中心論題：

• 介紹ＬＥＤ在汽車上的用途
• 滿足不同需求的ＬＥＤ封裝類型介紹
• ＬＥＤ汽車頭燈應用
• ＬＥＤ在頭燈應用上遭遇的難題

解決方案：

• 光學設計時需要注意視角與強度
• 解決影響LED頭燈應用的散熱問題

ＬＥＤ對於消費者而言並不陌生
，已經廣泛的應用於車上，依照不同的效能需求選擇適當的ＬＥＤ產品


，ＬＥＤxiangjiaoyuchuantongguangyuanchulewaixingbutongwai，xiaonengshuchuyuguangxingshuchuyidabuxiangtong，yingyongyutoudengshijiangmianlinguangxueshejiyusanreshejidengbutongyuchuantongdengjuzhishejigainian。raneryeyinqibutongyuchuantongguangyuanzhitexing

，dangyuchetichenggongzhenghekefujishunantihou，jiangweichexingkaichuangzhanxindeshejigainian。
　　
車上的ＬＥＤ
ＬＥＤ已經廣泛的應用於車內的相關照明或指示用光源，由圖１可知，從車內的儀表板燈、車頂燈、化妝燈、迎賓燈等
，到車外的尾燈、前後轉向燈
、倒車燈、第三刹車燈等都可見到ＬＥＤ的相關應用。

從ＬＥＤ的應用曆史來看，早在１９９２年時已經有ＬＥＤ應用於第三刹車燈上的先例；而在２０００年時則進一步的應用於尾燈、轉向燈與刹車燈；到了２００２年Ａｕｄｉ　Ａ８率先將ＬＥＤ光源置於前置燈具內作為日行燈，開啟了設計師與工程師們在前置燈具的想象空間。在之後的許多國際車展上都可以看到ＬＥＤ作為前照燈源的概念車，如圖２所示。
 

ＬＥＤxiantianshangjiujuyoutijixiaodeyoushi，yingyongyuqianzhidengjushigengkesuoxiaozhengzudengjudetiji，jinyiburangchubaoguideyinqingkongjianyuqitaxiangguanshebei
，yixianyoudelusudengpaohuoshifangdianshidengpaoshejidedengjuzongchangyue３００ｍｍ，而在許多概念車的設計上，ＬＥＤ燈具隻有１２５ｍｍ長。而藉由體積小的優勢，更可以配合設計多款不同的造型設計，進而為車體造型創造不同的視覺觀感，跳脫傳統燈具的圓形設計。
 

不同需求的ＬＥＤ封裝應用
隨著應用層麵的不同
，車廠也選用不同的ＬＥＤ光源封裝對應不同的環境要求，依需求亮度不同可簡單分為指示用、照明用與投射用三種不同需求。指示用光源可見於第三刹車燈、尾燈組（尾燈
、刹車燈、轉向燈等）
、側燈等
，其光源輸出流明值低
，所需功率低
，約在７０ｍＷ￣２００ｍＷ，產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)對(dui)於(yu)封(feng)裝(zhuang)體(ti)影(ying)響(xiang)較(jiao)小(xiao)，因(yin)此(ci)在(zai)封(feng)裝(zhuang)上(shang)會(hui)忽(hu)略(lve)此(ci)熱(re)量(liang)造(zao)成(cheng)的(de)影(ying)響(xiang)，而(er)直(zhi)接(jie)利(li)用(yong)樹(shu)脂(zhi)類(lei)材(cai)料(liao)包(bao)覆(fu)整(zheng)體(ti)以(yi)進(jin)行(xing)封(feng)裝(zhuang)，而(er)因(yin)為(wei)樹(shu)脂(zhi)的(de)熱(re)傳(chuan)導(dao)係(xi)數(shu)低(di)（Ｗ／ｍＫ），所以其相關熱阻會因散熱不易而升高至５０￣２００Ｋ／Ｗ
；而照明用光源其封裝功率會相對提高，除了可應用於指示用光源類的產品之外，亦可用於亮度要求較高的日行燈
、霧燈、前方向燈等，但也因為損耗功率增加（功率約在１￣５Ｗ），散熱部分不能如指示光源般不考慮散熱問題，除了樹脂類材料封裝外尚需利用金屬塊將熱導出以維持出光效率，其熱阻維持在１５Ｋ／Ｗ以下；而投射用光源則是光源封裝亮度需求最高者，其應用產品以前照係統（遠燈、近燈、霧燈等）為主
，其單體封裝需在４Ｗ以上，而在熱阻上需小於５Ｋ／Ｗ，以確保在引擎室的高溫下能維持散熱能力，並保持光源輸出效率在可用的範圍內。
　　
不同的應用層麵

