用于车辆的发光总成的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于车辆的发光总成。该发光总成包括第一、第二和第三光源以及具有第一、第二和第三光致发光材料的光致发光结构。该第一、第二和第三光致发光材料配置为分别响应于被第一、第二和第三光源发射的光激发而发光。
【专利说明】
用于车辆的发光总成
技术领域
[0001]本发明大体涉及车辆照明系统，并且更具体地涉及使用光致发光结构的车辆照明系统。【背景技术】
[0002]由光致发光结构的使用所产生的照明提供了独特且吸引人的视觉体验。因此，在机动车辆内针对各种照明应用而实施这样的结构是期望的。
【发明内容】
[0003]根据本发明的一方面，提供一种用于车辆的发光总成。该发光总成包括第一、第二和第三光源以及具有第一、第二和第三光致发光材料的光致发光结构。第一、第二和第三光致发光材料配置为分别响应于被第一、第二和第三光源发射的光激发而发光。
[0004]根据本发明的另一方面，提供一种用于车辆的发光总成。该发光总成包括交替设置的多个第一印刷LED、多个第二印刷LED和多个第三印刷LED以及具有第一、第二和第三光致发光材料的光致发光结构。第一、第二和第三光致发光材料配置为分别响应于被多个第一印刷LED、多个第二印刷LED和多个第三印刷LED发射的光激发而发光。
[0005]根据本发明的又一方面，提供一种用于车辆的发光总成。该发光总成包括各自分配在组中的多个第一光源、多个第二光源和多个第三光源。该组设置为在包含多个第一光源部分的组、包含多个第二光源的组以及包含多个第三光源部分的组之间交替。该发光总成也包括具有第一、第二和第三光致发光材料的光致发光结构。第一、第二和第三光致发光材料配置为分别响应于被第一、第二和第三光源发射的光激发而发光。
[0006]本领域的技术人员一经研究下列说明书、权利要求以及附图就可以理解和领会本发明的这些以及其它方面、目标以及特性。【附图说明】
[0007]在图中:
[0008]图1是根据一个实施例的发光总成的剖视图；
[0009]图2根据一个实施例说明了用于产生单一颜色的能量转换过程；
[0010]图3根据一个实施例说明了用于产生一种或多种颜色的能量转换过程；
[0011]图4-7说明了设置在镶嵌块中的多个光致发光材料的多种实施例；
[0012]图8是根据一个实施例的印刷LED设置自上而下的视图；以及
[0013]图9是根据一个实施例的车辆照明系统的框图，该车辆照明系统使用发光总成。【具体实施方式】[〇〇14]根据需要，在此公开了本发明的详细实施例。然而，应当理解的是，公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以体现为不同的和替代的形式。附图不一定是具体设计，且为了呈现功能概况，一些图可以被夸大或缩小。因此，在此公开的特定的结构和功能细节不应被解释为限制，而是仅仅作为用于教导本领域技术人员多方面使用本发明的典型基础。
[0015]如在此所用的，当用于一系列两个或多个项目中时使用的术语“和/或”意味着可以单独使用任何一个所列项目或可以使用两个或多个所列项目的任意组合。例如，如果混合物被描述为包含组分A、B和/或C，混合物可以包含单独的A;单独的B;单独的C; A和B的组合;A和C的组合;B和C的组合;或A、B和C的组合。
[0016]下述公开描述一种用于车辆应用的发光总成。该发光总成可以被存在于车辆外部或内部上的多种车辆固定装置或设备接收，并且可以用于提供环境照明、工作照明等或它们的组合。虽然下述公开针对机动车辆照明应用，但应明白的是，这里提供的教导可以类似地应用于其它类型的车辆照明应用，该车辆被设计用于输送一个或多个乘客，例如但不限于飞机、船舶、火车以及全地形车辆(ATV)。
