白光LED頭燈技術(shù)發(fā)展與目前現(xiàn)況

1白光LED頭燈技術(shù)開(kāi)展與目前研究現(xiàn)況編者按：目前全球各大汽車(chē)展中，都能看到以白光LED作為汽車(chē)頭燈的概念車(chē)款，不僅以花俏的引人注目，也在實(shí)用化方面注入不少研發(fā)心血，包括：豐田汽車(chē)作為雷克薩斯品牌旗艦轎車(chē)推出的概念車(chē)「LF-Sh」，及豐田品牌下一代微型面包車(chē)的概念車(chē)等，也都搭配了白光LED頭燈，在在都使人感覺(jué)離白光LED頭燈的未來(lái)已經(jīng)非常接近。

不過(guò)，欲使白光LED成為汽車(chē)頭燈的主要光源，相關(guān)部份的交通法條必須將其修訂。例如，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)審議汽車(chē)頭燈的GRE法條，預(yù)計(jì)會(huì)在2年之后才能允許使用白光LED作為汽車(chē)頭燈的主光源，倘假設(shè)法規(guī)修訂尚未通過(guò)，汽車(chē)市場(chǎng)導(dǎo)入白光LED頭燈的過(guò)程將會(huì)持續(xù)延宕下去。細(xì)數(shù)當(dāng)前國(guó)際汽車(chē)廠商，例如：BMW、Mercedes-Benz、Audi、Lexus等一級(jí)車(chē)廠，相繼推出各類(lèi)型新款汽車(chē)，借以吸引消費(fèi)者。其中最富變化性、最引人注目的便是炫光奪目的白光LED車(chē)燈款式。過(guò)去，曾經(jīng)有人將LED稱(chēng)為第4代汽車(chē)照明光源，這是因?yàn)長(zhǎng)ED頭燈除了一次性投入較高之外，在壽命、亮度、低耗電方面，都是傳統(tǒng)白熾燈、鹵素?zé)舻日彰髟O(shè)備無(wú)法相比較的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)?！銎?chē)頭燈必須要興起才能帶動(dòng)車(chē)用LED產(chǎn)業(yè)

過(guò)去10年中，高亮度的LED陸續(xù)被應(yīng)用在汽車(chē)、卡車(chē)及大型游覽車(chē)的內(nèi)外車(chē)燈等領(lǐng)域。根據(jù)EyesplyJapan市場(chǎng)調(diào)查指出，在2004年大約有30％的新車(chē)款以LED作為車(chē)尾燈〔reartaillamp〕或CMHSL〔CenterHigh-MountStopLamps〕，大部份新出廠汽車(chē)及大型交通工具已開(kāi)始使用LED當(dāng)作方向指示燈及第三煞車(chē)辨識(shí)燈。

在此趨勢(shì)開(kāi)展下，車(chē)用LED在2003年的市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)2億美元，2004年比2003年成長(zhǎng)24.2％，市場(chǎng)規(guī)模約為2.36億美元，2005年比2004年成長(zhǎng)19.1％，市場(chǎng)規(guī)模那么超過(guò)了3億美元。

隨著采用LED的新車(chē)款逐年擴(kuò)張，許多專(zhuān)家一致認(rèn)為往后數(shù)年中，仍可望維持二位數(shù)的成長(zhǎng)率，預(yù)估2021年時(shí)市場(chǎng)規(guī)模將突破4.5億美元。倘假設(shè)白光LED汽車(chē)頭燈假設(shè)能順利開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品及技術(shù)，汽車(chē)用LED市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大，各方預(yù)測(cè)也將提早發(fā)生。

一般來(lái)說(shuō)，汽車(chē)頭燈屬于車(chē)外使用的LED種類(lèi)，其技術(shù)特性指標(biāo)跟手持式等消費(fèi)設(shè)備所使用的白光LED類(lèi)似，不過(guò)，對(duì)LED發(fā)光角度、色差、亮度、閥值電壓、電流等光學(xué)、電學(xué)性能的一致性和可靠性要求更高。

目前LED在車(chē)外的主要應(yīng)用在于制動(dòng)燈、前方轉(zhuǎn)向燈、前方轉(zhuǎn)向燈、左右兩側(cè)轉(zhuǎn)向燈、前方霧燈和倒車(chē)燈方面，而在頭燈還處在研究開(kāi)發(fā)階段，雖然已有局部先進(jìn)廠商已有展出樣品頭燈，但還沒(méi)有到達(dá)商業(yè)化批量生產(chǎn)的程度，其主要原因，包括：?jiǎn)蝹€(gè)白光LED元件的亮度缺乏，而頭燈所使用的LED尚有易衰減、價(jià)格過(guò)高等問(wèn)題存在。

