LED車燈未來發(fā)展趨勢及應(yīng)用分析

LED光源迅速開拓車用市場的不利因素

LED的熱管理
LED光源的車用優(yōu)勢

解決方案：

削減構(gòu)成組合燈具的LED光源數(shù)目
借助于"熱池"裝置把LED元件生成的熱量取出來
LED大燈能利用光點陣列來組合出前照燈光

LED車前照燈在歷經(jīng)近年來的技術(shù)驗證、概念車展示等開發(fā)階段之后，終于迎來了有望應(yīng)用于量產(chǎn)車的入市前景，其標(biāo)志性事件有三個：豐田的凌志LS600h是世界上首個采用LED前照光源的上市車，不過它只在近光燈上應(yīng)用了LED，遠程光源仍為鹵素?zé)?。奧迪R8以全LED前照燈為其主要特色，而汽車照明采用的LED是由Lumileds和Osram公司提供。凱迪拉克EscaladePlatinum白金版多功能運動車，是首款采用LED前照燈的多功能運動車。

上述里程碑式的事件是否意味著LED前照燈將立馬成為主宰車用光源領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)？據(jù)行家們預(yù)測：也許不會。因為就算是LED的成本能夠按照摩爾定律的預(yù)見速率持續(xù)下降，它要低到能與HID（高強度放電）氙燈匹敵的同等價位也尚需多年；而LED家族的成本若要降到能與鹵素?zé)舨幌嗌舷?，則需經(jīng)過一段更加漫長的時間歷程。

據(jù)Hella（海拉）公司總裁Fischer稱，車用LED的規(guī)模目前僅占其光源市場百分之幾的小份額，故對向大批量的型號（諸如GM/雪佛蘭部的Malibu款之類車型）的配套供貨極感興趣。但LED欲達到向Malibu車型那樣大批量的供貨水平，尚需克服一系列的技術(shù)和成本難題，至少還有十年的歷程要走。

偉世通指出，LED入市的步伐的確比原先預(yù)料的要慢一些，我們在2004年曾預(yù)測：LED車燈會很快井噴入市，而把HID淘汰出局。顯然，目前的態(tài)勢并非如此，雖然一直期望LED技術(shù)能演進得比現(xiàn)實要快一點。看來成本高并非是阻礙LED面市的唯一因素，仍然有技術(shù)性能方面的挑戰(zhàn)性難題需要攻克。

比如，就單個光源而言，LED的光照強度仍顯不足。而單點不夠亮就難以達成下述如意盤算：削減構(gòu)成組合燈具的LED光源數(shù)目將有助于縮小汽車燈具的占用空間且易于靈活布置，并可簡化照明系統(tǒng)的布線和安裝以及降低生產(chǎn)成本。

目前LED供應(yīng)鏈的主流狀況是：海拉供給通用凱迪拉克Escalade車型的LED光源元件是向歐司朗（Osram）采購的；而小糸車燈（Koito）的LED則使用Nichia公司的光源產(chǎn)品，再配套于豐田的LS600h車型；飛利浦Lumileds把LED光源供應(yīng)給AL（汽車照明）公司，再由后者為奧迪R8配置車燈系統(tǒng)。

據(jù)Koito的歐美經(jīng)營部經(jīng)理稱，他們不會劃地為牢而自我限定光源的種類及其采購廠商，無論產(chǎn)自于誰（飛利浦、歐司朗、或豐田Gosei）都可以買。顯然，照明系統(tǒng)部件的一級供貨商們試圖保持自身采購光源元器件的靈活性，想觀察一下：哪家器件廠商的產(chǎn)品技術(shù)能進步得最快、性價比最高。