[0017]参考图1，根据一个实施例示出了发光总成1〇的剖视图。发光总成1〇可以配置为各种尺寸和形状并且可以连接到线性和非线性表面。发光总成10包括基底12,基底12可以直接应用于意向的车辆固定装置或设备的上方，发光总成10被接收在该车辆固定装置或设备上。可选地，基底12可以对应于车辆固定装置或设备件的表面。基底12可以包括近似0.005 至IJ0.060英寸厚的聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料。正极14设置在基底12上方并且包括导电环氧树脂，例如但不限于含银或含铜的环氧树月旨。正极14电连接到多个LED源16的至少一部分，LED源16设置在半导体油墨18内并且应用于正极14上方。同样地，负极20也电连接到LED源16的至少一部分。负极20设置在半导体油墨18上方并且包括透明或半透明的导电材料，例如但不限于氧化铟锡。此外，正极14和负极 20中的每一个通过电线26电连接到控制器22和电源24。控制器22可以在车辆内各处定位并且电源24可以对应于在12-16V直流下运行的车载电源。电线26可以固定在固定装置或设备的壳体内，发光总成10被接收在该固定装置或设备上。如果定位在车辆外部，电线26可以通过车辆的车架布线。
[0018] LED源16以随机或受控的方式分散在半导体油墨18中并且可以配置用于发射聚焦或非聚焦光。LED源16可以对应于尺寸近似5到400微米的氮化镓元件的微型LED并且半导体油墨18可以包括多种粘结剂以及电介质材料，粘结剂以及电介质材料包括但不限于镓、铟、 碳化硅、磷和/或半透明的聚合物粘结剂中的一种或多种。以这种方式，半导体油墨18可以包括各种密集度的LED源16，以使LED源16的密度可以针对各种照明应用而调整。在一些实施例中，LED源16和半导体油墨18可以来源于尼斯迪格瑞科技环球公司(Nth Degree Technologies Worldwide Inc)。半导体油墨18可以通过多种印刷工艺应用，包括向正极14 的选定部分喷墨和丝网印刷工艺。更具体地，可以设想将LED源16分散在半导体油墨18内且将形状和尺寸设置为使大量的LED源在半导体油墨18沉积期间与正极14和负极20对齐。最终电连接到正极14和负极20的部分LED源16可以通过控制器22、电源24和一个或多个电线 26的组合来点亮。漫射层27可以被设置在负极20上方以使LED源16发射的光漫射。关于发光总成构建的附加信息在2014年3月12日提交的、由洛文塔尔(Lowenthal)等人发明的、美国专利公开号为2014-0264396A1、名称为“从基底移除的超薄印刷LED层”的专利申请中进行了公开，在此通过引用包含其全部内容。[〇〇19] 仍参考图1，照明总成进一步包括至少一种光致发光结构28,该光致发光结构28作为涂层、层、薄膜或其它合适的沉积层设置在漫射层27上方。关于当前所述的实施例，光致发光结构28可以设置为多层结构，该多层结构包括能量转换层30、稳定层32和保护层34。能量转换层30包括具有利用磷光或荧光特性的能量转换元件的至少一种光致发光材料36。例如，光致发光材料36可以包括有机或无机荧光染料，包括萘嵌苯(rylene)、咕吨 (13111:116116)、[1卜啉(。0印115^；[11)、酞菁染料(。111:1^1〇〇5^11；[116)。另外或可选地，光致发光材料 36可以包括来自铈(Ce)掺杂的石榴石的组的磷光剂，例如YAG(钇铝石榴石):Ce。能量转换层30可以通过使用多种方法将光致发光材料36分散在聚合物基体内以形成均匀混合物来制备。这样的方法可以包括从液体载体介质中的制剂制备能量转换层30且将能量转换层30 涂到负极20或其它所需的基底上。能量转换层30可以通过涂装(painting)、丝网印刷、柔性版印刷、喷涂、狭缝涂覆(slot coating)、浸渍涂覆(dip coating)、滚筒涂覆(roller coating)和棒式涂覆(bar coating)应用到负极20上。可选地，能量转换层30可以通过不使用液体载体介质的方法来制备。例如，可以通过将光致发光材料36分散在可以结合进聚合物基体内的固态溶液(在干燥状态的均匀混合物)中来呈现能量转换层30,聚合物基体是通过挤出、注塑成型、压缩成型、压延成型、热成型等成型。
