LED技術(shù)在汽車燈具中的應(yīng)用

摘要: 作為汽車行駛必不可少的安全部件，汽車燈具在汽車主動(dòng)安全方面的作用至關(guān)重要。80 年代后期伴隨高亮度發(fā)光二級(jí)管技術(shù)的出現(xiàn)，LED 在汽車外部照明的應(yīng)用成為可能。LED 可靠性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、色純度高、響應(yīng)速度快、體積小便于設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，使其在車外照明方面得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。進(jìn)入*一世紀(jì)，LED 車燈已經(jīng)成為汽車潮流的新寵，被廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)向燈、制動(dòng)燈等信號(hào)燈具上，并應(yīng)用于前照燈，實(shí)現(xiàn)了與AFS 系統(tǒng)的結(jié)合。

　　1 引言

　　1885 年，德國(guó)工程師卡爾·本茨(Karl. Benz)研制出世界第一臺(tái)汽油機(jī)為動(dòng)力的三輪內(nèi)燃機(jī)車，汽車由此誕生并迅速發(fā)展起來(lái)。但是，要在夜間或照明不足的區(qū)域行駛，就必須有照明燈具，由此在十九世紀(jì)80 年代產(chǎn)生了第一盞汽車前照燈———老爺車懸掛式汽燈，并在1912 年出現(xiàn)了第一款電氣前照燈。早期汽車前照燈用的是鎢絲白熾燈，昏黃的燈光只適合速度較慢的汽車。在車輛日益增多、車速不斷提高的形勢(shì)下，汽車前照燈又發(fā)展為亮度更高的鹵鎢前照燈、高強(qiáng)度氣體放電前照燈，并出現(xiàn)近光燈、遠(yuǎn)光燈、前霧燈等多個(gè)燈種。同時(shí)，照明僅是瞻前已經(jīng)不夠，還需左顧右盼和免除后顧之憂，由此誕生如制動(dòng)燈、轉(zhuǎn)向燈、后霧燈等一系列燈種，為避免夜晚行車的追尾或轉(zhuǎn)彎時(shí)的相撞起了關(guān)鍵性作用。

　　作為汽車行駛必不可少的安全部件，汽車燈具在汽車主動(dòng)安全方面的作用至關(guān)重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，夜晚或自然光線不足的情況下發(fā)生的交通事故占總事故的25% ，并且50% 的傷亡事故發(fā)生在夜間。在100 多個(gè)ECE 法規(guī)中，與車燈有關(guān)的法規(guī)就有近40個(gè)。我國(guó)目前汽車產(chǎn)品的70 多項(xiàng)強(qiáng)制性檢驗(yàn)中，與車燈有關(guān)的項(xiàng)目就占了近25 個(gè)。

　　因此，為提高行車安全，越來(lái)越多的新技術(shù)被逐漸應(yīng)用到汽車燈具中，如側(cè)轉(zhuǎn)向燈的光纖傳導(dǎo)技術(shù)、前照燈AFS 技術(shù)等。當(dāng)然，這其中也包括發(fā)光二極管技術(shù)( Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱LED) 在汽車燈具尤其是在汽車前照燈上的應(yīng)用。近幾年的汽車設(shè)計(jì)中，LED 車燈的使用越來(lái)越多，給汽車外觀增加現(xiàn)代感的同時(shí)，也為更多人所熟悉，并引領(lǐng)當(dāng)今汽車燈具發(fā)展的潮流和方向。

　　2 LED 技術(shù)在汽車燈具中的應(yīng)用

　　LED 是一種場(chǎng)致發(fā)光光源，它是將電直接轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件。LED 發(fā)光原理是在p-n 結(jié)兩端上加正向電壓，則p 區(qū)中空穴會(huì)流向n 區(qū); n 區(qū)的電子會(huì)流向p 區(qū)。隨著電子空穴對(duì)的復(fù)合放出能量，其中一部分能量轉(zhuǎn)化為熱，另一部分能量轉(zhuǎn)化為光。這種新一代固態(tài)冷光源于20 世紀(jì)60 年代問(wèn)世，并在儀表、電信等信號(hào)指示上獲得初步應(yīng)用，形成了LED 早期的應(yīng)用市場(chǎng)， 但由于其光強(qiáng)度、光衰減等性能指標(biāo)問(wèn)題還無(wú)法在汽車燈具中獲得廣泛應(yīng)用。

　　80 年代后期伴隨高亮度發(fā)光二級(jí)管技術(shù)的出現(xiàn)，LED 在車外照明信號(hào)的應(yīng)用成為可能。典型標(biāo)志性事件為: 1988 年Nissan 在280Z 汽車上首次使用STANLEY 生產(chǎn)的72 只AlGaAs 紅色高亮度LED作為汽車高位制動(dòng)燈。從此，LED 正式進(jìn)入汽車照明市場(chǎng)。

　　90 年代，LED 的材料開(kāi)發(fā)不斷演進(jìn)，Toshiba 和Hewlett-Packard 在1991 年共同開(kāi)發(fā)出以磷化鋁鎵銦(InGaAlP) 制成的四元素高亮度LED。在技術(shù)上和批量生產(chǎn)上，為汽車燈具光源的LED 化鋪平了道路。

　　進(jìn)入*一世紀(jì)，LED 技術(shù)突飛猛進(jìn)，并逐漸取代白熾燈、真空熒光等傳統(tǒng)光源被廣泛組合應(yīng)用到汽車儀表背光照明、操作開(kāi)關(guān)、頂燈、閱讀燈、門鎖燈等車內(nèi)照明上。另外，LED 可靠性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、色純度高、響應(yīng)速度快、體積小便于設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)得以突顯，在汽車外部照明方面也得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。特別是最近幾年，LED 車燈被廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、制動(dòng)燈、位置燈、倒車燈、霧燈、牌照燈等燈具上，已經(jīng)成為汽車潮流的新寵。

　　目前，80% 以上的歐系和日系汽車安裝了LED 高位制動(dòng)燈。市場(chǎng)上幾大汽車領(lǐng)導(dǎo)廠商也不斷推出以LED 為光源的新型汽車， 像日系的Toyota、Mitsubishi、Honda、Nissan 等廠商推出的Teana、Crown、Reiz，美系通用汽車旗下的Cadillac、Buick，以及德系車廠的Mercedes-Benz、BMW、AUDI 等都已采用LED 尾燈，并逐漸形成了LED 汽車燈具的產(chǎn)業(yè)化。

　　伴隨LED 模塊技術(shù)的發(fā)展， 高亮度輸出LED模塊也成功面世， 如Lumileds 研制的白色LuxeonLED 模塊、OSRAM 的“OSTAR” 白色LED 模塊，使得LED 在汽車前照燈上的應(yīng)用也成為可能，并引領(lǐng)了新一代前照燈技術(shù)的潮流。但由于高成本的限值，目前的LED 前照燈主要應(yīng)用在高級(jí)豪華車輛上。2004 年， Audi A8 6. 0L 豪華車第一次使用Lumileds 的6 個(gè)白色Luxeon LED 作為日間行車燈。

　　2007 年，日本豐田汽車推出了Lexus 頂級(jí)混合動(dòng)力車“LS600h”和“LS600hL”，成為全球首次配備使用全白光Nichia LED 前照燈的量產(chǎn)車( 見(jiàn)圖1)。

圖1 Audi A8 日間行車燈( 左) 及豐田全白光Nichia LED 前照燈( 右)