CN201166288Y

CN201166288Y - Led光源装置以及led汽车大前灯

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Publication number: CN201166288Y
Application number: CNU2008200429197U
Authority: CN
Inventors: 程继金
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2018-01-16

Abstract

本实用新型提供一种LED光源装置以及LED汽车大前灯，照射出的光柱实现亮度均匀，产品寿命长，LED光源装置光采集角可接近180°。LED光源装置，包括有LED支架、金属基板以及LED发光晶片，所述LED支架上设置有凹形容腔，所述LED发光晶片位于所述凹形容腔中；LED支架安装在金属基板的外表面上；其中，所述凹形容腔中，LED发光晶片的周围及顶部，为封装树脂；所述LED光源装置还包括有两级或两级以上的透镜。所述封装树脂的顶面与LED支架的顶面位于同一平面上；所述金属基板为一种铝基电路板。所述LED发光晶片与各透镜的距离小于各透镜的焦距。

Description

LED光源装置以及LED汽车大前灯

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种LED光源装置以及LED汽车大前灯。

背景技术

现有技术中，如图1所示，汽车大前灯通常为一种卤素灯，所述卤素灯可向前发射出平行光束100，所述汽车大前灯包括有反光杯和卤素灯泡组成，卤素灯泡位于反光杯的前方。由卤素灯泡作为光源，反光杯把灯泡的光进行聚光，光入射角为a，光反射角为b，照射出的光柱难以实现亮度均匀。并且，汽车卤素灯的寿命理论值为2千小时，汽车驾驶员需要经常更换故障车灯，当更换不及时时，汽车“独灯”行走，对行车安全造成隐患。

LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。LED光源的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。在最近几年，LED的技术取得重大进展，并因其价格和结构方面的广阔发展空间，使得它能够向传统的光源发起挑战，因此也成为照明行业的一个热点。如图2所示，由于普通LED的光采集角c多数小于90°，如果将LED光源在汽车照明领域中逐步得到应用，替代现有技术中的卤素灯，则需要对其结构和参数进行重新设计和匹配，目前，没有现有型号的LED光源可直接使用在汽车大前灯上。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种LED光源装置以及LED汽车大前灯，照射出的光柱实现亮度均匀，产品寿命长，LED光源装置光采集角可接近180°。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

LED光源装置，包括有LED支架、金属基板以及LED发光晶片，所述LED支架上设置有凹形容腔，所述LED发光晶片位于所述凹形容腔中；LED支架安装在金属基板的外表面上；其中，所述凹形容腔中，LED发光晶片的周围及顶部，为封装树脂；所述LED光源装置还包括有两级或两级以上的透镜。

所述封装树脂的顶面与LED支架的顶面位于同一平面上；所述金属基板为一种铝基电路板。

所述LED发光晶片与各透镜的距离小于各透镜的焦距。

所述LED光源装置还包括有铝合金外壳，所述LED支架、LED发光晶片以及两级或两级以上的透镜均位于所述铝合金外壳的内腔中；铝基电路板位于铝合金外壳的一外侧端，并将铝合金外壳该侧开口进行密闭；两级或两级以上的透镜依次向铝合金外壳的另一侧排列，各透镜外周，设置有用以将透镜固定的固定环。

LED汽车大前灯，包括有多个上述的LED光源装置。

综上，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的LED光源装置以及LED汽车大前灯，采用白光LED替代传统的卤素灯作为汽车的大前灯，到目前已是处于条件成熟的阶段，因为现在的大功率白光LED已做到很高的亮度，如果结合本实用新型的装置，可以使LED汽车大前灯照射到相当远的距离，完全可以实现使用白光LED替代传统的卤素灯作为汽车的大前灯功能。

具体为：

1)LED具有寿命长的优点，专家已证实LED的寿命可超过10万小时，而传统的汽车卤素灯的寿命理论值为2千小时。当汽车安装了白光LED大前灯，可减少汽车驾驶员经常更换故障车灯的烦恼、并减少了汽车“独灯”行走的几率，提高行车安全率。

2)LED具有节能的优点，LED的发光原理是利用电流激发光子辐射而发光，其能量转换率极高。以现在的白光LED技术结合本实用新型装置，可以实现在灯光亮度上，用20W的LED替代100W的卤素。