[0020]为了保护包含在能量转换层30内的光致发光材料36不被光解和热降解，光致发光结构28可以可选地包括稳定层32。稳定层32可被配置为光学耦合和粘附到能量转换层30或以其它方式与之整合的单独的层。光致发光结构28也可以可选地包括保护层34,保护层34 光学耦合和粘附到稳定层32或其它层以保护光致发光结构28不受由环境暴露所产生的物理和化学损伤。稳定层32和/或保护层34可以通过每层的顺序涂覆或印刷、通过顺序层压或压印、或任何其它合适的方式与能量转换层30结合。有关光致发光结构的构建的附加信息在2011年11月8日提交的、由金斯利(Kingsley)等人发明的、美国专利号为8,232,533、名称为“用于高效电磁能量转换和持续二次发射的光解稳定和环境稳定的多层结构”的专利中进行了公开，在此通过引用包含其全部公开内容。[〇〇21]在操作中，光致发光材料36被制备为一经接收到特定波长的输入光就被激发，特定波长的输入光来自发光总成1 〇的至少一部分LED源16。由于漫射层27，输入光可以被均匀地分布到光致发光材料36。之后，输入光经历能量转换过程并且作为不同波长的漫射光重新发射。由于漫射层27和光致发光结构28,因此从LED源16发射的光可以经历双重漫射。
[0022]根据一个实施例，光致发光材料36可以被制备为将输入光转换为更长波长的光， 另外被称为下变频。可选地，光致发光材料36可以被制备为将输入光转换为更短波长的光， 另外被称为上变频。按照任何一种方法，由光致发光材料36转换后的光可以立即从光致发光结构28中输出或以其它方式用在能量级联中，在能量级联中转换后的光用作输入光以激发位于能量转换层30中的光致发光材料的另外的制剂，由此后续转换后的光之后可以从光致发光结构28输出或用作输入光，以此类推。关于这里所述的能量转换过程，输入光和转换后的光之间的波长差被称为斯托克斯位移(Stokes shift)且用作对应于光的波长变化的能量转换过程的主要驱动机制。[〇〇23]参考图2,根据一个实施例说明了用于产生单色光的能量转换过程38。为了说明的目的，在下文中继续参考图1所述的发光总成10来描述能量转换过程38。在当前的实施例中，光致发光结构28的能量转换层30仅包括光致发光材料36,光致发光材料36被制备为具有吸收光谱，该吸收光谱包括从LED源16的至少一部分供应的输入光(如实线箭头)的发射波长。该输入光经历能量转换并且作为转换后的光(如虚线箭头)从光致发光结构28输出。 光致发光材料36也被制备为具有产生转换后的光的斯托克斯位移，该转换后的光具有表现为所需颜色的发射光谱，所需的颜色可以根据照明应用变化。在一个实施例中，通过下变频进行能量转换过程38,在该情况下输入光包括位于可见光谱较低端的光，例如蓝色光、紫色光或紫外(UV)光。如此使蓝色、紫色或UV LED用作LED源16,该LED源可以提供优于单纯使用所需颜色的LED的相关的成本优势以及连同上述的能量转换过程38。而且，发光总成10产生的光提供了独特且吸引人的视觉体验，该视觉体验难以通过非光致发光的手段复制。[〇〇24]在操作中，控制器22可以控制LED源16的光发射强度以最终影响光致发光结构28 的发光亮度。例如，控制器22可以通过脉冲宽度调节或直流电流控制来控制LED源16的强度。另外或可选地，控制器22可以控制LED源16的光发射持续时间，以影响光致发光结构28 的发光持续时间。例如，控制器22可以在延长的持续时间内激活全部或部分LED源16，以使至少一部分光致发光结构28展示出持久的发光。可选地，控制器22可以使全部或部分LED源 16以变化的时间间隔闪烁，以使光致发光结构28展示出闪烁效果。在一些实施例中，控制器 22可以在不同时间激活LED源16的某些部分以照明光致发光结构28的选定部分。例如，LED 源16可以被操作用于激发光致发光结构28以从一侧到另一侧、从顶部到底部、底部到顶部等地发光。应明白的是，可以通过操作发光总成10的全部或部分LED源16的强度和/或持续时间来实现多种激活方案。
