用于車輛的發光總成的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種用于車輛的發光總成。該發光總成包括第一、第二和第三光源以及具有第一、第二和第三光致發光材料的光致發光結構。該第一、第二和第三光致發光材料配置為分別響應于被第一、第二和第三光源發射的光激發而發光。
【專利說明】
用于車輛的發光總成
技術領域
[0001]本發明大體涉及車輛照明系統，并且更具體地涉及使用光致發光結構的車輛照明系統。【背景技術】
[0002]由光致發光結構的使用所產生的照明提供了獨特且吸引人的視覺體驗。因此，在機動車輛內針對各種照明應用而實施這樣的結構是期望的。
【發明內容】

[0003]根據本發明的一方面，提供一種用于車輛的發光總成。該發光總成包括第一、第二和第三光源以及具有第一、第二和第三光致發光材料的光致發光結構。第一、第二和第三光致發光材料配置為分別響應于被第一、第二和第三光源發射的光激發而發光。
[0004]根據本發明的另一方面，提供一種用于車輛的發光總成。該發光總成包括交替設置的多個第一印刷LED、多個第二印刷LED和多個第三印刷LED以及具有第一、第二和第三光致發光材料的光致發光結構。第一、第二和第三光致發光材料配置為分別響應于被多個第一印刷LED、多個第二印刷LED和多個第三印刷LED發射的光激發而發光。
[0005]根據本發明的又一方面，提供一種用于車輛的發光總成。該發光總成包括各自分配在組中的多個第一光源、多個第二光源和多個第三光源。該組設置為在包含多個第一光源部分的組、包含多個第二光源的組以及包含多個第三光源部分的組之間交替。該發光總成也包括具有第一、第二和第三光致發光材料的光致發光結構。第一、第二和第三光致發光材料配置為分別響應于被第一、第二和第三光源發射的光激發而發光。
[0006]本領域的技術人員一經研究下列說明書、權利要求以及附圖就可以理解和領會本發明的這些以及其它方面、目標以及特性。【附圖說明】
[0007]在圖中:
[0008]圖1是根據一個實施例的發光總成的剖視圖；
[0009]圖2根據一個實施例說明了用于產生單一顏色的能量轉換過程；
[0010]圖3根據一個實施例說明了用于產生一種或多種顏色的能量轉換過程；
[0011]圖4-7說明了設置在鑲嵌塊中的多個光致發光材料的多種實施例；
[0012]圖8是根據一個實施例的印刷LED設置自上而下的視圖；以及
[0013]圖9是根據一個實施例的車輛照明系統的框圖，該車輛照明系統使用發光總成。【具體實施方式】[〇〇14]根據需要，在此公開了本發明的詳細實施例。然而，應當理解的是，公開的實施例僅僅是本發明的示例，其可以體現為不同的和替代的形式。附圖不一定是具體設計，且為了呈現功能概況，一些圖可以被夸大或縮小。因此，在此公開的特定的結構和功能細節不應被解釋為限制，而是僅僅作為用于教導本領域技術人員多方面使用本發明的典型基礎。
[0015]如在此所用的，當用于一系列兩個或多個項目中時使用的術語“和/或”意味著可以單獨使用任何一個所列項目或可以使用兩個或多個所列項目的任意組合。例如，如果混合物被描述為包含組分A、B和/或C，混合物可以包含單獨的A;單獨的B;單獨的C; A和B的組合;A和C的組合;B和C的組合;或A、B和C的組合。
[0016]下述公開描述一種用于車輛應用的發光總成。該發光總成可以被存在于車輛外部或內部上的多種車輛固定裝置或設備接收，并且可以用于提供環境照明、工作照明等或它們的組合。雖然下述公開針對機動車輛照明應用，但應明白的是，這里提供的教導可以類似地應用于其它類型的車輛照明應用，該車輛被設計用于輸送一個或多個乘客，例如但不限于飛機、船舶、火車以及全地形車輛(ATV)。
