車用LED照明技術及現(xiàn)狀分析

　　4 車用LED 照明面臨的問題及應對措施

　　車用LED 照明技術作為一項具有突破性意義的新技術， 已經(jīng)被大多數(shù)的汽車制造商以及消費者所接受，越來越多的高檔汽車都配備了LED 燈。但由于汽車應用環(huán)境的特殊要求， 要真正實現(xiàn)車用LED 代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源， 還有很多技術難題需要解決。

　?。?） 成本問題

　　全球范圍內(nèi)， 車用LED 生產(chǎn)成本的下降速度將是影響今后車用LED 大規(guī)模應用的主要因素之一。就元件本身而言， LED 燈的價格普遍高于其他傳統(tǒng)光源。如：

　1 W 大功率白光LED 的市場價格約是白熾燈的十幾倍到幾十倍不等， 故LED 芯片還有很大的降價空間， 其主要途徑為： ①發(fā)展大芯片大電流?，F(xiàn)在的芯片一般在0.5 mm~1.5 mm 之間， 芯片小， 電流難以加大， 這是LED向單顆大功率發(fā)展的障礙。如果在不降低光效的前提下把芯片做大以便通過更大的電流， 大幅提高單顆LED的功率， 這樣燈具所用的LED 數(shù)量將明顯減少， 有助于燈具成本的下降。②研發(fā)新型襯底材料?，F(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)啟動了價格比較便宜的Si 襯底材料的研究， 希望能代替價格昂貴的藍寶石或SiC。除價格便宜外，Si 還可以制作出比藍寶石或SiC 襯底尺寸更大的襯底， 以提高MOCVD 的利用率， 從而提高管芯產(chǎn)率[ 18]。此外， 由于Si的硬度比藍寶石和SiC 低， 在加工方面也可以節(jié)省成本。據(jù)國外某知名公司的估計， 使用硅襯底制作藍光GaN LED 的制造成本將比藍寶石和SiC 襯底低90%。③繼續(xù)延長LED 的壽命。理論上，LED 的壽命已經(jīng)超過汽車使用壽命， 但在實際汽車環(huán)境應用中，LED 使用壽命還有待進一步提高。如果LED 實際使用壽命能達到整車的壽命， 則在汽車壽命期內(nèi)無需更換光源， 免去了這方面的維修費用， 就會更加經(jīng)濟。

　　就整個車用LED 照明系統(tǒng)而言， 必須降低LED 驅(qū)動方案的系統(tǒng)級成本， 以提高該項技術的市場競爭力。

　　降低方案成本的途徑之一是盡可能減少驅(qū)動器的元器件數(shù)量， 同時這也有利于提高系統(tǒng)可靠性， 因為PCB 上的每個元件都可能是系統(tǒng)的一個失效點。

　?。?） 散熱問題

　　通常高功率LED 輸入功率約20%轉(zhuǎn)換成光能， 剩下的80%均轉(zhuǎn)換為熱能， 這比傳統(tǒng)燈源高很多。如果這部分熱能無法導出， 將會使LED 界面溫度過高， 進而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率及穩(wěn)定性， 由此整個汽車照明系統(tǒng)就會受到嚴重影響[19]。目前改善車用LED 燈具散熱的主要途徑：①LED 自身的改進。首先， 改進封裝結(jié)構。傳統(tǒng)直插式LED 封裝結(jié)構熱阻高達250℃/W～300℃/W， 而新的封裝結(jié)構采用低電阻率、高導熱性能的材料粘結(jié)芯片， 在芯片下部加銅或鋁質(zhì)熱沉， 并采用半包封結(jié)構， 大大提高了LED 的散熱能力[ 20-21]。其次， 改進LED 的制作材料， 采用超薄、高導熱、高絕緣陶瓷薄片作基底， 提高散熱效果； 開發(fā)量子轉(zhuǎn)換效率高、能承受高溫的熒光粉，提高允許的最大結(jié)點溫度， 增大允許的散熱設計溫差，以降低散熱設計的難度。②散熱裝置的改進。主要有： 考慮采用合適的散熱形式， 如熱管、風扇、水冷等， 要保證將熱量迅速地散發(fā)出去， 同時散熱裝置能夠穩(wěn)定地工作[ 22 -23]； 考慮散熱片的結(jié)構形狀尺寸， 要保證足夠的散熱面積， 同時散熱效果要好； 考慮電路板的設計格式， 可將印制電路板設計為上下兩層， 下層專用于信號發(fā)生電路及驅(qū)動電路， 上層為LED 點陣電路， 這樣能夠有效地避免因為LED 的熱量傳遞到驅(qū)動芯片而使其損壞。

