发光二极管车头灯的制作方法
【专利摘要】一种发光二极管车头灯，包含透镜、散热座、发光二极管模块以及遮光板。散热座位于透镜的光轴上，发光二极管模块位于透镜的光轴的方向上且设置于散热座上。发光二极管模块与透镜的距离大于透镜的焦点与透镜本身的距离。遮光板位于透镜的焦平面上，且遮光板选择性地遮挡部分的发光二极管模块的光线，其中发光二极管模块具有发光面，发光面上某两点之间具有一最大距离。此最大距离与透镜的焦距实质上满足：0.0351FL≦L≦0.7279FL，其中FL为透镜的焦距，L为最大距离。发光二极管车头灯通过上述设计使其能量消耗较低，且更进一步缩小车头灯的体积。
【专利说明】
发光二极管车头灯
技术领域
[0001] 本发明是有关于一种发光二极管车头灯。
【背景技术】
[0002] 目前，在机车或汽车的车头灯中，仍以传统的卤素灯泡（Halogen lamp)作为发光 源。卤素灯泡发光时，光型可向四面八方发散。因此，在设计机车或汽车的车头灯时，必须 在车头灯内部设置椭圆反射杯。椭圆反射杯具有一个前焦点以及一个后焦点。卤素灯泡可 设置在前焦点上，并通过椭圆反射杯将卤素灯泡的光线聚集到后焦点。接着，聚集到后焦点 的光线可通过透镜投射出去，以达到照明的目的。
[0003] 然而，卤素灯泡使用寿命短且发光效率低，且卤素灯泡大部分的能量转化为热 能，导致车头灯内部温度过高。此外，因为车头灯内部反射杯的存在，使得车头灯的体积 无法小型化。因此，随着其他发光技术的发展，例如高强度气体放电（High-Intensity Discharge, HID)灯泡以及发光二极管（Light Emitting Diode, LED)灯泡等，已逐渐取代齒 素灯泡，应用在车头灯中。又LED灯泡相较于HID灯泡而言，LED灯泡更为省电且驱动电压 低、反应速度快、制造成本低。因此，利用LED取代传统的卤素灯泡，已逐渐成为市场发展的 趋势。
【发明内容】
[0004] 本发明的一目的是在提供一种发光二极管车头灯。
[0005] 根据本发明一或多个实施例，发光二极管车头灯包含透镜、散热座、至少一发光二 极管模块以及遮光板。透镜具有焦距以及焦平面，其中焦平面通过透镜的焦点并垂直于透 镜的光轴。散热座位于光轴的方向上且散热座与透镜间的距离大于焦点与透镜间的距离。 发光二极管模块位于光轴的方向上且设置于散热座上，且发光二极管模块与透镜间的距离 大于焦点与透镜间的距离。遮光板位于焦平面上，且遮光板选择性地遮挡部分的发光二极 管模块的光线，其中发光二极管模块具有发光面，发光面上的某两点间具有一最大距离。此 最大距离与透镜的焦距实质上满足：〇. 0351^= L = 0. 7279F ^其中^为透镜的焦距，L为 最大距离。
[0006] 根据本发明一或多个实施例，上述发光二极管模块的发光全角的出射光通过焦平 面的交点，与透镜的物主平面与光轴的交点连成一假想线。此假想线与光轴间具有半交错 角。此半交错角、透镜的焦距、最大距离、焦平面与发光二极管模块之间的距离以及发光二 极管模块的发光半角实质上满足：2匕tan0 =L+2dtan0p其中0为半交错角、0J%发光 二极管模块的发光半角、d为焦平面与发光二极管模块之间的距离。
[0007] 根据本发明一或多个实施例，上述焦平面与发光二极管模块之间的距离小于或等 于五分之一透镜的焦距。
[0008] 根据本发明一或多个实施例，上述焦平面与发光二极管模块之间的距离满足：（2F Jan9-L)/2tan65。兰 d 兰（2&tan9-L)/2tan55。。
[0009] 根据本发明一或多个实施例，上述发光二极管模块的发光半角介于约55度至约 65度之间。
[0010] 根据本发明一或多个实施例，上述半交错角约为20度。
[0011] 根据本发明一或多个实施例，上述透镜的焦距范围介于约44. 5毫米与约57. 5毫 米之间。
[0012] 根据本发明一或多个实施例，上述透镜的数值孔径（Numerical Aperture, NA)介 于约0. 5至约0. 55之间。
[0013] 根据本发明一或多个实施例，其中沿着透镜的光轴的方向，上述发光二极管模块 的光线经由透镜投射出去并照射至一投影面后，透镜的光轴与投影面的相交处的光强度小 于或等于1700烛光。
[0014] 根据本发明一或多个实施例，其中沿着透镜的光轴的方向，发光二极管模块的光 线经由透镜投射出去并照射至一投影面后，透镜的光轴与投影面的相交处的光强度大于或 等于5100烛光。
