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led灯具及光源说明(led灯具的结构基础知识)

led灯具及光源说明(led灯具的结构基础知识)

更新时间:2021-12-10 08:26:21

车灯照明技术随着科技的发展,目前已有相当成熟的设计,也因为如此使得市面上车灯的选择相当多样,从传统的卤素灯泡,后来出现的HID灯泡,到最新的LED灯泡,每种灯泡都有其优缺点,到底这些头灯有何差异呢?

问题:什么是卤素钨丝灯泡?

汽车发明至今已超过百年以上时间,在HID与LED灯泡出现之前,汽车照明所使用的灯泡就是传统的卤素灯泡,卤素灯泡虽然老式却有很多优点,因此至今依旧是汽车照明的主力产品,不少平价车款都还是配置卤素灯泡大灯。

当汽车开始搭载电力系统与发电系统后,汽车开始采用电力发光的灯泡,例如类似家用的钨丝灯泡来作为照明来源,不过由于普通钨丝灯亮度一般、效率不高且长时间使用会使灯罩发黑,因此后来才会发明了卤素灯泡。

卤素灯泡与家用白炽灯的最大差别在于一点,就是卤素灯的玻璃灯壳内填充卤族元素气体(通常是碘或溴),利用卤钨循环的原理,使得灯丝的使用寿命不仅大大延长(几乎是白炽灯的4倍),也可以让灯丝在更高温度下,发出更高的亮度,更高的色温和更高的发光效率,同时消除过去灯体发黑的现象。

由于普通钨丝灯亮度一般、效率不高且长时间使用会使灯罩发黑,另外能不能承受路面颠簸也是一大考量,因此后来才会发明了卤素灯泡。

不过由于卤素灯泡需要更高的工作温度,普通玻璃外壳在此温度下会熔化并产生流动,所以须使用石英玻璃代替普通玻璃,并应用在卤素灯泡中,使得卤素灯泡的制造成本会比传统白炽灯高上许多,但整体制造成本与其照明效果来进行比较,还是平易近人,也使得卤素钨丝灯泡作为汽车照明长达60年以上的时间而不衰,直到HID照明技术的诞生,目前依然有需多市售车采用卤素灯泡来作为大灯的照明来源,代表其使用价值依旧很高。

卤素灯内填充卤族元素气体,使得灯丝的使用寿命不仅大大延长,同时由于灯丝可以工作在更高温度下,发出更高的亮度,更高的色温和更高的发光效率,同时消除过去灯体发黑的现象。

值得一提,可别以为卤素灯泡构造简单就随便买不知名的产品来用,时间久了塑胶灯壳可是会出现雾化变黄的问题,这是因为卤素灯泡发光时会产生紫外光,会对塑胶制成的透明灯壳造成慢性伤害变质,加上石英玻璃无法像普通玻璃般,可有效阻断紫外光向外散射,因此许多灯泡大厂都会在石英玻璃上涂布可阻断紫外光的镀膜,减少大灯塑胶灯壳的雾化速度,所以更换卤素灯泡时,尽可能选择大厂牌的产品,比较能保护大灯灯壳的寿命。

卤素灯泡可透过灯壳上的镀膜,使其发出不同颜色的光线,发展超过60年的时间,相关技术已非常成熟,价格也平易近人,目前依旧是车用照明的主流。

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问题二:什么是HID气体放电灯泡?

在LED灯泡尚未面市之前,HID灯泡曾经是改装市场最热门的商品,刚推出时一组价格可是高达数万元以上,然而随着市场规模变大,售价也直直落,虽然目前因为法规限制,使得换装的人变少了,不过仍有车主将HID应用在鱼眼头灯/雾灯上,使得夜间照明亮度可提高不少,同时也可减少打鸟灯出现的问题。

HID灯泡的全名为High Intensity Discharge Lamp-高压放电式气体灯,其工作原理是在石英灯管内,透过两端钨电极打出来的加压电弧,使金属元素加热达到蒸发点,形成电浆状态后而发出强烈光线。该种照明科技最大的特点,在于亮度相较于传统的卤素钨丝灯泡高出数倍且寿命更长,是大约20年开始普及于汽车照明技术。

全名为High Intensity Discharge Lamp高压放电式气体灯的HID灯泡,其发光原理是透过灯泡两端的电极,以2.3万伏特高压电在电极两端形成电弧,同时与内部氙气气体产生交互作用,形成电浆态后而发出强烈光线。

最初整组灯泡的价格相当高,且须搭配专用灯具才能拥有,成为高级进口车主才能享有的高档照明配备,而近年来随着HID灯泡规格愈来愈多,且使用的灯泡外型与传统卤素钨丝灯泡相同下,过去很多车主都会透过后天改装的方式来拥有HID的照明亮度,但由于HID与卤素钨丝灯泡的发光点与光谱反射方式不同,因此使用原厂灯具 HID灯泡所照射出来的光形会散掉,造成对向车辆严重的炫光现象,严重影响交通安全

