中心議題：

• LED 技術在汽車燈具中的應用
• LED 汽車燈具的優勢
• LED 汽車燈具的技術難題
• LED 汽車燈具的發展前景　　

1 引言　　

1885 年
，德國工程師卡爾·本茨(Karl. Benz)yanzhichushijiediyitaiqiyoujiweidonglidesanlunneiranjiche，qicheyoucidanshengbingxunsufazhanqilai。danshi，yaozaiyejianhuozhaomingbuzudequyuxingshi，jiubixuyouzhaomingdengju
，youcizaishijiushiji80 年代產生了第一盞汽車前照燈———老爺車懸掛式汽燈
，並在1912 年出現了第一款電氣前照燈。早期汽車前照燈用的是鎢絲白熾燈
，昏黃的燈光隻適合速度較慢的汽車。在車輛日益增多
、車速不斷提高的形勢下，汽車前照燈又發展為亮度更高的鹵鎢前照燈、高強度氣體放電前照燈，並出現近光燈
、遠光燈、前霧燈等多個燈種。同時，照明僅是瞻前已經不夠，還需左顧右盼和免除後顧之憂，由此誕生如製動燈、轉向燈、後霧燈等一係列燈種，為避免夜晚行車的追尾或轉彎時的相撞起了關鍵性作用。　　

zuoweiqichexingshibibukeshaodeanquanbujian，qichedengjuzaiqichezhudonganquanfangmiandezuoyongzhiguanzhongyao。jutongji
，yewanhuoziranguangxianbuzudeqingkuangxiafashengdejiaotongshiguzhanzongshigude25% 

，並且50% 的傷亡事故發生在夜間。在100 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70 多項強製性檢驗中，與車燈有關的項目就占了近25 個。　　

因此

，為提高行車安全，越來越多的新技術被逐漸應用到汽車燈具中，如側轉向燈的光纖傳導技術、前照燈AFS 技術等。當然
，這其中也包括發光二極管技術( Light Emitting Diode
，簡稱LED) 在汽車燈具尤其是在汽車前照燈上的應用。近幾年的汽車設計中，LED 車燈的使用越來越多，給汽車外觀增加現代感的同時，也為更多人所熟悉，並引領當今汽車燈具發展的潮流和方向。　　

2 LED 技術在汽車燈具中的應用　　

LED 是一種場致發光光源，它是將電直接轉化為光能的半導體器件。LED 發光原理是在p-n 結兩端上加正向電壓
，則p 區中空穴會流向n 區; n 區的電子會流向p 區。隨著電子空穴對的複合放出能量，其中一部分能量轉化為熱，另一部分能量轉化為光。這種新一代固態冷光源於20 世紀60 年代問世，並在儀表
、電信等信號指示上獲得初步應用，形成了LED 早期的應用市場， 但由於其光強度、光衰減等性能指標問題還無法在汽車燈具中獲得廣泛應用。　　

80 年代後期伴隨高亮度發光二級管技術的出現，LED 在車外照明信號的應用成為可能。典型標誌性事件為: 1988 年Nissan 在280Z 汽車上首次使用STANLEY 生產的72 隻AlGaAs 紅色高亮度LED作為汽車高位製動燈。從此
，LED 正式進入汽車照明市場。　　

90 年代
，LED 的材料開發不斷演進，Toshiba 和Hewlett-Packard 在1991 年共同開發出以磷化鋁镓銦(InGaAlP) 製成的四元素高亮度LED。在技術上和批量生產上，為汽車燈具光源的LED 化鋪平了道路。　　

進入*一世紀
，LED 技術突飛猛進，並逐漸取代白熾燈
、真空熒光等傳統光源被廣泛組合應用到汽車儀表背光照明
、操作開關、頂燈、閱讀燈、門鎖燈等車內照明上。另外，LED 可靠性強

、使用壽命長、色純度高、響應速度快、體積小便於設計等優點得以突顯，在汽車外部照明方麵也得到越來越普遍的應用。特別是最近幾年，LED 車燈被廣泛應用於轉向信號燈、製動燈、位置燈
、倒車燈
、霧燈、牌照燈等燈具上
，已經成為汽車潮流的新寵。　　

