替代LED？解讀激光照明車燈的普及之路

 12月13日上午，一所名為“深圳市中光工業(yè)技術(shù)研究院暨中村修二激光照明實(shí)驗(yàn)室”正式揭牌。據(jù)悉，該實(shí)驗(yàn)室是深圳在建設(shè)國(guó)際科技、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，積極規(guī)劃建設(shè)十大諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)室和十大基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)，不斷提升源頭創(chuàng)新能力過程中，誕生的第二家由諾貝爾獎(jiǎng)得主領(lǐng)銜的重大創(chuàng)新平臺(tái)。

中村修二在中國(guó)設(shè)立深圳市中光工業(yè)技術(shù)研究院暨中村修二激光照明實(shí)驗(yàn)室

中村修二是何許人，也許小編不需給業(yè)內(nèi)人士多做介紹，雖然這位早于2014年10月因發(fā)明“高效藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)”斬獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的“藍(lán)光之父”，是依靠LED而一夜爆紅，但他卻多次在公開的場(chǎng)合提及激光照明的優(yōu)勢(shì)，并表示看好激光照明未來，甚至曾經(jīng)大膽作出預(yù)測(cè)，宣稱未來十年的LED照明將會(huì)被激光照明所取代。而在當(dāng)日的揭牌儀式上，親臨現(xiàn)場(chǎng)的中村修二又再次表明：激光技術(shù)將成為未來顯示產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，藍(lán)光LED代表著激光照明的未來。

據(jù)介紹，激光照明技術(shù)是世界級(jí)、顛覆性的新一代照明技術(shù)，影響和帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)預(yù)計(jì)將達(dá)萬億級(jí)規(guī)模。聽起來儼然就是一個(gè)技術(shù)尖端、“錢景”開闊的全新領(lǐng)域，那么，什么是激光照明?原來激光照明分可見光激光照明，紅外激光照明。

可見光激光照明，按原理分為以下兩種：藍(lán)光激發(fā)熒光粉實(shí)現(xiàn)白光照明 (如2014年寶馬某車型推出的激光車大燈); 紅綠藍(lán)激光合成白色激光或真彩色光照明 (如青島中科光譜的激光照明燈)。紅外激光照明，則多應(yīng)用于夜視、夜間攝像頭監(jiān)控照明。

激光光源是基于半極性GaN激光二極管，并結(jié)合先進(jìn)的熒光粉技術(shù)。由于激光集中于熒光粉上某個(gè)微小點(diǎn)發(fā)射光線并轉(zhuǎn)換成白光，光源能夠輸出安全且高度準(zhǔn)直的白光，再加上使用微小的光學(xué)透鏡及反光罩，對(duì)光進(jìn)行優(yōu)異的控制以實(shí)現(xiàn)較好的照明效果。相比藍(lán)光LED，激光器不存在的光效下降的問題，在照明上，激光照明可實(shí)現(xiàn)非常高的效率。這也是中村修二多次表態(tài)看好激光照明未來的重要原因。

事實(shí)上，LD激光與LED光從激發(fā)源上看沒有太大的區(qū)別，YAG激光在于多了一個(gè)受激光輻射，LED是在半導(dǎo)體激發(fā)光后增加了一個(gè)熒光轉(zhuǎn)換，視覺上的主要區(qū)別在于激光的單色性很好，LED的光譜則要更廣一些，適合顯示屏、照明等。此外，兩者的亮度沒法相提并論，因?yàn)榧す馐侵本€光，方向性很強(qiáng)，如不經(jīng)過處理亮度會(huì)比LED大很多。激光作RGB視覺效果目前還不成熟，只停留在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)，激光投影、激光電視目前也只是一個(gè)概念。

中村修二曾經(jīng)將激光照明與LED照明的優(yōu)劣作出比較，他認(rèn)為，激光照明的發(fā)光面積更小，發(fā)光效率更高，感官上更容易聚焦且照射距離更遠(yuǎn)，可以廣泛應(yīng)用于汽車車頭燈及其他領(lǐng)域。在汽車照明應(yīng)用上，目前世界知名的汽車品牌如寶馬(BMW)和奧迪(Audi)，都正在為把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在新產(chǎn)品上而作出努力。據(jù)介紹，與此同時(shí)，激光照明由于是屬于“點(diǎn)光源”，未來還有望與光纖技術(shù)集合，相信兩者可以衍生出更為巨大的應(yīng)用前景。

