汽车灯设计资料prl

1、LED对于消费者而言并不陌生，已经广泛的应用于车上，依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 车上上的LEED应用用资料来来源：TToyoota Gossei 从LEED的应应用历史

2、史来看，早早在19992年年时已经经有LEED应用用于第三三刹车灯灯上的先先例；而而在20000年年时则进进一步的的应用于于尾灯、转转向灯与与刹车灯灯；到了了20002年AAudii A88率先将将LEDD光源置置于前置置灯具内内作为日日行灯，开开启了设设计师与与工程师师们在前前置灯具具的想象象空间。在在之后的的许多国国际车展展上都可可以看到到LEDD作为前前照灯源源的概念念车，如如图2所所示。图2 LEED头灯灯概念车车资料来来源：DDetrroitt Auuto Shoow LLED先先天上就就具有体体积小的的优势，应应用于前前置灯具具时更可可缩小整整组灯具具的体积积，进一一步让出出宝贵的

3、的引擎空空间与其其它相关关设备，以以现有的的卤素灯灯泡或是是放电式式灯泡设设计的灯灯具总长长约3000mmm，而在在许多概概念车的的设计上上，LEED灯具具只有1125mmm长。而而藉由体体积小的的优势，更更可以配配合设计计多款不不同的造造型设计计，进而而为车体体造型创创造不同同的视觉觉观感，跳跳脱传统统灯具的的圆形设设计。不同需求的的LEDD封装应应用 随随着应用用层面的的不同，车车厂也选选用不同同的LEED光源源封装对对应不同同的环境境要求，依依需求亮亮度不同同可简单单分为指指示用、照照明用与与投射用用三种不不同需求求。指示示用光源源可见于于第三刹刹车灯、尾尾灯组(尾灯、刹刹车灯、转转向灯

4、等等)、侧侧灯等，其其光源输输出流明明值低，所所需功率率低，约约在700mW2000mW，产产生的热热量对于于封装体体影响较较小，因因此在封封装上会会忽略此此热量造造成的影影响，而而直接利利用树脂脂类材料料包覆整整体以进进行封装装，而因因为树脂脂的热传传导系数数低(WW/mKK)，所所以其相相关热阻阻会因散散热不易易而升高高至5002000K/W；而而照明用用光源其其封装功功率会相相对提高高，除了了可应用用于指示示用光源源类的产产品之外外，亦可可用于亮亮度要求求较高的的日行灯灯、雾灯灯、前方方向灯等等，但也也因为损损耗功率率增加(功率约约在15W)，散热热部分不不能如指指示光源源般不考考虑散热

5、热问题，除除了树脂脂类材料料封装外外尚需利利用金属属块将热热导出以以维持出出光效率率，其热热阻维持持在155K/WW以下；而投射射用光源源则是光光源封装装亮度需需求最高高者，其其应用产产品以前前照系统统(远灯灯、近灯灯、雾灯灯等)为为主，其其单体封封装需在在4W以以上，而而在热阻阻上需小小于5KK/W，以以确保在在引擎室室的高温温下能维维持散热热能力，并并保持光光源输出出效率在在可用的的范围内内。 不不同的应应用层面面，其总总亮度需需求也随随之不同同，以内内部照明明而言大大约需要要80流流明的亮亮度，一一般选用用表面黏黏着型(SMTT)的封封装，单单体封装装约2流流明输出出，效率率可达1152

6、20lmm/W。以以第三刹刹车灯而而言大约约需要330lmm的亮度度，一般般选用炮炮弹型的的封装结结构(=5mmm)，单单体封装装亮度约约4流明明，效率率可达220440lmm/W。 而尾灯组对于亮度需求约300500lm，一般选用1W的SMT封装结构，单体封装亮度约1020lm，效率可达1540lm/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 LED封装架构，每单体封装可输出100200lm，效率预期提高至50100lm/W。 目前使用于车上的灯源

7、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在头头灯的设设计 开开始着手手设计头头灯之前前，应先先考虑法法规上的的相关规规定，包包括光型型亮度，环环境测试试，亮度度衰减等等需求，进进一步考考虑相关关光学设设计，机机构设计计，耐热热设计与与电控设设计等细细节，对对于LEED而言言，光学学设计的的考虑除除了反射射罩设计计之外，尚尚需考虑虑LEDD本身的的出光光光型，不不同的封封装型态态将产生生不同的的光型输输出，进进一步将将影响反反射罩或或成像透透竞的要要求，与与传统头头灯设计计需考虑虑不同灯灯泡(HH1、HH4、HH7、HH11等等)类似似。在传传统的头头灯设

8、计计上，灯灯泡本身身的光子子释放来来自加热热钨灯丝丝，不会会因自身身发出的的热或来来自引擎擎室的高高温而影影响亮度度输出，散散热重点点落在整整个头灯灯腔体的的均温设设计而非非灯泡的的散热，但但在头灯灯材料的的选择上上则需考考虑是否否可承受受来自灯灯泡的高高温(头头灯腔体体约承受受1000的温度度，雾灯灯腔内温温度可高高至3000)，所所以在此此选用的的材料一一般都以以耐热材材为主；然而对对于LEED而言言，其光光子释放放来自于于PN接接口的能能阶跳动动，与温温度呈现现负相关关，温度度越高则则光源输输出越弱弱，因此此散热成成为LEED作为为光源设设计的重重要课题题。图5 欧盟盟法规中中的近光光灯