目前，80% 以上的歐係和日係汽車安裝了LED 高位製動燈。市場上幾大汽車領導廠商也不斷推出以LED 為光源的新型汽車， 像日係的Toyota

、Mitsubishi、Honda、Nissan 等廠商推出的Teana、Crown、Reiz，美係通用汽車旗下的Cadillac、Buick，以及德係車廠的Mercedes-Benz

、BMW、AUDI 等都已采用LED 尾燈
，並逐漸形成了LED 汽車燈具的產業化。　　

伴隨LED 模塊技術的發展
， 高亮度輸出LED模塊也成功麵世， 如Lumileds 研製的白色LuxeonLED 模塊、OSRAM 的“OSTAR” 白色LED 模塊，使得LED 在汽車前照燈上的應用也成為可能，並引領了新一代前照燈技術的潮流。但由於高成本的限值，目前的LED 前照燈主要應用在高級豪華車輛上。2004 年， Audi A8 6. 0L 豪華車第一次使用Lumileds 的6 個白色Luxeon LED 作為日間行車燈。　　

2007 年
，日本豐田汽車推出了Lexus 頂級混合動力車“LS600h”和“LS600hL”，成為全球首次配備使用全白光Nichia LED 前照燈的量產車( 見圖1)。
 

圖1 Audi A8 日間行車燈( 左) 及豐田全白光Nichia LED 前照燈( 右)　　

[page]
3 LED 汽車燈具的優勢　　

3. 1 節能環保　　

發光效能上， 隨著近年LED 材料結構學的進展，LED 的發光效率也飛速提高。前照燈應用方麵
，2009 年， 白光LED 的發光效能也已達到70lm /W ( 見圖2 )。而且LED 燈具將絕大部分的能量轉化為光能，作為熱量損失掉的僅是一小部分。據估計， 用LED 取代鹵素燈能提升整車的mpg 指標( 每加侖燃油的行駛英裏數) 約0. 25。到歐洲實施白天必須開燈行駛的法規之時， 更可把mpg 提升約0. 5。可見，LED 燈具對整車燃油經濟性的改善將會有很大的貢獻。
 

圖2 LED 發光效率發展趨勢( 左) 及與傳統光源效率比較( 右)　　

3. 2 前照燈光色辨別　　

目前路標幾乎都采用被動輝光的反射方式，而現在已經研發出來光譜接近於日光的LED ( 見圖3)，這使得它發出的光被物體( 如道路交通的指示標牌等) fanshedeyouxiaoxingyaogaoyuqitaguangyuan
，congerrangsijinengzaijiaoyuandejulijinzaofaxian，tigaoxingcheanquan，yeyouzhuyusijizaiyejianxiangbaitiannayangfangbiandifaxianbingkanqingjiaotongbiaozhi。
 

圖3 白熾燈(A)
、HID (D2 /D4)、白色LED 及日光光譜(D65)

3. 3 前照燈防眩　　

白色LED 光源色溫在5500K ～ 6000K， 因此白色LED 光源比氙氣光源( 4000K) 更接近自然光(4800K ～ 6000K)。這樣的光線使得駕駛者不會因光線而感到疲勞，而是感到十分舒適。　　

研究表明

，高強度氣體放電燈的短波階段( －450nm)

，對人眼造成的眩目效應較為顯著。在進行HID 燈deng具ju的de光guang學xue設she計ji時shi，需xu要yao將jiang光guang譜pu中zhong最zui藍lan的de部bu份fen推tui移yi至zhi其qi射she點dian光guang斑ban的de邊bian緣yuan，因yin為wei這zhe些xie區qu域yu是shi本ben車che司si機ji眼yan睛jing通tong常chang不bu去qu注zhu意yi的de地di方fang
，從cong而er減jian少shao該gai色se光guang對dui人ren眼yan的de不bu適shi幹gan擾rao。但dan對dui於yu迎ying麵mian駛shi來lai的de會hui車che司si機ji，在zai車che輛liang越yue過guo該gai邊bian際ji區qu域yu時shi藍lan光guang仍reng會hui引yin起qi對dui方fang眩xuan目mu進jin而er影ying響xiang會hui車che安an全quan。有you鑒jian於yu此ci

