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

不過，欲使白光LED成為汽車頭燈的主要光源，相關(guān)部份的交通法條必須將其修訂。例如，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會審議汽車頭燈的GRE法條，預計會在2年之后才能允許使用白光LED作為汽車頭燈的主光源，倘假設(shè)法規(guī)修訂尚未通過，汽車市場導入白光LED頭燈的過程將會持續(xù)延宕下去。細數(shù)當前國際汽車廠商，例如：BMW、Mercedes-Benz、Audi、Lexus等一級車廠，相繼推出各類型新款汽車，借以吸引消費者。其中最富變化性、最引人注目的便是炫光奪目的白光LED車燈款式。過去，曾經(jīng)有人將LED稱為第4代汽車照明光源，這是因為LED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、鹵素燈等照明設(shè)備無法相比較的競爭優(yōu)勢?！銎囶^燈必須要興起才能帶動車用LED產(chǎn)業(yè)

過去10年中，高亮度的LED陸續(xù)被應(yīng)用在汽車、卡車及大型游覽車的內(nèi)外車燈等領(lǐng)域。根據(jù)EyesplyJapan市場調(diào)查指出，在2004年大約有30％的新車款以LED作為車尾燈〔reartaillamp〕或CMHSL〔CenterHigh-MountStopLamps〕，大部份新出廠汽車及大型交通工具已開始使用LED當作方向指示燈及第三煞車辨識燈。

在此趨勢開展下，車用LED在2003年的市場規(guī)模超過2億美元，2004年比2003年成長24.2％，市場規(guī)模約為2.36億美元，2005年比2004年成長19.1％，市場規(guī)模那么超過了3億美元。

隨著采用LED的新車款逐年擴張，許多專家一致認為往后數(shù)年中，仍可望維持二位數(shù)的成長率，預估2021年時市場規(guī)模將突破4.5億美元。倘假設(shè)白光LED汽車頭燈假設(shè)能順利開發(fā)出新的產(chǎn)品及技術(shù)，汽車用LED市場規(guī)模將持續(xù)擴大，各方預測也將提早發(fā)生。

一般來說，汽車頭燈屬于車外使用的LED種類，其技術(shù)特性指標跟手持式等消費設(shè)備所使用的白光LED類似，不過，對LED發(fā)光角度、色差、亮度、閥值電壓、電流等光學、電學性能的一致性和可靠性要求更高。

目前LED在車外的主要應(yīng)用在于制動燈、前方轉(zhuǎn)向燈、前方轉(zhuǎn)向燈、左右兩側(cè)轉(zhuǎn)向燈、前方霧燈和倒車燈方面，而在頭燈還處在研究開發(fā)階段，雖然已有局部先進廠商已有展出樣品頭燈，但還沒有到達商業(yè)化批量生產(chǎn)的程度，其主要原因，包括：單個白光LED元件的亮度缺乏，而頭燈所使用的LED尚有易衰減、價格過高等問題存在。

■白光LED如何因應(yīng)車上特殊要求？

長期以來，車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，并參照汽車燈的光學、電學及形狀為主要標準，這些標準也在這2年經(jīng)由LED廠、汽車廠商及汽車協(xié)會大力推廣下逐步而緩慢地改變。

曾有汽車廠商電氣專家表示，汽車廠其實很樂見「以白光LED光源來代替白熾燈的LED汽車頭燈」，不過，在設(shè)計上必須要參照傳統(tǒng)頭燈的發(fā)光源標準來設(shè)計，但LED光源的基點屬于陣列式，因此白光LED頭燈而言，那么是一項全新的思路。其技術(shù)路線必須要應(yīng)用白光LED光源的單色性，不加濾色片直接選用不同波長的多個高效LED元件設(shè)計成分，才能滿足汽車頭燈具設(shè)計及加工的特殊性。

▲反射型與投射型LED發(fā)光源3D模型模擬圖。〔資料來源：財團法人車輛研究中心〕對LED元件的主要有3項要求，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、光學參數(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元件在直流電點亮后，其使用壽命必須超過1,000小時，發(fā)光強度衰減值要小于20％。

對于白光LED頭燈在配線板及元件加工也有3項特點：一、車上的配線板形狀較為不規(guī)那么，因此，必須要具有良好的導熱、導電功能三維陣列結(jié)構(gòu)；二、具有耐高溫、耐沖擊振動和電流超載等；三、設(shè)計有優(yōu)良恒電流及恒電壓等控制電路。

■白光LED須突破瓶頸汽車頭燈才有前景

未來汽車頭燈開發(fā)的開發(fā)演進過程中，LED光源必須符合先進汽車照明設(shè)計，然而造型、體積與效率為當前主要設(shè)計LED頭燈的當前之務(wù)，如何將此目標做最正確化的設(shè)計，將會是未來LED車燈設(shè)計上，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，可是國外車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)的車燈廠商莫不加緊腳步，開發(fā)白光LED頭燈，未來配合高亮度LED陸續(xù)推出，才能在最快的時間內(nèi)掌握LED頭燈產(chǎn)品的開發(fā)時機。

不過，相較于目前汽車廠所使用的HID或鹵素燈，在本錢上白光LED價格還是高出許多，而在標準上所要求的法規(guī)亮度，必須使用多組的白光LED才能到達亮度需求。

■LED與傳統(tǒng)燈具結(jié)合降低原始汽車改變設(shè)計路徑

傳統(tǒng)的汽車頭前燈的設(shè)計方式，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)過小凸透鏡而形成雕塑光源。以目前兩大主要汽車頭燈應(yīng)用主流，分為多重反射鏡面車燈〔Multi-Reflector；MR〕與投射式汽車頭燈〔ProjectionSystem〕。

雖然這2種款式的汽車頭燈設(shè)計方式，都能符合LED的發(fā)光原理及設(shè)計方式，不過，LED是以面光源形式來產(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，光學設(shè)計必須再經(jīng)過重新改進。

這是因為頭燈必須要在唯一反射鏡可以加以運用的情況下，反射鏡設(shè)計也就相形重要，遠比傳統(tǒng)頭燈設(shè)計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)計的空間需求。

▲傳統(tǒng)頭燈及LED頭燈水平發(fā)光作用示意圖。〔資料來源：財團法人車輛研究中心〕帖這當府中最金關(guān)鍵者便是般在于彈「汽粱車頭蜻燈設(shè)輔計概帶念」建的改營變，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負夫責。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普設(shè)計煎非常芒復雜槽，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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在進行陣列式白光LED頭燈設(shè)計前，只具單一功能白光LED模塊設(shè)計將必須先行納入考慮，主要是因為白光LED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)個不同反射鏡模塊來加以組合，才能到達此項設(shè)計要求。

另一方面在頭燈的反射鏡設(shè)計根底上，是采用3種光形的反射鏡來達成LED頭燈的近光燈根本光形設(shè)計，另外再加上遠光光形的反射鏡，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)計完成最正確化LED投射式單元后，開始進行智能型LED頭燈雛型的系統(tǒng)功能設(shè)計，依照AFS標準要求，在雛型設(shè)計時，就必須以4種不同光形的近光燈光形及1個遠光燈光形，其中LEDPES模塊分為上中下共3排，并以此為模塊配對來達成適路性的光線需求。

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