專利名稱：Led光源裝置以及l(fā)ed汽車大前燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種LED光源裝置以及LED汽車大前燈。
技術(shù)背景現(xiàn)有技術(shù)中，如圖l所示，汽車大前燈通常為一種鹵素?zé)?，所述鹵素?zé)艨上蚯鞍l(fā)射出平行光束100，所述汽車大itr燈包括有反光杯和鹵素?zé)襞萁M成，鹵素?zé)襞菸挥诜垂獗那胺?。由鹵素?zé)襞葑鳛楣庠矗垂獗褵襞莸墓膺M(jìn)行聚光，光入射角為a，光反射角為b，照射出的 光柱難以實(shí)現(xiàn)亮度均勻。并且，汽車鹵素?zé)舻膲勖碚撝禐?千小時(shí)，汽車駕駛員需要經(jīng)常 更換故障車燈，當(dāng)更換不及時(shí)時(shí)，汽車"獨(dú)燈"行走，對(duì)行車安全造成隱患。LED是英文light emitting diode (發(fā)光二極管)的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā) 光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線 的作用，所以LED的抗震性能好。LED光源的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的 晶片，在P型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN 結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把 電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式 電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加 上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。在最近幾年，LED的技術(shù)取得重大進(jìn)展，并因其價(jià)格和結(jié)構(gòu)方面的廣 闊發(fā)展空間，使得它能夠向傳統(tǒng)的光源發(fā)起挑戰(zhàn)，因此也成為照明行業(yè)的-個(gè)熱點(diǎn)。如圖2 所示，由于普通LED的光采集角c多數(shù)小于90°,如果將LED光源在汽車照明領(lǐng)域中逐步得 到應(yīng)用，替代現(xiàn)有技術(shù)中的鹵素?zé)?，則需要對(duì)其結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和匹配，目前，沒 有現(xiàn)有型號(hào)的LED光源可直接使用在汽車大前燈上。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種LED光源裝置以及LED汽車大前燈，照射出的光柱實(shí)現(xiàn) 亮度均勻，產(chǎn)品壽命長，LED光源裝置光采集角可接近18()e。 本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的LED光源裝置，包括有LED支架、金屬基板以及LED發(fā)光晶片，所述LED支架上設(shè)置有 凹形容腔，所述LED發(fā)光晶片位于所述凹形容腔中；LED支架安裝在金屬基板的外表面上； 其中，所述凹形容腔中，LED發(fā)光晶片的周圍及頂部，為封裝樹脂所述LED光源裝置還包 括有兩級(jí)或兩級(jí)以上的透鏡。所述封裝樹脂的頂面與LED支架的頂面位于同一平面上；所述金屬基板為一種鋁基電路板。所述LED發(fā)光晶片與各透鏡的距離小于各透鏡的焦距。所述LED光源裝置還包括有鋁合金外殼，所述LED支架、LED發(fā)光晶片以及兩級(jí)或兩級(jí) 以上的透鏡均位于所述鋁合金外殼的內(nèi)腔中；鋁基電路板位于鋁合金外殼的一外側(cè)端，并將 鋁合金外殼該側(cè)開口進(jìn)行密閉；兩級(jí)或兩級(jí)以上的透鏡依次向鋁合金外殼的另--側(cè)排列，各透鏡外周，設(shè)置有用以將透鏡固定的固定環(huán)。LED汽車大前燈，包括有多個(gè)上述的LED光源裝置。綜上，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型的LED光源裝置以及LED汽車大前燈，采用白光LED替代傳統(tǒng)的鹵素?zé)糇鳛?