化表面。纹理化可为不规则的，或者可具有规则的对称取向。通常，纹理化有利于均勻一致的照明，或者说提供光分散效果。可将透反表面作为(例如)单独的件(例如，一片塑料等)或膜来提供。透反表面还可(例如)通过多种技术中的任一种来提供，包括模制、喷砂、喷珠、化学蚀刻、压花和激光烧蚀， 以及在本领域技术人员阅读本发明之后可变得明显的其他成形技术。平滑部分反射器是一种透反表面，其通过修改表面的反射特性，而基本上不改变局部几何形状来实现其功能。例如，通过在表面上溅射少量金属(例如，铝)来获得表面。 随着金属层的厚度增大，反射率从根据菲涅耳公式计算的反射率向着金属的理论最大反射率变化。这些极值之间为部分反射区。平滑部分反射器的例子包括金属/电介质叠堆，例如银(可例如以商品名 “MIR0-SILVER”得自 Alanod Westlake Metal Ind. (North Ridgeville, OH))和铟锡氧化物(可例如得自Techplast Coated Products, Inc. (Baldwin, NY))；偏振和非偏振多层光学膜(可例如以商品名“VIKUITI DUAL BRIGHTNESS ENHANCEMENT FILM”得自 3M 公司(St. Paul, MN))；偏振和非偏振共混聚合物(可例如以商品名“VIKUITI DIFFUSE REFLECTIVE POLARIZER FILM”得自3M公司)；线栅偏振器(可例如得自Moxtek，Inc. (Orem, UT))；以及非对称光学膜(参见例如美国专利No. 6，924，014 (Ouderkirk等人)和提交于2007年5月20日的美国专利申请No. 60/939，084(代理人案卷号63031US002)、以及PCT专利申请No.US2008/064133(代理人案卷号63274W0004)，其公开内容以引用方式并入本文)。还可用作部分反射器的是穿孔部分反射器或反射镜(例如，穿孔镜面反射膜，其对如上所述任何偏振的同轴平均反射率为至少98% (例如，由3M公司以商品名“VIKUITI ENHANCED SPE⑶LAR REFLECTOR FILM”销售的)。部分反射器还可为例如其上印刷有光散射区域的图案的反射镜或部分反射镜。交叉偏振器可用作部分反射器；可利用交叉角度来调节透反比。另外，可使用填充有无机颗粒的泡沫、空隙结构或聚合物，所述无机颗粒例如二氧化钛 (TiO2)。可选地，在后反射器上可存在光提取结构，以在某些区上优先从中空腔提取光，以将该导向光中的一些从光导装置里朝着背光源的输出区域重新导向。结构可均勻间隔开或不均勻地间隔开。例如，反射器的内表面包括具有第一组光提取结构的第一区以及具有不同的第二组光提取结构的第二区。可选地，反射器的内表面包括光提取结构的重复图案。可通过局部增加或减少光提取量的任何元件来实现梯度提取。由于内反射器通常具有一定程度的角选择性透射率，所以使附加光偏移到较高透射率的角范围内的提取元件将增加该区中的亮度。提取区域通常朝着法向，但是可被设计为成倾斜角度。用于提取元件的材料可为镜面的、半镜面的或漫射的、半透明的、透反的、折射的、衍射的。折射元件可为棱镜、小透镜、柱镜等。提取元件可通过印刷、浇注、蚀刻、转印(例如，背胶点)、层合等来施加。提取元件可通过反射表面的局部偏移来制成，例如压印、喷丸、波纹压制、研磨或蚀刻。可(例如)通过在整个表面积上局部或逐渐地改变漫射涂层的光重新导向性质来实现所需梯度的获得。这可通过(例如)厚度、组成或表面性质的变化来实现。穿孔将是另一选择，例如设置在后反射器上方的具有穿孔梯度的漫射膜。所述梯度可以单一方式平滑地变化。在例如镜面底板上的漫反射器的一个圆形斑块的情况下其可突然变化，以形成亮中心。结构化的透反表面具有多个小型结构，所述小型结构被布置用于反射相当大一部分入射光，并透射相当大一部分。表面的反射率主要由于这一局部几何形状的变化而变化。 可用结构包括线性棱柱、具有三角形、正方形、六边形或其它多边形底部的棱锥、圆锥、以及椭圆体，所述结构可为从表面向外延伸的凸起形式，或者向表面内延伸的凹坑形式。