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)研yan製zhi出chu世shi界jie第di一yi台tai汽qi油you機ji為wei動dong力li的de三san輪lun內nei燃ran機ji車che
，汽qi車che由you此ci誕dan生sheng並bing迅xun速su發fa展zhan起qi來lai。但dan是shi
，要yao在zai夜ye間jian或huo照zhao明ming不bu足zu的de區qu域yu行xing駛shi，就jiu必bi須xu有you照zhao明ming燈deng具ju，由you此ci在zai十shi九jiu世shi紀ji80 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。　　

作(zuo)為(wei)汽(qi)車(che)行(xing)駛(shi)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)安(an)全(quan)部(bu)件(jian)，汽(qi)車(che)燈(deng)具(ju)在(zai)汽(qi)車(che)主(zhu)動(dong)安(an)全(quan)方(fang)麵(mian)的(de)作(zuo)用(yong)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。據(ju)統(tong)計(ji)，夜(ye)晚(wan)或(huo)自(zi)然(ran)光(guang)線(xian)不(bu)足(zu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)發(fa)生(sheng)的(de)交(jiao)通(tong)事(shi)故(gu)占(zhan)總(zong)事(shi)故(gu)的(de)25%
，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)　　

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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) 反(fan)射(she)的(de)有(you)效(xiao)性(xing)要(yao)高(gao)於(yu)其(qi)他(ta)光(guang)源(yuan)，從(cong)而(er)讓(rang)司(si)機(ji)能(neng)在(zai)較(jiao)遠(yuan)的(de)距(ju)離(li)盡(jin)早(zao)發(fa)現(xian)，提(ti)高(gao)行(xing)車(che)安(an)全(quan)，也(ye)有(you)助(zhu)於(yu)司(si)機(ji)在(zai)夜(ye)間(jian)像(xiang)白(bai)天(tian)那(na)樣(yang)方(fang)便(bian)地(di)發(fa)現(xian)並(bing)看(kan)清(qing)交(jiao)通(tong)標(biao)誌(zhi)。
 

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(shao)450nm 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。　　
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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% 的de安an保bao模mo式shi。這zhe種zhong程cheng度du的de供gong電dian功gong率lv降jiang低di對dui燈deng光guang的de亮liang度du影ying響xiang甚shen微wei，但dan卻que能neng顯xian著zhe地di壓ya製zhi住zhu發fa熱re水shui平ping。另ling外wai，在zai散san熱re方fang式shi研yan究jiu領ling域yu，甚shen至zhi出chu現xian氣qi流liu製zhi冷leng和he液ye體ti製zhi冷leng等deng方fang式shi。
 

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。　　
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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、meiguoheribendengfadaguojiaxiwangconglifashangguiding，zhaomingjiaodushejidetiaozheng

，nenggaishanqichezhuanwanshisuozaochengdezhaomingsijiaohuolumianfanshebuzudewenti，yidadaozuijiazhaomingxiaoyi，bingjiangdijiaotongshigufashenglv。zhejiushiAFS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。　　
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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zhiLED 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。