LED汽車頭燈的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
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而尾燈組對(duì)于亮度需求約３００￣５００ｌｍ，一般選用１Ｗ的ＳＭＴ封裝結(jié)構(gòu)，單體封裝亮度約１０￣２０ｌｍ，效率可達(dá)１５￣４０ｌｍ／Ｗ。以上都是已經(jīng)應(yīng)用于車體的光源，而目前ＬＥＤ廠與車廠正積極合作，試著將ＬＥＤ導(dǎo)入前照系統(tǒng)（頭燈、霧燈）中，其中車廠對(duì)于頭燈的亮度需求約２０００流明的白光，ＬＥＤ廠目前則應(yīng)用高瓦數(shù)的ＳＭＴ?。蹋牛姆庋b架構(gòu)，每單體封裝可輸出１００￣２００ｌｍ，效率預(yù)期提高至５０￣１００ｌｍ／Ｗ。
目前使用于車上的燈源可區(qū)分為白熾燈泡、鹵素?zé)襞?、氣體放電式燈泡與ＬＥＤ光源，其比較如圖４所示。
ＬＥＤ在頭燈的設(shè)計(jì)
開(kāi)始著手設(shè)計(jì)頭燈之前，應(yīng)先考慮法規(guī)上的相關(guān)規(guī)定，包括光型亮度，環(huán)境測(cè)試，亮度衰減等需求，進(jìn)一步考慮相關(guān)光學(xué)設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，耐熱設(shè)計(jì)與電控設(shè)計(jì)等細(xì)節(jié)，對(duì)于ＬＥＤ而言，光學(xué)設(shè)計(jì)的考慮除了反射罩設(shè)計(jì)之外，尚需考慮ＬＥＤ本身的出光光型，不同的封裝型態(tài)將產(chǎn)生不同的光型輸出，進(jìn)一步將影響反射罩或成像透競(jìng)的要求，與傳統(tǒng)頭燈設(shè)計(jì)需考慮不同燈泡（Ｈ１、Ｈ４、Ｈ７、Ｈ１１等）類似。在傳統(tǒng)的頭燈設(shè)計(jì)上，燈泡本身的光子釋放來(lái)自加熱鎢燈絲，不會(huì)因自身發(fā)出的熱或來(lái)自引擎室的高溫而影響亮度輸出，散熱重點(diǎn)落在整個(gè)頭燈腔體的均溫設(shè)計(jì)而非燈泡的散熱，但在頭燈材料的選擇上則需考慮是否可承受來(lái)自燈泡的高溫（頭燈腔體約承受１００℃的溫度，霧燈腔內(nèi)溫度可高至３００℃），所以在此選用的材料一般都以耐熱材為主；然而對(duì)于ＬＥＤ而言，其光子釋放來(lái)自于ＰＮ接口的能階跳動(dòng)，與溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，溫度越高則光源輸出越弱，因此散熱成為ＬＥＤ作為光源設(shè)計(jì)的重要課題。
光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)先考慮法規(guī)需求，討論視角與強(qiáng)度關(guān)系，以近燈為例須針對(duì)其特殊的１５度揚(yáng)角設(shè)計(jì)，如圖５所示。在傳統(tǒng)的燈具設(shè)計(jì)上由先期的利用反射罩配合透鏡刻紋作角度與強(qiáng)度的控制，演變成為利用反射罩直接控制強(qiáng)度角度，也發(fā)展出利用成像方式的魚(yú)眼透鏡設(shè)計(jì)法。不論何種的設(shè)計(jì)方式都須先考慮選用光源的特性，特別是角度與強(qiáng)度的光型輸出（Ｂｅａｍ?。穑幔簦簦澹颍睿瑢?duì)傳統(tǒng)的光源而言，大多為柱狀光源，可產(chǎn)生類似蝴蝶外型的光型輸出，進(jìn)而發(fā)展出來(lái)與之搭配的透鏡、反射罩、擋板、透鏡等光學(xué)組件。而利用ＬＥＤ作為光源設(shè)計(jì)燈具時(shí)，需重新考慮其光學(xué)特性由傳統(tǒng)的柱狀光源變?yōu)槠矫婀庠矗ú煌姆庋b設(shè)計(jì)有不同的光型輸出），進(jìn)而搭配外部的光學(xué)組件而產(chǎn)生不同組合以應(yīng)用于不同產(chǎn)品，依照德國(guó)車燈大廠ＨＥＬＬＡ的設(shè)計(jì)分類，可將光源分為八大類，如圖６ 所示。ＬＥＤ目前的單位面積發(fā)光量尚不及鹵素?zé)襞菖c放電式燈泡，想得到相同的流明輸出，ＬＥＤ需要較大的封裝面積。隨著光源輸出面積的增加，光學(xué)設(shè)計(jì)的難度也隨之提升，所以在現(xiàn)有的概念車上，都以模塊化光學(xué)設(shè)計(jì)取代既有的單一燈室設(shè)計(jì)，利用多組燈源達(dá)到傳統(tǒng)燈具的照明水平，除了降低光學(xué)設(shè)計(jì)的難度，也增加車體造型的設(shè)計(jì)感。
散熱設(shè)計(jì)是ＬＥＤ光源區(qū)別于傳統(tǒng)光源的課題之一。傳統(tǒng)燈具產(chǎn)生的熱遠(yuǎn)高于ＬＥＤ，但傳統(tǒng)燈具不會(huì)因?yàn)楦邷囟档推涔庠摧敵瞿芰?，但ＬＥＤ的光輸出卻會(huì)隨著本身接口（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ，?。校谓涌冢囟鹊纳叨陆担鐖D８所示。而其產(chǎn)生的熱如何散除到外界環(huán)境與其封裝結(jié)構(gòu)材料息息相關(guān)，牽涉到使用的散熱材料與相關(guān)外型，關(guān)系如圖９所示，其中熱阻的概念，代表輸入Ｗ功率時(shí)，需要提高多少Ｋ溫度才足以散熱。以現(xiàn)有的封裝技術(shù)最高可允許ＬＥＤ操作在１８５℃（Ｌｕｍｉｌｅｄ?。耍玻话阋?yàn)榉庋b膠材的關(guān)系，可允許的操作溫度約在１２５℃，除了考慮光源輸出效率之外，亦考慮封裝膠材的變質(zhì)（樹(shù)脂類材料在高溫有老化現(xiàn)象）。
引擎室的溫度在燈具附近最高可到８５℃，配合Ｌｕｍｉｌｅｄ?。耍部捎校保埃啊娴纳峥臻g，但若配合一般的ＬＥＤ則只有４０℃的散熱空間，觀察相關(guān)熱阻，Ｒ＿Ｊｕｎｃｔｉｏｎ－Ｓｌｕｇ、Ｒ＿Ｓｌｕｇ－Ｂｏａｒｄ都決定于封裝體，對(duì)設(shè)計(jì)者而言只能針對(duì)Ｒ＿Ｂｏａｒｄ－Ａｍｂｉｅｎｔ努力，其中包括如何將封裝體固定于散熱基板上（接著質(zhì)量）、散熱結(jié)構(gòu)
評(píng)論