汽車的大前燈，到目前已是處于條件成熟的階段，因?yàn)楝F(xiàn)在的大功率白光LED已做到很高的 亮度，如果結(jié)合本實(shí)用新型的裝置，可以使LED汽車大前燈照射到相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，完全可以 實(shí)現(xiàn)使用白光LED替代傳統(tǒng)的鹵素?zé)糇鳛槠嚨拇笄盁艄δ?。具體為1) LED具有壽命長的優(yōu)點(diǎn)，專家巳證實(shí)LED的壽命可超過10萬小時(shí)，而傳統(tǒng)的汽車鹵 素?zé)舻膲勖碚撝禐?千小時(shí)。當(dāng)汽車安裝了白光LED大前燈，可減少汽車駕駛員經(jīng)常更換 故障車燈的煩惱、并減少了汽車"獨(dú)燈"行走的幾率，提高行車安全率。2) LED具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，LED的發(fā)光原理是利用電流激發(fā)光子輻射而發(fā)光，其能量轉(zhuǎn)換 率極高。以現(xiàn)在的白光LED技術(shù)結(jié)合本實(shí)用新型裝置，可以實(shí)現(xiàn)在燈光亮度上，用20W的LED 替代100W的鹵素。3) LED具有更好的抗震性，因?yàn)長ED是固態(tài)結(jié)構(gòu)，性能不受汽車震動(dòng)的影響，更加降低 了汽車大前燈的故障率。4) 白光LED作為汽車大前燈，比鹵素?zé)艟哂懈叩念伾直媛剩?一般道路交通標(biāo)志有紅、 黃、綠、藍(lán)、白等顏色，而白光LED的發(fā)光光譜覆蓋率比鹵素?zé)魪V，因此，使用白光LED作為汽車大前燈，可使駕駛員能更清楚地分辨道路交通標(biāo)志。5) 本實(shí)用新型裝置具有光照均衡及光照范圍、方向可隨意調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的汽車大前 燈是采用反光杯把燈泡的光進(jìn)行聚光，照射出的光柱難以實(shí)現(xiàn)亮度均勻。而本實(shí)用新型裝置 是利用透鏡把LED的點(diǎn)光源折射出光柱，發(fā)射光柱具有良好的均勻性及可控制性。6) 本實(shí)用新型裝置具有更好的美觀設(shè)計(jì)素材。因?yàn)楸緦?shí)用新型裝置是利用大功率白光 LED加透鏡祖成，每個(gè)發(fā)光裝置面積的圓在直徑3厘米左右，依據(jù)LED的功率，整車大前燈 可使用10個(gè)至20個(gè)LED發(fā)光裝置，也不需要龐大的反光杯，因此可以進(jìn)行許多美觀的設(shè)計(jì) 構(gòu)思。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)汽車大前燈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)LED光源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型LED光源裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型LED光源裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型LED汽車大fr燈的近光燈光柱橫切面亮度示意圖；圖6是本實(shí)用新型LED汽車大前燈的遠(yuǎn)光燈光柱橫切面亮度示意圖；圖7是本實(shí)用新型LED汽車大前燈的近光燈、遠(yuǎn)光燈光柱結(jié)合橫切面亮度示意圖；圖8是本實(shí)用新型LED汽車大前燈的透鏡的X軸剖面示意圖；圖9是本實(shí)用新型LED汽車大前燈的透鏡的Y軸剖面示意圖；圖10是本實(shí)用新型LED汽車大前燈的透鏡的Z軸剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的LED光源裝置，如圖3、 4所示，包括有LED支架2、金屬基板以及LED發(fā) 光晶片1，所述LED支架2上設(shè)置有凹形容腔，所述LED發(fā)光晶片1位于所述凹形容腔中； LED支架2安裝在金屬基板的外表面上；其中，所述凹形容腔中，LED發(fā)光晶片的周圍及頂部， 為封裝樹脂；所述LED光源裝置還包括有兩級(jí)或兩級(jí)以上的透鏡。