Led光源裝置以及led汽車大前燈的製作方法

2023-06-21 17:39:21 2

專利名稱：Led光源裝置以及led汽車大前燈的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光學技術領域，具體涉及一種LED光源裝置以及LED汽車大前燈。
技術背景現有技術中，如圖l所示，汽車大前燈通常為一種滷素燈，所述滷素燈可向前發射出平行光束100，所述汽車大itr燈包括有反光杯和滷素燈泡組成，滷素燈泡位於反光杯的前方。由滷素燈泡作為光源，反光杯把燈泡的光進行聚光，光入射角為a，光反射角為b，照射出的 光柱難以實現亮度均勻。並且，汽車滷素燈的壽命理論值為2千小時，汽車駕駛員需要經常 更換故障車燈，當更換不及時時，汽車"獨燈"行走，對行車安全造成隱患。LED是英文light emitting diode (發光二極體)的縮寫，它的基本結構是一塊電致發 光的半導體材料，置於一個有引線的架子上，然後四周用環氧樹脂密封，起到保護內部芯線 的作用，所以LED的抗震性能好。LED光源的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的 晶片，在P型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為p-n結。在某些半導體材料的PN 結中，注入的少數載流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來，從而把 電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式 電致發光原理製作的二極體叫發光二極體，通稱LED。當它處於正向工作狀態時(即兩端加 上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強弱與電流有關。在最近幾年，LED的技術取得重大進展，並因其價格和結構方面的廣 闊發展空間，使得它能夠向傳統的光源發起挑戰，因此也成為照明行業的-個熱點。如圖2 所示，由於普通LED的光採集角c多數小於90°,如果將LED光源在汽車照明領域中逐步得 到應用，替代現有技術中的滷素燈，則需要對其結構和參數進行重新設計和匹配，目前，沒 有現有型號的LED光源可直接使用在汽車大前燈上。發明內容本實用新型的目的在於提供一種LED光源裝置以及LED汽車大前燈，照射出的光柱實現 亮度均勻，產品壽命長，LED光源裝置光採集角可接近18e。 本實用新型是通過以下技術方案來實現的LED光源裝置，包括有LED支架、金屬基板以及LED發光晶片，所述LED支架上設置有 凹形容腔，所述LED發光晶片位於所述凹形容腔中；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 括有兩級或兩級以上的透鏡。所述封裝樹脂的頂面與LED支架的頂面位於同一平面上；所述金屬基板為一種鋁基電路板。所述LED發光晶片與各透鏡的距離小於各透鏡的焦距。所述LED光源裝置還包括有鋁合金外殼，所述LED支架、LED發光晶片以及兩級或兩級 以上的透鏡均位於所述鋁合金外殼的內腔中；鋁基電路板位於鋁合金外殼的一外側端，並將 鋁合金外殼該側開口進行密閉；兩級或兩級以上的透鏡依次向鋁合金外殼的另--側排列，各透鏡外周，設置有用以將透鏡固定的固定環。LED汽車大前燈，包括有多個上述的LED光源裝置。綜上，本實用新型的有益效果是本實用新型的LED光源裝置以及LED汽車大前燈，採用白光LED替代傳統的滷素燈作為 汽車的大前燈，到目前已是處於條件成熟的階段，因為現在的大功率白光LED已做到很高的 亮度，如果結合本實用新型的裝置，可以使LED汽車大前燈照射到相當遠的距離，完全可以 實現使用白光LED替代傳統的滷素燈作為汽車的大前燈功能。具體為1) LED具有壽命長的優點，專家巳證實LED的壽命可超過10萬小時，而傳統的汽車滷 素燈的壽命理論值為2千小時。當汽車安裝了白光LED大前燈，可減少汽車駕駛員經常更換 故障車燈的煩惱、並減少了汽車"獨燈"行走的機率，提高行車安全率。