[0017]參考圖1，根據一個實施例示出了發光總成1〇的剖視圖。發光總成1〇可以配置為各種尺寸和形狀并且可以連接到線性和非線性表面。發光總成10包括基底12,基底12可以直接應用于意向的車輛固定裝置或設備的上方，發光總成10被接收在該車輛固定裝置或設備上。可選地，基底12可以對應于車輛固定裝置或設備件的表面。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)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料。正極14設置在基底12上方并且包括導電環氧樹脂，例如但不限于含銀或含銅的環氧樹月旨。正極14電連接到多個LED源16的至少一部分，LED源16設置在半導體油墨18內并且應用于正極14上方。同樣地，負極20也電連接到LED源16的至少一部分。負極20設置在半導體油墨18上方并且包括透明或半透明的導電材料，例如但不限于氧化銦錫。此外，正極14和負極 20中的每一個通過電線26電連接到控制器22和電源24。控制器22可以在車輛內各處定位并且電源24可以對應于在12-16V直流下運行的車載電源。電線26可以固定在固定裝置或設備的殼體內，發光總成10被接收在該固定裝置或設備上。如果定位在車輛外部，電線26可以通過車輛的車架布線。
[0018] LED源16以隨機或受控的方式分散在半導體油墨18中并且可以配置用于發射聚焦或非聚焦光。LED源16可以對應于尺寸近似5到400微米的氮化鎵元件的微型LED并且半導體油墨18可以包括多種粘結劑以及電介質材料，粘結劑以及電介質材料包括但不限于鎵、銦、 碳化硅、磷和/或半透明的聚合物粘結劑中的一種或多種。以這種方式，半導體油墨18可以包括各種密集度的LED源16，以使LED源16的密度可以針對各種照明應用而調整。在一些實施例中，LED源16和半導體油墨18可以來源于尼斯迪格瑞科技環球公司(Nth Degree Technologies Worldwide Inc)。半導體油墨18可以通過多種印刷工藝應用，包括向正極14 的選定部分噴墨和絲網印刷工藝。更具體地，可以設想將LED源16分散在半導體油墨18內且將形狀和尺寸設置為使大量的LED源在半導體油墨18沉積期間與正極14和負極20對齊。最終電連接到正極14和負極20的部分LED源16可以通過控制器22、電源24和一個或多個電線 26的組合來點亮。漫射層27可以被設置在負極20上方以使LED源16發射的光漫射。關于發光總成構建的附加信息在2014年3月12日提交的、由洛文塔爾(Lowenthal)等人發明的、美國專利公開號為A1、名稱為“從基底移除的超薄印刷LED層”的專利申請中進行了公開，在此通過引用包含其全部內容。[〇〇19] 仍參考圖1，照明總成進一步包括至少一種光致發光結構28,該光致發光結構28作為涂層、層、薄膜或其它合適的沉積層設置在漫射層27上方。關于當前所述的實施例，光致發光結構28可以設置為多層結構，該多層結構包括能量轉換層30、穩定層32和保護層34。能量轉換層30包括具有利用磷光或熒光特性的能量轉換元件的至少一種光致發光材料36。例如，光致發光材料36可以包括有機或無機熒光染料，包括萘嵌苯(rylene)、咕噸 (13111:116116)、[1卜啉(。0印115^；[11)、酞菁染料(。111:1^1〇〇5^11；[116)。另外或可選地，光致發光材料 36可以包括來自鈰(Ce)摻雜的石榴石的組的磷光劑，例如YAG(釔鋁石榴石):Ce。能量轉換層30可以通過使用多種方法將光致發光材料36分散在聚合物基體內以形成均勻混合物來制備。這樣的方法可以包括從液體載體介質中的制劑制備能量轉換層30且將能量轉換層30 涂到負極20或其它所需的基底上。能量轉換層30可以通過涂裝(painting)、絲網印刷、柔性版印刷、噴涂、狹縫涂覆(slot coating)、浸漬涂覆(dip coating)、滾筒涂覆(roller coating)和棒式涂覆(bar coating)應用到負極20上。可選地，能量轉換層30可以通過不使用液體載體介質的方法來制備。例如，可以通過將光致發光材料36分散在可以結合進聚合物基體內的固態溶液(在干燥狀態的均勻混合物)中來呈現能量轉換層30,聚合物基體是通過擠出、注塑成型、壓縮成型、壓延成型、熱成型等成型。