　?。?） 光效問題

　　提升LED 光效是車用LED 技術發(fā)展的關鍵， 是車用LED 產(chǎn)業(yè)化的出發(fā)點和原動力。從封裝技術上來說，LED 的封裝應該盡量減少光線在其內(nèi)部的全反射， 增加襯底基板反射率， 從而使光線能夠盡量多地透射出來，增加LED 的發(fā)光效能。今年2 月，Cree 公司已經(jīng)宣布其實驗室成果LED 光效已經(jīng)達到2 081 m/W， 相信這不是極限， 還會有更高的提升空間， 但需要有新的技術突破。

　?。?） 電磁干擾問題

　　汽車環(huán)境下同樣面臨電磁干擾問題EMI （ElectroMagnetic Interference） 。車載電子產(chǎn)品對噪聲很敏感， 尤其是導航系統(tǒng)、無線電路和AM 無線電波段接收機。為了最大限度地降低發(fā)生噪聲干擾的可能性， 有些LED驅(qū)動器IC 中采用了恒定頻率開關拓撲結(jié)構。另外， 用戶還可在200 kHz~2 MHz 的范圍內(nèi)設置開關頻率， 以使開關噪聲遠離關鍵頻段（如AM 無線電波段）。

　　5 車用LED 照明市場展望

　　LED 在汽車照明系統(tǒng)中的應用雖然剛剛起步， 但隨著半導體照明技術和汽車工業(yè)的飛速發(fā)展， 車用LED燈具的總體效率以及性價比將會得到很大的提高， 應用規(guī)模將會逐漸擴大， 并最終占據(jù)整個汽車車燈市場。

　　據(jù)調(diào)查， 目前全球車內(nèi)應用的LED 年銷售額大約在5 億到6 億歐元， 在汽車內(nèi)部， 如汽車儀表盤、車內(nèi)收音機、開關等已經(jīng)100%采用LED， 并且這一趨勢正在加速從車內(nèi)應用向車外應用。此外， 近期歐盟委員會宣布， 從2011 年起， 歐盟所有新生產(chǎn)轎車必須配置“ 白天駕駛自動照明系統(tǒng)” 。與此同時， 歐盟委員會已經(jīng)批準奧迪和豐田將LED 作為照明車燈在汽車上使用。由此可見， 車用LED 燈具在全球范圍內(nèi)具有極大的市場潛力。

　　車用LED 照明技術也得到我國政府的大力支持。

　　2010 年1 月， 全國半導體照明電子行業(yè)標準發(fā)布及宣貫大會在廣東江門市發(fā)布了LED 行業(yè)第一批國家標準，這標志著我國LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展開始進入標準化時代[ 24]。

　　復旦大學教授、半導體物理專家方志烈說，2009 年我國LED 應用產(chǎn)品產(chǎn)值已經(jīng)超過600 億元， 全行業(yè)進入利潤自主創(chuàng)新、實現(xiàn)跨越式發(fā)展的重大歷史機遇，2015 年產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達到5 000 億元[ 25]。因此在我國LED 將面臨巨大的發(fā)展機遇， 同樣車用LED 照明技術也會得到高速發(fā)展， 科研、生產(chǎn)和商家對此都會給與高度關注。

　　車用LED 燈具以其卓越的可靠性、環(huán)保性、節(jié)能性和時尚性， 為汽車車燈的升級和變革注入了新生力量。

　　隨著產(chǎn)品成本的降低、生產(chǎn)技術的完善以及資金規(guī)模的擴大， 車用LED 照明技術的發(fā)展必將對汽車的行駛和安全提供更有力的保障， 汽車燈具的LED 化必將成為汽車照明系統(tǒng)發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點。