CN201680264U - 一种汽车led前照灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种汽车LED前照灯，其包括后壳、灯片和安装在其内的近光和远光灯板。近光和远光灯板在灯壳(后壳)中一上一下或一左一右布置安装。近光灯板至少由两个发光单元安装在一个灯架上构成，其中至少有两个近光发光单元；远光灯板至少也由两个发光单元安装在一个灯架上构成，其中至少有一个为远光发光单元。近光发光单元和远光发光单元均是由透镜式灯杯、LED灯珠和电路板组成。本前照灯通过合理设计二次光学系统即灯杯结构以及灯珠在灯杯中的安装位置，使LED前照灯的出射光亮度和成型光斑均达到理想的要求，消除安全隐患，并可降低功率，提高照度，不发热，寿命长。

Description

一种汽车LED前照灯

技术领域

本实用新型属于LED光源技术，具体涉及一种汽车LED前照灯。

背景技术

LED(发光二极管)被誉为第四代光源，其具有寿命长、光效高、无辐射的优点。LED的理论寿命超过10万个小时，发光效率高达90％，而相同光通量的能耗仅为白炽灯的8％，卤素灯30％，具有显著的绿色、低碳之优点。在世界范围内LED在照明领域内已得到广泛应用。

目前汽车前照灯(前组合灯)主要采用卤素灯为光源，通过反光碗反射的方式将光反射于汽车前方。由于卤素灯光源的光效较LED低、发热量大、寿命短，以及采用反光碗反射的方式光的利用率低，故现有的汽车前照灯普遍存在能耗高、照明弱、发热量大、寿命短(如灯丝易烧断、易破碎)的问题，存在一定的安全隐患。

由于LED的广泛应用及其所具有的显著优点，许多人都试图采用LED作为汽车前照灯光源，但是由于对LED发光单元的结构设计不合理，存在发光单元光利用率不高、散热不好、光衰严重，无法形成理想的远光光斑和近光斑等问题，达不到国家有关标准的要求。未能广泛使用。

发明内容

本实用新型技术的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提出一种新的汽车LED前照灯，以提高出射光亮度，并使成型光斑达到理想的要求，符合国家有关标准，很好地解决传统前照灯存在的问题。

本实用新型的技术方案如下：

为了达到上述目的，本实用新型首先对发光单元的结构进行了特殊设计，可形成近光发光单元和远光发光单元。

发光单元是由透镜式灯杯、LED灯珠和电路板组成。其中电路板为所有或部分发光单元共用。灯杯最好采用透光率92.8％以上的PMMA光学材料注塑成型，由于PMMA的折射率大于空气中的折射率，可使满足全反射临界角的入射光可实现全反射。

透镜式灯杯是一实心体，灯杯的侧表面是由抛物线沿灯杯轴向回转而形成的抛物反射面，或是由一段圆弧线沿灯杯轴向回转而形成的球型反射面。

在灯杯的杯座中心留有LED灯珠安装孔，在LED灯珠安装孔的孔顶为双面凸透镜(R1和R2组成)或单面凸透镜结构(R1或R2)。

该灯杯设计的关键是要保证灯杯的抛物反射面或球型反射面的焦点与双面凸透镜或单面凸透镜的焦点重合。

LED灯珠可采用一次光封成型的灯珠，LED灯珠安装在电路板上，并插入透镜式灯杯的杯座的LED灯珠安装孔中，并使灯杯的抛物反射面或球型反射面与双面凸透镜或单面凸透镜的重合焦点落于LED灯珠出射光的实焦点与虚焦点之间，或者落于所述实焦点上，或者落于所述虚焦点上；所述LED灯珠出射光的实焦点即为LED灯珠的发光芯片位置；所述透镜式灯杯通过杯座固定在电路板上。

该灯杯的杯顶结构也比较关键，对于近光发光单元和远光发光单元，其灯杯的杯顶形状有所区别。对于近光发光单元，其灯杯的杯顶分布至少一条竖直排列的柱面，或者杯顶中心下凹致形成双面凸透镜的一面，杯顶的其余部分为至少一条竖直排列的柱面。而对于远光发光单元，其灯杯的杯顶为一整平面，或者其杯顶中心下凹致形成双面凸透镜的一面，杯顶的其余部分为平面。

发光单元在结构满足上述条件的情况下，就可以保证灯珠的发光芯片发出的光经灯杯的抛物反射面或球面反射面反射和全反射，而经灯杯凸透镜透射的光可“基本”沿光轴平行出射，由此显著提高光的利用率，光的利用可达95％。

