專(zhuān)利名稱(chēng)：一種反射式led燈及使用該led燈的汽車(chē)前照燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種反射式LED燈及使用該反 射式LED燈的汽車(chē)前照燈。
背景技術(shù)：
目前汽車(chē)前照燈的光源多使用囟素?zé)襞?，如H4燈泡。卣素?zé)舻陌l(fā)光 體積大，壽命短，光能利用率低，發(fā)光體也不是嚴(yán)格的朗伯體分布，給設(shè) 計(jì)帶來(lái)一定的誤差，前照燈的設(shè)計(jì)精度難以保證。發(fā)光二極管LED作為 新型光源，具有發(fā)光效率高，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高等特點(diǎn)，目前已廣泛 應(yīng)用于組合儀表照明、閱讀燈等車(chē)輛內(nèi)照明和剎車(chē)燈、方向燈等車(chē)輛外部 照明中，隨著LED技術(shù)的不斷成熟和成本的降低，用LED作為汽車(chē)前照 燈已經(jīng)成為可能，因此LED也被稱(chēng)為第四代車(chē)燈光源。
傳統(tǒng)光源的汽車(chē)前燈有兩種主流的設(shè)計(jì)方式反射式前燈(FFR)和 投射式前燈(PS)。投射式前燈主要由光源、橢球反射器、擋板和非球面 透鏡組成。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，明暗截止線清晰，缺點(diǎn)是光能利用率低， 有色差。反射式前燈由光源加與反射器(拋物反射鏡、多重反射鏡或自由 曲面反射鏡)配光鏡構(gòu)成，如反射器的反射面為多重反射鏡或自由曲面反 射鏡能獨(dú)立完成配光的任務(wù)，不需配光鏡。它具有無(wú)色差、光能利用率高、 車(chē)燈高度低和空氣動(dòng)力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)。反射式車(chē)燈的光能利用率主要由 反射器的反射率和收光率組成， 一般反射器的口徑越大，能量利用率就越 大?，F(xiàn)代汽車(chē)前部低而呈流線型，因而留給汽車(chē)前照燈的口徑越來(lái)越小， 迫切需要研究在車(chē)燈口徑大小一定時(shí)，如何取得最大的光能利用率。
有別于傳統(tǒng)光源的全角度發(fā)光，LED光源的光線向半球的方向發(fā)射， 這使LED前照燈的光學(xué)系統(tǒng)與常規(guī)的前照燈系統(tǒng)不同，需要對(duì)傳統(tǒng)的前燈系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)才能符合相關(guān)法規(guī)。全球首款LED汽車(chē)前照燈采 用的是投射式設(shè)計(jì)方法，反射式作為另 一種設(shè)計(jì)方法也得到了進(jìn)一步的研 究。LED光源因方向性較強(qiáng)，尺寸較小，可近似為點(diǎn)光源，利用復(fù)雜面型 實(shí)現(xiàn)配光要求的自由曲面反射器的優(yōu)勢(shì)無(wú)從體現(xiàn)，因此目前反射式LED 前燈模塊的反射器多采用拋物反射鏡，它由半球拋物反射器加柱面配光鏡 構(gòu)成。
使用LED光源設(shè)計(jì)前燈時(shí)，存在的主要問(wèn)題是單顆LED的光通量小， 亮度不高,通常采用多顆LED光源，每個(gè)LED都有自己獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng)， 由此帶來(lái)LED前燈尺寸較大的問(wèn)題。如何滿(mǎn)足近光燈的不對(duì)稱(chēng)光強(qiáng)分布 要求，提高LED前照燈模塊的亮度和光能利用率，減小整燈機(jī)械結(jié)構(gòu)尺 寸，是LED汽車(chē)前照燈光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光能利用率高的反射式LED燈。 一種反射式LED燈，包括由底座及位于底座上方的反光杯圍成的帶 燈口的殼體、位于底座上的LED光源，反光杯將LED光源的光線反射出 燈口形成照明光線，其特征在于，所述的反光杯的反光面由中部的拋物柱 面以及位于拋物柱面兩側(cè)的拋物面構(gòu)成，在LED光源與燈口之間設(shè)有朝 向LED光源的反射鏡，反射鏡將入射的LED光源的光線反射至反光杯的 反光面，再被反光面反射出燈口。