3)LED具有更好的抗震性，因为LED是固态结构，性能不受汽车震动的影响，更加降低了汽车大前灯的故障率。

4)白光LED作为汽车大前灯，比卤素灯具有更高的颜色分辨率，一般道路交通标志有红、黄、绿、蓝、白等颜色，而白光LED的发光光谱覆盖率比卤素灯广，因此，使用白光LED作为汽车大前灯，可使驾驶员能更清楚地分辨道路交通标志。

5)本实用新型装置具有光照均衡及光照范围、方向可随意调节的优点。传统的汽车大前灯是采用反光杯把灯泡的光进行聚光，照射出的光柱难以实现亮度均匀。而本实用新型装置是利用透镜把LED的点光源折射出光柱，发射光柱具有良好的均匀性及可控制性。

6)本实用新型装置具有更好的美观设计素材。因为本实用新型装置是利用大功率白光LED加透镜组成，每个发光装置面积的圆在直径3厘米左右，依据LED的功率，整车大前灯可使用10个至20个LED发光装置，也不需要庞大的反光杯，因此可以进行许多美观的设计构思。

附图说明

图1是现有技术汽车大前灯的结构示意图；

图2是现有技术LED光源的结构示意图；

图3是本实用新型LED光源装置的局部结构示意图；

图4是本实用新型LED光源装置的整体结构示意图；

图5是本实用新型LED汽车大前灯的近光灯光柱横切面亮度示意图；

图6是本实用新型LED汽车大前灯的远光灯光柱横切面亮度示意图；

图7是本实用新型LED汽车大前灯的近光灯、远光灯光柱结合横切面亮度示意图；

图8是本实用新型LED汽车大前灯的透镜的X轴剖面示意图；

图9是本实用新型LED汽车大前灯的透镜的Y轴剖面示意图；

图10是本实用新型LED汽车大前灯的透镜的Z轴剖面示意图。

具体实施方式

本实用新型的LED光源装置，如图3、4所示，包括有LED支架2、金属基板以及LED发光晶片1，所述LED支架2上设置有凹形容腔，所述LED发光晶片1位于所述凹形容腔中；LED支架2安装在金属基板的外表面上；其中，所述凹形容腔中，LED发光晶片的周围及顶部，为封装树脂；所述LED光源装置还包括有两级或两级以上的透镜。

所述封装树脂的顶面与LED支架的顶面位于同一平面上，LED发光晶片1的发光射角d接近180°；所述金属基板为一种铝基电路板3。

所述LED发光晶片1与各透镜的距离小于各透镜的焦距。

如图4所示，所述LED光源装置还包括有铝合金外壳4，所述LED支架2、LED发光晶片1以及两级或两级以上的透镜均位于所述铝合金外壳4的内腔中；铝基电路板3位于铝合金外壳4的一外侧端，并将铝合金外壳4该侧开口进行密闭；两级或两级以上的透镜依次向铝合金外壳4的另一侧排列，各透镜外周，设置有用以将透镜固定的固定环。

优选方法为，如图4、8、9、10所示，所述LED光源装置包括有三级透镜，均采用平凸透镜；所述透镜一5的平面与封装树脂相邻，且所述透镜一5的平面完全覆盖LED发光晶片1的发光射角范围，所述透镜一5的凸面朝向铝合金外壳4的开口端；所述透镜二6的平面与透镜一5的凸面相邻，所述透镜二6的平面完全覆盖透镜一5的发光射角范围，所述透镜二6的凸面朝向铝合金外壳4的开口端；所述透镜三7的平面与透镜二6的凸面相邻，所述透镜三7的平面完全覆盖透镜二6的发光射角范围，所述透镜三7的凸面朝向铝合金外壳4的开口端；所述LED支架2的外周为固定环一8，所述透镜一、二、三的外周分别为固定环二9、固定环三10、固定环四11，所述固定环一8、固定环二9、固定环三10、固定环四11为环状通道结构，其内腔表面为圆柱面或圆椎面。

