中心議題:
- 介紹傳統汽車燈的發展歷程及其分類
- 概述LED在汽車照明系統中應用的優勢及前景
解決方案：
- LED的7點優勢
- LED用于背光照明三種方式
- LED在汽車前照燈中應用面臨三大挑戰
引言
在20世紀80年代中期，LED開始被用于汽車中央高位剎車燈(CHMSL)。進入90年代，汽車儀表LCD面板背光照明普遍采用LED這種固態新光源。 進入新世紀后，隨LED功率和亮度的提升，除了汽車前照燈外，LED全面進入了汽車照明和信號系統中的應用。2005年，全球LED在手機中所占的市場份 額達52％。自從2005年以后，由于手機市場趨于飽和，不再呈增長的態勢，取而代之的則是汽車、交通信號燈、景觀裝飾照明和一般照明市場，其中車用 LED市場具有較大的誘惑力。
傳統汽車燈的發展歷程及其分類
傳統汽車的發展歷程
1879年，愛迪生發明了以電能作能源的真空白熾燈泡。1886年汽車問世之初，老爺車在夜間行駛時懸掛的是搖晃不定的汽燈。由于那時車輛很少，車速很低(不到30km／h)，盡管道路狹窄而崎嶇不平，既無傷人之虞，更無撞車之險。
在汽車車輛逐漸增加、車速也有所提高的情況下，路上行人也漸多，汽車不再允許僅靠一盞汽燈悠閑晃蕩了。于是光源工程師依托新興的白熾燈為汽車設計了一雙錚亮的白熾燈眼睛。當時的汽車的電氣工程師已給汽車配備了車載小型發電機，這為汽車電氣照明的發展奠定了基礎。
在 車輛日益增多、車速不斷提高的形勢下，照明僅是瞻前已經不夠，還需左顧右盼和免除后顧之憂，從此不僅車前燈，而且各種尾燈如行車燈、剎車燈、轉向燈、后霧 燈等一系列燈種相繼問世，為避免夜晚行車的追尾或轉彎時的相撞起了關鍵性作用。隨后前照燈又發展成近光燈、遠光燈、前霧燈等多種燈種。
為 在不降低白熾燈壽命的前提下，提高燈絲溫度和發光效率，上世紀50年代光源工程師發明了充氣白熾燈泡，隨后60年代又發明了在充氣白熾燈中加入鹵素的鹵鎢 燈。20世紀70年代，光效達201m／W的鹵鎢燈大規模替代了自熾燈用于汽車照明，至今仍然是汽車前照燈中占統治地位的燈種。為滿足高速車輛的照明要 求，更先進的高強度放電(HID)燈應運而生，其中的代表性光源則是氙氣金鹵燈。一只35W氙氣金鹵燈輻射光通(3200lm)為55W鹵鎢燈 (1101lm)的3倍，光效比金鹵燈高4.5倍，壽命超過10倍。
汽車燈的分類
汽 車燈按用途分照明燈和信號燈兩大類。照明燈猶如汽車的“眼睛”，在黑暗中照亮汽車行駛方向上的道路，延伸和拓寬駕駛員的視野；信號燈如同汽車的“嘴巴”， 車輛可通過燈光信號同其它車輛進行“語言”交流，向其它汽車司機明示本車的存在及其行駛的狀態，以使汽車在道路上能夠安全快捷行駛。
照明燈又分為車外照明燈和車內照明燈。車外照明燈包括前照燈、前霧燈和牌照燈等；車內照明燈主要是指儀表燈和閱讀燈等。
信 號燈也分車外信號燈和車內信號燈。車外信號燈是指轉向指示燈、制動燈、尾燈、示寬燈、倒車燈等；車內信號燈泛指儀表板指示燈，主要有轉向、機油壓力、充 電、關門提示及音響、空調等指示燈。在這些車燈中，屬于控制性檢驗的有車外照明燈和車外信號燈，因為它們是行車安全的關鍵部件。
汽車車前燈具如圖1所示。其中的前照燈像人的眼睛一樣，起到畫龍點睛的作用，為汽車增色不少，如圖2所示。
在車用燈具中，通常人們還將后轉向燈、制動燈、尾燈、后霧燈、倒車燈和行李箱燈等稱為輔助燈具，如圖3所示。
汽車燈的重復作用
汽 車車燈是汽車行駛必不可少的安全部件。據統計，車輛總行駛里程的25％是在夜晚或自然光線不足的情況下行駛的，而在此間發生的交通事故占到總事故的 33％，并且50％的傷亡事故發生在夜間。在多個ECE法規中，與車燈有關的法規就有近40個。我國目前汽車產品的74項強制性檢驗中，與車燈有關的項目 就占23項。
新一代固態光源LED成為汽車車燈的新寵
LED在汽車照明系統中應用的優勢
新 一代固態冷光源LED于上世紀60年代問世。直到80年代之前，由于那時LED的亮度不高，只是將其作為指示燈等使用，不會有人想到它會能作為汽車車燈。 進入80年代后，LED亮度有了較大提高，1985年被用于一輛客車上。1986年Nissan公司在300ZX型汽車上使用了72只φ5mm的LED作 為中央高位剎車燈，標志著LED開始進入了汽車領域中的應用。
與傳統車燈光源比較，LED的優勢如下：
(1)壽命長，免維護，在整個汽車使用期限之內有可能不用再更換燈具。
(2)非常節能，比同等亮度的白熾燈節能至少在一半以上。表1列示了汽車信號燈與白熾燈能耗的比較。
根據2003年美國能源署(DOE)車用LED節能審估報告，結果令人吃驚。僅對小轎車而言，若美國全國都使用LED車燈，每年可節省燃料14億加侖(美制1加侖=3.785升)，而且載貨卡車節省的燃料比小轎車多2倍。
(3)無須熱啟動時間，亮燈響應速度快。普通自熾燈燈泡的啟動時間一般為100-300ms，而LED通常不足70ms。對于事關重要的制動燈來說，這樣的時間差距意味著高速行駛時的制動距離相差4～7m，從而使汽車追尾事故發生率降低5％。
(4)結構簡單，擾震動和耐沖擊性能強。
(5)體積小，設計靈活性大，可以隨意變換燈具模式，適用各種造型的汽車。
(6)LED的冷光特性，使燈具不會因長期受熱而變形，從而提高了整套燈具的壽命。
(7)受電壓變換的影響遠遠小于普通燈泡，而且易于控制。