所述封裝樹脂的頂面與LED支架的頂面位于同一平面上，LED發(fā)光晶片1的發(fā)光射角d 接近180° ;所述金屬基板為一種鋁基電路板3。所述LED發(fā)光晶片1與各透鏡的距離小于各透鏡的焦距。如圖4所示，所述LED光源裝置還包括有鋁合金外殼4，所述LED支架2、 LED發(fā)光晶片 1以及兩級(jí)或兩級(jí)以上的透鏡均位于所述鋁合金外殼4的內(nèi)腔中；鋁基電路板3位于鋁合金 外殼4的一外側(cè)端，并將鋁合金外殼4該側(cè)開口進(jìn)行密閉；兩級(jí)或兩級(jí)以上的透鏡依次向鋁 合金外殼4的另一側(cè)排列，各透鏡外周，設(shè)置有用以將透鏡固定的固定環(huán)。優(yōu)選方法為，如圖4、 8、 9、 IO所示，所述LED光源裝置包括有三級(jí)透鏡，均采用平凸 透鏡；所述透鏡一 5的平面與封裝樹脂相鄰，且所述透鏡一 5的平面完全覆蓋LED發(fā)光晶片 1的發(fā)光射角范圍，所述透鏡一 5的凸面朝向鋁合金外殼4的開口端；所述透鏡二 6的平面 與透鏡一5的凸面相鄰，所述透鏡二6的平面完全覆蓋透鏡一5的發(fā)光射角范圍，所述透鏡 二6的凸面朝向鋁合金外殼4的開口端所述透鏡三7的平面與透鏡二6的凸面相鄰，所述 透鏡三7的平面完全覆蓋透鏡二 6的發(fā)光射角范圍，所述透鏡三7的凸面朝向鋁合金外殼4 的開口端；所述LED支架2的外周為固定環(huán)一8，所述透鏡一、二、三的外周分別為固定環(huán)二9、固定環(huán)三IO、固定環(huán)四ll，所述固定環(huán)一8、固定環(huán)二9、固定環(huán)三IO、固定環(huán)四ll8為環(huán)狀通道結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔表面為圓柱面或圓椎面。透鏡一起初次聚光的作用，因?yàn)槠洳晒饷娣e相對(duì)LED發(fā)光點(diǎn)足夠大，所以能將LED所發(fā) 的光(接近100%)盡可能地收集起來，并進(jìn)行聚光。這種采取二次聚光的方法比普通封裝的 LED的采光量高達(dá)3.4倍，也是本實(shí)用新型的關(guān)鍵技術(shù)所在。透鏡二及透鏡三的作用是二次聚光，將光柱進(jìn)行二次聚光并變形，光束邊界12如圖4所 示，以得到我們所需要的光柱。如圖4、 8、 9、 IO所示，以垂直于紙面方向?yàn)閄軸，以豎直方向?yàn)閅軸，以水平方向?yàn)?Z軸，所述透鏡一5、透鏡二6、透鏡三7的X軸剖面為橢圓面或拋物面的局部，Y軸剖面為 拋物面的局部，Z軸剖面為橢圓面。每個(gè)LED光源裝置包含一只發(fā)白光的大功率LED, LED光源裝置為接近180'發(fā)射角發(fā)光的 平面封裝結(jié)構(gòu)，將LED光源裝置焊接于鋁基電路板上，如圖3、 4所示。此LED光源裝置比普通封裝的LED (圖2)的光照射角要大，本實(shí)用新型采用這種LED光 源裝置目的是為了采集更多的光，能更有效地提高LED大前燈的亮度。普通LED的光采集角多數(shù)小于90。(圖2),而本實(shí)用新型的LED光源裝置的光采集角可AS伊=2tt及21一C0S二接近18『，根據(jù)圓弧面積的計(jì)算公式 、 2入采用該LED光源裝置的釆光量比普通LED的采光量提高了 3.4倍。計(jì)算公式如下<formula>formula see original document page 9</formula>
LED汽車大前燈，包括有多個(gè)上述的LED光源裝置。所述LED汽車大前燈，連接12V直流電源，通過恒流電源輸出LED額定電流值的恒定電 流，電流輸出給單個(gè)或串聯(lián)或并聯(lián)連接多個(gè)發(fā)白光的上述LED光源裝置。LED遠(yuǎn)光燈的設(shè)計(jì)方案要達(dá)到遠(yuǎn)光的效果，就要將LED發(fā)出的光進(jìn)行深度的匯聚，從而得到更亮的光柱。 圖8、 9、 IO為遠(yuǎn)光燈的透鏡構(gòu)造示意圖，其中透鏡一為橢圓形截面；透鏡二或透鏡三的X、 Y軸根據(jù)要求做成拋物截面。從透鏡二或透鏡三的Z軸剖面圖可以看出，Y1Y2兩點(diǎn)的距離比X1X2兩點(diǎn)的距離要窄，光束通過這樣的透鏡可得到橫向?qū)捒v向窄的光柱。因此，汽車行走時(shí)駕駛員能看到的橫向范圍要比縱向范圍廣。圖5為LED遠(yuǎn)光燈照射光柱的橫切面亮度效果圖。