【文章內容簡介】 將 導致 LED 半導體溫度過高，很容易損壞；同時 LED 車燈的流明并沒有隨電流同 比 增長，即用電多也不一定會亮得更明顯；而 LED 發(fā)光具有明顯的方向性，照射廣 角度 不夠；外界環(huán)境溫度對 LED 燈的影響同樣巨大，所以對它的熱管理是最根本需要解決的問題，這涉及對電流元器件，尤其是熱敏電阻器的控制與管理，電流的線性控制是 LED 能否正常并安全工作的關鍵。 LED 會隨溫度與電流的變化而改變顏色，可能影響夜視效果和距離判斷； 電流頻率甚至可能導致光線頻繁閃爍。同時，大部分國家LED 在汽車照明領域的應用與電路設計 8 與汽車照明相關的法律對 LED 車燈并沒有太多的支持，也限制了它的發(fā)展。 小 結 作為一種出現(xiàn)時間最晚的照明技術， LED 的優(yōu)點不僅體現(xiàn)在發(fā)光質量方面，更在生產、制造、易用性等各方面都要大大超越白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源。 現(xiàn)在 的 LED 發(fā)展非?？?， 光效在不斷地提高 ， 在這個前提下 ， 汽車用 LED 燈將會越來越普遍 ， 其低能耗、小型化、無需維護和設計上自由度較大等優(yōu)點是讓人很期待的。 LED 在汽車照明領域的應用與電路設計 9 3 LED 在汽車照明領域的應用 引言 最近幾年 ， 燃料費的變化讓汽車都力求低能耗 ， 這就使得汽車上的 LED 應用越來越多 ， 并有取代汽車密封式前大燈和其他汽車用白熾燈的趨勢。 圖 31標示了汽車中 LED燈具的主要安裝位置。 本章節(jié)就是對 LED 在汽車上的應用所作的介紹。 31 汽車中主要 LED 燈具的安裝位置 車燈 分類與基本要求 汽車燈具總成的基本組成部分是燈光組，燈光組包括三部分：光源 （ 燈泡 ） 、反射鏡及透光鏡。 汽車燈具以其功能不同可分為兩大類：照明燈具和信號燈具。 照明燈具包括：前照燈 （ 近光燈和遠光燈 ） 、前霧燈、倒車燈、側照燈等； 信號燈具包括：位置燈、示廊燈、轉向信號燈、制動燈、后 霧燈、牌照燈以及回復反射器等。 其中，前霧燈和倒車燈既是照明燈也是信號燈。 1. 前照燈 前照燈即俗稱的前大燈，以其裝用的光源不同，可分為氣燈 （ 氣體放電燈 ） 及電燈。電燈又分為白熾燈和鹵鎢燈。目前，我國主要使用的白熾燈泡，前照燈包括近光燈及遠光燈。近光燈是當車輛前方有其它道路使用者時，不致使對方炫目或不舒適感所使用的近距離照明燈具，即會車時使用的燈；遠光燈是當車輛前言無其它道路使用者時所使用的遠距離照明燈具。 從前照燈的型號來看，照明燈 （ 前大燈 ） 大致分四種 :H H H H7 等型號。LED 在汽車照明領域的應用與電路設計 10 日本車的車燈型號 大多為 H4；歐洲車的車燈型號是 H H H D2S/R；美國車的車燈型號則為 HB3（ 9003） 、 HB4（ 9004） 、 HB5（ 9005） 。 2. 前霧燈 主要是用于改善在霧、雪、雨或塵埃情況下道路照明的燈具。為防止迎面車輛駕駛員的炫目，前霧燈光束在地面的投射距離相對近光光束來說要近。 3. 其它燈具 位置燈，即一般所說的小燈，它主要是表明車輛存在和寬度的燈；制動燈即剎車燈，從車輛后方觀察，表明車輛正在制動的燈具。目前，要求安裝的后霧燈，它主要是在大霧情況下，從車輛后方觀察，使得車輛更為易見的燈具。由于它 的穿透力強，可經在很大程度上，減小不良天氣情況下汽車的追尾事故，預防交通事故的發(fā)生。 