表2給出了LED高位制動燈與自熾燈高位制動燈的比較。
LED以其卓越的安全性、可靠性、環保性和節能性，成為汽車照明系統的新寵，給汽車車燈的升級和革命帶來了楔機。
LED在汽車照明系統中的應用
LED在汽車中的應用非常廣泛，除車頭前照燈外，其它一些車外和車內燈、照明與信號燈、高照度與低照度燈均可采用LED光源，如圖4所示。
LED在汽車低照度照明中的應用
LED在汽車低照度照明系統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控制時，顏色和亮度的一致性就顯得特別重要，被照區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、美容化妝燈、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
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定。在上個世紀80年代中期，LED開始進入到汽車產業。我國第一個LED車燈是桑塔納 2000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合開發，并于2000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 2004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2010年，絕大部分汽車尾燈照明將采用LED，包括倒車燈和牌照燈在內。2000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。
LED在汽車前照燈中的應用初見端倪
前 照燈是汽車在夜問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，最難也是最后投入使用的則是車頭前照燈。目前LED前照燈都是用在一些車展上的概念車上，如圖5所示。
自 2003年以來，有15多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。
2007款林肯Aviator等車型同樣采用全新的照明系統，其中包括LED前照燈。Lexus公司在2007年推出一 款2008LSGoohL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2007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2008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。現有的鹵鎢燈或HID燈燈具總長約30cm，而許多概念車上的LED燈具只有 12.5cm，而且可以在造型上突破傳統燈具的圓形設計。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，難以擴大照明區域，而LED燈具有多個光源，由此可使照明區域廣度擴大。
LED在汽車前照燈中應用面臨許多挑戰
在 LED全面進軍汽車應用市場中，一個最大的障礙就是前照燈。前照燈傳統光源已經十分成熟，像代表性光源鹵鎢燈，雖然光效不是很高(約201m／W)，但價 格低廉。高壓氙燈雖然價格相對較高，但安全、高效、節能，而且體積小，燈具設計簡單，因而倍受青睞。LED要在汽車頭燈中取代傳統光源，并非是一件容易的 事情，需要解決以下幾方面的問題。
一是亮度輸出。前照燈的亮度要求是：近燈900lm，遠燈1100lm，整 體為2000lm，約是Lumileds公司的40個1W的LuxeonLED在25℃時的總光源輸出。這類LED當環境溫度升至50℃時，效率會降至 80％以上。為提高亮度，需要更多數量的LED，這不僅會引起成本增加，而且會使LED的故障率增加。
二是散 熱問題。傳統光源產生的熱雖然遠遠高于LED，但不會囚高溫而降低其光輸出。然而，LED光輸出卻會因結溫升高而下降。因此，散熱問題在LED前照燈燈具 設計工作中至關重要。為防止LED過熱而燒毀，需要為其加裝散熱片。由于前照燈需用很多個LED，加設散熱片后體積會過于龐大，難以納入燈具之中。
三 是光學設計，利用LED作為光源設計燈具，需要對傳統的柱光源變為面光源。為得到需要的流明輸出，LED需要較大的封裝面積，致使光學設計難度增大。在目 前一些概念車上，都以模塊化設計取代現有的單一燈室設計，利用多組燈光源來達到傳統燈具的照明水平，從而減小了光學設計難度，并增加了車體造型設計感。
LED在汽車中應用市場前景看好
在2006年之前，LED最大的應用亮點是手機，其在全球所占的份額達52％。2005年之后，手機趨于飽和，取而代之的是汽車、交通燈、景觀照明和一般照明。
汽 車產業在全球經濟中仍然是一個支柱產業。目前我國的汽車年產能達800多輛，已超過德國，產量位居世界第三。規模如此之大的汽車產業，拉動了車用燈具的發 展，同時為LED在汽車上的應用提供了廣闊的市場空間。按目前LED的技術水平，一輛汽車需要300多個LED，其需求量非常之大。未來幾年我國車燈將會 有較大的發展，形成超過10億元的年產值。