它的特點(diǎn)是盡可能將光束匯聚，使光照亮而遠(yuǎn)，光柱亮度均勻，光線柔和。LED近光燈的設(shè)計(jì)方案對(duì)于LED近光燈的設(shè)計(jì)，就要考慮橫向的光照范圍相對(duì)要寬一些，并考慮將光照的射角 向下直到不可影響對(duì)面車輛駕駛員的視線。匸ED近光燈的透鏡構(gòu)造為，其中透鏡(一)為橢圓形截面；透鏡(二)或透鏡(三)的Y 軸方向根據(jù)要求做成拋物截面、X軸方向根據(jù)要求做成橢圓截面。從透鏡(二)或透鏡(三) 的Z軸剖面圖可以看出，Y1Y2兩點(diǎn)的距離比X1X2兩點(diǎn)的距離要更窄，光束通過這樣的透鏡 可得到橫向更寬的光柱，因此，汽車行走時(shí)駕駛員看到的橫向范圍要比縱向范圍更廣。圖6為LED近光燈照射光柱的橫切面亮度效果圖。它的特點(diǎn)是，光照的橫向照射范圍寬，光柱亮度均勻，光線柔和。圖7為LED近光燈加遠(yuǎn)光燈照射光柱的橫切面亮度效果圖。 一輛汽車的大前燈itr多個(gè)大 功率LED近光燈及遠(yuǎn)光燈的發(fā)光裝置組成，按照目前的LED技術(shù)，用10個(gè)到20個(gè)的大功率 LED發(fā)光裝置便可達(dá)到傳統(tǒng)汽車大燈的亮度了。組合每個(gè)LED發(fā)光裝置的光照形成一組理想 的照射光柱。因此，LED汽車大前比傳統(tǒng)的鹵素汽車大前燈光柱的地面覆蓋范圍要廣，對(duì)對(duì) 方車輛駕駛員的視線影響要小，光線均勻而且柔和。上述所列具體實(shí)現(xiàn)方式為非限制性的，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不偏離本實(shí)用新型 范圍內(nèi)，進(jìn)行的各種改進(jìn)和變化，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。例如1) 本實(shí)用新型裝置由白光LED發(fā)光裝置結(jié)合2級(jí)或2級(jí)以上的透鏡組成，本實(shí)用新型裝 置可用在LED汽車大前燈的技術(shù)，也可用在LED路燈等的LED照明技術(shù)。2) 本實(shí)用新型裝置通過采用2級(jí)或2級(jí)以上的透鏡，可將LED發(fā)光裝置將近100%的光 照采集。LED發(fā)光點(diǎn)與透鏡的距離永遠(yuǎn)小于透鏡的焦距，本實(shí)用新型裝置使用的透鏡 為凸平透鏡。3) 本實(shí)用新型裝置可通過調(diào)節(jié)透鏡的焦距及形狀，可改變輸出光柱橫切面的形狀及區(qū)域 的亮度，從而設(shè)計(jì)出LED遠(yuǎn)光燈及LED近光燈。4) 本實(shí)用新型裝置的光照比傳統(tǒng)汽車大燈的光照要均勻、柔和，并可根據(jù)汽車行使的實(shí) 際需要，可隨意調(diào)整每個(gè)LED發(fā)光裝置的方向及角度，使得到最合理的路面照明。5) 本實(shí)用新型裝置的光照比傳統(tǒng)的"鹵素"汽車大前燈具有更髙的顏色識(shí)別率，使汽車駕駛員在夜間駕駛更具舒適感。6) 本實(shí)用新型裝置使用的為大功率LED, LED發(fā)光裝置為平面封裝的結(jié)構(gòu)，照射角接近 180o。7) 本實(shí)用新型裝置具有比傳統(tǒng)的"鹵素"汽車大前燈壽命長、節(jié)能、.抗震的優(yōu)點(diǎn)。8) 本實(shí)用新型裝置體積小，設(shè)計(jì)上可靈活變化，能進(jìn)行許多美觀的設(shè)計(jì)構(gòu)思。
權(quán)利要求1、LED光源裝置，包括有LED支架(2)、金屬基板以及LED發(fā)光晶片(1)，所述LED支架(2)上設(shè)置有凹形容腔，所述LED發(fā)光晶片(1)位于所述凹形容腔中；LED支架(2)安裝在金屬基板的外表面上；其特征在于所述凹形容腔中，LED發(fā)光晶片的周圍及頂部，為封裝樹脂；所述LED光源裝置還包括有兩級(jí)或兩級(jí)以上的透鏡。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光源裝置，其特征在于所述封裝樹脂的頂面與LED支架 的頂面位于同—'平面上，LED發(fā)光晶片(1)的發(fā)光射角(d)接近180° ;所述金屬基 板為一種鋁基電路板(3)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED光源裝置，其特征在于所述LED發(fā)光晶片(1)與各透鏡 的距離小于各透鏡的焦距。