，在zai防fang眩xuan目mu方fang麵mian，燈deng具ju設she計ji上shang應ying盡jin量liang減jian少shao450nm 以下波段的光，增加450nm ～510nm 波段的光，以減少不舒適感
，並提高邊緣區域的視覺。因此，LED 前照燈既能保護本車司機的舒適視覺，也不會引起鄰車或會車司機的視障。　　
[page]
3. 4 響應時間短　　

此外LED 的響應時間短，比普通燈泡響應時間一般要快200 ～ 300ms ( 見圖4)。應用於高位製動燈或轉向信號燈上，這點時間在高速公路上可以為司機贏得6. 7m 的製動距離( 按車速120km / h 計算) ，可以減少很多事故的發生。
 

圖4 LED 與傳統光源點亮相應時間對比　　

3. 5 其他優點　　

LED 光源比起其他傳統光源
，使用壽命明顯要長

，維護少， 抗震性能強
， 總發熱量少
， 不含Hg等元素，對環境汙染小; 另外，LED 體積小
，一個燈具可同時使用幾個LED 模塊，使燈具的光學設計更為自由化
，這種優勢在概念車上的應用尤為突出。　　

而且LED 技術兼容數字化
，可整合進數字網絡
，促進照明的電子控製。　　

4 LED 汽車燈具的技術難題　　

LED 汽車燈具的應用技術
，在信號燈方麵已趨於成熟，目前的困難集中在前照燈技術瓶頸的突破，表現在以下幾個方麵:　　

4. 1 散熱　　

高亮LED 的亮度維持，最難解決的一個難題是散熱問題。因為LED 晶粒隻要遇到高溫
，發光效率就會衰減甚至損壞( 參見圖5 )。雖然低能耗LED 器件的發熱量比鹵素燈具或HID 燈具要少得多，但後者大部分熱量是產生於燈具裝置之外，而LED 產生的熱量卻是捂在微小的矽片裏麵來傳導的。這樣，將較小的熱量集中到芯片大小的器件上傳導和發散
，因裝置的熱容量小也會引起LED 溫度的驟升。LED 的工作溫度必須保持在150℃ 以下的範圍，一般建議LED 工作溫度是在80℃ 以下。因此
，如何通過高效率的散熱技術，讓LED 車燈順利工作
，成為LED 車燈設計麵臨的關鍵挑戰。　　

一種解決方案是: 在一個燈具中使用數目較多的LED 發光元件，讓單件的發熱量較小

，再把它們布置在較大的空間內使其易於散熱。這就是小糸車燈為豐田的淩誌LS600h 配套前照燈時所采用的手法。而法雷奧則采用熱管理策略: 為LED 燈具設定了一種工作模式，當燈具的溫度升到預定警戒值時，自動切換到削減燈具供電功率20% deanbaomoshi。zhezhongchengdudegongdiangonglvjiangdiduidengguangdeliangduyingxiangshenwei
，danquenengxianzhediyazhizhufareshuiping。lingwai，zaisanrefangshiyanjiulingyu，shenzhichuxianqiliuzhilengheyetizhilengdengfangshi。
 

圖5 LED 發光性能與結溫
、環境溫度的關係　　

4. 2 亮度輸出　　

研究指出，要達到較好的前照燈照明條件，最好的情況是近光光通量為1100lm 左右( 發光麵為3500 cm2、出射擴散角為45°) ，亮度為90cd /m2。　　

可以使用多個LED 組合以滿足1100lm 的光通量要求，但在亮度方麵，單個普通LED 光源的仍顯不足( 見圖6)。單點不夠亮就難以達成下述目標: 削減構成組合燈具的LED 光源數目，有助於縮小汽車燈具占用的空間且易於靈活布置
，並可簡化照明係統的布線和安裝，降低生產成本。　　
[page]
4. 3 價格　　