當(dāng)今LED批供貨品的光電轉(zhuǎn)換（光能密度）指標(biāo)達到每瓦80流明（80lm/W）以上，而HID燈為90lm/W，鹵素?zé)魟t是201m/W。另據(jù)海拉通報：最新的LED研發(fā)原型的該項指標(biāo)已高達161lm/W。海拉亦預(yù)測：在今后的3-5年間，發(fā)自同樣功耗芯片的LED光強度將會提升50%。此事不僅意味著LED燈具將更加明亮，而且體現(xiàn)了其能耗的削減，從而改善整車的燃油經(jīng)濟性。

據(jù)估計，用LED取代鹵素?zé)艟吣芴嵘嚨膍pg（每加侖燃油的行駛英里數(shù)）指標(biāo)約0.25。而到歐洲實施白天開燈行駛法規(guī)時，更可把該mpg提升值擴大至0.5。凌志的車型經(jīng)理指出，應(yīng)用LED燈具對整車燃油經(jīng)濟性的改善將會有很大的貢獻。

然而，光強密度更高的LED也要散發(fā)出更多的熱量，而燈具的緊湊布置又使得可供散熱的面積趨小。誠然屬半導(dǎo)體類別的低能耗LED器件的發(fā)熱比鹵素?zé)艋騂ID燈具要少得多，但后者的熱量的大部分則是生成于燈具裝置之外的，而LED雖功耗低生熱少卻是要把熱量捂在微小的硅片里面來傳導(dǎo)的。

LED的熱管理是個大難題

即使較小的熱量要集中到芯片大小的器件上去傳導(dǎo)和發(fā)散，因裝置的熱容量小也會引起LED溫度的驟升。LED的工作溫度必須保持在150℃以下的范圍。對該散熱問題的一種解決方案是：在一個燈具中使用數(shù)目較多的LED發(fā)光元件，讓單件的發(fā)熱量較小，再把它們布置在較大的空間內(nèi)使其易于散熱。這就是小糸車燈在為豐田的凌志LS600h配套前照燈時所采用的手法。

凱迪拉克EscaladePlatinum每個前照燈由7枚LED光管構(gòu)成，其中5枚用于近程光束，另2枚則作為遠程光源。它們都帶有各自的主動式散熱裝置--冷卻風(fēng)扇（與臺式電腦中的內(nèi)置小風(fēng)扇類似）。

據(jù)海拉稱，熱管理是讓他們特別費心勞神的設(shè)計領(lǐng)域，在方案選擇上側(cè)重依靠虛擬仿真手段來評估優(yōu)化，而在模擬工具（仿真軟件包）的選用上則必須通過足夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)的考證。他指出，對熱管理問題的挑戰(zhàn)不僅來自于熱傳導(dǎo)，可借助于"熱池"裝置把LED元件所生成的熱量取出來，而且還要解決通風(fēng)問題，讓熱量從燈具裝置里散發(fā)出去。若僅靠自然通風(fēng)顯然是不夠的，所以海拉決定給燈具加上內(nèi)置風(fēng)扇。

法雷奧的熱管理策略堪稱一絕。它為LED燈具設(shè)定了一種確保安全的工作模式，即當(dāng)燈具的溫度升到預(yù)定的警戒值時，自動切換到削減燈具供電功率20%的該安保模式。據(jù)稱，這種程度的供電功率降低對燈光的亮度影響甚微，但卻能顯著地壓制住發(fā)熱水平。

LED光源的車用優(yōu)勢

既然遭遇到上述的種種成本障礙和層層技術(shù)難關(guān)，為什么整車廠商及其照明系統(tǒng)供應(yīng)廠商仍然要咬定青山不放松地全力推進LED上馬入市呢？

其原因出于：這種新光源能夠使得汽車燈具的風(fēng)格設(shè)計和造型布置具有空前的靈活性而適于車型的個性化，況且LED的光輸出功率密度已能夠與HID燈具匹敵，因此它極有希望把現(xiàn)存的其它照明技術(shù)統(tǒng)統(tǒng)淘汰出局而獨霸車燈市場。