，其總亮度需求也隨之不同，以內部照明而言大約需要８０流明的亮度，一般選用表麵黏著型（ＳＭＴ）的封裝，單體封裝約２流明輸出，效率可達１５￣２０ｌｍ／Ｗ。以第三刹車燈而言大約需要３０ｌｍ的亮度，一般選用炮彈型的封裝結構（φ＝５ｍｍ）
，單體封裝亮度約４流明，效率可達２０￣４０ｌｍ／Ｗ。
　　
而尾燈組對於亮度需求約３００￣５００ｌｍ，一般選用１Ｗ的ＳＭＴ封裝結構，單體封裝亮度約１０￣２０ｌｍ，效率可達１５￣４０ｌｍ／Ｗ。以上都是已經應用於車體的光源，而目前ＬＥＤ廠與車廠正積極合作，試著將ＬＥＤ導入前照係統（頭燈、霧燈）中，其中車廠對於頭燈的亮度需求約２０００流明的白光，ＬＥＤ廠目前則應用高瓦數的ＳＭＴ　ＬＥＤ封裝架構
，每單體封裝可輸出１００￣２００ｌｍ，效率預期提高至５０￣１００ｌｍ／Ｗ。
　　
目前使用於車上的燈源可區分為白熾燈泡、鹵素燈泡
、氣體放電式燈泡與ＬＥＤ光源


，其比較如圖４所示。
 

ＬＥＤ在頭燈的設計
開(kai)始(shi)著(zhe)手(shou)設(she)計(ji)頭(tou)燈(deng)之(zhi)前(qian)，應(ying)先(xian)考(kao)慮(lv)法(fa)規(gui)上(shang)的(de)相(xiang)關(guan)規(gui)定(ding)，包(bao)括(kuo)光(guang)型(xing)亮(liang)度(du)，環(huan)境(jing)測(ce)試(shi)
，亮(liang)度(du)衰(shuai)減(jian)等(deng)需(xu)求(qiu)，進(jin)一(yi)步(bu)考(kao)慮(lv)相(xiang)關(guan)光(guang)學(xue)設(she)計(ji)
，機(ji)構(gou)設(she)計(ji)，耐(nai)熱(re)設(she)計(ji)與(yu)電(dian)控(kong)設(she)計(ji)等(deng)細(xi)節(jie)
，對(dui)於(yu)ＬＥＤ而言

，光學設計的考慮除了反射罩設計之外，尚需考慮ＬＥＤ本身的出光光型
，不同的封裝型態將產生不同的光型輸出，進一步將影響反射罩或成像透競的要求，與傳統頭燈設計需考慮不同燈泡（Ｈ１
、Ｈ４、Ｈ７、Ｈ１１等）類(lei)似(si)。在(zai)傳(chuan)統(tong)的(de)頭(tou)燈(deng)設(she)計(ji)上(shang)，燈(deng)泡(pao)本(ben)身(shen)的(de)光(guang)子(zi)釋(shi)放(fang)來(lai)自(zi)加(jia)熱(re)鎢(wu)燈(deng)絲(si)，不(bu)會(hui)因(yin)自(zi)身(shen)發(fa)出(chu)的(de)熱(re)或(huo)來(lai)自(zi)引(yin)擎(qing)室(shi)的(de)高(gao)溫(wen)而(er)影(ying)響(xiang)亮(liang)度(du)輸(shu)出(chu)，散(san)熱(re)重(zhong)點(dian)落(luo)在(zai)整(zheng)個(ge)頭(tou)燈(deng)腔(qiang)體(ti)的(de)均(jun)溫(wen)設(she)計(ji)而(er)非(fei)燈(deng)泡(pao)的(de)散(san)熱(re)
，但(dan)在(zai)頭(tou)燈(deng)材(cai)料(liao)的(de)選(xuan)擇(ze)上(shang)則(ze)需(xu)考(kao)慮(lv)是(shi)否(fou)可(ke)承(cheng)受(shou)來(lai)自(zi)燈(deng)泡(pao)的(de)高(gao)溫(wen)（頭燈腔體約承受１００℃的溫度，霧燈腔內溫度可高至３００℃），所以在此選用的材料一般都以耐熱材為主；然而對於ＬＥＤ而言，其光子釋放來自於ＰＮ接口的能階跳動，與溫度呈現負相關，溫度越高則光源輸出越弱，因此散熱成為ＬＥＤ作為光源設計的重要課題。