上述所说“基本”，是因为LED灯珠的发光芯片表面积通常很小，对于本发光单元，最好选择单颗芯片的灯珠，且芯片的发光面积在5平方毫米内，这样芯片中心与边缘的发出光经灯杯的反射面反射和经凸透镜透射形成的散射角θ1＝θ2，且小于±10°，从而可以保证LED芯片发出光经过本灯杯透射后出光角度小于10度，因此可视为通过灯杯的出射光基本为有效光。

灯珠发出的光通过远光发光单元灯杯的反射和透射形成圆形光斑，通过近光发光单元灯杯的反射和透射形成矩形光斑或椭圆形光斑。为了获得近光或远光两种不同的发光效果，使近光光斑形成上暗下明的截止线，两种灯杯可有机组合而得到符合国家有关标准的光斑。

利用上述发光单元形成的汽车LED前照灯包括近光灯板、远光灯板、后壳和灯片。近光灯板和远光灯板安装在后壳内，灯片罩于近光灯板和远光灯板的出光面前方。

所述近光灯板由至少两个所述发光单元安装在一个灯架上构成，其中发光单元中至少有二个是近光发光单元，并根据具体要求调节近光发光单元的比例。近光灯板中多个近光发光单元的杯顶柱面可全部竖直排列，也可一部分竖直排列，另一部分由竖直方向向顺时针方向旋转1°～22°排列。

所述远光灯板也由至少两个所述发光单元安装在一个灯架上构成，其中发光单元中至少有一个是远光发光单元，根据具体要求确定这种发光单元的使用比例。

所述两灯板在灯壳中一上一下或左右方式布置安装，两者分成两个独立的部分紧邻布置或者相互连接，或者也可以做成一整体。当近光灯板在上远光灯板在下时，两灯板出光面的夹角保持在161°～180°；当远光灯板在上而近光灯板在下时，两灯板出光面的夹角保持在181°～200°；当两灯板为一左一右布置时，所述近光灯板的出光面较远光灯板的出光面向下倾斜1°～20°。

本汽车前照灯工作方式及光照效果如下：

当单独启动近光灯时，远光灯不亮。近光灯由于向地面倾斜一定角度，工作光照范围可以从汽车前轮延伸至25m远，形成高不过0.5m(明暗截止线右端从中心点向上旋转1°～22)°，宽8m的矩形主光斑，加两侧散射光，可在不直射对方来车前提下，照亮前进路面及右侧行人。

当启动远光灯时，其能集中形成水平出射光，照亮远方行人、车辆、道路牌等。

而且，本前照灯由于采用的是LED光源，所需功率不大，在远光灯工作时近光灯也可以同时工作，由此可将从汽车前轮至远方的位置都照亮，保证汽车前方25米内无黑斑，照亮范围宽广，更有利安全行驶。

本实用新型使用的发光单元可以配以各种不同造型的灯罩、灯壳、电源形成各种造型汽车前照灯总成，适合各种款型汽车车灯配套。

综上所述，本实用新型具有以下显著的优点：

本汽车LED前照灯通过合理设计二次光学系统——即灯杯(透镜)的结构，以及灯珠在灯杯中的安装位置，使LED前照灯的出射光亮度和成型光斑均达到理想的要求。LED汽车前照灯较传统的汽车前照灯比较：功率降低了70％；照度提高了一倍或多倍；不发热，而且LED灯珠寿命长。可以实现了开远光灯时近光灯同时工作目标，消除了安全隐患。

附图说明

图1是一种近光发光单元的结构示意图(单面凸透镜)

图1A是图1的光路图

图1AA是图1A的杯顶局部柱面的光路图

图2是另一种近光发光单元的结构示意图(双面凸透镜)

图2A是图2的光路图

图3一种远光发光单元的结构示意图(双凸透镜)

图3A是图3的光路图

图4另一种远光发光单元的结构示意图(单凸透镜)