■白光LED如何因應(yīng)車(chē)上特殊要求？

長(zhǎng)期以來(lái)，車(chē)上所使用的頭燈是以白熾燈、鹵素頭燈或氙氣頭燈〔HighInten-sityDischargeheadlamps；HID〕作為主發(fā)光源，并參照汽車(chē)燈的光學(xué)、電學(xué)及形狀為主要標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)也在這2年經(jīng)由LED廠、汽車(chē)廠商及汽車(chē)協(xié)會(huì)大力推廣下逐步而緩慢地改變。

曾有汽車(chē)廠商電氣專(zhuān)家表示，汽車(chē)廠其實(shí)很樂(lè)見(jiàn)「以白光LED光源來(lái)代替白熾燈的LED汽車(chē)頭燈」，不過(guò)，在設(shè)計(jì)上必須要參照傳統(tǒng)頭燈的發(fā)光源標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)，但LED光源的基點(diǎn)屬于陣列式，因此白光LED頭燈而言，那么是一項(xiàng)全新的思路。其技術(shù)路線(xiàn)必須要應(yīng)用白光LED光源的單色性，不加濾色片直接選用不同波長(zhǎng)的多個(gè)高效LED元件設(shè)計(jì)成分，才能滿(mǎn)足汽車(chē)頭燈具設(shè)計(jì)及加工的特殊性。

▲反射型與投射型LED發(fā)光源3D模型模擬圖?！操Y料來(lái)源：財(cái)團(tuán)法人車(chē)輛研究中心〕對(duì)LED元件的主要有3項(xiàng)要求，分別為：LED必須具有高效、大功率、高可靠性〔-40℃125℃〕；另外，就是符合電學(xué)、光學(xué)參數(shù)穩(wěn)定性、一致性的高要求，譬如，在同一批元件的閥值電壓不一致性必須要小于0.1V；最后，那么是LED元件在直流電點(diǎn)亮后，其使用壽命必須超過(guò)1,000小時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度衰減值要小于20％。

對(duì)于白光LED頭燈在配線(xiàn)板及元件加工也有3項(xiàng)特點(diǎn)：一、車(chē)上的配線(xiàn)板形狀較為不規(guī)那么，因此，必須要具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電功能三維陣列結(jié)構(gòu)；二、具有耐高溫、耐沖擊振動(dòng)和電流超載等；三、設(shè)計(jì)有優(yōu)良恒電流及恒電壓等控制電路。

■白光LED須突破瓶頸汽車(chē)頭燈才有前景

未來(lái)汽車(chē)頭燈開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)演進(jìn)過(guò)程中，LED光源必須符合先進(jìn)汽車(chē)照明設(shè)計(jì)，然而造型、體積與效率為當(dāng)前主要設(shè)計(jì)LED頭燈的當(dāng)前之務(wù)，如何將此目標(biāo)做最正確化的設(shè)計(jì)，將會(huì)是未來(lái)LED車(chē)燈設(shè)計(jì)上，應(yīng)再尋求突破的主要工作。

雖然目前距離白光LED頭燈商品化仍有段距離，可是國(guó)外車(chē)燈大廠仍不斷堆出新型之LED頭燈雛型，有監(jiān)于此，諸多傳統(tǒng)的車(chē)燈廠商莫不加緊腳步，開(kāi)發(fā)白光LED頭燈，未來(lái)配合高亮度LED陸續(xù)推出，才能在最快的時(shí)間內(nèi)掌握LED頭燈產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)機(jī)。

不過(guò)，相較于目前汽車(chē)廠所使用的HID或鹵素?zé)?，在本錢(qián)上白光LED價(jià)格還是高出許多，而在標(biāo)準(zhǔn)上所要求的法規(guī)亮度，必須使用多組的白光LED才能到達(dá)亮度需求。

■LED與傳統(tǒng)燈具結(jié)合降低原始汽車(chē)改變?cè)O(shè)計(jì)路徑

傳統(tǒng)的汽車(chē)頭前燈的設(shè)計(jì)方式，是以平滑拋物面所構(gòu)成的反射效果，再搭配上花紋透明燈殼，將光源集中置于拋物面的焦距，以便形成平行光束，再經(jīng)過(guò)小凸透鏡而形成雕塑光源。以目前兩大主要汽車(chē)頭燈應(yīng)用主流，分為多重反射鏡面車(chē)燈〔Multi-Reflector；MR〕與投射式汽車(chē)頭燈〔ProjectionSystem〕。

雖然這2種款式的汽車(chē)頭燈設(shè)計(jì)方式，都能符合LED的發(fā)光原理及設(shè)計(jì)方式，不過(guò)，LED是以面光源形式來(lái)產(chǎn)生光源，其發(fā)光立體角只是傳統(tǒng)光源，不到鎢絲燈泡的50％的發(fā)光效率，因此，光學(xué)設(shè)計(jì)必須再經(jīng)過(guò)重新改進(jìn)。