透镜一起初次聚光的作用，因为其采光面积相对LED发光点足够大，所以能将LED所发的光(接近100％)尽可能地收集起来，并进行聚光。这种采取二次聚光的方法比普通封装的LED的采光量高达3.4倍，也是本实用新型的关键技术所在。

透镜二及透镜三的作用是二次聚光，将光柱进行二次聚光并变形，光束边界12如图4所示，以得到我们所需要的光柱。

如图4、8、9、10所示，以垂直于纸面方向为X轴，以竖直方向为Y轴，以水平方向为Z轴，所述透镜一5、透镜二6、透镜三7的X轴剖面为椭圆面或抛物面的局部，Y轴剖面为抛物面的局部，Z轴剖面为椭圆面。

每个LED光源装置包含一只发白光的大功率LED，LED光源装置为接近180°发射角发光的平面封装结构，将LED光源装置焊接于铝基电路板上，如图3、4所示。

此LED光源装置比普通封装的LED(图2)的光照射角要大，本实用新型采用这种LED光源装置目的是为了采集更多的光，能更有效地提高LED大前灯的亮度。

普通LED的光采集角多数小于90°(图2)，而本实用新型的LED光源装置的光采集角可接近180°，根据圆弧面积的计算公式

采用该LED光源装置的采光量比普通LED的采光量提高了3.4倍。计算公式如下：

LED汽车大前灯，包括有多个上述的LED光源装置。

所述LED汽车大前灯，连接12V直流电源，通过恒流电源输出LED额定电流值的恒定电流，电流输出给单个或串联或并联连接多个发白光的上述LED光源装置。

LED远光灯的设计方案：

要达到远光的效果，就要将LED发出的光进行深度的汇聚，从而得到更亮的光柱。

图8、9、10为远光灯的透镜构造示意图，其中透镜一为椭圆形截面；透镜二或透镜三的X、Y轴根据要求做成抛物截面。从透镜二或透镜三的Z轴剖面图可以看出，Y1Y2两点的距离比X1X2两点的距离要窄，光束通过这样的透镜可得到横向宽纵向窄的光柱。因此，汽车行走时驾驶员能看到的横向范围要比纵向范围广。

图5为LED远光灯照射光柱的横切面亮度效果图。它的特点是尽可能将光束汇聚，使光照亮而远，光柱亮度均匀，光线柔和。

LED近光灯的设计方案：

对于LED近光灯的设计，就要考虑横向的光照范围相对要宽一些，并考虑将光照的射角向下直到不可影响对面车辆驾驶员的视线。

LED近光灯的透镜构造为，其中透镜(一)为椭圆形截面；透镜(二)或透镜(三)的Y轴方向根据要求做成抛物截面、X轴方向根据要求做成椭圆截面。从透镜(二)或透镜(三)的Z轴剖面图可以看出，Y1Y2两点的距离比X1X2两点的距离要更窄，光束通过这样的透镜可得到横向更宽的光柱，因此，汽车行走时驾驶员看到的横向范围要比纵向范围更广。

图6为LED近光灯照射光柱的横切面亮度效果图。它的特点是，光照的横向照射范围宽，光柱亮度均匀，光线柔和。

图7为LED近光灯加远光灯照射光柱的横切面亮度效果图。一辆汽车的大前灯由多个大功率LED近光灯及远光灯的发光装置组成，按照目前的LED技术，用10个到20个的大功率LED发光装置便可达到传统汽车大灯的亮度了。组合每个LED发光装置的光照形成一组理想的照射光柱。因此，LED汽车大前比传统的卤素汽车大前灯光柱的地面覆盖范围要广，对对方车辆驾驶员的视线影响要小，光线均匀而且柔和。

上述所列具体实现方式为非限制性的，对本领域的技术人员来说，在不偏离本实用新型范围内，进行的各种改进和变化，均属于本实用新型的保护范围。例如：

1)本实用新型装置由白光LED发光装置结合2级或2级以上的透镜组成，本实用新型装置可用在LED汽车大前灯的技术，也可用在LED路灯等的LED照明技术。

2)本实用新型装置通过采用2级或2级以上的透镜，可将LED发光装置将近100％的光照采集。LED发光点与透镜的距离永远小于透镜的焦距，本实用新型装置使用的透镜为凸平透镜。

