专利名称：Led发光单元及所形成的摩托车led前照灯光源的制作方法
技术领域：
本发明属于LED光源技术，具体涉及一种具有远光或近光效果的LED发光单元及 光源。
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%， 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。目前摩托车前照灯(前组合灯)主要采用白炽丝光灯、卤素灯为光源，通过反光碗 反射的方式将光反射于摩托车前方。由于白炽丝光灯和卤素灯光源的光效低、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，故现有的摩托车前照灯普遍存在照明弱、 发热量大、寿命短(如灯丝易烧断、易破碎)的问题，存在很大的安全隐患。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作为摩托车 前照灯光源，但是由于对LED发光单元的结构设计不合理，存在发光单元的光利用率不高、 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
本发明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LED发光单 元及所形成的摩托车LED前照灯光源，以提高光源的出射光亮度，并使成型光斑达到理想 的要求，符合国家有关标准，很好地解决原摩托车前照灯存在的问题。本发明的技术方案如下为了达到上述目的，本发明首先对发光单元的结构进行了特殊设计发光单元是由透镜式灯杯、LED灯珠和电路板组成。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，LED灯珠安装孔的孔顶为双面凸透镜(如 附图中的Rl和R2组成)或单面凸透镜结构(如附图中的Rl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灯珠采用一次光封成型的灯珠，LED灯珠安装在电路板上，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。我们知道，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，灯杯的杯顶可以为一整平面，或者杯顶面分布至 少一条竖直排列的柱面；或者杯顶中心下凹形成双面凸透镜的一个面，杯顶的其余部分为 平面或分布至少一条竖直排列的柱面。为了便于区分，我们将杯顶为平面的叫做A型灯杯， 杯顶分布有柱面的叫做B型灯杯，灯珠发出的光通过A型灯杯的反射和透射会形成圆形光 斑，灯珠发出的光通过B型灯杯的反射和透射会形成矩形光斑或椭圆形光斑，由此可获得 近光或者远光效果。LED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9平方毫米内为佳，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= 0 2(如图认、图2六、图 3A所示)，且小于士 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A型灯杯的反射和透射形成圆形光斑，通过B型灯杯的反射和 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，A、B两种灯杯可有机组合而得到理想的光斑。因此，本发明进一步设计了利用上述发光单元形成的摩托车LED前照灯光源，其 包括近光灯板和远光灯板。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 至少有一个是B型灯杯结构的发光单元，并根据具体要求调节B型灯杯结构发光单元的比 例。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A型灯杯结构发光单元，根据具体要求确定这种发光单元与其它发光单元 之间的使用比例。所述两灯板在灯壳中一上一下或左右方式紧邻布置安装；且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°。摩托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 围可以从摩托车前轮延伸至25m远，形成高不过0. 5m，宽8m的矩形主光斑，加两侧散射光， 可在不直射对方来车驾驶员的前提下，照亮前进路面及两侧。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(前组合灯)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，由此可将从摩托车前轮至远方的位置都照亮，保证摩托车前 方25米内无黑斑，照亮范围宽广，更有利安全行驶。本发明设计的发光单元可以配以各种不同造型的灯片、后壳、电源形成各种造型摩托车前照灯总成，适合各种款型摩托车车灯配套。综上所述，，本发明具有以下显著的优点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，使发光单元的出射光亮度和成型光斑均可以达到理想的要求。使用这种发光单元 作为LED摩托车前照灯的光源，较传统的摩托车前照灯比较功率降低了 75%;照度提高了 一倍或多倍；不发热，而且LED灯珠不怕水，不怕摔环，寿命可延长数倍；可以实现开远光灯 时近光灯同时工作目标，消除了安全隐患。
