led汽车头灯的设计要点

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1、LED汽车头灯的设计要点技术分类：电源技术 消费电子设计 

2、2006-11-14来源：电子产品世界

3、陈炳儒胡鸿烈　　车上的LED　　LED已经广泛的应用于车内的相关照明或指示用光源，由图1可知，从车内的仪表板灯、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的相关应用。　　          　　                                                             图1车上的LED应用　　从LED的应用历史来看，早在1992年时已经有LED应用于第三刹车灯上的先例；而在2000年时则进

4、一步的应用于尾灯、转向灯与刹车灯；到了2002年AudiA8率先将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可以看到LED作为前照灯源的概念车，如图2所示。　　　　              　　                                              图2LED头灯概念车　　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相关设备，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

5、125mm长。而藉由体积小的优势，更可以配合设计多款不同的造型设计，进而为车体造型创造不同的视觉观感，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，产生的热量对于封装体影响较小，因此在封装上会忽略此热量造成的影响，而直接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)

6、，所以其相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高，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问题，除了树脂类材料封装外尚需利用金属块将热导出以维持出光效率，其热阻维持在15K/W以下；而投射用光源则是光源封装亮度需求最高者，其应用产品以前照系统(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维持散热能力，并保持光源输出效率在可用的范围内。　　不同的应用层面，其总亮度需

7、求也随之不同，以内部照明而言大约需要80流明的亮度，一般选用表面黏着型(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，一般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。而尾灯组对于亮度需求约300~500lm，一般选用1W的SMT封装结构，单体封装亮度约10~20lm，效率可达15~40lm/W。以上都是已经应用于车体的光源，而目前LED厂与车厂正积极合作，试着将LED导入前照系统(头灯、雾灯)中，其中车厂对于头灯的亮度需求约2000流明的白光，LED厂目前则应用高瓦数的SMT

8、LED封装架构，每单体封装可输出100~200lm，效率预期提高至50~100lm/W。　　目前使用于车上的灯源可区分为白炽灯泡、卤素灯泡、气体放电式灯泡与LED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，应先考虑法规上的相关规定，包括光型亮度，环境测试，亮度衰减等需求，进一步考虑相关光学设计，机构设计，耐热设计与电控设计等细节，对于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，进一步将影响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

9、、H7、H11等)类似。在传统的头灯设计上，灯泡本身的光子释放来自加热钨灯丝，不会因自身发出的热或来自引擎室的高温而影响亮度输出，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受来自灯泡的高温(头灯腔体约承受100℃的温度，雾灯腔内温度可高至300℃)，所以在此选用的材料一般都以耐热材为主；然而对于LED而言，其光子释放来自于PN接口的能阶跳动，与温度呈现负相关，温度越高则光源输出越弱，因此散热成为LED作为光源设计的重要课题。