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    LED汽車燈具時代來臨 用量年增七八成

    汽車燈具隨著汽車工業的發展、科學技術的進步、新光源的出現以及人們的審美觀等而不斷改進,結構越來越復雜、工藝越來越考究、功能越來越完善。現代汽車燈具已經成為一件具有高科技內涵的精美工藝品,是汽車的一雙美麗的“大眼睛”。汽車燈具的演變主要經歷了四個階段,而第四代LED汽車光源的出現,對汽車燈具的變革影響深遠。

    進入第三代、第四代光源期

    世界上有汽車就有車燈。汽車燈具可分為兩大類:照明裝置和指示信號裝置。照明裝置的功能是在黑暗中照亮汽車行駛前方路面,有前照燈、前霧燈、倒車燈和牌照燈,廣義可包括車內燈、儀表燈和行李燈等。信號裝置的功能是向其他道路使用者表明本車的存在與行駛狀態,有轉向信號燈、制動燈、位置燈和后霧燈等。有車燈就有車燈規范與標準,為車燈的光源、光色、光強、光形和安裝位置等等做出了規定。

    汽車燈具的心臟是光源,汽車燈具的演變隨著汽車光源的更迭而發生,大體上經過如下四個階段:

    第一代汽車光源是由燃料(蠟燭、煤油或乙炔)直接燃燒發光,它能滿足早期車燈的要求,但存在發光效率很低、光強弱、性能不穩定、操作復雜等明顯缺點。

    第二代汽車光源是白熾燈。1879年愛迪生發明白熾燈,1913年美國首先將白熾燈技術應用在凱迪拉克汽車前照燈上,汽車燈具發生了革命性的變化,從此汽車照明進入了電氣時代。接著,先后出現汽車反光鏡、啟動機、發電機和蓄電池等新技術,1925年開始汽車真正進入白熾燈汽車燈具時代。20世紀50年代又出現鹵鎢燈,它很快成為汽車強光源的主要燈泡。

    第三代汽車光源是氣體放電燈(HID)。它具有高發光效率、高亮度和高可靠性等優點,將替代白熾燈、鹵鎢燈成為新型的汽車前照燈的光源。

    第四代汽車光源是半導體發光二極管(LED)。LED是半導體PN結二極管,當一個正向偏壓施加于PN結兩端時,使PN結系統受到激發,載流子由低能態躍遷到高能態,當處于高能態的不穩定載流子回到低能態復合時,根據能量守恒原理,多余的能量將以光子形式釋放,它就是LED電致發光原理。它不是通過熱能使物體升溫而發光,是由電能直接轉換為光,因而稱之為冷光。發光波長取決于載流子的能量差即高能態與低能態之差。

    LED光源的出現將爆發又一次照明革命,具有劃時代意義,它已經并將進一步影響汽車燈具的變革。

    由于半導體技術的發展特別是微電子技術和半導體發光技術日趨完善,促使汽車燈具進入第三代(HID)和第四代(LED)光源時期。同時,出現了由傳感器、處理器和執行機構組成的自適應前照燈控制系統(AFS)。HID、LED和AFS新型汽車燈具和燈具控制系統市場出現和形成給電子元器件帶來巨大商機。

    HID燈加快成為標配

    隨著全世界高速公路網的快速延伸,汽車行駛速度提高,為了汽車的安全,對車燈光源的照明光度和使用壽命提出更高要求。

    隨著汽車電子化程度的不斷提高,汽車用電量的增加,采用節電光源特別是降低前照燈的耗電量已成為當務之急。隨著汽車競爭日益激烈,需要一種體積尺寸更小、亮度更強的前照燈來滿足更現代、舒適、豪華和環保的新款轎車的不斷推出。小型化的HID汽車光源成為首選研發項目。

    HID光源主要由氙氣燈泡和高壓整流器組成,其中高壓整流器有近160個電子元件器組成。國產的HID整流器使用的電子元件器80%是進口元件器,占總成本85%以上,這給我國電子元件器產業提供了機遇和挑戰。