LED 燈具在中國市場發展的主要阻力是成本問題。LED 芯片生產技術難度大、門檻高，養晶過程的溫度、濕度、供電及除塵要求十分嚴格，初期需要投入巨資建廠。目前LED 芯片的主要產地為中國台灣
，占有LED 市場的47%。中國大陸的LED 廠多為樹脂封裝加工，芯片需要大量進口

，是成本高的原因。
 

圖6 LED 與傳統光源亮度輸出對比　　

5 LED 汽車燈具的發展前景　　

5. 1 亮度輸出　　

近年來
，高亮度LED 技術發展迅猛。截至2008年
，歐司朗光電半導體公司推出新款OSTARHeadlamp LED
，OSTAR Headlamp LED 產生的光通量
，依照串聯的芯片數量而定
， 介於700mA 時的125 lm ( 單芯片) 與1A 時的1000 lm ( 五芯片) 之間，可達到前照燈需要的亮度要求。高精度的工程設計、內置光閘功能、最佳的芯片安裝和封裝設計，讓OSTAR Headlamp LED 具有全新的亮度數據和精確的燈光明暗截止線，適用於所有前照燈設計( 見圖7)。　　

奧迪R8 采用的即是由Lumileds 和Osram 公司提供OSTAR Headlamp LED。其LED 頭燈具有全麵的功能性，包括近光、遠光

、日間行駛燈、前轉向信號燈及前位燈均為LED ( 見圖8)。每個頭燈組使用54 個LED 光源，能耗低是其一大特色: 近光照明僅耗50 瓦，日間行駛照明僅耗6 瓦。
 

圖7 OSTAR Headlamp LED
，擁有全新的亮度數據和精確的燈光明暗截止線

圖8 AUDI R8 全LED 前大燈　　

這種LED 新光源使得汽車燈具的風格設計和造型布置具有空前的靈活性，且LED 光輸出功率密度在技術上已能夠與HID 燈具匹敵。因此一旦能降低成本並在技術上實現量產，它極有希望把現存的其他照明技術淘汰出局而獨霸車燈市場。　　

5. 2 法規支持　　

LED 在前照燈中的信號燈功能使用已經在ECE或SAE 法規國獲得批準。不僅如此
，針對汽車燈具照明，歐洲
、美(mei)國(guo)和(he)日(ri)本(ben)等(deng)發(fa)達(da)國(guo)家(jia)希(xi)望(wang)從(cong)立(li)法(fa)上(shang)規(gui)定(ding)，照(zhao)明(ming)角(jiao)度(du)設(she)計(ji)的(de)調(tiao)整(zheng)，能(neng)改(gai)善(shan)汽(qi)車(che)轉(zhuan)彎(wan)時(shi)所(suo)造(zao)成(cheng)的(de)照(zhao)明(ming)死(si)角(jiao)或(huo)路(lu)麵(mian)反(fan)射(she)不(bu)足(zu)的(de)問(wen)題(ti)，以(yi)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)照(zhao)明(ming)效(xiao)益(yi)，並(bing)降(jiang)低(di)交(jiao)通(tong)事(shi)故(gu)發(fa)生(sheng)率(lv)。這(zhe)就(jiu)是(shi)AFS係統( 主動式前照燈照明係統)。2009 年7 月，我國也開始提出AFS 照明係統的標準製定征求意見稿
，估計近兩年內即可出台。　　
[page]
5. 3 LED 與AFS 係統　　

LED 前照燈與AFS 係統的結合
，具有傳統光源無法比擬的一些優點。LED qianzhaodengnengliyongguangdianzhenlielaizuhechuqianzhaodengdezhudongshizhaominggongneng，shixianguangzhaoshefangxiangsuizhuanxiangjiaoduerbianhuadezhudonganbaogongneng，erwuxucaiyongrenheyundongbujian。zhezhongzhudongshiqianzhaodengzhaomingxitong，youkenengxuyaocaiyongbiyiwangsuoyongguodeshulianggengduodeguangguanlaigouchengdianzhen。zhaomingxitongdezhezhongbianhuayefuhebingtixianledangdaiqichedejixiezhuangzhigongnengzhujianbeiquandianzhuangxitongsuoqudaidedaqushi。　　