2) LED具有節能的優點，LED的發光原理是利用電流激發光子輻射而發光，其能量轉換 率極高。以現在的白光LED技術結合本實用新型裝置，可以實現在燈光亮度上，用20W的LED 替代100W的滷素。3) LED具有更好的抗震性，因為LED是固態結構，性能不受汽車震動的影響，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，比滷素燈具有更高的顏色解析度， 一般道路交通標誌有紅、 黃、綠、藍、白等顏色，而白光LED的發光光譜覆蓋率比滷素燈廣，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誌。5) 本實用新型裝置具有光照均衡及光照範圍、方向可隨意調節的優點。傳統的汽車大前 燈是採用反光杯把燈泡的光進行聚光，照射出的光柱難以實現亮度均勻。而本實用新型裝置 是利用透鏡把LED的點光源折射出光柱，發射光柱具有良好的均勻性及可控制性。6) 本實用新型裝置具有更好的美觀設計素材。因為本實用新型裝置是利用大功率白光 LED加透鏡祖成，每個發光裝置面積的圓在直徑3釐米左右，依據LED的功率，整車大前燈 可使用10個至20個LED發光裝置，也不需要龐大的反光杯，因此可以進行許多美觀的設計 構思。


圖1是現有技術汽車大前燈的結構示意圖；圖2是現有技術LED光源的結構示意圖；圖3是本實用新型LED光源裝置的局部結構示意圖；圖4是本實用新型LED光源裝置的整體結構示意圖；圖5是本實用新型LED汽車大fr燈的近光燈光柱橫切面亮度示意圖；圖6是本實用新型LED汽車大前燈的遠光燈光柱橫切面亮度示意圖；圖7是本實用新型LED汽車大前燈的近光燈、遠光燈光柱結合橫切面亮度示意圖；圖8是本實用新型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是本實用新型LED汽車大前燈的透鏡的Z軸剖面示意圖。
具體實施方式
本實用新型的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 光晶片1，所述LED支架2上設置有凹形容腔，所述LED發光晶片1位於所述凹形容腔中； 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或兩級以上的透鏡。所述封裝樹脂的頂面與LED支架的頂面位於同一平面上，LED發光晶片1的發光射角d 接近180° ;所述金屬基板為一種鋁基電路板3。所述LED發光晶片1與各透鏡的距離小於各透鏡的焦距。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發光晶片 1以及兩級或兩級以上的透鏡均位於所述鋁合金外殼4的內腔中；鋁基電路板3位於鋁合金 外殼4的一外側端，並將鋁合金外殼4該側開口進行密閉；兩級或兩級以上的透鏡依次向鋁 合金外殼4的另一側排列，各透鏡外周，設置有用以將透鏡固定的固定環。優選方法為，如圖4、 8、 9、 IO所示，所述LED光源裝置包括有三級透鏡，均採用平凸 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發光晶片 1的發光射角範圍，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的發光射角範圍，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的發光射角範圍，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的外周為固定環一8，所述透鏡一、二、三的外周分別為固定環二9、固定環三IO、固定環四ll，所述固定環一8、固定環二9、固定環三IO、固定環四ll8為環狀通道結構，其內腔表面為圓柱面或圓椎面。透鏡一起初次聚光的作用，因為其採光面積相對LED發光點足夠大，所以能將LED所發 的光(接近100%)儘可能地收集起來，並進行聚光。這種採取二次聚光的方法比普通封裝的 LED的採光量高達3.4倍，也是本實用新型的關鍵技術所在。