    我國LED汽車燈年增七八成

    LED汽車燈具的基本結構由五部分組成:1.LED陣列;2.反光鏡;3.配光鏡;4.散熱器;5.驅動電路。

    LED汽車燈具的發展直接與LED光源的發展相關聯。半導體電致發光現象早在1907年就發現,由于光很弱,批量生產困難而進展緩慢。1968年美國孟山都公司推出光強超過20mcd的GaAsp/GaAs結構的紅色LED,以此為突破點,大大加快了LED的發展。接著相繼研制出光強達1000mcd的紅、黃、綠的LED,在儀表、電信的信號指示上獲得了初步的應用,形成了LED早期的應用市場。但由于其光強度、光衰減等性能指標問題還無法在汽車燈具中獲得廣泛應用。直到1990年美國HP公司、日本東芝公司推出光強超過1000mcd的InGaAlP/GaAs結構的紅、黃色高亮度LED和1993年日本日亞公司發明InGaN/Al2O3蘭、綠色高亮度LED為標志,從技術上和批量生產上為汽車燈具光源LED化鋪平了道路。

    1985年LED汽車信號燈首次出現在客車上,1986年Nissan300zx型汽車上使用LED高位制動燈標志著LED汽車燈具時代正式開始。國際上著名汽車品牌如寶馬、凱迪拉克、別克、大眾、福特、奔馳、豐田、三菱、馬自達和斯柯達等先后推出LED汽車燈具。

    LED汽車照明每年以二位數的速度在增長,2005年產值已達5.46億美元,占世界LED應用的14%。中國于2000年在上海大眾桑塔納2000型上首先使用LED高位制動燈。我國LED汽車燈具每年以70%-80%的速度在增長,2006年的產值超過億元。

    目前,國際上LED汽車前照燈處在研發過程之中,已有概念燈具推出,尚無商品。除LED前照燈以外,均已商品化,并已進入車燈的智能化控制時期。我國汽車燈具LED化、智能化水平約與國際水平相差五年。

    未來LED將隨著LED質量提高、價格下降,在汽車中獲得更廣泛的應用。

    設計須兼顧兩方面

    直接與光學有關的車燈零件主要有光源、反光鏡和配光鏡三部分,統稱燈光組。車燈的光學設計就是車燈的燈光組設計。燈光組的設計首要考慮的原則:一是符合整車廠對車燈總體結構、造型設想;二是達到國家規定的規范和標準的要求。

    LED光源應根據不同燈具對光通量的要求,選用不同功率的LED組成LED陣列。反光鏡是為了提高光源的出光率和達到配光性能要求而專門設計的鏡子,其作用將光源發出的照射到反射鏡上的光通量按一定分布照射出來。配光鏡的作用是將反光鏡反射出的光分布經過配光鏡上的花紋將燈光偏移或散射到需要的位置,以達到配光的要求。

    長期以來,汽車燈具以白熾燈點光源為參照物來決定燈具的燈光設計,并形成相應的軟件。燈光的規范和標準也是以此來制訂的。LED光源有其自身的特點,LED汽車燈具的設計與制造不能簡單套用常規的方法,必須對其設計和制造方法做修改,同時要制定出與LED汽車燈具相適應的規范和標準。為此,要開展相關的研究開發。

    汽車LED光源十大優點

    LED光源有如下特點:

    一、單色性好、色彩鮮艷豐富。顏色飽和度達到130%全彩色,使燈光更加清晰柔和。二、壽命長、抗震性好。LED是半導體元件,與白熾燈不同,沒有玻璃、鎢絲等易損可動部件,故障極低,可以免維修。三、響應時間短,只有60納秒,特別適合用于汽車燈具的光源,為司機爭取了可貴的減小事故的時間。四、高效率、低能耗。LED光源不需要濾色就能直接產生汽車燈具需要的紅色、琥珀色等顏色,無損耗,電能利用率高達80%以上。五、體積小、重量輕。利用其特點可設計又薄、又輕、又緊湊的各種式樣的燈具,給汽車造型設計提供空間。六、綠色照明光源。LED光譜中單色性好,沒有多余紅外、紫外等光譜,不含汞有害物質,熱量、輻射很少。七、單個LED的光通量小。目前單個LED的光通量研究水平可達120lm/W,產品水平≤60lm/W,而且大功率的LED往往要增加尺寸很大的散熱器,所以LED光源一般采用LED陣列設計方法。八、平面發光,方向性強。它與點光源白熾燈不同,視角度≤180°,設計時一定要注意和利用LED光源有不同的視角度和不能大于180°這特點。九、LED的發光效率隨溫度升高而下降,一般芯片溫度超過120℃將失效。在燈具總成設計和制造的工藝設計一定要考慮熱設計。十、LED屬于多元化合物半導體元件。多元化合物半導體元件的特點是其電學、光學、熱學和機械等的參數指標離散性很大。在設計時,一定要充分考慮到這一特點,并要求元件生產公司按汽車用LED光源要求,對元件進行嚴格分類、分級。

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