關(guān)于在未來10年激光照明會(huì)否取代LED照明這類問題，坊間的討論意見不一，基于激光照明體積更小、結(jié)構(gòu)更緊湊、投射距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，在某些領(lǐng)域確實(shí)可能會(huì)取代LED照明，比如車燈和顯示技術(shù)領(lǐng)域。在普通照明領(lǐng)域，有人就對(duì)激光照明在十年內(nèi)取代LED照明表示存疑。不過，任何一種創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)都值得保持關(guān)注。

下面我們先來看看在車燈方面的應(yīng)用情況。根據(jù)相關(guān)測(cè)試，激光燈的優(yōu)勢(shì)在于如可以通過一個(gè)鏡片控制激光光束的方向，實(shí)現(xiàn)靈活照明，可以有指向性的照射到前方，距離是LED遠(yuǎn)光燈的兩倍。在2014年1月初開幕的美國(guó)拉斯維加斯消費(fèi)電子展上，奧迪就曾發(fā)布了SportLaserlightconcept概念車，這也是奧迪首款搭載激光大燈的車型，也預(yù)示著奧迪激光大燈的投入使用。

激光大燈的優(yōu)勢(shì)：亮度高、照射距離遠(yuǎn)、導(dǎo)向靈活

通常激光只能發(fā)出紅、藍(lán)、綠燈幾種固定的顏色，因此有著要將它轉(zhuǎn)化成一個(gè)亮度比較高的、接近自然光照明要求。據(jù)介紹，白天晴天時(shí)日光的色溫是5500K，奧迪激光大燈的色溫也是5500K。假如在藍(lán)色的激光筆前面涂上一層磷之后，它的光束顏色會(huì)變成白色，而奧迪Sport quattro laserlight的激光大燈運(yùn)行原理是一樣的，燈組內(nèi)含有一個(gè)很小的激光二極管，在激光二極管的前方有一個(gè)很小的磷化層，它可以將藍(lán)色的光束變成白色。

奧迪的激光大燈同時(shí)存在LED和激光模組，兩者相互補(bǔ)充來提供照明

激光大燈的照射范圍是LED遠(yuǎn)光燈的兩倍，與LED照明系統(tǒng)起互補(bǔ)作用

有研究發(fā)現(xiàn)，5500K是比較接近日光的顏色，肉眼看會(huì)是偏白又不至于過白，奧迪方面也認(rèn)為這是最合適的色溫。激光大燈在遠(yuǎn)近光都可以正常使用。激光在它主要的優(yōu)勢(shì)是體積更小且照射距離更遠(yuǎn)，相比LED遠(yuǎn)光燈，照射距離從250米增加到500米。至于穿透力的問題，雨、雪、霧這類天氣會(huì)影響到任何車燈的穿透性，激光大燈自然也不例外。

在氙氣大燈方興未艾，LED大燈才剛剛普及之際，BMW也早在2014年就將激光大燈裝備在i8上。在LED技術(shù)尚未挖掘到頭的時(shí)候就迫不及待地上馬激光大燈，原因何在?據(jù)透露，除了具備了LED的大部分優(yōu)點(diǎn)，如快速響應(yīng)、壽命長(zhǎng)、能耗低等，激光獨(dú)有的定向發(fā)光以及極高亮度是其余光源所不可比擬的，特別是激光的光束發(fā)散性極小，幾乎接近平行。這也就意味著，只要有足夠的能量，激光大燈照射的距離只取決于人類視力的極限。

另外，在目前的科技下激光二極管單元長(zhǎng)度可以做到10微米，這僅僅是常規(guī)LED單元的百分之一。激光的照明效率也比LED要高許多，LED的光輸出約為100Lm/W，而激光單元的光輸出可達(dá)到170Lm/W。綜上，激光大燈也許會(huì)改變將來汽車前臉的設(shè)計(jì)方向，大燈總成所占車頭的面積會(huì)越來越小。

BMW的激光大燈是采用了與LED普遍采用的方法，將藍(lán)色單色光與黃磷濾鏡配合而產(chǎn)生白光，亮度和色溫都經(jīng)過調(diào)整，并且需要經(jīng)過反復(fù)的驗(yàn)證，確認(rèn)對(duì)人類、動(dòng)物以及周邊自然環(huán)境安全無害。據(jù)介紹，BMW的激光大燈的開啟條件非?？量?，當(dāng)車輛時(shí)速超過40km/h以上才可以開啟，并與BMW遠(yuǎn)光燈輔助系統(tǒng)結(jié)合，防止駕駛者沒有及時(shí)切換遠(yuǎn)、近光燈而對(duì)來車造成影響。