這是因?yàn)轭^燈必須要在唯一反射鏡可以加以運(yùn)用的情況下，反射鏡設(shè)計(jì)也就相形重要，遠(yuǎn)比傳統(tǒng)頭燈設(shè)計(jì)方式更富有難度及挑戰(zhàn)性。因此，如何將反射鏡獲得最正確化的處理過(guò)程，使LED投射燈的模塊體積尺寸縮到最小，以符合陣列式LED頭燈設(shè)計(jì)的空間需求。

▲傳統(tǒng)頭燈及LED頭燈水平發(fā)光作用示意圖?！操Y料來(lái)源：財(cái)團(tuán)法人車(chē)輛研究中心〕帖這當(dāng)府中最金關(guān)鍵者便是般在于彈「汽粱車(chē)頭蜻燈設(shè)輔計(jì)概帶念」建的改營(yíng)變，覆在光六束聚鑼焦的紙工作偵不再型靠透擦鏡，剪而是近由白帖光L筍ED嗽的周寨圍反企射面每來(lái)負(fù)夫責(zé)。澤其反至射面原是輕筒質(zhì)塑耐料表肯面涂館裝了躍非常楊光亮疼的鋁揭層，閃曲面撿形狀顫光學(xué)普設(shè)計(jì)煎非常芒復(fù)雜槽，其召外表沾可能吵是光需滑面荒，或希是格別狀、介多面襪狀的叢組合頭。

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糾▲溫AF豬S訊輕號(hào)傳冷輸基約本架凡構(gòu)圖騾?！矌Z資料劫來(lái)源勝：財(cái)紋團(tuán)法娛人車(chē)型輛研莫究中青心〕如何依據(jù)AFS法規(guī)原那么加以研究開(kāi)發(fā)，目前雛型白光LED燈包含了三項(xiàng)功能，可視不同路況，包括：一般路面、都市路面、高速路面、濕路路面進(jìn)行光線(xiàn)調(diào)整、失效模式〔回復(fù)原始設(shè)定〕與遠(yuǎn)光燈，其中的光線(xiàn)變化那么可是利用白光LED光形疊加的概念，點(diǎn)亮不同的LED單元模塊，以到達(dá)不同光線(xiàn)的設(shè)置，而不是利用傳統(tǒng)車(chē)燈以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)原理來(lái)到達(dá)適路性照明的功能。

在進(jìn)行陣列式白光LED頭燈設(shè)計(jì)前，只具單一功能白光LED模塊設(shè)計(jì)將必須先行納入考慮，主要是因?yàn)榘坠釲ED頭燈功能，要求能符合AFS可變光形的分布情況，因此必須由數(shù)個(gè)不同反射鏡模塊來(lái)加以組合，才能到達(dá)此項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。

另一方面在頭燈的反射鏡設(shè)計(jì)根底上，是采用3種光形的反射鏡來(lái)達(dá)成LED頭燈的近光燈根本光形設(shè)計(jì)，另外再加上遠(yuǎn)光光形的反射鏡，使光形分布可依照頭燈模塊不同需求，再由反射鏡加上遮片后排列組合而成。

在分析設(shè)計(jì)完成最正確化LED投射式單元后，開(kāi)始進(jìn)行智能型LED頭燈雛型的系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，依照AFS標(biāo)準(zhǔn)要求，在雛型設(shè)計(jì)時(shí)，就必須以4種不同光形的近光燈光形及1個(gè)遠(yuǎn)光燈光形，其中LEDPES模塊分為上中下共3排，并以此為模塊配對(duì)來(lái)達(dá)成適路性的光線(xiàn)需求。

翼根代據(jù)汽巨車(chē)制帳造業(yè)誘的習(xí)每慣來(lái)?yè)Q看，滿(mǎn)傳統(tǒng)印的車(chē)綿燈設(shè)賺計(jì)中槍是利瘡用幾孕何光紗學(xué)的營(yíng)光路黎追跡宅法來(lái)繩設(shè)計(jì)岸而成血，并玉不會(huì)長(zhǎng)將物墾理光凡學(xué)理配論中盟的干糾涉衍就射，均及色謎散對(duì)演光能到量的掙影響梅那么不續(xù)納入能考慮潑，因物此頭蠢燈白分光L籃ED漲的強(qiáng)狂度與茶通過(guò)股該點(diǎn)財(cái)?shù)墓夥啪€(xiàn)數(shù)今目成諷正比海，且艷不受暫光程萍影響飯。另接外，魂線(xiàn)光晚源能諸量也蔑要達(dá)秀到分躬布均跨勻，寇功率岡密度貨也必欲須與裁總功蝕率與味長(zhǎng)度毀成正秘比。

謀■險(xiǎn)業(yè)界憶實(shí)際垮應(yīng)用慚案例

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