[0015] 根据本发明一或多个实施例，在上述投影面上，发光二极管模块经由透镜投射的 光线具有截止线。截止线与水平线之间具有倾斜角，此倾斜角为15度。
[0016] 根据本发明一或多个实施例，发光二极管车头灯包含透镜、散热座、至少一发光二 极管模块以及遮光板。透镜具有焦距以及焦平面，其中焦平面通过透镜的焦点并垂直于透 镜的光轴。散热座位于光轴的方向上且散热座与透镜间的距离大于焦点与透镜的距离。发 光二极管模块位于光轴的方向上且设置于散热座上，且发光二极管模块与透镜间的距离大 于焦点与透镜间的距离。遮光板位于焦平面上，且遮光板选择性地遮挡部分的发光二极管 模块的光线。发光二极管模块的发光全角的出射光通过焦平面的交点，且与透镜的物主平 面与光轴的交点连成一假想线，此假想线与光轴间具有半交错角。焦平面与发光二极管模 块之间的距离满足：（2F Ltan 0 -L)/2tan65°兰d兰（2FLtan 0 -L)/2tan55°，其中FL为透镜 的焦距、0为半交错角、d为焦平面与发光二极管模块之间的距离，L为发光二极管模块的 发光面的某两点间的最大距离。
[0017] 综上所述，本发明一或多个实施例的发光二极管车头灯采用发光二极管模块作为 发光源，能量消耗较低。此外，发光二极管模块的发光面面向透镜，因此不需要通过反射杯 反射光线，可更进一步缩小发光二极管车头灯的体积。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明一实施例的发光二极管车头灯的立体图；
[0019] 图2为图1的侧视概略图；
[0020] 图3为本发明一实施例的发光二极管车头灯的零件位置关系图；
[0021] 图4为本发明一实施例的发光二极管车头灯的光型图；
[0022] 图5为本发明另一实施例的发光二极管车头灯的光型图。
【具体实施方式】
[0023] 以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节 将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就 是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一 些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
[0024] 关于本文中所使用的用词"实质上（substantially) "、"大约（around) "、"约 (about) "或"近乎（approximately) "应大体上意味在给定值或范围的百分之二十以内，较 佳是在百分之十以内，而更佳地则是百分之五以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆 视作为近似值，即如"实质上"、"大约"、"约"或"近乎"所表示的误差或范围。
[0025] 下述实施例是揭露一种发光二极管车头灯，由于发光二极管模块发出的光线可直 接朝向发光二极管车头灯的透镜发射，因此下述实施例中的发光二极管车头灯可以省去反 射杯的结构，使得整个发光二极管车头灯的体积缩小。
[0026] 图1为本发明一实施例的发光二极管车头灯100的立体图，图2为图1的侧视概 略图，其中图2是简单绘示图1的各个构件的外形，并未按照实际比例或形状绘示。如图所 示，发光二极管车头灯100包含至少一发光二极管模块110、散热座120、透镜130以及遮光 板140。透镜130具有光轴0A、焦距匕、焦点f、焦平面FP以及物主平面PP，其中焦距^为 透镜130的物主平面PP与透镜130的焦点f之间的距离，而焦平面FP是通过透镜130的 焦点f且垂直于透镜130的光轴0A。散热座120设置于光轴0A的方向上，并且散热座120 与透镜130之间的距离D Ht大于焦点f与透镜130之间的距离d'。发光二极管模块110设 置于光轴0A的方向上，且发光二极管模块110设置于散热座120上。发光二极管模块110 与透镜130之间的距离1^大于焦点f与透镜130之间的距离d'，且在本实施例中，若由垂 直散热座120的方向观之，发光二极管模块110具有发光面112。遮光板140位于焦平面 FP上，且遮光板140可选择性地遮挡住部分的发光二极管模块110的光线。当遮光板140 遮挡住发光二极管模块110的光线时，发光二极管车头灯100发出的光线照射至一投影面 (如地面）后可具有截止线。截止线为发光二极管车头灯100的光线照射出去后明处与暗 处的交界，可避免发光二极管车头灯100发出的光线对用路人造成眩光的危害。