所述结构的尺寸、形状、几何形状、取向和间距、以及多个不同结构(例如，不同尺寸、形状、几何形状、取向等)的使用、以及间隔密度均可选择，以优化灯组件的性能，或者说提供所需效果。 各个结构可为对称和/或不对称的。结构化表面可以是均勻和/或不均勻的，当不均勻时， 结构的位置和尺寸可以是无规的或伪无规的。在这种情况下，“均勻”被理解为表示结构化表面包括重复的结构图案。通过对尺寸、外形、几何形状、取向和/或间距进行周期性或伪无规变化来打乱规则排列的特征物，就可以调节灯组件的色彩和/或亮度均勻度。在一些情况下，有利的是对较小结构和较大结构进行分配，并调节透反表面的位置，使得较小结构大致对准光源上方，而较大结构位于其它位置。在一些实施例中，可将这些结构紧密封装， 使结构之间的基体最小(包括结构之间基本上没有基体的布置方式)。在一些实施例中，可能有利的是控制基体区域以调节穿过透反表面的光的量。所述结构的高度与底部长度之比对于灯组件的性能而言具有一些重要性。结构的
8底部是在不存在附加形状的情况下将存在的表面，其底部长度是从底部周边的任一点到其他任一点的最大尺寸。高度被理解为表示从结构的底部到最远离底部的点的距离。在一个优选实施例中，所述结构约为0.25mm高，并且约30%的透反区域是平坦的。通常，所述结构的高度在约0.01mm至3mm(在一些实施例中，约0.05mm至约 0. 5mm)范围内，但是也可使用其他尺寸。在一些实施例中，透反表面具有由多个形状构成的结构，其高度与底部长度之比大于 0.6 1,0. 75 1,0.8 1,0.9 1 或甚至 1 1。合适的结构化透反表面的例子包括商购的一维(线性)棱镜聚合物膜，例如可以商品名“vikuiti brightness enhancement film”、"vikuiti transmissive right angle
FILM","VIKUITI IMAGE DIRECTING FILM，，禾Π ‘‘VIKUITI OPTICAL LIGHTING FILM，，得自 3M 公司(M.Paul，MN)，以及传统柱镜线性透镜阵列。当这些一维棱镜膜用作本文所述灯组件中的透反表面时，通常可取的是棱镜的结构化表面面向光源。合适的结构化透反表面的另外的例子(其中结构化表面具有二维特性)包括立体角表面构型，例如美国专利 No. 4，588，258 (Hoopman)、No. 4，775，219 (Appeldom 等人)、No. 5，138，488 (Szczech)、No. 5，122，902 (Benson)、No. 5，450，285 (Smith 等人)和No. 5，840，405 (Shusta等人)中所公开的那些；反棱柱表面构型，例如美国专利 No. 6，287，670 (Benson 等人)禾口 No. 6，280，822 (Smith 等人)中所公开的那些；表面结构化的膜，例如美国专利No. 6，752，505 (Parker等人)和美国专利公布 No. 2005/0024754 (Epstein等人)中所公开的那些；以及珠状片材，例如美国专利 No. 6，771，335 (Kimura等人)中所公开的那些，其公开内容以引用方式并入本文中。在本文所述的第一和第二灯组件的一些实施例中，反射器的内主表面区域的至少 50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、99%、或甚至 100% 为透反性的。 非透反区域可为反射性或吸收性的，例如出于美观、装饰或功能方面的原因。图8示出表示结构形状的不同几何形状的若干条轨迹。它是在SAE J585标准中所提及的每一点处计算的强度的图线。下面的表1给出了点的数量与所述标准中的角规格之间的相关性。表 权利要求
1.一种制品，包括透反表面，其至少一部分是弯曲的；以及反射器，具有主表面，所述主表面与所述透反表面的弯曲部分的至少30%的面积基本上平行。