[0020]為了保護包含在能量轉換層30內的光致發光材料36不被光解和熱降解，光致發光結構28可以可選地包括穩定層32。穩定層32可被配置為光學耦合和粘附到能量轉換層30或以其它方式與之整合的單獨的層。光致發光結構28也可以可選地包括保護層34,保護層34 光學耦合和粘附到穩定層32或其它層以保護光致發光結構28不受由環境暴露所產生的物理和化學損傷。穩定層32和/或保護層34可以通過每層的順序涂覆或印刷、通過順序層壓或壓印、或任何其它合適的方式與能量轉換層30結合。有關光致發光結構的構建的附加信息在2011年11月8日提交的、由金斯利(Kingsley)等人發明的、美國專利號為8,232,533、名稱為“用于高效電磁能量轉換和持續二次發射的光解穩定和環境穩定的多層結構”的專利中進行了公開，在此通過引用包含其全部公開內容。[〇〇21]在操作中，光致發光材料36被制備為一經接收到特定波長的輸入光就被激發，特定波長的輸入光來自發光總成1 〇的至少一部分LED源16。由于漫射層27，輸入光可以被均勻地分布到光致發光材料36。之后，輸入光經歷能量轉換過程并且作為不同波長的漫射光重新發射。由于漫射層27和光致發光結構28,因此從LED源16發射的光可以經歷雙重漫射。
[0022]根據一個實施例，光致發光材料36可以被制備為將輸入光轉換為更長波長的光， 另外被稱為下變頻。可選地，光致發光材料36可以被制備為將輸入光轉換為更短波長的光， 另外被稱為上變頻。按照任何一種方法，由光致發光材料36轉換后的光可以立即從光致發光結構28中輸出或以其它方式用在能量級聯中，在能量級聯中轉換后的光用作輸入光以激發位于能量轉換層30中的光致發光材料的另外的制劑，由此后續轉換后的光之后可以從光致發光結構28輸出或用作輸入光，以此類推。關于這里所述的能量轉換過程，輸入光和轉換后的光之間的波長差被稱為斯托克斯位移(Stokes shift)且用作對應于光的波長變化的能量轉換過程的主要驅動機制。[〇〇23]參考圖2,根據一個實施例說明了用于產生單色光的能量轉換過程38。為了說明的目的，在下文中繼續參考圖1所述的發光總成10來描述能量轉換過程38。在當前的實施例中，光致發光結構28的能量轉換層30僅包括光致發光材料36,光致發光材料36被制備為具有吸收光譜，該吸收光譜包括從LED源16的至少一部分供應的輸入光(如實線箭頭)的發射波長。該輸入光經歷能量轉換并且作為轉換后的光(如虛線箭頭)從光致發光結構28輸出。 光致發光材料36也被制備為具有產生轉換后的光的斯托克斯位移，該轉換后的光具有表現為所需顏色的發射光譜，所需的顏色可以根據照明應用變化。在一個實施例中，通過下變頻進行能量轉換過程38,在該情況下輸入光包括位于可見光譜較低端的光，例如藍色光、紫色光或紫外(UV)光。如此使藍色、紫色或UV LED用作LED源16,該LED源可以提供優于單純使用所需顏色的LED的相關的成本優勢以及連同上述的能量轉換過程38。而且，發光總成10產生的光提供了獨特且吸引人的視覺體驗，該視覺體驗難以通過非光致發光的手段復制。[〇〇24]在操作中，控制器22可以控制LED源16的光發射強度以最終影響光致發光結構28 的發光亮度。例如，控制器22可以通過脈沖寬度調節或直流電流控制來控制LED源16的強度。另外或可選地，控制器22可以控制LED源16的光發射持續時間，以影響光致發光結構28 的發光持續時間。例如，控制器22可以在延長的持續時間內激活全部或部分LED源16，以使至少一部分光致發光結構28展示出持久的發光。可選地，控制器22可以使全部或部分LED源 16以變化的時間間隔閃爍，以使光致發光結構28展示出閃爍效果。在一些實施例中，控制器 22可以在不同時間激活LED源16的某些部分以照明光致發光結構28的選定部分。例如，LED 源16可以被操作用于激發光致發光結構28以從一側到另一側、從頂部到底部、底部到頂部等地發光。應明白的是，可以通過操作發光總成10的全部或部分LED源16的強度和/或持續時間來實現多種激活方案。