[0025]参考图3,根据一个实施例说明了用于产生一种或多种颜色的光的能量转换过程 40。为了一致，下文同样继续参考图1所述的发光总成10来描述能量转换过程40。在当前的实施例中，能量转换层30包括三种不同的光致发光材料36a、36b、36c，光致发光材料36a、 36b、36c分散(例如混合)在能量转换层30内。可选地，如果需要，光致发光材料36a、36b、36c 也可以彼此分开。同样应明白的是，能量转换层30可以包括两种不同的光致发光材料或多于三种不同的光致发光材料，下文提供的教导在这种情况下同样适用。在一个实施例中，能量转换过程40通过使用蓝色、紫色和/或UV光作为激励源的下变频方式发生。
[0026]关于当前说明的实施例，光致发光材料36a和36b的激发互不相交。也就是，光致发光材料36a、36b和36c被制备为具有非重叠的吸收光谱和产生不同发射光谱的斯托克斯位移。同样地，在制备光致发光材料36a、36b、36c中应注意将相关的斯托克斯位移选择为使从光致发光材料36a、36b、36c中的一个发射的转换后的光不会激发另一个，除非期望如此。根据一个示例性实施例，以LED源16a示例性示出的LED源16的第一部分配置用于发射输入光， 该输入光具有仅激发光致发光材料36a并且使输入光被转换为第一颜色的可见光的发射波长，第一颜色的可见光从光致发光结构28输出。同样地，以LED源16b不例性不出的LED源16 的第二部分配置用于发射输入光，该输入光具有仅激发光致发光材料36b并且使输入光被转换为第二颜色的可见光的发射波长，第二颜色的可见光也从光致发光结构28输出。仍同样地，以LED源16c示例性示出的LED源的第三部分配置用于发射输入光，该输入光具有仅激发光致发光材料36c并且使输入光被转换为第三颜色的可见光的发射波长，第三颜色的可见光从光致发光结构28输出。优选地，第一、第二和第三颜色在视觉上彼此可区分。
[0027]参考图4-7,总体示出了图3中所述的发光总成10的自上而下的视图，说明了光致发光材料36a、36b、36c的可选设置。关于每个实施例，光致发光材料36a_36c彼此交替地设置并且各自配置为响应于被多个光源的对应部分激发而以不同颜色发光。例如，光致发光材料36a、36b和36c可以分别对应于红色发光光致发光材料、绿色发光光致发光材料和蓝色发光光致发光材料。如果需要，光致发光结构28的部分41可以用于阻挡光以限定特定的形状、图案或其它图形。例如，可以通过丝网印刷、喷墨或其它印刷工艺将不透光的油墨应用于顶部42上方。类似地，可以将半透明油墨应用于光致发光结构28的顶部剩余部分的上方。
[0028]仍参考图4-7,光致发光材料36a_36c可以设置在镶嵌块中，镶嵌块包括没有间隙和/或重叠的单一重复的形状。在可选的实施例中，如果需要，镶嵌块可以包括不同的形状。 镶嵌块在光致发光材料36a-36c被单独或以任何组合激发时提供改善的照明均一性。在这样的设置中，可以缓解对于光漫射元件的需求，由此降低成本。在一些实施例中，光致发光材料36a-36c中的每一个可以设置为大体线性的区段，如图4中所示的区段44和图5中所示的区段46。在其它实施例中，光致发光材料36a-36c中的每一个可以设置为多个大体线性的区段，如图6中所示的区段48、50和52以及图7中所示的区段54、56和58。区段48、50和52中的每一个成角度地邻接于区段48、50和52中至少另一个区段。同样地，区段54、56和58中的每一个成角度地邻接于区段54、56和58中至少另一个区段。[〇〇29] 在一个实施例中，区段50邻接于区段48和52,二者都从区段50正交地延伸。区段56 可以类似地接合于区段54和58。如图5和7所示，光致发光材料36a-36c中的每一个可以设置为与多个光致发光材料36a-36c中的至少另一个互锁。例如，图5中所示的区段46和图7中所示的区段54、56和58可以各自包括至少一行间隔突出部60,突出部60配置为与相邻区段的间隔突出部62的互补行互锁，例如图5中所示的区段64和图7中所示的区段66、68和70。总体上，当多于一种不同的光致发光材料被激发时，具有光致发光材料之间的更大互锁度的镶嵌块会实现整个光致发光结构28的增强的光分布以及增强的光的混合效果。应明白的是， 光致发光材料36a-36c中的每一个可以设置为具有线性和/或非线性区段的其它形状。例如，可以想到的是，每个光致发光材料36a-36c可以设置为大体上的“S”形。
