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白光LED头灯技术发展与目前研究现况

  • 发布日期:2007-01-31 浏览次数753

      编者按:目前全球各大汽车展中,都能看到以白光led作为汽车头灯的概念车款,不仅以花俏的引人注目,也在实用化方面注入不少研发心血,包括:丰田汽车作为雷克萨斯品牌旗舰轿车推出的概念车「LF-Sh」,及丰田品牌下一代微型面包车的概念车等,也都搭配了白光led头灯,在在都使人感觉离白光LED头灯的未来已经非常接近。

 不过,欲使白光LED成为汽车头灯的主要光源,相关部份的交通法条必须将其修订。例如,联合国欧洲经济委员会审议汽车头灯的GRE法条,预计会在2年之后才能允许使用白光LED作为汽车头灯的主光源,倘若法规修订尚未通过,汽车市场导入白光LED头灯的过程将会持续延宕下去。

    细数当前国际汽车厂商,例如:BMW、Mercedes-Benz、Audi、Lexus等一级车厂,相继推出各类型新款汽车,借以吸引消费者。其中最富变化性、最引人注目的便是炫光夺目的白光led车灯款式。过去,曾经有人将LED称为第4代汽车照明光源,这是因为LED头灯除了一次性投入较高之外,在寿命、亮度、低耗电方面,都是传统白炽灯、卤素灯等照明设备无法相比拟的竞争优势。

■汽车头灯必须要兴起才能带动车用LED产业

 过去10年中,高亮度的LED陆续被应用在汽车、卡车及大型游览车的内外车灯等领域。根据Eyesply Japan市场调查指出,在2004年大约有30%的新车款以LED作为车尾灯(rear tail lamp)或CMHSL(Center High-Mount Stop Lamps),大部份新出厂汽车及大型交通工具已开始使用LED当作方向指示灯及第三煞车辨识灯。

 在此趋势发展下,车用LED在2003年的市场规模超过2亿美元,2004年比2003年成长24.2%,市场规模约为2.36亿美元,2005年比2004年成长19.1%,市场规模则超过了3亿美元。

 随著采用LED的新车款逐年扩张,许多专家一致认为往后数年中,仍可望维持二位数的成长率,预估2008年时市场规模将突破4.5亿美元。倘若白光LED汽车头灯若能顺利开发出新的产品及技术,汽车用LED市场规模将持续扩大,各方预测也将提早发生。

 一般来说,汽车头灯属于车外使用的LED种类,其技术特性指标跟手持式等消费设备所使用的白光LED类似,不过,对led发光角度、色差、亮度、阀值电压、电流等光学、电学性能的一致性和可靠性要求更高。

 目前LED在车外的主要应用在于制动灯、前方转向灯、后方转向灯、左右两侧转向灯、后方雾灯和倒车灯方面,而在头灯还处在研究开发阶段,虽然已有部分先进厂商已有展出样品头灯,但还没有达到商业化批量生产的程度,其主要原因,包括:单个白光LED元件的亮度不足,而头灯所使用的LED尚有易衰减、价格过高等问题存在。

■白光LED如何因应车上特殊要求?

 长期以来,车上所使用的头灯是以白炽灯、卤素头灯或氙气头灯(High Inten-sity Discharge headlamps;HID)作为主发光源,并参照汽车灯的光学、电学及形状为主要标准,这些标准也在这2年经由LED厂、汽车厂商及汽车协会大力推广下逐步而缓慢地改变。

 曾有汽车厂商电气专家表示,汽车厂其实很乐见「以白光led光源来代替白炽灯的LED汽车头灯」,不过,在设计上必须要参照传统头灯的发光源标准来设计,但led光源的基点属于阵列式,因此白光LED头灯而言,则是一项全新的思路。其技术路线必须要应用白光LED光源的单色性,不加滤色片直接选用不同波长的多个高效LED元件设计成分,才能满足汽车头灯具设计及加工的特殊性。


▲ 反射型与投射型led发光源3D模型模拟图。(资料来源:财团法人车辆研究中心)

     对LED元件的主要有3项要求,分别为:LED必须具有高效、大功率、高可靠性(-40℃125℃);另外,就是符合电学、光学参数稳定性、一致性的高要求,譬如,在同一批元件的阀值电压不一致性必须要小于0.1V;最后,则是LED元件在直流电点亮后,其使用寿命必须超过1,000小时,发光强度衰减值要小于20%。

 对于白光LED头灯在配线板及元件加工也有3项特点:一、车上的配线板形状较为不规则,因此,必须要具有良好的导热、导电功能三维阵列结构;二、具有耐高温、耐冲击振动和电流超载等;三、设计有优良恒电流及恒电压等控制电路。

■白光LED须突破瓶颈 汽车头灯才有前景

 未来汽车头灯开发的开发演进过程中,LED光源必须符合先进汽车照明设计,然而造型、体积与效率为当前主要设计LED头灯的当前之务,如何将此目标做最佳化的设计,将会是未来led车灯设计上,应再寻求突破的主要工作。

 虽然目前距离白光LED头灯商品化仍有段距离,可是国外车灯大厂仍不断堆出新型之LED头灯雏型,有监于此,诸多传统的车灯厂商

 

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