[0027] 如此一来，由图1与图2的可知，发光二极管模块110由发光面112发出的光线因 为具有较为集中的特性，所以发光二极管模块110的发光面112可直接面对透镜130,而不 需要在发光二极管车头灯100内加装反射或聚集光线的零件（如反射杯）。因此，本实施例 的发光二极管车头灯100的体积可相应的减少，以符合未来市场的趋势。
[0028] 图3为本发明一实施例的发光二极管车头灯100的零件位置关系图，其中图3是 省略绘示图1与图2中的遮光板140。请一并参考图1至图3,发光二极管模块110的发光 面112上某两点间可具有最大距离L。在本实施例中，最大距离L可为发光二极管模块110 的发光面112上相对两端点之间的距离，并且最大距离L与透镜130的焦距实质上满足： 0. 0351^5 L 5 0. 7279F ^如此一来，发光二极管车头灯100发出的光线亮度才可符合法 规的要求，例如欧盟的欧洲经济委员会（Economic Commission for Europe, ECE)的法规规 范。
[0029] 举例而言，图4为本发明一实施例的发光二极管车头灯100的光型图。如图所示， 在本实施例中，发光二极管模块110的发光面112发出的光线经由透镜130投射出去，并经 过距离D PR而照射至投影面RP后，在投影面RP的光型S1可如图4所示，近似为一半圆形。 在具体应用时，若发光二极管模块110具有一圆形发光面，以33伏特、450毫安培点亮，并且 距离D PR为25米，则投影面RP上不同的测试点的光强度以及欧盟ECE对于机车的近光灯的 光强度规范可如"表格一"所示，其中测试点7大略为透镜130的光轴0A与投影面RP相交 处的位置。
[0030]表格一
[0032] 由"表格一"可知，本实施例的发光二极管车头灯100发出的光线照射至25米远 的投影面RP后，可符合欧盟ECE对于机车的近光灯的光强度规范。
[0033] 图5为本发明另一实施例的发光二极管车头灯100的光型图。如图所示，本实施 例与图4的实施例不同的地方在于，发光二极管模块110经由透镜130投射在投影面RP上 的光型S2具有截止线CL。截止线CL为发光二极管车头灯100的光线照射出去后明处与暗 处的交界，其可由遮光板140 (参考图1与图2)所形成。在图5的实施例中，投影面RP上 以水平线HL与垂直线VL划分为四个象限，截止线CL位于第一象限中，且截止线CL与水平 线HL之间可具有倾斜角0 i，可避免发光二极管车头灯100发出的光线对用路人造成眩光 等危害。在具体应用时，截止线CL与水平线HL之间的倾斜角可约为15度，但本发明 不以此为限。
[0034] 接着，请一并参考"表格二"以及图5。"表格二"为欧盟ECE在投影面RP上不同 的测试点中，对于汽车的近光灯的光强度规范，以及本案的发光二极管车头灯100在各个 测试点的光强度的测试结果。在"表格二"中，本实施例的发光二极管车头灯100以35伏 特、1安培点亮，并且投影面RP与透镜130之间的距离DPR为25米，其中测试点50V大略为 透镜的光轴与投影面的相交处的位置。
[0035]表格二
[0038] 由"表格二"可知，本实施例的发光二极管车头灯100发出的光线照射至25米远 的投影面RP后，可符合欧盟ECE对于汽车的近光灯的光强度规范。
[0039] 接着，请回到图3。在一实施例中，发光二极管模块110的发光全角2 0 d勺出射光 与焦平面FP相交于交点A1，透镜130的物主平面PP与光轴0A相交于交点A2,交点A1与 A2可连成假想线B。如图3所示，此假想线B与光轴0A之间的交错角为2 0 (即假想线B与 光轴0A之间所夹的角度）。因此，假想线B与光轴0A之间的半交错角为0。此外，若焦平 面FP与发光二极管模块110之间的距离为d，发光二极管模块110的发光半角（即发光二 极管模块110的半峰全宽的1/2角度）为0 p则透镜130的焦距发光二极管模块110 的发光面112上某两点的最大距离L，发光二极管模块110的发光半角h以及半交错角0 实质上满足：
[0040] 2FLtan 9 = L+2dtan 9 L (1) 0
[0041] 上述关系式（1)可通过图3中焦平面FP两侧的三角形的共边而得到。如图3所 示，F Ltan 9 = L/2+dtan 9 L，通过等号两边同乘两倍可得到2FLtan 9 = L+2dtan 9 L。如此 一来，通过关系式（1)的关系，可设计出符合法规要求的发光二极管车头灯100。