透鏡二及透鏡三的作用是二次聚光，將光柱進行二次聚光並變形，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，以垂直於紙面方向為X軸，以豎直方向為Y軸，以水平方向為 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LED光源裝置包含一隻發白光的大功率LED, LED光源裝置為接近180'發射角發光的 平面封裝結構，將LED光源裝置焊接於鋁基電路板上，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，本實用新型採用這種LED光 源裝置目的是為了採集更多的光，能更有效地提高LED大前燈的亮度。普通LED的光採集角多數小於90。(圖2),而本實用新型的LED光源裝置的光採集角可AS伊=2tt及21一C0S二接近18『，根據圓弧面積的計算公式 、 2入採用該LED光源裝置的釆光量比普通LED的採光量提高了 3.4倍。計算公式如下formula see original document page 9
LED汽車大前燈，包括有多個上述的LED光源裝置。所述LED汽車大前燈，連接12V直流電源，通過恆流電源輸出LED額定電流值的恆定電 流，電流輸出給單個或串聯或並聯連接多個發白光的上述LED光源裝置。LED遠光燈的設計方案要達到遠光的效果，就要將LED發出的光進行深度的匯聚，從而得到更亮的光柱。 圖8、 9、 IO為遠光燈的透鏡構造示意圖，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，Y1Y2兩點的距離比X1X2兩點的距離要窄，光束通過這樣的透鏡可得到橫向寬縱向窄的光柱。因此，汽車行走時駕駛員能看到的橫向範圍要比縱向範圍廣。圖5為LED遠光燈照射光柱的橫切面亮度效果圖。它的特點是儘可能將光束匯聚，使光照亮而遠，光柱亮度均勻，光線柔和。LED近光燈的設計方案對於LED近光燈的設計，就要考慮橫向的光照範圍相對要寬一些，並考慮將光照的射角 向下直到不可影響對面車輛駕駛員的視線。匸ED近光燈的透鏡構造為，其中透鏡(一)為橢圓形截面；透鏡(二)或透鏡(三)的Y 軸方向根據要求做成拋物截面、X軸方向根據要求做成橢圓截面。從透鏡(二)或透鏡(三) 的Z軸剖面圖可以看出，Y1Y2兩點的距離比X1X2兩點的距離要更窄，光束通過這樣的透鏡 可得到橫向更寬的光柱，因此，汽車行走時駕駛員看到的橫向範圍要比縱向範圍更廣。圖6為LED近光燈照射光柱的橫切面亮度效果圖。它的特點是，光照的橫向照射範圍寬，光柱亮度均勻，光線柔和。圖7為LED近光燈加遠光燈照射光柱的橫切面亮度效果圖。 一輛汽車的大前燈itr多個大 功率LED近光燈及遠光燈的發光裝置組成，按照目前的LED技術，用10個到20個的大功率 LED發光裝置便可達到傳統汽車大燈的亮度了。組合每個LED發光裝置的光照形成一組理想 的照射光柱。因此，LED汽車大前比傳統的滷素汽車大前燈光柱的地面覆蓋範圍要廣，對對 方車輛駕駛員的視線影響要小，光線均勻而且柔和。上述所列具體實現方式為非限制性的，對本領域的技術人員來說，在不偏離本實用新型 範圍內，進行的各種改進和變化，均屬於本實用新型的保護範圍。例如1) 本實用新型裝置由白光LED發光裝置結合2級或2級以上的透鏡組成，本實用新型裝 置可用在LED汽車大前燈的技術，也可用在LED路燈等的LED照明技術。2) 本實用新型裝置通過採用2級或2級以上的透鏡，可將LED發光裝置將近100%的光 照採集。LED發光點與透鏡的距離永遠小於透鏡的焦距，本實用新型裝置使用的透鏡 為凸平透鏡。3) 本實用新型裝置可通過調節透鏡的焦距及形狀，可改變輸出光柱橫切面的形狀及區域 的亮度，從而設計出LED遠光燈及LED近光燈。4) 本實用新型裝置的光照比傳統汽車大燈的光照要均勻、柔和，並可根據汽車行使的實 際需要，可隨意調整每個LED發光裝置的方向及角度，使得到最合理的路面照明。5) 本實用新型裝置的光照比傳統的"滷素"汽車大前燈具有更髙的顏色識別率，使汽車駕駛員在夜間駕駛更具舒適感。6) 本實用新型裝置使用的為大功率LED, LED發光裝置為平面封裝的結構，照射角接近 180o。7) 本實用新型裝置具有比傳統的"滷素"汽車大前燈壽命長、節能、.抗震的優點。8) 本實用新型裝置體積小，設計上可靈活變化，能進行許多美觀的設計構思。