3)本实用新型装置可通过调节透镜的焦距及形状，可改变输出光柱横切面的形状及区域的亮度，从而设计出LED远光灯及LED近光灯。

4)本实用新型装置的光照比传统汽车大灯的光照要均匀、柔和，并可根据汽车行使的实际需要，可随意调整每个LED发光装置的方向及角度，使得到最合理的路面照明。

5)本实用新型装置的光照比传统的“卤素”汽车大前灯具有更高的颜色识别率，使汽车驾驶员在夜间驾驶更具舒适感。

6)本实用新型装置使用的为大功率LED，LED发光装置为平面封装的结构，照射角接近180°。

7)本实用新型装置具有比传统的“卤素”汽车大前灯寿命长、节能、抗震的优点。

8)本实用新型装置体积小，设计上可灵活变化，能进行许多美观的设计构思。

Claims

1、LED光源装置，包括有LED支架(2)、金属基板以及LED发光晶片(1)，所述LED支架(2)上设置有凹形容腔，所述LED发光晶片(1)位于所述凹形容腔中；LED支架(2)安装在金属基板的外表面上；其特征在于：所述凹形容腔中，LED发光晶片的周围及顶部，为封装树脂；所述LED光源装置还包括有两级或两级以上的透镜。

2、根据权利要求1所述的LED光源装置，其特征在于：所述封装树脂的顶面与LED支架的顶面位于同一平面上，LED发光晶片(1)的发光射角(d)接近180°；所述金属基板为一种铝基电路板(3)。

3、根据权利要求2所述的LED光源装置，其特征在于：所述LED发光晶片(1)与各透镜的距离小于各透镜的焦距。

4、根据权利要求3所述的LED光源装置，其特征在于：所述LED光源装置还包括有铝合金外壳(4)，所述LED支架(2)、LED发光晶片(1)以及两级或两级以上的透镜均位于所述铝合金外壳(4)的内腔中；铝基电路板(3)位于铝合金外壳(4)的一外侧端，并将铝合金外壳(4)该侧开口进行密闭；两级或两级以上的透镜依次向铝合金外壳(4)的另一侧排列，各透镜外周，设置有用以将透镜固定的固定环。

5、根据权利要求4所述的LED光源装置，其特征在于：所述LED光源装置包括有三级透镜，均采用平凸透镜。

6、根据权利要求5所述的LED光源装置，其特征在于：所述透镜一(5)的平面与封装树脂相邻，且所述透镜一(5)的平面完全覆盖LED发光晶片(1)的发光射角范围，所述透镜一(5)的凸面朝向铝合金外壳(4)的开口端；所述透镜二(6)的平面与透镜一(5)的凸面相邻，所述透镜二(6)的平面完全覆盖透镜一(5)的发光射角范围，

所述透镜二(6)的凸面朝向铝合金外壳(4)的开口端；所述透镜三(7)的平面与透镜二(6)的凸面相邻，所述透镜三(7)的平面完全覆盖透镜二(6)的发光射角范围，所述透镜三(7)的凸面朝向铝合金外壳(4)的开口端。

7、根据权利要求6所述的LED光源装置，其特征在于：所述LED支架(2)的外周为固定环一(8)，所述透镜一、二、三的外周分别为固定环二(9)、固定环三(10)、固定环四(11)，所述固定环一(8)、固定环二(9)、固定环三(10)、固定环四(11)为环状通道结构，其内腔表面为圆柱面或圆椎面。

8、根据权利要求7所述的LED光源装置，其特征在于：以垂直于纸面方向为X轴，以竖直方向为Y轴，以水平方向为Z轴，所述透镜一(5)、透镜二(6)、透镜三(7)的X轴剖面为椭圆面或抛物面的局部，Y轴剖面为抛物面的局部，Z轴剖面为椭圆面。

9、LED汽车大前灯，其特征在于：包括有多个如权利要求1至8所述的LED光源装置。

10、根据权利要求9所述的LED汽车大前灯，其特征在于：所述LED汽车大前灯，连接12V直流电源，通过恒流电源输出LED额定电流值的恒定电流，电流输出给单个或串联或并联连接多个发白光的上述LED光源装置。