[0042] 请继续参考图3。在一实施例中，焦平面FP与发光二极管模块110之间的距离d 实质上满足：
[0043] 〇 刍 d 刍 Fl/5 (2)。
[0044] 若将关系式（2)的上限与下限代入关系式（1)中，即可分别得到L = 2匕tan 0以 及L = 2匕tan 0 _(2匕/5) tan 0 ^此时，发光二极管模块110的发光面112上某两点之间的 最大距尚L实质上满足：
[0045] 2FLtan 0 -(2FL/5) tan 0 L ^ 2F Ltan 0 (3) 〇
[0046] 如此一来，通过关系式（3)，发光二极管模块110的发光面112上某两点之间的最 大距离L只需通过透镜130的焦距以及半交错角0、发光半角0 J夬定，借以简化发光 二极管车头灯100的设计过程，同时又能制造出符合法规要求的发光二极管车头灯100。此 外，发光二极管模块110与焦平面FP之间的距离d 5 ^/5,因此可缩小整个发光二极管车 头灯100的体积。
[0047] 更具体而言，在一实施例中，发光二极管模块110符合蓝氏反射体（Lambertian reflectance)的特性，其发光半角介于约55度至约65度之间。更详细而言，发光 二极管模块110的发光半角h可约为60度，因此可以得到tan0^]等于1.732。此 外，为了符合欧盟ECE的法规要求，半交错角0可约为20度，因此可得到tan 0约等于 0. 364。此时，若将tan 0 ^等于1. 732以及tan 0等于0. 364代入关系式（3)，即可得到 0. 0351Fl^ L ^ 0. 7279Fl〇
[0048] 在上述实施方式中，限定发光二极管模块110与焦平面FP之间的距离d f Ft/5。 然而，如果发光二极管光源模块110位于透镜130的焦平面FP上时（即d = 0)，容易导致 发光二极管光源模块110中微小的发光二极管芯片被清楚的成像，造成光型品味不佳。因 此，在本发明的又一实施方式中，焦平面FP与发光二极管模块110之间的距离d可满足以 下关系式：
[0049] (2FLtan 9-L)/2tan65° 兰 d 兰（2FLtan 9-L)/2tan55° (4) 〇
[0050] 更详细而言，在上述的关系式（1)中可以得到tan 0 L= (2FLtan 0-L)/2d。因此， 发光二极管模块110的发光半角h可满足以下关系式：
[0051] 9 L= tan 1 [ (2FLtan 9-L)/2d] (5) 〇
[0052] 若发光二极管模块110符合蓝氏反射体（Lambertian reflectance)的特性，贝lj发 光二极管模块110的发光半角h介于约55度至约65度之间，因此若将发光半角0 t为 55度（55° )以及65度（65° )分别代入关系式（5)，可以得到55°兰tan ^QFLtan 0 -L )/2d]兰65。。即tan55。兰（2FLtan 0 -L)/2d兰tan65。，因此可得到关系式（4)。由关系 式（4)中的限制，可以避免发光二极管模块110太过接近或位于透镜130的焦平面FP上， 而产生光型品位不佳的问题。
[0053] 更具体而言，请参考图3,在关系式（4)中，半交错角0与发光二极管模块110的 发光半角h相关。因此，由关系式（4)可知，通过透镜焦距发光二极管模块110的发光 面112尺寸（即发光面112上某两点的最大距离L)以及发光二极管模块110的蓝氏反射 体（Lambertian reflectance)的特性，就可以定义出一个发光二极管模块110的离焦范围 (即焦平面FP与发光二极管模块110之间的距离d)，使得本实施方式可以在透镜130不做 表面处理的情况下，发出较为宽广柔和的光型。
[0054] 在产品实际应用时，透镜130的焦距范围可介于44. 5毫米与约57. 5毫米之间， 透镜130的数值孔径（Numerical Aperture, NA)介于约0? 5至约0? 55之间。如此一来，上 述一或多个实施例所揭露的发光二极管车头灯100,因为采用发光二极管模块110作为发 光源，因此能量消耗较低。此外，上述一或多个实施例所揭露的发光二极管车头灯100不需 加上传统的反射杯即可达到车辆（机车或汽车）照明规范的要求，体积较小而有利于空间 利用，符合未来市场发展的趋势。