2.根据权利要求1所述的制品，其中所述透反表面具有凸曲率。
3.根据权利要求1或2所述的制品，其中所述透反表面是具有透反表面的膜。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制品，其中所述透反表面是压印的。
5.一种灯组件，包括外灯罩，具有外主表面；弯曲透反表面；反射器，具有内主表面，所述内主表面与所述透反表面的弯曲部分的至少30%的面积基本上平行，其中弯曲的所述透反表面设置在所述外灯罩的所述外主表面和所述反射器的所述内主表面之间；以及第一光源，其中所述外灯罩和所述反射器之间存在光腔，并且其中所述第一光源被设置为将光引入所述光腔中。
6.根据权利要求5所述的照明组件，其中所述透反表面的所述弯曲部分和所述反射器的所述内主表面具有凸曲率。
7.根据权利要求5或6所述的照明组件，其中所述外灯罩还包括内主表面，并且其中所述外灯罩的所述内主表面的至少30%的面积为所述透反表面的所述弯曲部分。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的灯组件，其长度与深度之比大于0.125 1。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的照明组件，其中所述透反表面是具有透反表面的膜。
10.根据权利要求5至8中任一项所述的照明组件，其中所述透反表面被模制成所述外灯罩的内表面。
11.根据权利要求5至8中任一项所述的照明组件，其中所述透反表面被压印成所述外灯罩的内表面。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的灯组件，其是交通工具尾灯组件。
13.一种灯组件，包括外灯罩，具有外主表面；弯曲透反表面；反射器，具有弯曲内主表面，其中所述弯曲透反表面设置在所述外灯罩的所述外主表面和所述反射器的所述弯曲内主表面之间；以及第一光源，其中所述外灯罩和所述反射器之间存在光腔，并且其中所述第一光源被设置为将光引入所述光腔中，其中所述反射器的所述弯曲内主表面朝所述透反表面取向，以使得这两个表面之间的间距沿着远离所述光源的距离减小，并且其中间距减小量与距离的最大局部比率小于0.8 1。
14.根据权利要求13所述的照明组件，其中所述外灯罩还包括内主表面，所述内主表面为所述弯曲透反表面。
15.根据权利要求13或14所述的照明组件，其中所述外灯罩包括固定到内部部件的外部部件，并且其中所述内部部件包括所述透反表面。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的照明组件，其中所述透反表面是具有透反表面的膜。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的照明组件，其中所述透反表面被模制成所述外灯罩的内表面。
18.根据权利要求13至15中任一项所述的照明组件，其中所述透反表面被压印成所述外灯罩的内表面。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的灯组件，其是交通工具尾灯组件。
全文摘要
本发明公开了一种灯组件(10)，其具有反射器(16)、光源(18)、外灯罩(12)和弯曲透反表面(15)。本文所述灯组件的实施例可用作(例如)指示牌、背光源、显示器、工作照明、照明器和交通工具(例如，轿车、货车、飞机等)部件。包括灯组件的交通工具包括灯组件为交通工具尾灯组件的那些交通工具。
文档编号F21V5/00GK102460000SQ201080026568
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月23日 优先权日2009年4月24日
发明者卡尔·A·维克, 史蒂芬·K·埃克哈特, 大卫·F·斯拉玛, 大卫·J·伦丁, 巴里·S·卡蓬特, 戴维·A·恩代尔, 萨林 珍妮弗·J·, 约翰·A·惠特利, 马克·E·纳皮耶腊拉 申请人:3M创新有限公司