9、光型型 光学学设计时时先考虑虑法规需需求，讨讨论视角角与强度度关系，以以近灯为为例须针针对其特特殊的115度扬扬角设计计，如图图5所示示。在传传统的灯灯具设计计上由先先期的利利用反射射罩配合合透镜刻刻纹作角角度与强强度的控控制，演演变成为为利用反反射罩直直接控制制强度角角度，也也发展出出利用成成像方式式的鱼眼眼透镜设设计法。不不论何种种的设计计方式都都须先考考虑选用用光源的的特性，特特别是角角度与强强度的光光型输出出(Beeam pattterrn)，对对传统的的光源而而言，大大多为柱柱状光源源，可产产生类似似蝴蝶外外型的光光型输出出，进而而发展出出来与之之搭配的的透镜、反反射罩、挡挡板、透透

10、镜等光光学组件件。而利利用LEED作为为光源设设计灯具具时，需需重新考考虑其光光学特性性由传统统的柱状状光源变变为平面面光源(不同的的封装设设计有不不同的光光型输出出)，进进而搭配配外部的的光学组组件而产产生不同同组合以以应用于于不同产产品，依依照德国国车灯大大厂HEELLAA的设计计分类，可可将光源源分为八八大类，如如图6 所示。LLED目目前的单单位面积积发光量量尚不及及卤素灯灯泡与放放电式灯灯泡，想想得到相相同的流流明输出出，LEED需要要较大的的封装面面积。随随着光源源输出面面积的增增加，光光学设计计的难度度也随之之提升，所所以在现现有的概概念车上上，都以以模块化化光学设设计取代代既有

11、的的单一灯灯室设计计，利用用多组灯灯源达到到传统灯灯具的照照明水平平，除了了降低光光学设计计的难度度，也增增加车体体造型的的设计感感。图6 头灯灯设计相相关技术术资料来来源：HHellla图7 LEED光源源设计资资料来源源：Heellaa 散热热设计是是LEDD光源区区别于传传统光源源的课题题之一。传传统灯具具产生的的热远高高于LEED，但但传统灯灯具不会会因为高高温而降降低其光光源输出出能力，但但LEDD的光输输出却会会随着本本身接口口(Juuncttionn, PPN接口口)温度度的升高高而下降降，如图图8所示示。而其其产生的的热如何何散除到到外界环环境与其其封装结结构材料料息息相相关，

12、牵牵涉到使使用的散散热材料料与相关关外型，关关系如图图9所示示，其中中热阻的的概念，代代表输入入W功率率时，需需要提高高多少KK温度才才足以散散热。以以现有的的封装技技术最高高可允许许LEDD操作在在1855(Luumilled K2)，但一一般因为为封装胶胶材的关关系，可可允许的的操作温温度约在在1255，除了了考虑光光源输出出效率之之外，亦亦考虑封封装胶材材的变质质(树脂脂类材料料在高温温有老化化现象)。图8 接口口温度对对光源输输出的影影响资料料来源：Lummileed 引引擎室的的温度在在灯具附附近最高高可到885，配合合Lummileed KK2可有有1000的散热热空间，但但若配合

13、合一般的的LEDD则只有有40的散热热空间，观观察相关关热阻，RR_Juuncttionn-Sllug、RR_Sllug-Boaard都都决定于于封装体体，对设设计者而而言只能能针对RR_Booardd-Ammbieent努努力，其其中包括括如何将将封装体体固定于于散热基基板上(接着质质量)、散散热结构构外型设设计、主主被动散散热考虑虑与外部部环境等等条件。因因此在此此处应该该与机构构进行相相关模拟拟设计，取取得灯具具在引擎擎室内的的流场与与温度条条件后再再考虑所所需的散散热模式式，若选选用被散散动热得得需要较较大的散散热空间间，对引引擎是而而言是不不小的负负担，若若选用主主动式散散热，虽虽然

14、所需需散热环环境较小小，但因因为增加加了风扇扇等可动动件，反反而需考考虑此可可动件可可否通过过车灯上上的相关关法规，包包括震动动、粉尘尘、腐蚀蚀与湿气气等严苛苛环境。图9 封装装与散热热热阻关关系资料料来源：LummileedLED在头头灯应用用上遭遇遇的难题题 LEED应用用于头灯灯上在许许多的车车展上各各家车厂厂都有展展示相关关的概念念车，但但在头灯灯部分尚尚未看见见有成品品出现，仍仍有需多多问题尚尚待解决决。其中中主要问问题应在在于亮度度输出、散散热问题题与误差差设计。 头灯的亮度需求近灯900流明，远灯1100流明，整体需求2000流明，约是Lumiled生产40颗1W封装体Luxeon emitter在25的总光源输出，但当其外界温度升高至50时，其效率将降至80%以下，且其光源输出面积约90_2(气体放电式灯泡约13_2)，设计难度亦随之提升。 在LED产业中，应对磊晶造成芯片的不均匀而发展出所谓的分类销售的过程，特别是高瓦数的芯片在LED产业上是全检出货，依照波长亮度进行分类，也因此封装后的个体存在着细微的差距，此差距可能存在于亮度、色温或是可靠度上。然而应用