[0030]参考图8,根据一个实施例示出了图3-7中所示的用于激发光致发光材料36a、36b、 36c的印刷LED设置72的自上而下的视图。进一步参考图1中所示的发光总成10描述LED设置 72并且该LED设置72包括多个组，以组1、2和3示出。每个组1、2、3可以包含一个或多个相似类型的LED源。例如，每个组1可以仅包含LED源16a，每个组2可以仅包含LED源16b并且每个组3可以仅包含LED源16c。如前文所述，LED源16a、16b和16c可以配置用于分别专门激发光致发光材料36a、36b和36c。此外，光致发光材料36a、36b和36c可以被分散在能量转换层30 内或设置在镶嵌块中。如所示的，组1、2、3可以在水平、竖直和/或对角线方向上彼此之间交替设置。结合漫射层27共同作用，LED设置72从每个LED源16a、16b、16c提供有效的光分布， 由此容许相关光致发光材料36a、36b、36c被激发，以使产生的光从光致发光结构28均匀地被输出。
[0031]在操作中，可以按照前文参考图2中的LED源16所述的任何方式来控制LED源16a、 16b和16c。此外，可以使用控制器22选择性地激活LED源16a、16b和16c，以使光致发光结构 28以各种颜色发光。例如，控制器22可以仅激活LED源16a，以单独激发光致发光材料36a，使光致发光结构28仅以第一颜色发光。可选地，控制器22可以仅激活LED源16b，以单独激发光致发光材料36b，使光致发光结构28仅以第二颜色发光。仍可选地，控制器可以仅激活LED源 16c，以单独激发光致发光材料36c，使光致发光结构28仅以第三颜色发光。仍可选地，控制器22可以以任何组合激活LED源16a、16b和16c，以引起光致发光材料36a、36b、36c的对应组合被激发，使光致发光结构28以混合色发光，该混合色是与哪些光致发光材料36a、36b、36c处于发光状态相关的混合色。由于漫射层27和光致发光材料36a、36b、36c的漫射特性，所产生的发光具有均匀的外观。
[0032]参考图9，示出控制器22电连接到发光总成10和电源24。可以根据前文所述的任何一个实施例配置发光总成10并且电源24可以是在12-16V直流下运行的车载电源。控制器22可以包括与存储器76通信的处理器74，存储器76具有存储在其中的指令78，指令78由处理器74执行。控制器22可通信地连接到一个或多个车辆设备80并且使用从车辆设备80接收到的信号来控制发光总成10的激活状态。控制器22可以与一个或多个车辆设备80通信并且可以接收针对车辆相关状况的信号，车辆相关状况是例如但不限于车辆的运行状态、涉及特定车辆设备的状态(例如车门打开状态)、钥匙扣接近状态、来源于便携电子设备的远程信号、与车辆操作环境相关的状态(例如环境光水平)、或可以用于激活或另外调节发光总成10的输出的任何其它信息或控制信号。应明白的是，控制器22可以被连接到另外的发光总成并且配置为基于一种或多种车辆相关状况选择性地激活每个发光总成。
[0033]为了说明和限定本发明的教导的目的，应该注意的是，这里利用术语“大体上”和“约”来表示可归因于任何定量的比较、数值、测量或其它表示的固有不确定性程度。这里也利用术语“大体上”和“约”代表在不引起所述主题的基本功能的变化的情况下，定量表示可以从所述参考改变的程度。