側(cè)的拋物面構(gòu)成。所述的拋物柱面鏡使LED光源直接射向反射杯的光或 者經(jīng)反射鏡反射到反射杯的光達(dá)到更好的能量分布，使得水平方向和垂直 方向都滿(mǎn)足近光燈的國(guó)標(biāo)，并且比加柱面透鏡擴(kuò)光更適合現(xiàn)代汽車(chē)前部低 而呈流線型分布的特點(diǎn)；所述的兩側(cè)拋物面主要是收集LED光源的能量 反射到前方；所述的反射杯主要是依據(jù)非成像光學(xué)中的光學(xué)擴(kuò)展量理論和 幾何收光率的定義來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的。
所述的反射鏡的形狀至少將LED光源的未經(jīng)反光杯的反光面反射而直接射向燈口的光線阻擋并反射至反光杯的反光面。當(dāng)然反射鏡可以選擇
平面、柱面、^i面或者雙曲面。鑒于加工的方i"更，平面反射#;為優(yōu)選。
考慮到加工方便，平面反射鏡一般為矩形，其寬度及高度可以根據(jù) LED光源光線的發(fā)射角度與燈口的大小換算而得，至少要避免LED光源 光線直接從燈口射出，LED光源光線直接從燈口射出或造成眩光，不利于 光能的集中利用。但是，所述的反射鏡不一定為平面鏡，可以選擇柱面、 球面、雙曲面等同樣可以實(shí)現(xiàn)平面反射鏡的功能。當(dāng)然，作為優(yōu)選平面反 射鏡邊緣恰好與LED光源射向燈口邊緣的光線相切，既可以避免眩光使 光能的集中利用，也可以避免過(guò)多的將LED光源的光線反射，造成光能 的損失,，
所述的LED光源由至少兩個(gè)發(fā)光部位豎直朝上的發(fā)光二極管構(gòu)成， 所有的發(fā)光二極管分為兩組，兩組分別布置成與平面反射鏡距離較近的前 排發(fā)光二極管和與平面反射鏡距離較遠(yuǎn)的后排發(fā)光二極管。
前排發(fā)光二極管與后排發(fā)光二極管分別啟動(dòng)時(shí)，反射式LED燈的照 明光線的角度會(huì)發(fā)生改變。作為優(yōu)選，前排發(fā)光二極管和后排發(fā)光二極管 之間彼此錯(cuò)位分布，這樣可以避免前后兩排發(fā)光二極管相互阻擋。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選所述的LED光源由4個(gè)發(fā)光部位豎直朝上的發(fā)光 二極管構(gòu)成，四個(gè)發(fā)光二極管兩兩一組布置成與平面反射鏡距離較近的前 排發(fā)光二極管和與平面反射鏡距離較遠(yuǎn)的后排發(fā)光二極管。
為了實(shí)現(xiàn)錯(cuò)位分布，后排的兩個(gè)發(fā)光二極管之間的距離大于前排的兩 個(gè)發(fā)光二極管之間的距離，且分列在前排的兩個(gè)發(fā)光二極管的兩側(cè)。
當(dāng)然所述的LED光源中發(fā)光二極管數(shù)目并非嚴(yán)格要求4個(gè)，可以是1 個(gè)或多個(gè)，同時(shí)所述的LED光源的排放方式也并不一定是如上所述的前 后兩排錯(cuò)開(kāi)放置，可以選擇直線狀，弧線狀等方式放置，當(dāng)然所選的LED 放置方式要能夠使LED光源的光線全部經(jīng)過(guò)反射鏡和反光杯，然后出射 到3各面以避免眩光。
本發(fā)明還提供了一種汽車(chē)前照燈，包括照明組件，所述的照明組件由 若干個(gè)本發(fā)明所述的反射式LED燈構(gòu)成。除了照明組件以外，其固定裝置、驅(qū)動(dòng)電路等部分均可以采用現(xiàn)有技術(shù)。