權利要求1、LED光源裝置，包括有LED支架(2)、金屬基板以及LED發光晶片(1)，所述LED支架(2)上設置有凹形容腔，所述LED發光晶片(1)位於所述凹形容腔中；LED支架(2)安裝在金屬基板的外表面上；其特徵在於所述凹形容腔中，LED發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或兩級以上的透鏡。
2、 根據權利要求1所述的LED光源裝置，其特徵在於所述封裝樹脂的頂面與LED支架 的頂面位於同—'平面上，LED發光晶片(1)的發光射角(d)接近180° ;所述金屬基 板為一種鋁基電路板(3)。
3、 根據權利要求2所述的LED光源裝置，其特徵在於所述LED發光晶片(1)與各透鏡 的距離小於各透鏡的焦距。
4、 根據權利要求3所述的LED光源裝置，其特徵在於所述LED光源裝置還包括有鋁合 金外殼(4)，所述LED支架(2)、 LED發光晶片(1)以及兩級或兩級以上的透鏡均位 於所述鋁合金外殼(4)的內腔中；鋁基電路板(3)位於鋁合金外殼(4)的一外側端， 並將鋁合金外殼(4)該側開口進行密閉；兩級或兩級以上的透鏡依次向鋁合金外殼")的另一側排列，各透鏡外周，設置有用以將透鏡固定的固定環。
5、 根據權利要求4所述的LED光源裝置，其特徵在於所述LED光源裝置包括有三級透 鏡，均採用平凸透鏡。
6、 根據權利要求5所述的LED光源裝置，其特徵在於所述透鏡一 (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發光晶片(1)的發光射角範圍，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)的發光射角範圍，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)的發光射免範圍， 所述透鏡三(7)的凸面朝向鋁合金外殼(4)的開口端。
7、 根據權利要求6所述的LED光源裝置，其特徵在於所述LED支架(2)的外周為固定 環一 (8)，所述透鏡一、二、三的外周分別為固定環二 (9)、固定環三(10)、固定環 四(11)，所述固定環一 (8)、固定環二 (9)、固定環三(10)、固定環四(U)為環 狀通道結構，其內腔表面為圓柱面或圓椎面。
8、 根據權利要求7所述的LED光源裝置，其特徵在於以垂直於紙面方向為X軸，以豎 直方向為Y軸，以水平方向為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。
9、 LED汽車大前燈，其特徵在於包括有多個如權利要求1至8所述的LED光源裝置。
10、 根據權利要求9所述的LED汽車大前燈，其特徵在於所述LED汽車大前燈，連接12V 直流電源，通過恆流電源輸出LED額定電流值的恆定電流，電流輸出給單個或串聯或 並聯連接多個發白光的上述LED光源裝置。
專利摘要本實用新型提供一種LED光源裝置以及LED汽車大前燈，照射出的光柱實現亮度均勻，產品壽命長，LED光源裝置光採集角可接近180°。LED光源裝置，包括有LED支架、金屬基板以及LED發光晶片，所述LED支架上設置有凹形容腔，所述LED發光晶片位於所述凹形容腔中；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或兩級以上的透鏡。所述封裝樹脂的頂面與LED支架的頂面位於同一平面上；所述金屬基板為一種鋁基電路板。所述LED發光晶片與各透鏡的距離小於各透鏡的焦距。
文檔編號F21W101/10GK201166288SQ200820042919
公開日2008年12月17日 申請日期2008年1月16日 優先權日2008年1月16日
發明者程繼金 申請人:程繼金