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED光源裝置，其特征在于所述LED光源裝置還包括有鋁合 金外殼(4)，所述LED支架(2)、 LED發(fā)光晶片(1)以及兩級(jí)或兩級(jí)以上的透鏡均位 于所述鋁合金外殼(4)的內(nèi)腔中；鋁基電路板(3)位于鋁合金外殼(4)的一外側(cè)端， 并將鋁合金外殼(4)該側(cè)開口進(jìn)行密閉；兩級(jí)或兩級(jí)以上的透鏡依次向鋁合金外殼")的另一側(cè)排列，各透鏡外周，設(shè)置有用以將透鏡固定的固定環(huán)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED光源裝置，其特征在于所述LED光源裝置包括有三級(jí)透 鏡，均采用平凸透鏡。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED光源裝置，其特征在于所述透鏡一 (5)的平面與封裝樹 脂相鄰，且所述透鏡一 (5)的平面完全覆蓋LED發(fā)光晶片(1)的發(fā)光射角范圍，所 述透鏡一 (5)的凸面朝向鋁合金外殼(4)的開口端；所述透鏡二 (6)的平面與透鏡 一 (5)的凸面相鄰，所述透鏡二 (6)的平面完全覆蓋透鏡一 (5)的發(fā)光射角范圍，所述透鏡二 (6)的凸面朝向鋁合金外殼(4)的開口端；所述透鏡三(7)的平面與透 鏡二 (6)的凸面相鄰，所述透鏡三(7)的平面完全覆蓋透鏡二 (6)的發(fā)光射免范圍， 所述透鏡三(7)的凸面朝向鋁合金外殼(4)的開口端。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED光源裝置，其特征在于所述LED支架(2)的外周為固定 環(huán)一 (8)，所述透鏡一、二、三的外周分別為固定環(huán)二 (9)、固定環(huán)三(10)、固定環(huán) 四(11)，所述固定環(huán)一 (8)、固定環(huán)二 (9)、固定環(huán)三(10)、固定環(huán)四(U)為環(huán) 狀通道結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔表面為圓柱面或圓椎面。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED光源裝置，其特征在于以垂直于紙面方向?yàn)閄軸，以豎 直方向?yàn)閅軸，以水平方向?yàn)閆軸，所述透鏡一 (5)、透鏡二 (6)、透鏡三(7)的X 軸剖面為橢圓面或拋物面的局部，Y軸剖面為拋物面的局部，Z軸剖面為橢圓面。
9、 LED汽車大前燈，其特征在于包括有多個(gè)如權(quán)利要求1至8所述的LED光源裝置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED汽車大前燈，其特征在于所述LED汽車大前燈，連接12V 直流電源，通過恒流電源輸出LED額定電流值的恒定電流，電流輸出給單個(gè)或串聯(lián)或 并聯(lián)連接多個(gè)發(fā)白光的上述LED光源裝置。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種LED光源裝置以及LED汽車大前燈，照射出的光柱實(shí)現(xiàn)亮度均勻，產(chǎn)品壽命長，LED光源裝置光采集角可接近180°。LED光源裝置，包括有LED支架、金屬基板以及LED發(fā)光晶片，所述LED支架上設(shè)置有凹形容腔，所述LED發(fā)光晶片位于所述凹形容腔中；LED支架安裝在金屬基板的外表面上；其中，所述凹形容腔中，LED發(fā)光晶片的周圍及頂部，為封裝樹脂；所述LED光源裝置還包括有兩級(jí)或兩級(jí)以上的透鏡。所述封裝樹脂的頂面與LED支架的頂面位于同一平面上；所述金屬基板為一種鋁基電路板。所述LED發(fā)光晶片與各透鏡的距離小于各透鏡的焦距。
文檔編號(hào)F21W101/10GK201166288SQ200820042919
公開日2008年12月17日 申請日期2008年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月16日
發(fā)明者程繼金 申請人:程繼金