同一組LED 陣(zhen)列(lie)既(ji)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)前(qian)照(zhao)燈(deng)的(de)光(guang)源(yuan)，也(ye)可(ke)同(tong)時(shi)用(yong)於(yu)轉(zhuan)向(xiang)燈(deng)，隻(zhi)是(shi)在(zai)發(fa)揮(hui)不(bu)同(tong)照(zhao)明(ming)功(gong)能(neng)時(shi)采(cai)用(yong)各(ge)自(zi)的(de)光(guang)學(xue)鏡(jing)罩(zhao)。作(zuo)為(wei)一(yi)般(ban)的(de)轉(zhuan)向(xiang)燈(deng)
，隻(zhi)須(xu)在(zai)車(che)身(shen)兩(liang)側(ce)布(bu)置(zhi)LED 陣(zhen)列(lie)，再(zai)加(jia)上(shang)簡(jian)單(dan)的(de)開(kai)關(guan)功(gong)能(neng)即(ji)可(ke)。而(er)要(yao)發(fa)揮(hui)智(zhi)能(neng)前(qian)照(zhao)燈(deng)的(de)主(zhu)動(dong)安(an)保(bao)作(zuo)用(yong)
，讓(rang)前(qian)照(zhao)光(guang)束(shu)隨(sui)車(che)輛(liang)的(de)轉(zhuan)向(xiang)軌(gui)跡(ji)總(zong)是(shi)同(tong)步(bu)地(di)照(zhao)亮(liang)車(che)前(qian)的(de)道(dao)路(lu)，則(ze)需(xu)要(yao)布(bu)置(zhi)較(jiao)多(duo)的(de)光(guang)源(yuan)點(dian)陣(zhen)並(bing)采(cai)取(qu)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)光(guang)點(dian)電(dian)控(kong)
，按(an)照(zhao)轉(zhuan)向(xiang)輸(shu)入(ru)來(lai)控(kong)製(zhi)光(guang)點(dian)陣(zhen)列(lie)的(de)明(ming)暗(an)組(zu)合(he)及(ji)其(qi)反(fan)光(guang)鏡(jing)，從(cong)而(er)同(tong)步(bu)地(di)改(gai)變(bian)前(qian)照(zhao)燈(deng)光(guang)束(shu)的(de)射(she)向(xiang)，實(shi)現(xian)車(che)輛(liang)轉(zhuan)彎(wan)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)盲(mang)點(dian)照(zhao)明(ming)( 見圖9)。
 

圖9 傳統前照燈( 左) 與AFS 前照燈( 右) 彎道盲點照明效果　　

這種與AFS 技術的結合優勢，將使LED 在車輛照明領域取代其他傳統光源，成為曆史的必然選擇。　　

5. 4 市場總值　　

隨著LED 技術持續進步，車廠願意導入的意願也逐漸提升， 根據美國研究機構SU 資料顯示，2007 年全球車用LED 產值約7 億美元，未來隨著車廠導入LED 車燈的比例提升，預估至2010 年產值將突破10 億美元規模。而在汽車前照燈應用領域
，預計到2012 年，LED 前照燈市場將達到8000 萬美元。　　

6 結語　　

自上世紀80 年代起，LED 憑借可靠性強、使用壽命長、色純度高、響應速度快、體積小便於設計等優點
，在汽車外部照明領域得到越來越廣泛的應用。進入二十一世紀後
，LED 技術發展迅猛，尤其是近幾年在光輸出及散熱方麵的一些突破，使LED得以應用於前照燈，並與AFS 係統結合，成為汽車潮流發展的新寵。這種發展，在汽車時尚設計

、提高主動安全方麵都具有非常重要的現實意義。