LED汽车头灯的设计要点.docx

LED 汽车头灯的设计要点 摘要： LED 关于消费者而言并不生疏，差不多广泛的应用于车内，按照不同的效能需求选择适当的 LED 产品，LED 相较于传统光源除了外型不同外，效能输出与光型输出亦大不相同，应用于头灯时将面临光学设计与散热设计等不同于传统灯具之设计概念。然而也因其不同于传统光源之特性，当与车体成功整合克服技术难题后，将为车型开创崭新的设计概念。 车内的 LED LED 差不多广泛的应用于车内的有关照明或指示用光源，由图 1 可知，从 车内的外表板灯、车顶灯、化妆灯、迎宾灯等，到车外的尾灯、前后转向灯、倒车灯、第三刹车灯等都可见到 LED 的有关应用。 图 1 车内的 LED 应用资料来源： Toyota Gosei 从 LED 的应用历史来看，早在 1992 年时差不多有 LED 应用于第三刹车灯上的先例；而在 2000 年时则进一步的应用于尾灯、转向灯与刹车灯；到了 2002 年 Audi A8 领先将 LED 光源置于前置灯具内作为日行灯，开启了设计师与工程师们在前置灯具的想象空间。在之后的许多国际车展上都能够看到 LED 作为前照灯源的概念车，如图 2 所示。 图 2 LED 头灯概念车 资料来源： Detroit Auto Show LED 先天上就具有体积小的优势，应用于前置灯具时更可缩小整组灯具的 体积，进一步让出宝贵的引擎空间与其它有关设备，以现有的卤素灯泡或 是放电式灯泡设计的灯具总长约 300mm，而在许多概念车的设计上， LED 灯具只有 125mm 长。而藉由体积小的优势，更能够配合设计多款不同的造型设计，进而为车体造型制造不同的视觉观感，跳脱传统灯具的圆形设计。 不同需求的 LED 封装应用 随着应用层面的不同，车厂也选用不同的 LED 光源封装对应不同的环境要求，依需求亮度不同可简单分为指示用、照明用与投射用三种不同需求。 指示用光源可见于第三刹车灯、 尾灯组 (尾灯、刹车灯、转向灯等 )、侧灯等，其光源输出流明值低，所需功率低，约在 70mW~200mW，产生的热量关于封装体阻碍较小，因此在封装上会忽略此热量造成的阻碍，而直截了当利 用树脂类材料包覆整体以进行封装，而因为树脂的热传导系数低 (W/mK) ，因此其有关热阻会因散热不易而升高至 50~200K/W；而照明用光源其封装功率会相对提升，除了可应用于指示用光源类的产品之外，亦可用于亮度 要求较高的日行灯、雾灯、前方向灯等，但也因为损耗功率增加 (功率约在1~5W)，散热部分不能如指示光源般不考虑散热咨询题， 除了树脂类材料封装外尚需利用金属块将热导出以坚持出光效率， 其热阻坚持在 15K/W 以下；而投射用光源则是光源封装亮度需求最高者， 其应用产品往常照系统 (远灯、近灯、雾灯等 )为主，其单体封装需在 4W 以上，而在热阻上需小于 5K/W ，以确保在引擎室的高温下能坚持散热能力，并保持光源输出效率在可用的范畴内。 不同的应用层面，其总亮度需求也随之不同，以内部照明而言大约需 要 80 流明的亮度，一样选用表面黏着型 (SMT) 的封装，单体封装约 2 流明输出，效率可达 15~20lm/W 。以第三刹车灯而言大约需要 30lm 的亮度，一样选用炮弹型的封装结构 (φ=5mm)，单体封装亮度约 4 流明，效率可达 20 ~40lm/W 。 而尾灯组关于亮度需求约 300~500lm，一样选用 1W 的 SMT 封装结构，单体封装亮度约 10~20lm，效率可达 15~40lm/W 。以上差不多上差不多应用于车体的光源， 而目前 LED 厂与车厂正主动合作， 试着将 LED 导入前照系 统(头灯、雾灯 )中，其中车厂关于头灯的亮度需求约 2000 流明的白光， LE D 厂目前则应用高瓦数的 SMT LED 封装架构，每单体封装可输出 100~20 0lm，效率预期提升至 50~100lm/W。 目前使用于车内的灯源可区分为白炽灯泡、 卤素灯泡、气体放电式灯泡与 L ED 光源，其比较如图 4 所示。 LED 在头灯的设计 开始着手设计头灯之前，应先考虑法规上的有关规定，包括光型亮度，环境测试，亮度衰减等需求，进一步考虑有关光学设计，机构设计，耐热设计与电控设计等细节，关于 LED 而言，光学设计的考虑除了反射罩设计之外，尚需考虑 LED 本身的出光光型，不同的封装型态将产生不同的光型输出，进一步将阻碍反射罩或成像透竞的要求，与传统头灯设计需考虑不同灯泡 (H1 、H4、H7、H11 等)类似。在传统的头灯设计上，灯泡本身的光子开释来自加热钨灯丝，可不能因自身发出的热或来自引擎室的高温而阻碍亮度输出，散热重点落在整个头灯腔体的均温设计而非灯泡的散热，但在 头灯材料的选择上则需考虑是否可承担来自灯泡的高温 (头灯腔体约承担 1