图4A是图4的光路图

图5是灯珠的光路图

图6是另一种灯珠的光路图

图7是一种形式的汽车LED前照灯的外形图

图7A是图7的A-A剖面图

图8是前照灯中四种形式的近光灯板和远光灯板的布置图

图8A是第一种形式；

图8B是图7A的侧视图；

图8C是第二种形式；

图8D是第三种形式；

图7E是第四种形式。

具体实施方式

以下结合附图进一步详细说明本实用新型提出的汽车前照组合灯的具体结构：

本汽车前照组合灯使用的发光单元分近光发光单元和远光发光单元。

参见图1和图1A，近光发光单元是由透镜式灯杯15、LED灯珠12和电路板11组成(一块电路板上安装有多个透镜式灯杯和LED灯珠，形成多个发光单元)。该灯杯采用透光率92.8％以上的PMMA光学材料注塑成型，是一实心体透镜。该灯杯的侧表面14是由抛物线沿灯杯轴向回转而形成的抛物反射面(当然也可以是由一段圆弧线沿灯杯轴向回转而形成的球型反射面)。在灯杯的杯座中心留有LED灯珠安装孔，LED灯珠安装孔的孔顶为双面凸透镜16(R1和R2组成)结构。透镜式灯杯通过杯座固定在电路板11上。该灯杯的抛物反射面焦点与双面凸透镜的焦点是重合的，重合点位A点。

LED灯珠12采用一次光封成型的灯珠，参见图5，其是单芯片灯珠，发光芯片的尺寸选用1毫米×1毫米。该LED灯珠12安装在电路板11上，并插入透镜式灯杯的杯座的LED灯珠安装孔中，灯杯的抛物反射面与双面凸透镜的重合焦点正好落于LED灯珠出射光的实焦点上(该灯珠的实焦点和虚焦点是重合的)，即LED灯珠的发光芯片13的位置与灯杯的抛物反射面与双面凸透镜的焦点正好重合。参见图1A，这样灯珠的发光芯片13发出的光经灯杯的抛物反射面反射和全反射，而经灯杯凸透镜透射的光可“基本”沿光轴平行出射，由此显著提高光的利用率。

该灯杯的杯顶是分布多条竖直排列并相互连续柱面17，光在灯杯顶端经过多条柱面17透镜射出的光如图1AA所示，这些柱面透镜会将出射光水平拉伸为一矩形光斑或近似于矩形(如椭圆形)光斑，由此达到摩托车前照灯所需要的近光效果。

图2和图2A所示的另一种近光发光单元的结构，其与图1的结构不一样的地方在于采用的是单面凸透镜18，其它结构相同，也能达到前一种发光单元的发光效果。

图3和图3A、图4和图4A所示的远光发光单元的结构，其与图1和图2的发光单元结构基本一样，只是其杯顶采用的是平面，由此产生不一样的出光效果，其灯珠发出的光通过A型灯杯的反射和透射形成的是圆形光斑。由此达到摩托车前照灯所需要的远光效果。

而对于灯珠，前面几种结构采用的是一种结构较特殊的灯珠，即灯珠出射光的实焦点和虚焦点是重合的。事实上，本发光单元可以采用其它任何形式的灯珠，如图6所示，该灯珠的出射光的实焦点A(即发光芯片位置)与虚焦点B是不重合的。采用该灯珠形成的发光单元如图4和图4A所示，此结构中LED灯珠12位置设置是将灯杯的抛物反射面与双面凸透镜的重合焦点落在LED灯珠12出射光的虚焦点上。当然实际装配中，也可以将重合焦点落于实焦点上，或者落于虚焦点和实焦点之间的任意位置上，这些都可以使发光单元获得理想的发光效果。

采用上述发光单元形成的汽车LED前照灯参见图7和图7A，所述光源包括近光灯板2、远光灯板3、后壳6和灯片4。近光灯板3和远光灯板2安装在后壳6内，灯片4罩于近光灯板和远光灯板的出光面前方。其中远光灯板2和近光灯板3在后壳6中一上一下紧邻布置安装，两灯板出光面的夹角保持在187°。该前照灯的具体安装是将已焊好LED灯珠的电路板8对应前照灯各灯杯的杯底安装孔落座，形成各发光单元1，发光单元1固定在支撑架7和支撑板5上，形成近光灯板2和远光灯板3，再与灯片4、后壳6组装成一体，即构成汽车前照灯。

远光灯板2和近光灯板3上的发光单元的布置有多种组合形式，参见图8，具体如下：

如图8A所示，近光灯板3由7个近光发光单元1B并排安装在一个灯架上构成，其中发光单元中第1、3、5、7个近光发光单元的杯顶柱面是竖直排列的，第2、4、6个近光发光单元的杯顶的柱面是由竖直方向向顺时针方向旋转约15°排列布置的。远光灯板2是由14个远光发光单元1A分两排安装在一个灯架上构成。