[0025]參考圖3,根據一個實施例說明了用于產生一種或多種顏色的光的能量轉換過程 40。為了一致，下文同樣繼續參考圖1所述的發光總成10來描述能量轉換過程40。在當前的實施例中，能量轉換層30包括三種不同的光致發光材料36a、36b、36c，光致發光材料36a、 36b、36c分散(例如混合)在能量轉換層30內。可選地，如果需要，光致發光材料36a、36b、36c 也可以彼此分開。同樣應明白的是，能量轉換層30可以包括兩種不同的光致發光材料或多于三種不同的光致發光材料，下文提供的教導在這種情況下同樣適用。在一個實施例中，能量轉換過程40通過使用藍色、紫色和/或UV光作為激勵源的下變頻方式發生。
[0026]關于當前說明的實施例，光致發光材料36a和36b的激發互不相交。也就是，光致發光材料36a、36b和36c被制備為具有非重疊的吸收光譜和產生不同發射光譜的斯托克斯位移。同樣地，在制備光致發光材料36a、36b、36c中應注意將相關的斯托克斯位移選擇為使從光致發光材料36a、36b、36c中的一個發射的轉換后的光不會激發另一個，除非期望如此。根據一個示例性實施例，以LED源16a示例性示出的LED源16的第一部分配置用于發射輸入光， 該輸入光具有僅激發光致發光材料36a并且使輸入光被轉換為第一顏色的可見光的發射波長，第一顏色的可見光從光致發光結構28輸出。同樣地，以LED源16b不例性不出的LED源16 的第二部分配置用于發射輸入光，該輸入光具有僅激發光致發光材料36b并且使輸入光被轉換為第二顏色的可見光的發射波長，第二顏色的可見光也從光致發光結構28輸出。仍同樣地，以LED源16c示例性示出的LED源的第三部分配置用于發射輸入光，該輸入光具有僅激發光致發光材料36c并且使輸入光被轉換為第三顏色的可見光的發射波長，第三顏色的可見光從光致發光結構28輸出。優選地，第一、第二和第三顏色在視覺上彼此可區分。
[0027]參考圖4-7,總體示出了圖3中所述的發光總成10的自上而下的視圖，說明了光致發光材料36a、36b、36c的可選設置。關于每個實施例，光致發光材料36a_36c彼此交替地設置并且各自配置為響應于被多個光源的對應部分激發而以不同顏色發光。例如，光致發光材料36a、36b和36c可以分別對應于紅色發光光致發光材料、綠色發光光致發光材料和藍色發光光致發光材料。如果需要，光致發光結構28的部分41可以用于阻擋光以限定特定的形狀、圖案或其它圖形。例如，可以通過絲網印刷、噴墨或其它印刷工藝將不透光的油墨應用于頂部42上方。類似地，可以將半透明油墨應用于光致發光結構28的頂部剩余部分的上方。
[0028]仍參考圖4-7,光致發光材料36a_36c可以設置在鑲嵌塊中，鑲嵌塊包括沒有間隙和/或重疊的單一重復的形狀。在可選的實施例中，如果需要，鑲嵌塊可以包括不同的形狀。 鑲嵌塊在光致發光材料36a-36c被單獨或以任何組合激發時提供改善的照明均一性。在這樣的設置中，可以緩解對于光漫射元件的需求，由此降低成本。在一些實施例中，光致發光材料36a-36c中的每一個可以設置為大體線性的區段，如圖4中所示的區段44和圖5中所示的區段46。在其它實施例中，光致發光材料36a-36c中的每一個可以設置為多個大體線性的區段，如圖6中所示的區段48、50和52以及圖7中所示的區段54、56和58。區段48、50和52中的每一個成角度地鄰接于區段48、50和52中至少另一個區段。同樣地，區段54、56和58中的每一個成角度地鄰接于區段54、56和58中至少另一個區段。[〇〇29] 在一個實施例中，區段50鄰接于區段48和52,二者都從區段50正交地延伸。區段56 可以類似地接合于區段54和58。如圖5和7所示，光致發光材料36a-36c中的每一個可以設置為與多個光致發光材料36a-36c中的至少另一個互鎖。例如，圖5中所示的區段46和圖7中所示的區段54、56和58可以各自包括至少一行間隔突出部60,突出部60配置為與相鄰區段的間隔突出部62的互補行互鎖，例如圖5中所示的區段64和圖7中所示的區段66、68和70。總體上，當多于一種不同的光致發光材料被激發時，具有光致發光材料之間的更大互鎖度的鑲嵌塊會實現整個光致發光結構28的增強的光分布以及增強的光的混合效果。應明白的是， 光致發光材料36a-36c中的每一個可以設置為具有線性和/或非線性區段的其它形狀。例如，可以想到的是，每個光致發光材料36a-36c可以設置為大體上的“S”形。