在2015年1月開幕的CES國(guó)際電子消費(fèi)展上，寶馬又對(duì)外展示了一項(xiàng)新的激光大燈技術(shù)。在原有激光大燈可達(dá)600米最遠(yuǎn)照射距離的基礎(chǔ)上，增加了自動(dòng)調(diào)節(jié)光源角度的功能。即在檢測(cè)到迎面有行駛車輛通過時(shí)，升級(jí)后的激光大燈可自動(dòng)調(diào)整角度以避免與來車發(fā)生炫目情況。

來到2016北美CES上，BMWK1600GTL概念車首次配備了激光大燈照明科技，這項(xiàng)激光照明科技源于新一代BMW7系和BMW i8，并有意應(yīng)用在BMW摩托車上。激光大燈能產(chǎn)生特別明亮的純白燈光，官方表示，其遠(yuǎn)光燈照明范圍可達(dá) 600 米，是普通LED大燈的兩倍，適合長(zhǎng)途旅行的道路照明需求。此外，激光大燈還擁有體積小、免維修和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

目前，BMW摩托車激光照明科技正通過K 1600 GTL概念車進(jìn)行可行性測(cè)試，BMW摩托車部門正在著手這項(xiàng)科技在量產(chǎn)車型中的應(yīng)用。雖然激光照明科技在摩托車上的使用成本依然非常高昂，但是，隨著該科技在汽車工業(yè)中大范圍應(yīng)用，其成本有望進(jìn)一步下降。

去(2015)年，曾經(jīng)有外媒報(bào)道，松下開發(fā)出了可使汽車前燈亮度達(dá)到世界最高水平的技術(shù)。新技術(shù)將電力轉(zhuǎn)換為光的半導(dǎo)體激光器采用了新材料，將光的強(qiáng)度提高至以往的1.5倍。在黑暗環(huán)境下也易于發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)方行駛的汽車等，有助于提高行車的安全性。

據(jù)指，松下在DVD播放機(jī)等使用的半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域在全世界掌握約8成份額。松下計(jì)劃利用優(yōu)勢(shì)技術(shù)，開拓不斷增長(zhǎng)的汽車相關(guān)市場(chǎng)。半導(dǎo)體激光器輸入功率的7成為熱能，如果封閉在內(nèi)部，發(fā)光的能力易于下降。此次為行業(yè)內(nèi)首次降低熱能的節(jié)能型激光器的開發(fā)成為可能。

新型半導(dǎo)體激光器在元件的一部分上采用了易于導(dǎo)熱的氮化鋁，形成了易于散熱的結(jié)構(gòu)。使之能高效發(fā)光，作為發(fā)光的性能，激光器的輸出功率從以往被視為極限的3瓦提高至世界最高的4.5瓦。此外，照射距離有可能從現(xiàn)在的500米左右增加至700米左右。作為屬于增長(zhǎng)領(lǐng)域的汽車相關(guān)市場(chǎng)的戰(zhàn)略性零部件，松下力爭(zhēng)在2019年之前實(shí)用化。

汽車用前燈正不斷采用節(jié)能性高的發(fā)光二極管(LED)。半導(dǎo)體激光器由于價(jià)格昂貴，目前在汽車領(lǐng)域僅有一部分高檔車采用。松下將宣傳能照射得更遠(yuǎn)的激光器照明的優(yōu)點(diǎn)，以拓展需求。此外，松下還將作為體育場(chǎng)等的聚光燈和激光加工機(jī)的光源來銷售。

松下將汽車相關(guān)領(lǐng)域定位為增長(zhǎng)業(yè)務(wù)。計(jì)劃到2018年度將車載相關(guān)業(yè)務(wù)的銷售額提高至2.1萬億日元，比2014年度增長(zhǎng)8成。鋰離子電池和車載導(dǎo)航儀系統(tǒng)等拉動(dòng)增長(zhǎng)，但將來希望將汽車用前燈相關(guān)產(chǎn)品打造為核心產(chǎn)品。

除了車外的照明外，將來激光照射還有機(jī)會(huì)廣泛運(yùn)用在車內(nèi)的照明上，如利用導(dǎo)光材料，就可以用激光實(shí)現(xiàn)車內(nèi)照明，所以未來也很可能會(huì)用激光通過導(dǎo)光管來實(shí)現(xiàn)車內(nèi)照明。

自LED大燈之后，激光大燈已相繼被推出，不過可以看到，目前的激光大燈仍然處于初期階段，普及之路還是困難重重，比如高額的成本，以及照明時(shí)產(chǎn)生的巨大熱量等，都還是各廠商的需要克服的難題。從當(dāng)下的情況來看，LED燈并未普及，激光大燈成本也有待控制，不過長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展下去，激光大燈在某方面甚至最終替代LED亦是不無可能的。

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