由于HID灯泡本身亮度相当高,因此应用在头灯上时,通常需搭配水平自动调整系统 鱼眼透镜,才能避免照射到对向来车视线,发展到后来还加入转向功能,能感应方向盘转向舵角,自动调整照明角度,使转弯时能先看到弯内的情况。

透过灯管内气体填充压力或灯壳上的镀膜,就可使HID灯管发出不同色温的光线,使照明颜色更多样化,不过色温K值高,不代表亮度高,不可混为一谈,瓦数愈高才能获得愈高亮度,但相对工作温度也高,容易导致灯具损坏。

值得一提,不论是卤素灯泡或HID灯泡,过去很多车主都会透过增加功率的方式,来提高亮度,例如卤素灯泡从55/60W提高到80/100W,HID从35W提高到50W等,笔者强烈建议大家不要这样做,因为增加发光功率虽然可以提高亮度,可是却同时会提升灯泡的工作温度,以50W 的HID为例,经过笔者实测点亮时的灯管温度,可达摄氏400度左右,而80W的卤素灯泡推估也有摄氏380度,如此对于灯具内的电镀反射面有非常不利的影响,如此使其出现烧焦变黑的问题,在无法反射光线的情况下,灯具照出来的光线会变得非常暗,反而造成反效果,还缩短灯具寿命,实为不智的做法。

透过增加灯泡功率来提高亮度的做法虽然有效,但产生的额外高温却对灯具内的电镀反射面造成伤害,没多久就会变黑,大幅影响照明亮度。

HID的亮度通常是传统卤素灯泡的2-3倍以上,可获得极亮的照明效果,为避免造成对向来车的眩光,建议可以使用于鱼眼雾灯上,对于辅助车辆夜间照明颇有帮助。

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问题三:什么是车用LED灯泡?

这10年内开始出现的LED灯泡,其全名为发光二极体,是一种能发光的半导体电子元件,原本只使用于指示灯之用(例如显示文字、方向灯、煞车灯等),近十几年来因为发光效率有着突飞猛进的提高,因此逐渐用在头灯照明之用,也因为大量的资金投入使价格下降,但成本仍远高于卤素灯泡。

其优点在于工作温度低(大约在摄氏100度以下)、低光下发光效率高、省电、启动全亮时间短、寿命长最久可达10万小时与耐震荡冲击等,安装在车辆上可延长灯具与电瓶寿命,加上亮度比卤素灯泡高,因此才会成为目前当红的灯泡改装部品。而其缺点则是照明温度低,头灯内容易产生雾气;散热结构体积大,影响安装难度与完整性;光源照射面积小,照明时容易刺眼与制作成本较高。也因为LED有着上述的优缺点,因此使得购买LED大灯灯泡时就有许多「眉角」要注意。

LED本身是电子元件,拥有效率高、寿命长、省电与工作温度低的优点,但运用在汽车车灯上却有许多问题需要克服,其中包含有光源照射面积小、头灯内容易产生雾气与散热结构体积大等。

由于LED只能单面发光,照射角度最多能达120度也相当不错,但车灯要求的是360度的光源,因此如何提高照射角度是许多LED灯泡场需克服的问题,因此后来就可见到加装透镜与COB LED的出现,都是为了提高照明角度。

值得一提,笔者在此要探讨的LED大灯灯泡,是属于售后市场换装的单颗灯泡产品,并非是原厂配置的LED头灯组,两者虽然都是使用LED灯泡当作光源,不过内涵的技术层面与结构差异很大,原厂头灯组另有专文介绍,有兴趣的读者可以继续往下看。

愈来愈多车款都会搭载LED头灯组,与LED大灯灯泡相比,虽然都是使用LED灯泡当作光源,不过内涵的技术层面与结构差异很大

大家或许都以为车灯只要亮就好,其实是错的观念,在欧盟、美国与台湾的车辆检验安审单位,对于车灯的检验有着相当严谨的规范,这些规范都是用来确保车灯照明可应付各种不同的路况与环境,同时又不能使对向来车造成眩光,还能看清楚路旁的指示牌,因此LED想要成为车灯灯泡,其中所涉及的设计结构,可不是想像中容易。

就如同上述所提到的内容,LED本身是电子元件,只是因为通电会发光,所以才能应用在车灯照明上,本质跟一发明出来就用来照明的卤素灯泡与HID有很大不同,加上LED想要成为车灯灯泡的条件除了亮度外,包含光型、远近灯切换、照射距离、安装于灯具后的完整度,及有限空间内的散热能力等,都是采购LED车灯泡的考量项目,这些都需要很完整且成熟的设计与结构才能达成,可惜的是目前LED灯泡的制造工厂,除了专门生产灯泡的大厂有推出相关的产品外,包含许多不是灯泡厂的科技公司也有生产,也使得品质参差不齐的LED大灯灯泡充斥于市面上,该如何选择成熟的产品,便成了消费者关心的问题。

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LED想要成为车灯灯泡的条件除了亮度外,包含光型、远近灯切换、照射距离、安装于灯具后的完整度,及有限空间内的散热能力等,都是采购LED车灯泡的考量项目,这些都需要很完整且成熟的设计与结构才能达成。

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