将LED完善地应用在汽车头灯上设计方案

来源:元器件交易网 作者:—— 时间:2011-12-12 15:02

       汽车上的灯光系统不但让驾驶者能实际了解汽车的状况,更提供了安全驾驶过程中,所必须兼具的条件。而新一代的光源-LED,这对许多消费者来说一点也不陌生,甚至已进一步扩大应用于汽车上,并根据各个应用面对于效能的不同需求,选择适宜的LED产品。基本上,由于LED与传统的光源除了在外型上的差异之外,光形与效能输出也有很大的差异,因此,要将LED完善地应用在汽车头灯上,包括光学设计与散热设计等,将与传统汽车灯具的设计概念有所不同。一旦汽车能与LED成功地进行整合,并克服技术门坎之际,将可为汽车设计开创出崭新的设计原理。

  汽车上的灯光控制系统

  从周遭的汽车上,可以看到LED已经广泛地应用到汽车上,包括:转向指示灯源、显示或者是车内相关照明,如汽车显示仪表板、车顶照明灯,到车外的尾灯、前后指示灯、倒车灯、第三刹车灯等,或多或少都能见到LED在汽车灯源的相关应用。从系统的角度来说,汽车上的灯光控制是汽车主体控制架构中的一个子系统,主要包括:车门控制与仪表板显示系统,而基本架构则是收集车上各个开关的状态量,并进一步视其状态来对车上灯源进行驱动,并负载所需动作的电能。

  由此可见,汽车主体控制系统控制必须是依照不同功率需求的灯源进行设计。换个角度,从LED在汽车上的应用来看,虽然LED在第三刹车灯的应用,到汽车尾灯、转向灯到刹车灯,甚是在几年前已将LED光源设置在车内作为照明之用,一步步开创了LED作为车内外照明之用的想象空间。

  不同的应用需求下 必须有不同的LED封装技术

  不同的LED组件有着不同的应用途径及环境范围,因此封装方式也有其差异,倘若LED的芯片及封装技术能够进一步提升,产品亮度更可提高一倍。当随着应用层次的不同,汽车中心厂必须要选择不同LED光源与封装技术,才能面对车上各个不同的环境要求。一般来说,LED在汽车工业方面的应用,乃是根据亮度的差异,将其简单归类为,指示灯号用、投射光源用与照明光源等三种不同类型的需求列示如下:

  o指示灯号的应用-由于此范围所使用的LED光源流明值需求不高,其消耗功率也较低(约为70~200mW),所生成的热源对封装体的影响较小,所以许多厂商在设计封装时,往往会忽视掉热源可能会导致的后果,因此,大部分是采用树脂类的材料直接将LED整个包覆起来,再进行封装的动作,也因为树脂类的材料对于热的传导系数较低(W/mK),容易产生散热不佳的情况,使得LED组件与散热系统之间的接口热阻系数,会因此而提高。

  o车内照明光源应用-除了上述所应用车内指示灯源之外,还可用于亮度要求较高的车内照明、雾灯与前后方向指示灯。因为亮度需求提高,其封装功率也必须相对提升。不过,如此一来,LED很容易就会因为功率增加而影响到色彩衰减问题,因而不得不将散热问题纳入考虑的重点。在封装设计上,除了可以使用树脂类的材料封装外,还可以设计一金属块能在第一时间便将LED所产生的热源导出,以便维持LED的发光效率与热阻问题。

  o汽车投射灯源应用-这是目前在LED在汽车应用上封装亮度要求最高的一样,以前照明系统为主,包含了雾灯、近灯、远灯,单个体的封装必须达到4W以上,而热阻则必须小于5K/W,才能在高温的环境下,正常维持LED主体的散热能力,保持LED光源的输出效率在规定范围内。

  不同的应用层面 对于亮度需求也有所不同

  基本上,以流明亮度的需求来看,一般在汽车内部所使用的照明设备大约需要80流明的亮度,大多采用表面黏着型(Surface Mount Technology;SMT)的封装方式,单体封装约为2流明输出之多,其发光效率则可以达到15~20lm/W之间。其次,车用的第三刹车光源则约略需要30流明的亮度,一般采用直径5mm的炮弹型(Lamp)封装技术,藉以加强设计光照角度及强度,再透过树脂透镜安装在发光组件上,而达到对光的调节,其单体封装亮度约4流明,发光效率则可达20~40lm/W。至于,汽车尾灯对于亮度的要求,约在300~500流明之间,一般采用1W的SMT封装技术,单体封装亮度约10~20流明,效率可达15~40lm/W。

  以上是安装在汽车上实际作为车体的光源量测数据,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2,000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100~200流明,效率预期提高至50~100lm/W,目前使用于车上的灯源可区分为白炽灯泡、卤素灯泡、气体放电式灯泡与LED光源。

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