LED 在汽車低照度照明中的應用 LED 在汽車低照度照明系統(tǒng)中的應用主要是儀表板背光照明、操作開關、閱讀燈、示寬燈、牌照燈等，這是汽車制造商最早將 LED 應用于汽車，同時也是目前 LED 在汽車中應用最多的部分。 汽車內部的顯示，如儀表盤，過去主要采用白熾燈或真空熒光 （ VF） 來提供背光，后來出現(xiàn)了用 CCFL 作為背光源的顯示板。隨著 LED 技術的不斷進步， LED 已經取代傳統(tǒng)光源組合到背光照明中。從儀表盤到整個娛樂、導航、行程計 算及信息中心控制顯示等等， LED 幾乎無處不在。 LED 用于背光照明主要有以下三種方式： （ 1） 最簡單的方式是把 LED 直接安裝在 LCD 散射膜的后面，可使用許多封裝的LED，也可采用未封裝的管芯。 （ 2） 另一種方式是將 LED 發(fā)出的光導入光纖束中，在光纖束的散射膜后面構成一個平坦的薄片，可以不同的方式將光從薄片中取出作為 LCD 的背光照明。 （ 3） 還有一種方式是邊緣光 LCD 背光照明，用一個透明或半透明的矩形塑料塊作為導光體，將其直接安裝在 LCD 散射膜后面，塑料塊的后表面涂有白色反光材料， LED光從塑料塊的一個側邊射入 ，其余側邊或白色反光材料。 當多個 LED 一同用于汽車儀表盤照明或娛樂系統(tǒng)控制時，顏色和亮度的一致性就顯得特別重要，被照區(qū)域的亮度需要均勻一致，不應有任何陰影。 LED 在汽車內部的照明主要包括一般照明用頂燈、閱讀燈、 門鎖燈等等。其達到的目的是提供放松和友好的和諧氣氛，以減輕駕駛員的疲勞，改善和提高舒適程度，幫助駕駛員能得到大量可讀和清晰的信息 。 LED 在汽車高照度照明中的應用 （ 1） LED 在汽車信號燈中的應用 汽車信號燈主要指剎車燈、方向燈和尾燈，對其照度和顏色都有明確的規(guī)定。在上LED 在汽車照明領域的應用與電路設計 11 個世紀 80 年代中期， LED 開始進入到汽車產業(yè)。我國第一個 LED 車燈是桑塔納 2021型轎車的高位制動燈，它由上海汽車電子工程中心和上海小系車燈有限公司聯(lián)合開發(fā)，并于 2021 年通過上海大眾汽車公司認證而投產。迄今為止， LED 在汽車上的應用除了儀表 LCD 面板背光照明外，最流行的當屬中央高位剎車燈，目前已有 80％以上的歐系和日系汽車安裝了 LED 中央高位剎車燈。 在 早幾年的 2021 年北京車展上，法國富奧公司展示了用 4 個 LED 做成的高位剎車燈，還有用一個 LED 燈來實現(xiàn)所有尾部信號燈功能，包括停車燈、后小燈、轉彎指示燈、霧燈和倒車指示燈等。 到 2021 年，絕大部分汽車尾燈照明將采用 LED，包括 剎車燈、 倒車燈和牌照燈在內。 2021 型凱迪拉克和 S 級奔馳車上，后燈 （ 尾燈、剎車燈和轉向燈 ） 全部使用了 LED。新奧迪 A8 轎車側面轉向燈、行車燈、剎車燈和轉向燈等，也全部使用了 LED。目前國際上新款式高檔轎車，如凱迪拉克、寶馬、豐田、奔馳和福特等，都裝配了五彩繽紛 LED 燈具。 （ 2） LED 在汽車前照燈中的應用初見端倪 前照燈是汽車在夜 間 行駛時照明前方道路的燈具，是保障汽車安全運行的重要部件之一。前照燈的照明距離越遠，配光性越好，汽車行駛的安全性能也就越高。汽車 前照燈發(fā)出遠光和近光兩種光束，其中遠光在無對方來車的道路上，汽車以較高速度行駛。遠光應保證在車前 100m 或更遠的路面上得到明亮而均勻的照明。 