LED技術(shù)在汽車(chē)燈具中的運(yùn)用探討

李?yuàn)W威 李敬振

摘要：為汽車(chē)行駛必不可少的安全部件，汽車(chē)燈具在汽車(chē)主動(dòng)安全方面的作用至關(guān)重要。80年代后期伴隨高亮度發(fā)光二級(jí)管技術(shù)的出現(xiàn)，LED在汽車(chē)外部照明的應(yīng)用成為可能。LED可靠性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、色純度高、響應(yīng)速度快、體積小便于設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，使其在車(chē)外照明方面得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)，LED車(chē)燈已經(jīng)成為汽車(chē)潮流的新寵，被廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)向燈、制動(dòng)燈等信號(hào)燈具上，并應(yīng)用于前照燈。

關(guān)鍵詞：LED技術(shù)；汽車(chē)燈具；應(yīng)用

首先LED車(chē)燈是指采用LED（發(fā)光二極管）為光源的車(chē)燈。因?yàn)長(zhǎng)ED具有亮度高、顏色種類(lèi)豐富、低功耗、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，所以LED被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域。

關(guān)于LED的車(chē)燈種類(lèi)很多，其中最常見(jiàn)為內(nèi)部車(chē)燈和外部車(chē)燈。外部車(chē)燈包括前照燈、霧燈、牌照燈、倒車(chē)燈、制動(dòng)燈、轉(zhuǎn)向燈、示位燈、示廓燈、駐車(chē)燈和警示燈和日間行車(chē)燈。常見(jiàn)的內(nèi)部燈具有頂燈、閱讀燈、行李廂燈、門(mén)燈、踏步燈、儀表照明燈、工作燈、儀表板警指示燈等。

1.汽車(chē)燈具的要求及發(fā)展

1885年德國(guó)工程師卡爾.本茨在曼海姆制成了的一輛汽車(chē)，該車(chē)為三輪，采用一臺(tái)兩沖程單缸0.9馬力的汽油機(jī)，具備現(xiàn)代汽車(chē)的基本特點(diǎn)。隨之汽車(chē)燈具也開(kāi)始研發(fā)，在最開(kāi)始時(shí)期，汽車(chē)燈具主要是由白熾燈構(gòu)成，由于白熾燈亮度弱費(fèi)電等特點(diǎn)。隨著燈具的要求和種類(lèi)越來(lái)越繁多，例如前照燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車(chē)燈、高位剎車(chē)燈、近光燈、遠(yuǎn)光燈等，LED燈的出現(xiàn)開(kāi)始引起汽車(chē)設(shè)計(jì)師的重視。我們都知道，汽車(chē)的安全行駛是很重要的關(guān)鍵，然而汽車(chē)燈具在其中起到了關(guān)鍵的作用，有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)說(shuō)明，發(fā)生車(chē)禍的幾率較大的時(shí)間大部分是在晚上或是光線不強(qiáng)的時(shí)候。引起了國(guó)家有關(guān)部門(mén)對(duì)燈具的重視，所以要提高汽車(chē)的安全行駛首先就要提高汽車(chē)燈具的技術(shù)含量。作為汽車(chē)安全保障最重要的汽車(chē)燈具也相當(dāng)重要，LED的研發(fā)與應(yīng)用，更好的避免了汽車(chē)在夜間或是光線暗的情況下出現(xiàn)不必要的安全問(wèn)題。

2.LED燈的優(yōu)點(diǎn)

2.1 燈光色辨別度高

目前的路標(biāo)采用輝光的發(fā)射方式，而LED燈發(fā)出的光線接近于日光的光譜，具體情況如圖1所示。這種LED燈發(fā)出的光線比普通燈具發(fā)出的光線更容易被路標(biāo)所反射，反射的有效性遠(yuǎn)高于其他的光源，這可以使駕駛?cè)藛T在較遠(yuǎn)的地方就可以發(fā)現(xiàn)路標(biāo)上的信息，并及時(shí)做出合理的決斷，以減少發(fā)生車(chē)禍的幾率，增加駕駛的安全性，這種LED燈的發(fā)光能力極強(qiáng)，可以使夜晚像白天一樣，可以及時(shí)地捕捉到路標(biāo)上的信息，使司機(jī)能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和捕捉到路標(biāo)上的交通信息。

