LED汽車頭燈的設(shè)計要點

ＬＥＤ在頭燈的設(shè)計
開始著手設(shè)計頭燈之前，應(yīng)先考慮法規(guī)上的相關(guān)規(guī)定，包括光型亮度，環(huán)境測試，亮度衰減等需求，進一步考慮相關(guān)光學(xué)設(shè)計，機構(gòu)設(shè)計，耐熱設(shè)計與電控設(shè)計等細節(jié)，對于ＬＥＤ而言，光學(xué)設(shè)計的考慮除了反射罩設(shè)計之外，尚需考慮ＬＥＤ本身的出光光型，不同的封裝型態(tài)將產(chǎn)生不同的光型輸出，進一步將影響反射罩或成像透競的要求，與傳統(tǒng)頭燈設(shè)計需考慮不同燈泡（Ｈ１、Ｈ４、Ｈ７、Ｈ１１等）類似。在傳統(tǒng)的頭燈設(shè)計上，燈泡本身的光子釋放來自加熱鎢燈絲，不會因自身發(fā)出的熱或來自引擎室的高溫而影響亮度輸出，散熱重點落在整個頭燈腔體的均溫設(shè)計而非燈泡的散熱，但在頭燈材料的選擇上則需考慮是否可承受來自燈泡的高溫（頭燈腔體約承受１００℃的溫度，霧燈腔內(nèi)溫度可高至３００℃），所以在此選用的材料一般都以耐熱材為主；然而對于ＬＥＤ而言，其光子釋放來自于ＰＮ接口的能階跳動，與溫度呈現(xiàn)負相關(guān)，溫度越高則光源輸出越弱，因此散熱成為ＬＥＤ作為光源設(shè)計的重要課題。

光學(xué)設(shè)計時先考慮法規(guī)需求，討論視角與強度關(guān)系，以近燈為例須針對其特殊的１５度揚角設(shè)計，如圖５所示。在傳統(tǒng)的燈具設(shè)計上由先期的利用反射罩配合透鏡刻紋作角度與強度的控制，演變成為利用反射罩直接控制強度角度，也發(fā)展出利用成像方式的魚眼透鏡設(shè)計法。不論何種的設(shè)計方式都須先考慮選用光源的特性，特別是角度與強度的光型輸出（Ｂｅａｍ?。穑幔簦簦澹颍睿瑢鹘y(tǒng)的光源而言，大多為柱狀光源，可產(chǎn)生類似蝴蝶外型的光型輸出，進而發(fā)展出來與之搭配的透鏡、反射罩、擋板、透鏡等光學(xué)組件。而利用ＬＥＤ作為光源設(shè)計燈具時，需重新考慮其光學(xué)特性由傳統(tǒng)的柱狀光源變?yōu)槠矫婀庠矗ú煌姆庋b設(shè)計有不同的光型輸出），進而搭配外部的光學(xué)組件而產(chǎn)生不同組合以應(yīng)用于不同產(chǎn)品，依照德國車燈大廠ＨＥＬＬＡ的設(shè)計分類，可將光源分為八大類，如圖６　所示。ＬＥＤ目前的單位面積發(fā)光量尚不及鹵素?zé)襞菖c放電式燈泡，想得到相同的流明輸出，ＬＥＤ需要較大的封裝面積。隨著光源輸出面積的增加，光學(xué)設(shè)計的難度也隨之提升，所以在現(xiàn)有的概念車上，都以模塊化光學(xué)設(shè)計取代既有的單一燈室設(shè)計，利用多組燈源達到傳統(tǒng)燈具的照明水平，除了降低光學(xué)設(shè)計的難度，也增加車體造型的設(shè)計感。

散熱設(shè)計是ＬＥＤ光源區(qū)別于傳統(tǒng)光源的課題之一。傳統(tǒng)燈具產(chǎn)生的熱遠高于ＬＥＤ，但傳統(tǒng)燈具不會因為高溫而降低其光源輸出能力，但ＬＥＤ的光輸出卻會隨著本身接口（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ，　ＰＮ接口）溫度的升高而下降，如圖８所示。而其產(chǎn)生的熱如何散除到外界環(huán)境與其封裝結(jié)構(gòu)材料息息相關(guān)，牽涉到使用的散熱材料與相關(guān)外型，關(guān)系如圖９所示，其中熱阻的概念，代表輸入Ｗ功率時，需要提高多少Ｋ溫度才足以散熱。以現(xiàn)有的封裝技術(shù)最高可允許ＬＥＤ操作在１８５℃（Ｌｕｍｉｌｅｄ?。耍玻话阋驗榉庋b膠材的關(guān)系，可允許的操作溫度約在１２５℃，除了考慮光源輸出效率之外，亦考慮封裝膠材的變質(zhì)（樹脂類材料在高溫有老化現(xiàn)象）。

引擎室的溫度在燈具附近最高可到８５℃，配合Ｌｕｍｉｌｅｄ　Ｋ２可有１００℃的散熱空間，但若配合一般的ＬＥＤ則只有４０℃的散熱空間，觀察相關(guān)熱阻，Ｒ＿Ｊｕｎｃｔｉｏｎ－Ｓｌｕｇ、Ｒ＿Ｓｌｕｇ－Ｂｏａｒｄ都決定于封裝體，對設(shè)計者而言只能針對Ｒ＿Ｂｏａｒｄ－Ａｍｂｉｅｎｔ努力，其中包括如何將封裝體固定于散熱基板上（接著質(zhì)量）、散熱結(jié)構(gòu)