光學設計時先考慮法規需求，討論視角與強度關係
，以近燈為例須針對其特殊的１５度揚角設計，如圖５所示。在傳統的燈具設計上由先期的利用反射罩配合透鏡kewenzuojiaoduyuqiangdudekongzhi，yanbianchengweiliyongfanshezhaozhijiekongzhiqiangdujiaodu
，yefazhanchuliyongchengxiangfangshideyuyantoujingshejifa。bulunhezhongdeshejifangshidouxuxiankaolvxuanyongguangyuandetexing，tebieshijiaoduyuqiangdudeguangxingshuchu（Ｂｅａｍ　ｐａｔｔｅｒｎ），對傳統的光源而言，大多為柱狀光源，可產生類似蝴蝶外型的光型輸出，進而發展出來與之搭配的透鏡、反射罩、擋板、透鏡等光學組件。而利用ＬＥＤ作為光源設計燈具時，需重新考慮其光學特性由傳統的柱狀光源變為平麵光源（不同的封裝設計有不同的光型輸出）
，進而搭配外部的光學組件而產生不同組合以應用於不同產品，依照德國車燈大廠ＨＥＬＬＡ的設計分類，可將光源分為八大類，如圖６　所示。ＬＥＤ目前的單位麵積發光量尚不及鹵素燈泡與放電式燈泡，想得到相同的流明輸出
，ＬＥＤ需xu要yao較jiao大da的de封feng裝zhuang麵mian積ji。隨sui著zhe光guang源yuan輸shu出chu麵mian積ji的de增zeng加jia，光guang學xue設she計ji的de難nan度du也ye隨sui之zhi提ti升sheng，所suo以yi在zai現xian有you的de概gai念nian車che上shang
，都dou以yi模mo塊kuai化hua光guang學xue設she計ji取qu代dai既ji有you的de單dan一yi燈deng室shi設she計ji
，利li用yong多duo組zu燈deng源yuan達da到dao傳chuan統tong燈deng具ju的de照zhao明ming水shui平ping，除chu了le降jiang低di光guang學xue設she計ji的de難nan度du，也ye增zeng加jia車che體ti造zao型xing的de設she計ji感gan。

散熱設計是ＬＥＤ光源區別於傳統光源的課題之一。傳統燈具產生的熱遠高於ＬＥＤ，但傳統燈具不會因為高溫而降低其光源輸出能力，但ＬＥＤ的光輸出卻會隨著本身接口（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ，　ＰＮ接口）溫度的升高而下降，如圖８所示。而其產生的熱如何散除到外界環境與其封裝結構材料息息相關，牽涉到使用的散熱材料與相關外型，關係如圖９所示，其中熱阻的概念，代表輸入Ｗ功率時
，需要提高多少Ｋ溫度才足以散熱。以現有的封裝技術最高可允許ＬＥＤ操作在１８５℃（Ｌｕｍｉｌｅｄ　Ｋ２），但一般因為封裝膠材的關係，可允許的操作溫度約在１２５℃，除了考慮光源輸出效率之外，亦考慮封裝膠材的變質（樹脂類材料在高溫有老化現象）。
 