如图8B所示，近光灯板3由5个近光发光单元1B和两个远光发光单元1A并排安装在一个灯架上构成，其中近光发光单元1B设置在第1、2、3、6、7位置，第1和第7位置的近光发光单元的杯顶柱面是竖直排列的，第2、4、6位置近光发光单元的杯顶的柱面是由竖直方向向顺时针方向旋转约15°排列布置的，远光发光单元1A则设置在第3、5位置。远光灯板2是由14个发光单元分两排安装在一个灯架上构成，其中第一排7个全部是远光发光单元1A，第二排的第3、5位置是近光发光单元1B，其余为远光发光单元。

如图8C所示，近光灯板3由7个近光发光单元1B并排安装在一个灯架上构成，其中发光单元中第1、3、5、7个近光发光单元的杯顶柱面是竖直排列的，第2、4、6个近光发光单元的杯顶的柱面是由竖直方向向顺时针方向旋转约15°排列布置的。远光灯板2是由14个发光单元分两排安装在一个灯架上构成，其中第一排7个全部是远光发光单元1A，第二排的第3、5位置是近光发光单元1B，其余为远光发光单元。

如图8D所示，近光灯板3由5个近光发光单元1B和两个远光发光单元1A并排安装在一个灯架上构成，其中近光发光单元1B设置在第1、2、3、6、7位置，第1和第7位置的近光发光单元的杯顶柱面是竖直排列的，第2、4、6位置近光发光单元的杯顶的柱面是由竖直方向向顺时针方向旋转约15°排列布置的，远光发光单元1A则设置在第3、5位置。远光灯板2是由14个远光发光单元1A分两排安装在一个灯架上构成。

以上实施例均是显示的近光和远光灯板上下布置的方式，而两灯板一左一右布置也是常见的方式，此布置需要注意的是要将近光灯板的出光面设置为较远光灯板的出光面向下倾斜1°～20°为宜。

Claims (3)

1.一种汽车LED前照灯，所述前照灯包括近光灯板、远光灯板、后壳和灯片；所述近光灯板和远光灯板安装在灯壳内，灯片罩于近光灯板和远光灯板的出光面前方；其特征在于：

所述近光灯板和远光灯板在灯壳中一上一下或一左一右布置安装，两者相互紧邻、相互连接或为一整体；

所述近光灯板至少由两个发光单元安装在一个灯架上构成，其中发光单元中至少有两个近光发光单元；

所述远光灯板至少也由两个发光单元安装在一个灯架上构成，其中发光单元中至少有一个为远光发光单元；

所述近光发光单元和远光发光单元均是由透镜式灯杯、LED灯珠和电路板组成，所述电路板为所有或部分发光单元共用；

所述透镜式灯杯是采用光学材料注塑成型的实心体，所述灯杯的侧表面是由抛物线沿灯杯轴向回转而形成的抛物反射面，或是由一段圆弧线沿灯杯轴向回转而形成的球型反射面；

在所述透镜式灯杯的杯座中心留有LED灯珠安装孔，在LED灯珠安装孔的孔顶为双面凸透镜或单面凸透镜结构；

所述抛物反射面或球型反射面的焦点与双面凸透镜或单面凸透镜的焦点重合；

所述LED灯珠安装在电路板上，并插入透镜式灯杯的杯座的LED灯珠安装孔中，并使灯杯的抛物反射面或球型反射面与双面凸透镜或单面凸透镜的重合焦点落于LED灯珠出射光的实焦点与虚焦点之间，或者落于所述实焦点上，或者落于所述虚焦点上；所述LED灯珠出射光的实焦点即为LED灯珠的发光芯片位置；所述透镜式灯杯通过杯座固定在电路板上；

所述近光发光单元的灯杯的杯顶分布至少一条竖直排列的柱面，或者杯顶中心下凹致形成双面凸透镜的一面，杯顶的其余部分为至少一条竖直排列的柱面；

所述远光发光单元的灯杯的杯顶为一整平面，或者其杯顶中心下凹致形成双面凸透镜的一面，杯顶的其余部分为平面。

2.根据权利要求1所述的汽车LED前照灯，其特征在于，所述近光灯板上的近光发光单元按照其杯顶的柱面竖直排列的方式布置，或按一个或一部分近光发光单元的杯顶的柱面竖直排列，而其余的近光发光单元的杯顶的柱面由竖直方向向顺时针方向旋转1°～22°排列的方式布置。

3.根据权利要求1或2所述的汽车LED前照灯，其特征在于，当所述近光灯板在上方远光灯板在下方时，所述近光灯板与远光灯板的出光面夹角保持在161°～180°；当远光灯板在上而近光灯板在下时，两灯板的出光面夹角保持在181°～200°；当两灯板为一左一右布置时，所述近光灯板的出光面较远光灯板的出光面向下倾斜1°～20°。

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