在全部車 LED 燈具中，最難也 可能 是最后投入使用的則是車頭 的 前照燈。目前 LED前照燈都 只是 用在一些車展上的概念車上。 自 2021 年以來，有 15 家汽車制造廠在相關車展上展出了采用 LED 頭燈的概念車。在北美一次國際車展上登場的福特概念車中，其中一輛則采用了 LED 頭燈。日本小系等公司也有樣燈展出。 2021 款林肯 Aviator 等車型同樣采用全新的照明系統(tǒng)，其中包括LED 前照燈。 Lexus 公司在 2021 年推出一款 2021LSGoohL 混合動力豪華汽車量產車，其前照燈采用了 LED 設計。日本豐田于 2021 年在凌志 600H 車型上開始安裝 LED 車頭前照燈，德國大眾計劃于 2021 年在奧迪 R8 車型上安裝 LED 前照燈。從目前的情況來看， LED 前照燈還處在研發(fā)階段，預計在 10 年之內將會在普通轎車上比較普遍地被采用。 LED 這種新光源，對于汽車前照燈的形狀和排列有著較大的靈活性。利用 LED 體積小這一優(yōu)勢，可以大幅縮小前照燈整組燈具的體積，讓出一些寶貴的空間給其它相關裝置?，F(xiàn)有的鹵鎢燈或 HID 燈燈具總 長約 30cm，而許多概念車上的 LED 燈具只有，而且可以在造型上突破傳統(tǒng)燈具的圓形設計。由于 LED 采用模塊化設計，從造型上看，前照燈設計給人們以全新的視覺沖擊。使用 LED 作為前照燈，不僅顏色識別性比鹵鎢燈等老式燈高，而且由于老式燈只有一個光源，難以擴大照明區(qū)域，而 LED燈具有多個光源，由此可使照明區(qū)域廣度擴大 [4]。 LED 在汽車照明領域的應用與電路設計 12 小結 整體看 ， 汽車用燈 LED化是一個非常廣闊的市場。但由于汽車領域的準人門檻較高 ，所以汽車用 LED現(xiàn)在還沒有全面廣泛的進入市場 ， 相信隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展 ， 汽車用 LED燈將在 未來幾年廣泛的應用在汽車市場。 LED化是車燈發(fā)展的一個大趨勢 ， 其必將是汽車照明系統(tǒng)發(fā)展史上的一次飛躍。 LED 在汽車照明領域的應用與電路設計 13 4 LED 車用光源設計分析 引 言 汽車上的燈光系統(tǒng)不但讓駕駛者能實際了解車子的狀況，更提供了安全駕駛過程中所必須兼具的條件。新一代的 LED 光源，已進一步擴大應用于汽車 的外部和內部 ，并根據(jù)各個應用面不同需求，出現(xiàn)多種 LED 產品?；旧?，由于 LED 與傳統(tǒng)的光源除了在外型上的差異之外，光形與效能輸出也有很大的差異，因此，要將 LED 完善地應用在汽車燈上，包括光學設計與散熱設計等，將與傳統(tǒng)汽車燈具的設計概 念有所不同。一旦汽車能與 LED 成功地進行整合，并克服技術門檻，將可為汽車設計開創(chuàng)出嶄新的天地。 車 用 LED 封裝技術 不同的 LED 元件 有著 不同的應用途徑及環(huán)境范圍，因此封裝方式也有其差異 。 倘若 LED 的芯片及封裝技術能夠進一步提升，產品亮度更可提高一倍。 隨著 應用層次的不同，汽車制造廠必須要選擇不同 LED 光源與封裝技術，才能面對車上各個不同的環(huán)境要求。一般來說， LED 在汽車工業(yè)方面的應用，乃是根據(jù)亮度的差異，將其簡單歸類為指示燈、投射光源用與照明光源等三種不同類型的需求，說明如下。 