據(jù)凱迪拉克EscaladePlatinum的車型產(chǎn)品經(jīng)理稱，LED的發(fā)光色譜接近于日光，這使得它發(fā)出的光被物體（諸如道路交通的指示標(biāo)牌/線）反射的有效性要高于其它光源，從而能在較遠的距離讓司機盡早發(fā)現(xiàn)而提高行車安全。他指出，路標(biāo)幾乎都采用被動輝光的反射方式，因為LED的光色近于日光，所以可以讓司機在夜間也像白天那樣方便地發(fā)現(xiàn)并看清交通標(biāo)志。

LED車燈的色溫為5500-6000K，它比其它光源的顏色更白，因為HID燈的淡藍光色溫是4000K，鹵素?zé)艄鉃辄S色3000K。所以在進行HID燈具的光學(xué)設(shè)計時，需把光譜中最藍的部份推移至其射點光斑的邊緣，因這些區(qū)域是本車司機眼睛通常不去注意的地方，從而減少該色光對人眼的不適干擾。

但對于迎面駛來的會車司機而言，仍在車輛越過該邊際區(qū)域時藍光會引起對方眩目而影響會車安全。在防眩目干擾方面，LED大燈擁有潛在的優(yōu)勢：既能保護本車司機的舒適視覺，也不會引起鄰車/會車司機的視障。因豐田凌志車的前照燈的近/遠程光采用了不同的光源（LED/鹵素?zé)簦?，所以LS600h的車主可能會被不同光源的顯著色差所困擾。

對于AL（汽車照明）LED前照燈的另一大優(yōu)勢是，歐盟已通過并將于2012年生效的DRL（日行燈）法規(guī)，它與加拿大的推薦式規(guī)定（允許白天用近光燈作為DRL）不同，歐盟法規(guī)是強制在白天使用前照燈的。只要車輛處在行駛之中，就必須開前照燈，使得LED光源的低能耗、長壽命的優(yōu)勢更明顯。

據(jù)法雷奧的CEO稱，另一種目前尚未兌現(xiàn)的潛能是：LED大燈能利用光點陣列來組合出前照燈光的主動式功能而毋需采用任何（目前此類裝置所必備的）運動部件。這樣的主動式照明系統(tǒng)（比如，隨轉(zhuǎn)向角度而變化光照射向的主動安保功能），有可能需要采用比以往所用過的數(shù)量更多的光管來構(gòu)成點陣。法雷奧正按此思路著手研發(fā)更可靠的新型自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)。

海拉Fischer指出，照明系統(tǒng)的這種變化也符合并體現(xiàn)了當(dāng)代汽車的機械裝置功能逐漸被（電子+電控+電動的）全電裝系統(tǒng)所取代的大趨勢。同一組LED陣列既可以作為前照大燈的光源，也同時可用于轉(zhuǎn)向燈，只是在發(fā)揮不同照明功能時采用各自的光學(xué)鏡罩。

作為一般的轉(zhuǎn)向燈，只須在車身兩側(cè)布置LED陣列，再加上簡單的開關(guān)功能即可。若要發(fā)揮智能前照的主動安保作用，讓前照光束能隨車輛的轉(zhuǎn)向軌跡而同步地總是照亮車前的道路，則需要布置較多的光源點陣并采取更復(fù)雜的光點電控，按照轉(zhuǎn)向輸入來控變光點陣列的明暗組合及其反光鏡，從而同步地改變前照光束的射向。

總之，借用市場研究及咨詢機構(gòu)StrategyAnalytics公司的AsifAnwar先生的話，LED前照燈雖然剛開始起步，但將是車用LED市場發(fā)展極快的領(lǐng)域。預(yù)計到2012年，LED前照燈市場將達到8000萬美元。LED必將以其卓越的安全性、可靠性、節(jié)能性及便于美學(xué)設(shè)計的特性，成為汽車照明系統(tǒng)的新寵，給汽車車燈的升級和革命帶來新的契機。