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如何解决LED技术在汽车头灯中的应用
 
LED汽车灯光系统不但让驾驶者能实际了解汽车的状况,更提供了安全驾驶过程中,所必须兼具的条件。而新一代的光源LED,这对许多消费者来说一点也不陌生,已进一步扩大应用于汽车上,并根据各个应用面对于效能的不同需求,选择适宜的LED产品。基本上,由于LED与传统的光源除了在外型上的差异之外,光形与效能输出也有很大的差异,因此,要将LED完善地应用在汽车头灯上,包括光学设计与散热设计等,将与传统汽车灯具的设计概念有所不同。汽车与LED成功地进行整合,成为汽车制造众崭新的设计原理。

  汽车光源在照明领域中占据着举足轻重的地位,其产量约占整个照明光源总产量10%左右。如果把一辆车的照明全部换成LED,大约需用掉400~600颗LED。其实,早在10年前,LED就迈上了进军汽车领域的征程。目前,LED在整车内外部照明光源的比重已经超过了80%。

  LED作为汽车头灯光源仍存在异议

  由此可见,汽车主体控制系统控制必须是依照不同功率需求的灯源进行设计。换个角度,从LED在汽车上的应用来看,虽然LED在第三刹车灯的应用,到汽车尾灯、转向灯到刹车灯,一步步开创了LED作为车内外照明之用。

  在2010年北京车展上,BMW展示了一款名为GranCoupe四门概念跑车。GranCoupe在BMW刻意营造的黑夜设计氛围下现身,视觉的重心自然落在其造型锐利的LED头灯。不止BMW,Mercedes-Benz、audi、lexus也推出了多款搭载LED头灯的车型。距Audi发布第一款采用LED头灯R8已2年有余,被称为第4代汽车照明光源的LED正陆续出现高档车型上。

  在标配LED头灯的LexusRX450h论坛上,正在热议RX450h的LED头灯。“即使打在前方音色车的保险杆上,切线下也是很淡的蓝色光型,连我的头灯余光辨识度都好过它了。”一位路遇RX450h的网友如此描述LED头灯的实际效果。而另一位RX450h车主驳斥道,“只要是开RX450h的车主一定很清楚,LED头灯超亮,很聚焦,虽然旁边看起来好像不太亮。LED比HID光源还要集中,尤其是红绿灯停下来照前面的车子保险杆下沿非常亮,开山路很安全很光亮。”该车主原先为双B拥趸(BMW,Benz),自此对Lexus大为改观。

  为比较LED头灯和HID的性能,更有好事者找来两辆原厂搭载HID和LED前灯的车型在傍晚17:30测试。在距离水泥墙20m外的测试结果显示,LED头灯比HID更亮,但稍微退后些LED就不如HID头灯了。

  LED消耗每单位电能产生的光输出确实比白炽灯高,但单个LED来比,LED的光输出优势就不那么突出了。为了获得足够的亮度,就必须采用LED模块照明的方式。“一个LED模块没能为远光和近光功能提供足够的光。因此,你须要为每个近光和远光功能使用多个LED模块。”PaulDecloedt指出,由于汽车前灯是光束应用,每个LED模块需要一个光学组件(透镜或反光镜)。“这是LED近光灯和远光灯价格仍然较贵的一项主要原因。”此外,由于LED模块化照明的特性也导致汽车法规难以界定采用多个模块的LED头灯是否损坏。

  解决LED散热问题是未来发展关键

  由于LED的输入电能约有90%的转换热能必须排出,这远比传统灯源要来的高上许多;另外,LED晶粒归类于半导体材料,不能耐高温(<120°C),由晶粒至大气的排热只容许约50°C温差,更是远低于传统灯泡,因此,散热设计是LED光源区别于传统光源的课题之一,再加上灯具不能使用风扇散热,而且灯具产品要能推广到汽车市场普及,还得要进一步考虑到外观造型与灯具的光学设计原理,这将是高功率LED照明设备极为困扰的问题。

  严格来说,传统所使用的灯具所产生的热源其实远高于LED;不过,传统灯具不会因为高温而降低其光源输出能力,但,LED的光输出却会因为本身接口问题,使LED的发光效率受到影响。而其产生的热如何散除到外界环境与其封装结构材料息息相关,牵涉到使用的散热材料与相关外型。其中热阻的概念,代表输入W功率时,需要提高多少K温度才足以散热。以现有的封装技术最高可允许LED操作在185℃(LumiledK2),但一般因为封装胶材的关系,可允许的操作温度约在125℃,除了考虑光源输出效率之外,还必须要考虑封装胶材的变质,例如,树脂类材料在作为包覆LED晶体时,若在高温时容易产生的老化现象。

  目前有厂商发展出以「热力均温超导技术」,可将LED所产生的热源进行聚热分散的效果;也就是说,当LED灯具的温差在正负1度的范围之间,再采用强制散热技术,利用灯具所设计的防尘遮蔽的半开放式空间进行空气换气的动作,也就是可以让空气产生对流,而达到传散热能的效果。而这个发展概念就像人体散热一样,除靠皮肤散热外,也靠第2个空间的肺,以进行呼吸获得强制散热。

  现如今,LED虽然存在着众多待解决的问题,但LED已经应用到高端汽车(跑车)中已经是不争的事实。如何将LED成本降低,得到顺利普及,还有赖于解决散热以及二次光学系统的改善。

 
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