[0030]參考圖8,根據一個實施例示出了圖3-7中所示的用于激發光致發光材料36a、36b、 36c的印刷LED設置72的自上而下的視圖。進一步參考圖1中所示的發光總成10描述LED設置 72并且該LED設置72包括多個組，以組1、2和3示出。每個組1、2、3可以包含一個或多個相似類型的LED源。例如，每個組1可以僅包含LED源16a，每個組2可以僅包含LED源16b并且每個組3可以僅包含LED源16c。如前文所述，LED源16a、16b和16c可以配置用于分別專門激發光致發光材料36a、36b和36c。此外，光致發光材料36a、36b和36c可以被分散在能量轉換層30 內或設置在鑲嵌塊中。如所示的，組1、2、3可以在水平、豎直和/或對角線方向上彼此之間交替設置。結合漫射層27共同作用，LED設置72從每個LED源16a、16b、16c提供有效的光分布， 由此容許相關光致發光材料36a、36b、36c被激發，以使產生的光從光致發光結構28均勻地被輸出。
[0031]在操作中，可以按照前文參考圖2中的LED源16所述的任何方式來控制LED源16a、 16b和16c。此外，可以使用控制器22選擇性地激活LED源16a、16b和16c，以使光致發光結構 28以各種顏色發光。例如，控制器22可以僅激活LED源16a，以單獨激發光致發光材料36a，使光致發光結構28僅以第一顏色發光。可選地，控制器22可以僅激活LED源16b，以單獨激發光致發光材料36b，使光致發光結構28僅以第二顏色發光。仍可選地，控制器可以僅激活LED源 16c，以單獨激發光致發光材料36c，使光致發光結構28僅以第三顏色發光。仍可選地，控制器22可以以任何組合激活LED源16a、16b和16c，以引起光致發光材料36a、36b、36c的對應組合被激發，使光致發光結構28以混合色發光，該混合色是與哪些光致發光材料36a、36b、36c處于發光狀態相關的混合色。由于漫射層27和光致發光材料36a、36b、36c的漫射特性，所產生的發光具有均勻的外觀。
[0032]參考圖9，示出控制器22電連接到發光總成10和電源24。可以根據前文所述的任何一個實施例配置發光總成10并且電源24可以是在12-16V直流下運行的車載電源。控制器22可以包括與存儲器76通信的處理器74，存儲器76具有存儲在其中的指令78，指令78由處理器74執行。控制器22可通信地連接到一個或多個車輛設備80并且使用從車輛設備80接收到的信號來控制發光總成10的激活狀態。控制器22可以與一個或多個車輛設備80通信并且可以接收針對車輛相關狀況的信號，車輛相關狀況是例如但不限于車輛的運行狀態、涉及特定車輛設備的狀態(例如車門打開狀態)、鑰匙扣接近狀態、來源于便攜電子設備的遠程信號、與車輛操作環境相關的狀態(例如環境光水平)、或可以用于激活或另外調節發光總成10的輸出的任何其它信息或控制信號。應明白的是，控制器22可以被連接到另外的發光總成并且配置為基于一種或多種車輛相關狀況選擇性地激活每個發光總成。
[0033]為了說明和限定本發明的教導的目的，應該注意的是，這里利用術語“大體上”和“約”來表示可歸因于任何定量的比較、數值、測量或其它表示的固有不確定性程度。這里也利用術語“大體上”和“約”代表在不引起所述主題的基本功能的變化的情況下，定量表示可以從所述參考改變的程度。