作為優(yōu)選，所述的照明組件由四個(gè)所述的反射式LED燈構(gòu)成，其中 一個(gè)反射式LED燈繞與其余三個(gè)反射式LED燈之間有15°傾角。
當(dāng)然也可以根據(jù)亮度需要，改變反射式LED燈的數(shù)量(至少兩個(gè))， 但一般要保證其中至少一個(gè)反射式LED燈繞與其余反射式LED燈之間有 一定的傾角。
所述的傾角為15°是為了保證最后的近光燈光型右邊向上15°方向 上具有明顯的明暗截止線，同時(shí)能夠優(yōu)化目前前照燈復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，為以后 車(chē)燈的散熱和驅(qū)動(dòng)留下足夠的空間。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的四個(gè)反射式LED燈為上下兩層布置，下 層兩個(gè)反射式LED燈與上層的其中一個(gè)反射式LED燈均平行分布，上層 的另 一個(gè)反射式LED燈水平翻轉(zhuǎn)15° ,與其余三個(gè)反射式LED燈之間形 成所述的15°的傾角。
作為另一種優(yōu)選方式，所述的四個(gè)反射式LED燈沿水平方向直線分 布，其中處于端頭位置的反射式LED燈水平翻轉(zhuǎn)15° ,與其余三個(gè)反射 式LED燈之間形成所述的15°的傾角。
端頭位置的反射式LED燈可以是某一端的一個(gè)，也可以是兩端的兩個(gè)。
汽車(chē)前照燈中的反射式LED燈的發(fā)光二極管全部發(fā)光則為遠(yuǎn)光，當(dāng) 所有后排(遠(yuǎn)離平面反射鏡的發(fā)光二極管)的發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)為近光， 因此通過(guò)控制電路切換汽車(chē)前照燈的遠(yuǎn)光和近光。
本發(fā)明汽車(chē)前照燈避免了用擋光板和配光鏡進(jìn)行調(diào)整光型，直接通過(guò) 反射器來(lái)調(diào)整光型，點(diǎn)亮不同位置的發(fā)光二極管能方便切換近光和遠(yuǎn)光； LED光源發(fā)出的光能量全部由平面反射鏡和反光杯反射出，并進(jìn)一步投向 前方道路，提高了光能利用率。因此當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于車(chē)燈設(shè)計(jì)制作時(shí)，即 能通過(guò)反射器的設(shè)計(jì)，令出光光型滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定，而免除其它光型修正輔 助結(jié)構(gòu)，有助于簡(jiǎn)化整體車(chē)燈結(jié)構(gòu)及制作成本。
7本發(fā)明反射式LED燈依據(jù)非成像光學(xué)理論，采用拋物面反射器加平 面反射鏡、多顆LED共用一個(gè)反射杯，實(shí)現(xiàn)了反射杯單位口徑LED光能 利用率的最大化，既提高了整燈的亮度又減小了結(jié)構(gòu)尺寸。本發(fā)明汽車(chē)前 照燈能使遠(yuǎn)光和近光方便的切換，同時(shí)又符合汽車(chē)前照燈國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的配光要求。


圖1為本發(fā)明反射式LED燈俯視時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖中A-A剖^L圖3為圖1中去除反光杯后的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明反射式LED燈正面的結(jié)構(gòu)示意圖5為采用本發(fā)明反射式LED燈的汽車(chē)前照燈中照明組件的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)附圖1~4,本發(fā)明反射式LED燈，由底座4及位于底座4上方 的反光杯l圍成的帶燈口 7的殼體，底座4上帶有LED光源，在LED光 源與燈口 7之間設(shè)有朝向LED光源的平面的反射鏡5。