2.2 節(jié)能無(wú)污染

近些年，隨著對(duì)于LED燈的不斷改進(jìn)，其發(fā)光效率也越來(lái)越高，具有極大的發(fā)展前景和發(fā)展趨勢(shì)，如圖2所示。LED燈也叫發(fā)光二級(jí)管，這種LED燈的原理是當(dāng)電子與空穴結(jié)合時(shí)，內(nèi)部的電子以光子的形式將能量釋放出來(lái)，發(fā)出強(qiáng)力的光速，所以LED燈是通過(guò)電子以光子的產(chǎn)生光線。LED燈的發(fā)光可以將電能轉(zhuǎn)化為光能，在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中能源浪費(fèi)比較少。LED燈發(fā)出的光源不含有鉛、汞等污染性的元素，所以LED燈發(fā)出的光源屬于綠色環(huán)保的光源，對(duì)周邊的環(huán)境具有很好的保護(hù)性。這種LED燈具有節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)等兩方面的特性。LED燈最大的特點(diǎn)是由于以光子的形式釋放出的能量，釋放出的光源并不能產(chǎn)生熱能，也不像普通光源那樣產(chǎn)生輻射能量，發(fā)出的是一種冷光源，不會(huì)產(chǎn)生意外的燙傷。

2.3 防止前照燈的炫目

LED燈與其他的普通的燈具不同，LED燈的燈光比較溫和，LED燈的燈光接近于自然光，這種自然光與白天的日光比較接近，可以很好地滿足駕駛員的視覺(jué)感受，這種光源并不是十分強(qiáng)烈，減少由于燈光的強(qiáng)度較強(qiáng)對(duì)于駕駛?cè)藛T眼睛的刺激性，對(duì)駕駛員的眼睛造成眩暈影響駕駛?cè)藛T查看室外情況。所以為了駕駛?cè)藛T更好地適應(yīng)需要對(duì)于LED燈的光譜進(jìn)行調(diào)節(jié)，將光譜的最藍(lán)部分進(jìn)行調(diào)節(jié)，使駕駛?cè)藛T不會(huì)感到眼睛的不舒服，出現(xiàn)炫目的情況。

2.4 響應(yīng)時(shí)間短

LED燈由于燈具的本體是引用LED技術(shù)制成的這種LED燈的響應(yīng)的時(shí)間比較短，LED燈的響應(yīng)時(shí)間比普通的燈具要快200～300ms，具體的比較結(jié)果如圖3所示，在LED燈反應(yīng)時(shí)間最短的為轉(zhuǎn)向信號(hào)燈和高位制動(dòng)燈，所以這種LED燈可以應(yīng)用于行駛過(guò)程中的應(yīng)急反應(yīng)。如果一輛汽車(chē)以110km/h在公路上行駛中，如遇到緊急情況使用轉(zhuǎn)向信號(hào)燈進(jìn)而高位制動(dòng)燈可以得到極快的反應(yīng)速度，為司機(jī)贏得7m左右的制動(dòng)距離，這樣可以給司機(jī)充分的反應(yīng)時(shí)間，采取有效的措施，減少汽車(chē)出現(xiàn)的事故。

3.LED技術(shù)在汽車(chē)燈具上的應(yīng)用

LED技術(shù)在汽車(chē)燈具上的應(yīng)用

LED技術(shù)是一種場(chǎng)致發(fā)光光源，其是將電能直接轉(zhuǎn)化成光能的半導(dǎo)體器件。LED發(fā)光原理是p-n結(jié)兩端加上正電壓，則p區(qū)中空穴流向n區(qū)；n區(qū)的電子會(huì)流向p區(qū)。且近些年來(lái)隨著電子空穴對(duì)的復(fù)合放出能量，一部分能量轉(zhuǎn)化成光，另一部分能量轉(zhuǎn)化為熱。此種新型固態(tài)冷光在20世紀(jì)60年代被研究出來(lái)，并在儀表、電信等信號(hào)指示獲得初步的應(yīng)用。成為L(zhǎng)ED早期研發(fā)產(chǎn)品的應(yīng)用市場(chǎng)，但是因?yàn)楣馑p、光強(qiáng)度等相關(guān)問(wèn)題不能夠在汽車(chē)燈具方面有更加廣泛的應(yīng)用。