引擎室的溫度在燈具附近最高可到８５℃


，配合Ｌｕｍｉｌｅｄ　Ｋ２可有１００℃的散熱空間，但若配合一般的ＬＥＤ則隻有４０℃的散熱空間，觀察相關熱阻，Ｒ＿Ｊｕｎｃｔｉｏｎ－Ｓｌｕｇ、Ｒ＿Ｓｌｕｇ－Ｂｏａｒｄ都決定於封裝體，對設計者而言隻能針對Ｒ＿Ｂｏａｒｄ－Ａｍｂｉｅｎｔ努力，其中包括如何將封裝體固定於散熱基板上（接著質量）、散熱結構外型設計
、主zhu被bei動dong散san熱re考kao慮lv與yu外wai部bu環huan境jing等deng條tiao件jian。因yin此ci在zai此ci處chu應ying該gai與yu機ji構gou進jin行xing相xiang關guan模mo擬ni設she計ji，取qu得de燈deng具ju在zai引yin擎qing室shi內nei的de流liu場chang與yu溫wen度du條tiao件jian後hou再zai考kao慮lv所suo需xu的de散san熱re模mo式shi，若ruo選xuan用yong被bei散san動dong熱re得de需xu要yao較jiao大da的de散san熱re空kong間jian
，對dui引yin擎qing是shi而er言yan是shi不bu小xiao的de負fu擔dan
，若ruo選xuan用yong主zhu動dong式shi散san熱re

，雖sui然ran所suo需xu散san熱re環huan境jing較jiao小xiao
，但dan因yin為wei增zeng加jia了le風feng扇shan等deng可ke動dong件jian，反fan而er需xu考kao慮lv此ci可ke動dong件jian可ke否fou通tong過guo車che燈deng上shang的de相xiang關guan法fa規gui
，包bao括kuo震zhen動dong
、粉塵、腐蝕與濕氣等嚴苛環境。
 

ＬＥＤ在頭燈應用上遭遇的難題
ＬＥＤ應ying用yong於yu頭tou燈deng上shang在zai許xu多duo的de車che展zhan上shang各ge家jia車che廠chang都dou有you展zhan示shi相xiang關guan的de概gai念nian車che，但dan在zai頭tou燈deng部bu分fen尚shang未wei看kan見jian有you成cheng品pin出chu現xian
，仍reng有you需xu多duo問wen題ti尚shang待dai解jie決jue。其qi中zhong主zhu要yao問wen題ti應ying在zai於yu亮liang度du輸shu出chu、散熱問題與誤差設計。
　　
頭燈的亮度需求近燈９００流明，遠燈１１００流明，整體需求２０００流明，約是Ｌｕｍｉｌｅｄ生產４０顆１Ｗ封裝體Ｌｕｘｅｏｎ　ｅｍｉｔｔｅｒ在２５℃的總光源輸出，但當其外界溫度升高至５０℃時
，其效率將降至８０％以下，且其光源輸出麵積約９０＿２（氣體放電式燈泡約１３＿２），設計難度亦隨之提升。
　　
在ＬＥＤ產業中
，應對磊晶造成芯片的不均勻而發展出所謂的分類銷售的過程，特別是高瓦數的芯片在ＬＥＤ產業上是全檢出貨

，依照波長亮度進行分類，也因此封裝後的個體存在著細微的差距，此差距可能存在於亮度、色溫或是可靠度上。然而應用ＬＥＤ於頭燈時
，不可避免會利用多顆芯片以輸出足夠亮度進行光學設計，此時需特別注意ＬＥＤ質量檢測與質量控製的環節，以確保相同質量的光源輸出。
　　
結語
自２００３年以降
，超過１３家以上的車廠在相關車展上展出以ＬＥＤ頭燈為訴求的概念車。例如，Ｌｅｘｕｓ車廠發布消息，在２００７年中將推出一款以ＬＥＤ為頭燈的量產車。相信存在於ＬＥＤ的相關工程問題將在消費者的殷殷期盼下一一解決，且讓我們拭目以待。