图1是另一种B型灯杯的发光单元的结构示意图(双面凸透镜)图IA是B型灯杯的发光单元的光路IAA是图IA的杯顶局部柱面的光路图
图IB是B型灯杯的发光单元的俯视2是一种B型灯杯的发光单元的结构示意图(单面凸透镜)图2A是B型灯杯的发光单元的光路3 —种A型灯杯的发光单元的结构示意图(双面凸透镜)图3A是A型灯杯的发光单元的光路4另一种A型灯杯的发光单元的结构示意图(双面凸透镜)图4A是A型灯杯的发光单元的光路5是一种灯珠的光路图(虚焦点和实焦点重合)图6是另一种灯珠的光路图((虚焦点和实焦点不重合)图7是一种形式的摩托车LED前照灯光源的结构示意7A是图7的侧视图
具体实施例方式以下结合附图进一步详细说明本发明提出的发光单元以及摩托车前照组合灯的 具体结构参见图1和图1A，此发光单元是采用的B型灯杯，其由透镜式灯杯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 (Rl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Xl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IAA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所示的另一种采用B型灯杯的发光单元的结构，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 ^ ο图3和图3A、图4和图4A所示的是采用A型灯杯灯杯的发光单元的结构，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摩托车LED前照灯光源参见图7和图7A，所述光源包括 近光灯板3和远光灯板2。近光灯板3是在灯架上并排安装三个杯顶分布多条柱面的发光单元IB构成。远 光灯板2是在灯架上并排安装8个杯顶为平面的发光单元IA构。当然，根据需要，近光灯 板3上也可以安装一定数量比例的发光单元1B，远光灯板2上安装一定数量比例的发光单 元1A。安装时，两灯板在灯壳中一上一下紧邻布置安装，近光灯板3与远光灯板2出光面 之间的夹角保持在187°。前照灯的具体安装是将已焊好LED灯珠的电路板对应前照灯各灯杯(透镜)的杯 底安装孔落座，再与灯片、后壳组装成一体，构成前照灯总成。
权利要求
一种LED灯发光单元，其由透镜式灯杯、LED灯珠和电路板组成；其特征在于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或单面凸透镜结构；所述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；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；所述灯杯的杯顶为一整平面，或者杯顶分布至少一条竖直排列的柱面；或者杯顶中心下凹形成双面凸透镜的一个面，杯顶的其余部分为平面或分布至少一条竖直排列的柱面。
2.根据权利要求1所述的发光单元，其特征在于所述灯杯采用透光率92.8%以上的 PMMA光学材料注塑成型，所述LED灯珠的发光芯片面积在9平方毫米以内。
3.利用权利要求1所述的发光单元形成的摩托车LED前照灯光源，其特征在于，所述光 源包括近光灯板和远光灯板；所述近光灯板至少由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 有一个为杯顶分布有柱面的发光单元；所述远光灯板至少也由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 少有一个为杯顶为平面的发光单元；所述两灯板在灯壳中一上一下或左右紧邻布置安装。
4.根据权利要求3所述的摩托车LED前照灯光源，其特征在于，当近光灯板在上方远光 灯板在下方时，近光灯板与远光灯板出光面之间的夹角保持在161° 180° ；当远光灯板 在上而近光灯板在下时，两灯板出光面之间的夹角保持在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°。
全文摘要
本发明提出一种LED灯发光单元即所形成的摩托车LED前照灯光源。其发光单元由透镜式灯杯、LED灯珠和电路板组成，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，并且所述重合焦点落于LED灯珠出射光的实焦点与虚焦点之间，或落于实焦点上或虚焦点上。灯杯的杯顶为平面或分布至少一条竖直排列的柱面。本发明通过合理设计灯杯结构以及灯珠在灯杯中的安装位置，使发光单元的出射光亮度和成型光斑均可以达到理想的要求。将其作为LED摩托车前照灯的光源可达到功率降低、照度提高、不发热、寿命延长的效果，并可消除安全隐患。
文档编号F21Y101/02GK101858548SQ201010130379
公开日2010年10月13日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者代天荣, 李易, 黄益华 申请人:重庆科鹰电气有限公司