[0034]应当理解的是，在不脱离本发明构思的情况下，可以对上述结构做出变化和修改，并且进一步应当理解的是，这些构思旨在被下述权利要求覆盖，除非这些权利要求通过其文字另有明确表述。
【主权项】
1.一种用于车辆的发光总成，包含:第一、第二和第三光源；以及光致发光结构，所述光致发光结构具有第一、第二和第三光致发光材料，其中所述第 一、第二和第三光致发光材料配置为分别响应于被所述第一、第二和第三光源发射的光激 发而发光。2.根据权利要求1所述的发光总成，其中所述第一、第二和第三光源是交替设置的印刷 LED。3.根据权利要求2所述的发光总成，其中所述第一、第二和第三光源水平地交替。4.根据权利要求2所述的发光总成，其中所述第一、第二和第三光源竖直地交替。5.根据权利要求2所述的发光总成，其中所述第一、第二和第三光源斜向地交替。6.根据权利要求1所述的发光总成，其中所述第一、第二和第三光源各自发射紫外光、 紫色光和蓝色光中的一种。7.根据权利要求6所述的发光总成，其中所述第一、第二和第三光致发光材料对应于红 色发光光致发光材料、绿色发光光致发光材料和蓝色发光光致发光材料。8.—种用于车辆的发光总成，包含:交替设置的多个第一印刷LED、多个第二印刷LED和多个第三印刷LED;以及光致发光结构，所述光致发光结构具有第一、第二和第三光致发光材料，其中所述第 一、第二和第三光致发光材料配置为分别响应于被所述多个第一光源、所述多个第二光源 和所述多个第三光源发射的光激发而发光。9.根据权利要求8所述的发光总成，其中所述多个第一印刷LED、所述多个第二印刷LED 和所述多个第三印刷LED各自被设置在组中，所述组被分开并且在包含所述多个第一印刷 LED部分的组、包含所述多个第二印刷LED的组和包含所述多个第三印刷LED部分的组之间交替。10.根据权利要求9所述的发光总成，其中所述组水平地交替。11.根据权利要求9所述的发光总成，其中所述组竖直地交替。12.根据权利要求9所述的发光总成，其中所述组斜向地交替。13.根据权利要求8所述的发光总成，其中所述第一、第二和第三光源各自发射紫外光、 紫色光和蓝色光中的一种。14.根据权利要求13所述的发光总成，其中所述第一、第二和第三光致发光材料对应于 红色发光光致发光材料、绿色发光光致发光材料和蓝色发光光致发光材料。15.—种用于车辆的发光总成，包含:多个第一光源、多个第二光源和多个第三光源，所述多个第一光源、所述多个第二光源 和所述多个第三光源各自被分配在组中，所述组设置为在包含所述多个第一印刷LED部分 的组、包含所述多个第二印刷LED的组以及包含所述多个第三印刷LED部分的组之间交替； 以及光致发光结构，所述光致发光结构具有第一、第二和第三光致发光材料，其中所述第 一、第二和第三光致发光材料配置为分别响应于被所述第一、第二和第三光源发射的光激 发而发光。16.根据权利要求15所述的发光总成，其中所述组水平地交替。17.根据权利要求15所述的发光总成，其中所述组竖直地交替。18.根据权利要求15所述的发光总成，其中所述组斜向地交替。19.根据权利要求15所述的发光总成，其中所述第一、第二和第三光源各自发射紫外 光、紫色光和蓝色光中的一种。20.根据权利要求19所述的发光总成，其中所述第一、第二和第三光致发光材料对应于 红色发光光致发光材料、绿色发光光致发光材料和蓝色发光光致发光材料。
【文档编号】F21W101/08GK106090773SQ201610258287
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月22日 公开号201610258287.7, CN 106090773 A, CN 106090773A, CN 201610258287, CN-A-106090773, CN106090773 A, CN106090773A, CN201610258287, CN201610258287.7
【发明人】斯图尔特·C·萨尔特, 吉姆·J·苏尔曼, 马特·迈科夫斯基
【申请人】福特全球技术公司