指示燈的應用 ——由于此 范圍所使用的 LED 光源流明值需求不高，其消耗功率也較低 （ 約為 70～ 200mW） ，所生成的熱源對封裝體的影響較小，所以許多廠商在設計封裝時，往往會忽視掉熱源可能會導致的后果，因此，大部分是采用樹脂類的材料直接將 LED 整個包覆起來，再進行封裝的動作，也因為樹脂類的材料對于熱的傳導系數(shù)較低 （ W／ K） ，容易產生散熱不佳的情況，使得 LED 元件與散熱系統(tǒng)之間的界面熱阻系數(shù)會因此而提高。 車內照明光源應用 ——除了上述所應用車內指示燈源之外，還可用于亮度要求較高的車內照明、霧燈與前后方向指示燈。因為亮度需求提高，其封裝功率 也必須相對提升。不過，如此一來， LED 很容易就會因為功率增加而影響到色彩 的 問題，因而不得不將散熱問題納入考慮的重點。 在封裝設計上，除了可以使用樹脂類的材料封裝外，還可以設計 成金屬塊襯底 能在第一時間便將 LED 所產生的熱源導出，以便維持 LED 的發(fā)光效率與熱阻問題。 汽車投射燈源 的 應用 ——這是目前在 LED在汽車應用上封裝亮度要求最高的一種，以前照明系統(tǒng)為主，包含了霧燈、近光燈、遠光燈，單個體的封裝必須達到 4W 以上，而熱阻則必須小于 5K／ W，才能在高溫的環(huán)境下，正常維持 LED 主體的散熱能力，保持 LED 光源的輸出效率在規(guī)定范圍內 [5]。 LED 在汽車照明領域的應用與電路設計 14 車 用 LED 燈光亮度要求 基本上，以流明亮度的需求來看，一般在汽車內部所使用的照明設備大約需要 80流明的亮度，大多采用表面安裝 （ Surface Mount Technology； SMT） 的封裝方式，單體封裝約為 2 流明輸出之多，其發(fā)光效率則可以達到 15～ 201m／ W 之間。其次，車用的高位剎車燈則約略需要 30 流明的亮度，一般采用直徑 5mm 的炮彈型 （ Lamp） 封裝技術，借以加強設計光照角度及強度，再通過樹脂透鏡安裝在發(fā)光元件上，而達到對光的調節(jié)，其單體封裝亮度約 4 流明 ，發(fā)光效率則可達 20～ 401m／ W。 汽車尾燈對于亮度的要求，約在 300～ 500 流明之間，一般采用 1W 的 SMT 封裝技術，單體封裝亮度約10～ 20 流明，效率可達 15～ 401m／ W。受限于發(fā)光亮度不足，在過去， LED 大多是作為車內指示燈或是儀表照明用途，而近幾年才開始運用在高位剎車燈、尾燈、方向輔助燈等。 以上是安裝在汽車上實際作為車體的光源量測數(shù)據(jù)，而目前 LED 廠與車廠正積極合作，試著將 LED 導入前照系統(tǒng) （ 頭燈、霧燈 ） 中，其中車廠對于頭燈的亮度需求約2021 流明的白光， LED 廠目前則應用高瓦數(shù)的 SMT LED 封裝架構，每單體封裝可輸出 100～ 200 流明，效率預期提高至 50～ 1001m／ W。 車用 LED 光學設計 光學設計時先考慮法規(guī)需求，討論視角與強度關系，以近燈為例，須針對其特殊的15 度仰角設計。在傳統(tǒng)的燈具設計上是由先期的利用反射罩配合透鏡刻紋作角度與強度的控制，演變成為利用反射罩直接控制強度角度，也發(fā)展出利用成像方式的魚眼透鏡設計法。不論何種的設計方式都須先考慮選用光源的特性，特別是角度與強度的光型輸出，對傳統(tǒng)的光源而言，大多為柱狀光源，可產生類似蝴蝶外型的光型輸出，進而發(fā)展出來與之搭