80年代后期高亮度發(fā)光二極管技術(shù)出現(xiàn)，使LED技術(shù)在燈具方面的應(yīng)用成為可能。其標(biāo)志性的實(shí)現(xiàn)為在1988年280Z汽車(chē)被提出使用ALGaAs紅色高亮度LED作為汽車(chē)高位制動(dòng)燈，至此為L(zhǎng)ED技術(shù)進(jìn)入汽車(chē)照明市場(chǎng)拉開(kāi)帷幕。在90年代，LED技術(shù)不斷研究和發(fā)展，在1991年有研究學(xué)者研發(fā)出以磷化鋁鎵銦制作的四元素高亮LED。該項(xiàng)發(fā)明為汽車(chē)光源LED技術(shù)化鋪平了前進(jìn)的道路。隨著進(jìn)入21世紀(jì)，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)LED技術(shù)也在不斷前進(jìn)，并且取代了真空熒光、白熾燈等傳統(tǒng)光源，且LED燈組合后在汽車(chē)儀表背光燈、閱讀燈、頂燈、操作快關(guān)、門(mén)鎖燈等車(chē)內(nèi)照明。除此之外LED可靠性強(qiáng)、體積小、響應(yīng)速度快、色純度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)均得到突顯。近兩年LED車(chē)燈在倒車(chē)燈、位置燈、制動(dòng)燈、信號(hào)燈、霧燈、牌照燈等方面廣泛使用，逐漸形成LED汽車(chē)燈具產(chǎn)業(yè)化。

近些年來(lái)隨著LED技術(shù)發(fā)展，高亮度輸出LED模塊也成功面試，例如OSTAR白色LED模塊、白色Luxeon LED模塊，讓LED技術(shù)在前照燈上應(yīng)用的可行性大大提高，且引領(lǐng)了新一代前燈技術(shù)潮流。但是因?yàn)槌杀镜南拗疲琇ED前照燈一般只在豪華高級(jí)車(chē)輛上安裝使用。

4.LED汽車(chē)燈具的瓶頸

4.1 散熱性差

每個(gè)事物都有兩面性，然而LED的散熱功能就是技術(shù)難題之一，如果散熱解決不好就會(huì)出現(xiàn)光衰。單個(gè)LED晶粒因?yàn)橛龅礁邷?，其發(fā)光效率就會(huì)降低甚至損壞。由于LED的傳熱主要通過(guò)較小的芯片進(jìn)行傳導(dǎo)，所以集中主要的熱量在小芯片上，所以LED晶粒容易損壞。

4.2 價(jià)格高

LED的成本較高阻止在我國(guó)市場(chǎng)的普及，又由于芯片的制作研發(fā)難度大、要求苛刻，還有對(duì)溫度和濕度的要求，導(dǎo)致成本較高，售價(jià)相對(duì)較高。例如某中高檔轎車(chē)，白熾燈組合后燈120元/套，而LED組合后燈則需要210元/套，幾乎高出一半的價(jià)格。

結(jié)語(yǔ)

LED自從被發(fā)明，便憑借自身的可靠性強(qiáng)、色純度高、體積小等優(yōu)點(diǎn)得到汽車(chē)照明行業(yè)的青睞，為當(dāng)代人們打開(kāi)了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域。即使其成本較高，但在近些年中推出的新車(chē)型中LED汽車(chē)燈具已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。在不久的將來(lái)，汽車(chē)燈具將會(huì)全部使用LED光源。

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