[0055] 虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者， 在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视 所附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1. 一种发光二极管车头灯，其特征在于，包含： 一透镜，具有一焦距以及一焦平面，其中该焦平面通过该透镜的一焦点并垂直于该透 镜的一光轴； 一散热座，位于该光轴的方向上且与该散热座与该透镜的距离大于该焦点与该透镜的 距离； 至少一发光二极管模块，位于该光轴的方向上且设置于该散热座上，该发光二极管模 块与该透镜的距离大于该焦点与该透镜的距离；以及 一遮光板，位于该焦平面上，选择性地遮挡部分的该发光二极管模块的光线； 其中，该发光二极管模块具有一发光面，该发光面的某两点间具有一最大距离，该最大 距离与该透镜的焦距实质上满足： 0. 0351Fl^ L ^ 0. 7279Fl； 其中Fl^为该透镜的该焦距，L为该最大距离。2. 根据权利要求1所述的发光二极管车头灯，其特征在于，该发光二极管模块的发光 全角的出射光通过该焦平面的交点，与该透镜的一物主平面与该光轴的交点连成一假想 线，该假想线与该光轴间具有一半交错角，该半交错角、该透镜的该焦距、该最大距离、该焦 平面与该发光二极管模块之间的距离以及该发光二极管模块的发光半角实质上满足： 2FLtan Θ = L+2dtan Θ L； 其中Θ为该半交错角、该发光二极管模块的发光半角、d为该焦平面与该发光二 极管模块之间的距离。3. 根据权利要求2所述的发光二极管车头灯，其特征在于，该焦平面与该发光二极管 模块之间的距离小于或等于五分之一该透镜的该焦距。4. 根据权利要求2所述的发光二极管车头灯，其特征在于，该焦平面与该发光二极管 模块之间的距离满足： (2&tan9-L)/2tan65° 兰 d 兰（2&tan9-L)/2tan55°。5. 根据权利要求2所述的发光二极管车头灯，其特征在于，该发光二极管模块的发光 半角介于约55度至约65度之间。6. 根据权利要求2所述的发光二极管车头灯，其特征在于，该半交错角约为20度。7. 根据权利要求1所述的发光二极管车头灯，其特征在于，该透镜的焦距范围介于约 44. 5晕米与约57. 5晕米之间。8. 根据权利要求1所述的发光二极管车头灯，其特征在于，该透镜的数值孔径介于约 0. 5至约0. 55之间。9. 根据权利要求1所述的发光二极管车头灯，其特征在于，沿着该透镜的该光轴的方 向，该发光二极管模块的光线经由该透镜投射出去并照射至一投影面后，该透镜的该光轴 与该投影面的相交处的光强度小于或等于1700烛光。10. 根据权利要求1所述的发光二极管车头灯，其特征在于，沿着该透镜的该光轴的方 向，该发光二极管模块的光线经由该透镜投射出去并照射至一投影面后，该透镜的该光轴 与该投影面的相交处的光强度大于或等于5100烛光。11. 根据权利要求10所述的发光二极管车头灯，其特征在于，在该投影面上，该发光二 极管模块经由该透镜投射的光线具有一截止线，该截止线与一水平线之间具有一倾斜角， 该倾斜角为15度。12. -种发光二极管车头灯，其特征在于，包含： 一透镜，具有一焦距以及一焦平面，其中该焦平面通过该透镜的一焦点并垂直于该透 镜的一光轴； 一散热座，位于该光轴的方向上且该散热座与该透镜的距离大于该焦点与该透镜的距 离； 至少一发光二极管模块，位于该光轴的方向上且设置于该散热座上，该发光二极管模 块与该透镜的距离大于该焦点与该透镜的距离；以及 一遮光板，位于该焦平面上，选择性地遮挡部分的该发光二极管模块的光线； 其中该发光二极管模块的发光全角的出射光通过该焦平面的交点，与该透镜的一物主 平面与该光轴的交点连成一假想线，该假想线与该光轴间具有一半交错角； 其中，该焦平面与该发光二极管模块之间的距离满足： (2FLtan Θ -L)/2tan65。兰 d 兰（2FLtan Θ -L)/2tan55。，其中 FL为该透镜的该焦距、Θ 为该半交错角、d为该焦平面与该发光二极管模块之间的距离，L为该发光二极管模块的一 发光面的某两点间的一最大距离。
【文档编号】F21V5/04GK105841062SQ201510473540
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年8月5日
【发明人】林士凱, 林裕闵
【申请人】隆达电子股份有限公司