LED光源由4個(gè)發(fā)光部位豎直朝上的發(fā)光二極管6a、發(fā)光二極管6b、 發(fā)光二極管6c、發(fā)光二極管6d構(gòu)成，四個(gè)發(fā)光二極管兩兩一組布置成與 平面的反射鏡5距離較近的前排發(fā)光二極管(發(fā)光二極管6b、發(fā)光二極管 6d)和與平面的反射鏡5距離較遠(yuǎn)的后排發(fā)光二極管(發(fā)光二極管6a、發(fā) 光二極管6c )。
為了實(shí)現(xiàn)錯(cuò)位分布，后排的發(fā)光二極管6a、發(fā)光二極管6c之間的距 離大于前排的發(fā)光二極管6b、發(fā)光二極管6d之間的距離，且分列在前排 的發(fā)光二極管6b、發(fā)光二極管6d的兩側(cè)。
反光杯1的反光面由中部的拋物柱面2以及位于拋物柱面兩側(cè)的拋物 面3a、拋物面3b構(gòu)成，LED光源發(fā)出的一部分光線直接入射到反光面被 反射后射出燈口 7,另一部分光線入射到平面的反射鏡5,被平面的反射鏡5反射至反光杯1的反光面，再被反光面反射出燈口 7。
本實(shí)施例中平面的反射鏡5為矩形，其邊緣恰好與LED光源射向燈
口7邊緣的光線相切，既可以避免眩光使光能的集中利用，也可以避免過(guò)
多的將LED光源的光線反射，造成光能的損失。
另外底座4下面設(shè)置散熱器(圖中未表示)用于增加散熱效率。 參見(jiàn)圖5，本發(fā)明汽車(chē)前照燈的照明組件包括四個(gè)圖1 ~4中的結(jié)構(gòu)的
反射式LED燈，反射式LED燈中反射杯尺寸為70mm X 35mm X 25mm,
反射面為焦距10mm的鏡及其兩側(cè)的焦距10mm的拋物面。
反射式LED燈，內(nèi)置光通量70 1001m、發(fā)光面尺寸ImmX 1mm的
發(fā)光二極管4顆，平面反射《竟尺寸2mmX 16mmX0.5mm。
四個(gè)反射式LED燈為上下兩層布置，下層兩個(gè)反射式LED燈與上層
的其中一個(gè)反射式LED燈均平行分布，上層的另 一個(gè)反射式LED燈8與
其余三個(gè)反射式LED燈之間形成15°傾角6 。
汽車(chē)前照燈中四個(gè)反射式LED燈共16個(gè)lw的SMD發(fā)光二極管，16
顆發(fā)光二極管全部發(fā)光則為遠(yuǎn)光，當(dāng)所有后排(遠(yuǎn)離平面反射鏡的發(fā)光二
極管共8個(gè))的發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)為近光，因此通過(guò)控制電路切換汽車(chē)前
照燈的遠(yuǎn)光和近光。
性能測(cè)試
根據(jù)本發(fā)明汽車(chē)前照燈具體結(jié)構(gòu)，利用TracePro進(jìn)行仿真計(jì)算，假設(shè) 平面反射鏡反射率為1,當(dāng)單顆發(fā)光二極管的光通量為701m時(shí)，模擬測(cè) 試屏的近遠(yuǎn)光比較結(jié)果可以看到落在觀測(cè)屏上的遠(yuǎn)近光光通量分別為 1061.2 lm和544.61m，對(duì)應(yīng)的光能利用率分別為94.7%和97.2%,如取平 面反射鏡反射率0.95，光能利用率也大于卯％。
權(quán)利要求
1、一種反射式LED燈，包括由底座(4)及位于底座(4)上方的反光杯(1)圍成的帶燈口(7)的殼體、位于底座(4)上的LED光源，反光杯(1)將LED光源的光線反射出燈口(7)形成照明光線，其特征在于，所述的反光杯(1)的反光面由中部的拋物柱面(2)以及位于拋物柱面兩側(cè)的拋物面(3a、3b)構(gòu)成，在LED光源與燈口(7)之間設(shè)有朝向LED光源的反射鏡(5)，反射鏡(5)將入射的LED光源的光線反射至反光杯(1)的反光面，再被反光面反射出燈口(7)。