[0034]應當理解的是，在不脫離本發明構思的情況下，可以對上述結構做出變化和修改，并且進一步應當理解的是，這些構思旨在被下述權利要求覆蓋，除非這些權利要求通過其文字另有明確表述。
【主權項】
1.一種用于車輛的發光總成，包含:第一、第二和第三光源；以及光致發光結構，所述光致發光結構具有第一、第二和第三光致發光材料，其中所述第 一、第二和第三光致發光材料配置為分別響應于被所述第一、第二和第三光源發射的光激 發而發光。2.根據權利要求1所述的發光總成，其中所述第一、第二和第三光源是交替設置的印刷 LED。3.根據權利要求2所述的發光總成，其中所述第一、第二和第三光源水平地交替。4.根據權利要求2所述的發光總成，其中所述第一、第二和第三光源豎直地交替。5.根據權利要求2所述的發光總成，其中所述第一、第二和第三光源斜向地交替。6.根據權利要求1所述的發光總成，其中所述第一、第二和第三光源各自發射紫外光、 紫色光和藍色光中的一種。7.根據權利要求6所述的發光總成，其中所述第一、第二和第三光致發光材料對應于紅 色發光光致發光材料、綠色發光光致發光材料和藍色發光光致發光材料。8.—種用于車輛的發光總成，包含:交替設置的多個第一印刷LED、多個第二印刷LED和多個第三印刷LED;以及光致發光結構，所述光致發光結構具有第一、第二和第三光致發光材料，其中所述第 一、第二和第三光致發光材料配置為分別響應于被所述多個第一光源、所述多個第二光源 和所述多個第三光源發射的光激發而發光。9.根據權利要求8所述的發光總成，其中所述多個第一印刷LED、所述多個第二印刷LED 和所述多個第三印刷LED各自被設置在組中，所述組被分開并且在包含所述多個第一印刷 LED部分的組、包含所述多個第二印刷LED的組和包含所述多個第三印刷LED部分的組之間交替。10.根據權利要求9所述的發光總成，其中所述組水平地交替。11.根據權利要求9所述的發光總成，其中所述組豎直地交替。12.根據權利要求9所述的發光總成，其中所述組斜向地交替。13.根據權利要求8所述的發光總成，其中所述第一、第二和第三光源各自發射紫外光、 紫色光和藍色光中的一種。14.根據權利要求13所述的發光總成，其中所述第一、第二和第三光致發光材料對應于 紅色發光光致發光材料、綠色發光光致發光材料和藍色發光光致發光材料。15.—種用于車輛的發光總成，包含:多個第一光源、多個第二光源和多個第三光源，所述多個第一光源、所述多個第二光源 和所述多個第三光源各自被分配在組中，所述組設置為在包含所述多個第一印刷LED部分 的組、包含所述多個第二印刷LED的組以及包含所述多個第三印刷LED部分的組之間交替； 以及光致發光結構，所述光致發光結構具有第一、第二和第三光致發光材料，其中所述第 一、第二和第三光致發光材料配置為分別響應于被所述第一、第二和第三光源發射的光激 發而發光。16.根據權利要求15所述的發光總成，其中所述組水平地交替。17.根據權利要求15所述的發光總成，其中所述組豎直地交替。18.根據權利要求15所述的發光總成，其中所述組斜向地交替。19.根據權利要求15所述的發光總成，其中所述第一、第二和第三光源各自發射紫外 光、紫色光和藍色光中的一種。20.根據權利要求19所述的發光總成，其中所述第一、第二和第三光致發光材料對應于 紅色發光光致發光材料、綠色發光光致發光材料和藍色發光光致發光材料。
【文檔編號】F21W101/08GK106090773SQ201610258287
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月22日 公開號201610258287.7, CN 106090773 A, CN 106090773A, CN 201610258287, CN-A-106090773, CN106090773 A, CN106090773A, CN201610258287, CN201610258287.7
【發明人】斯圖爾特·C·薩爾特, 吉姆·J·蘇爾曼, 馬特·邁科夫斯基
【申請人】福特全球技術公司