2、 如權(quán)利要求1所述的反射式LED燈，其特征在于，所述的反射鏡 (5)的形狀至少將LED光源的未經(jīng)反光杯(1)的反光面反射而直接射向燈口 (7)的光線阻擋并反射至反光杯(1)的反光面。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的反射式LED燈，其特征在于，所述的反 射鏡(5)形狀為平面、柱面、球面和雙曲面。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的反射式LED燈，其特征在于，所述的 LED光源由至少兩個(gè)發(fā)光部位豎直朝上的發(fā)光二極管構(gòu)成，所有的發(fā)光二 極管分為兩組，分別布置成與反射鏡(5)距離較近的前排發(fā)光二極管和 與反射鏡(5)距離較遠(yuǎn)的后排發(fā)光二極管，前排發(fā)光二極管和后排發(fā)光 二極管之間彼此4普位分布。
5、 如權(quán)利要求4所述的反射式LED燈，其特征在于，所述的LED 光源由四個(gè)發(fā)光部位豎直朝上的發(fā)光二極管(6a、 6b、 6c、 6d)構(gòu)成，4 個(gè)發(fā)光二極管兩兩一組布置成與反射鏡(5)距離較近的前排發(fā)光二極管(6b、 6d)和與反射鏡(5)距離較遠(yuǎn)的后排發(fā)光二極管(6a、 6c)。
6、 如權(quán)利要求5所述的反射式LED燈，其特征在于，后排的兩個(gè)發(fā) 光二極管(6a、 6c)之間的距離大于前排的兩個(gè)發(fā)光二極管(6b、 6d)之 間的距離，且分列在前排的兩個(gè)發(fā)光二極管(6b、 6d)的兩側(cè)。
7、 一種汽車(chē)前照燈，包括照明組件，其特征在于，所述的照明組件 由若干個(gè)權(quán)利要求1 ~ 6任一項(xiàng)所述的反射式LED燈構(gòu)成。
8、 如權(quán)利要求7所述的汽車(chē)前照燈，其特征在于，所述的照明組件 由至少兩個(gè)所述的反射式LED燈構(gòu)成，其中至少一個(gè)反射式LED燈繞與 其余反射式LED燈之間有15°的傾角。
9、 如權(quán)利要求8所述的汽車(chē)前照燈，其特征在于，所述的四個(gè)反射 式LED燈為上下兩層布置，下層兩個(gè)反射式LED燈與上層的其中一個(gè)反 射式LED燈均平行分布，上層的另一個(gè)反射式LED燈水平翻轉(zhuǎn)15° ,與 其余三個(gè)反射式LED燈之間形成所述的15°的傾角。
10、 如權(quán)利要求7所述的汽車(chē)前照燈，其特征在于，所述的四個(gè)反射 式LED燈沿水平方向直線分布，其中處于端頭位置的反射式LED燈水平 翻轉(zhuǎn)15° ，與其余三個(gè)反射式LED燈之間形成所述的15°的傾角。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種反射式LED燈及采用反射式LED燈的汽車(chē)前照燈，反射式LED燈，包括由底座及位于底座上方的反光杯圍成的帶燈口的殼體、位于底座上的LED光源，反光杯將LED光源的光線反射出燈口形成照明光線，反光杯的反光面由中部的拋物柱面以及位于拋物柱面兩側(cè)的拋物面構(gòu)成，在LED光源與燈口之間設(shè)有朝向LED光源的反射鏡，平面反射鏡將入射的LED光源的光線反射至反光杯的反光面，再被反光面反射出燈口。本發(fā)明反射式LED燈依據(jù)非成像光學(xué)理論，采用拋物面反射器加平面反射器、多顆LED共用一個(gè)反射杯，實(shí)現(xiàn)了反射杯單位口徑LED光能利用率的最大化，既提高了整燈的亮度又減小了結(jié)構(gòu)尺寸。
文檔編號(hào)F21V7/10GK101586761SQ20091009955
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者余桂英, 朱旭平, 蔣賢滿(mǎn), 驥 金 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院