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實現(xiàn)汽車與LED成功整合

發(fā)布時間:2010-09-07

技術(shù)特征:

  • 必須采用LED模塊照明方式
  • 急需解決LED散熱問題

應(yīng)用范圍:

  • 汽車照明

汽車上的燈光系統(tǒng)不但讓駕駛者能實際了解汽車的狀況,更提供了安全駕駛過程中,所必須兼具的條件。而新一代的光源LED,這對許多消費者來說一點也不陌生,已進一步擴大應(yīng)用于汽車上,并根據(jù)各個應(yīng)用面對于效能的不同需求,選擇適宜的LED產(chǎn)品?;旧?,由于LED與傳統(tǒng)的光源除了在外型上的差異之外,光形與效能輸出也有很大的差異,因此,要將LED完善地應(yīng)用在汽車頭燈上,包括光學(xué)設(shè)計與散熱設(shè)計等,將與傳統(tǒng)汽車燈具的設(shè)計概念有所不同。汽車與LED成功地進行整合,成為汽車制造眾嶄新的設(shè)計原理。

汽車光源在照明領(lǐng)域中占據(jù)著舉足輕重的地位,其產(chǎn)量約占整個照明光源總產(chǎn)量10%左右。如果把一輛車的照明全部換成LED,大約需用掉400~600顆LED.其實,早在10年前,LED就邁上了進軍汽車領(lǐng)域的征程。目前,LED在整車內(nèi)外部照明光源的比重已經(jīng)超過了80%。

LED作為汽車頭燈光源仍存在異議

由此可見,汽車主體控制系統(tǒng)控制必須是依照不同功率需求的燈源進行設(shè)計。換個角度,從LED在汽車上的應(yīng)用來看,雖然LED在第三剎車燈的應(yīng)用,到汽車尾燈、轉(zhuǎn)向燈到剎車燈,一步步開創(chuàng)了LED作為車內(nèi)外照明之用。

在2010年北京車展上,BMW展示了一款名為GranCoupe四門概念跑車。GranCoupe在BMW刻意營造的黑夜設(shè)計氛圍下現(xiàn)身,視覺的重心自然落在其造型銳利的LED頭燈。不止BMW,Mercedes-Benz、audi、lexus也推出了多款搭載LED頭燈的車型。距Audi發(fā)布第一款采用LED頭燈R8已2年有余,被稱為第4代汽車照明光源的LED正陸續(xù)出現(xiàn)高檔車型上。

在標(biāo)配LED頭燈的LexusRX450h論壇上,正在熱議RX450h的LED頭燈。“即使打在前方音色車的保險桿上,切線下也是很淡的藍色光型,連我的頭燈余光辨識度都好過它了。”一位路遇RX450h的網(wǎng)友如此描述LED頭燈的實際效果。而另一位RX450h車主駁斥道,“只要是開RX450h的車主一定很清楚,LED頭燈超亮,很聚焦,雖然旁邊看起來好像不太亮。LED比HID光源還要集中,尤其是紅綠燈停下來照前面的車子保險桿下沿非常亮,開山路很安全很光亮。”該車主原先為雙B擁躉(BMW,Benz),自此對Lexus大為改觀。

為比較LED頭燈和HID的性能,更有好事者找來兩輛原廠搭載HID和LED前燈的車型在傍晚17:30測試。在距離水泥墻20m外的測試結(jié)果顯示,LED頭燈比HID更亮,但稍微退后些LED就不如HID頭燈了。

LED消耗每單位電能產(chǎn)生的光輸出確實比白熾燈高,但單個LED來比,LED的光輸出優(yōu)勢就不那么突出了。為了獲得足夠的亮度,就必須采用LED模塊照明的方式。“一個LED模塊沒能為遠光和近光功能提供足夠的光。因此,你須要為每個近光和遠光功能使用多個LED模塊。”PaulDecloedt指出,由于汽車前燈是光束應(yīng)用,每個LED模塊需要一個光學(xué)組件(透鏡或反光鏡)。“這是LED近光燈和遠光燈價格仍然較貴的一項主要原因。”此外,由于LED模塊化照明的特性也導(dǎo)致汽車法規(guī)難以界定采用多個模塊的LED頭燈是否損壞。

解決LED散熱問題是未來發(fā)展關(guān)鍵

由于LED的輸入電能約有90%的轉(zhuǎn)換熱能必須排出,這遠比傳統(tǒng)燈源要來的高上許多;另外,LED晶粒歸類于半導(dǎo)體材料,不能耐高溫(<120°C),由晶粒至大氣的排熱只容許約50°C溫差,更是遠低于傳統(tǒng)燈泡,因此,散熱設(shè)計是LED光源區(qū)別于傳統(tǒng)光源的課題之一,再加上燈具不能使用風(fēng)扇散熱,而且燈具產(chǎn)品要能推廣到汽車市場普及,還得要進一步考慮到外觀造型與燈具的光學(xué)設(shè)計原理,這將是高功率LED照明設(shè)備極為困擾的問題。

嚴(yán)格來說,傳統(tǒng)所使用的燈具所產(chǎn)生的熱源其實遠高于LED;不過,傳統(tǒng)燈具不會因為高溫而降低其光源輸出能力,但,LED的光輸出卻會因為本身接口問題,使LED的發(fā)光效率受到影響。而其產(chǎn)生的熱如何散除到外界環(huán)境與其封裝結(jié)構(gòu)材料息息相關(guān),牽涉到使用的散熱材料與相關(guān)外型。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(xiàn)有的封裝技術(shù)最高可允許LED操作在185℃(LumiledK2),但一般因為封裝膠材的關(guān)系,可允許的操作溫度約在125℃,除了考慮光源輸出效率之外,還必須要考慮封裝膠材的變質(zhì),例如,樹脂類材料在作為包覆LED晶體時,若在高溫時容易產(chǎn)生的老化現(xiàn)象。

目前有廠商發(fā)展出以“熱力均溫超導(dǎo)技術(shù)”,可將LED所產(chǎn)生的熱源進行聚熱分散的效果;也就是說,當(dāng)LED燈具的溫差在正負1度的范圍之間,再采用強制散熱技術(shù),利用燈具所設(shè)計的防塵遮蔽的半開放式空間進行空氣換氣的動作,也就是可以讓空氣產(chǎn)生對流,而達到傳散熱能的效果。而這個發(fā)展概念就像人體散熱一樣,除靠皮膚散熱外,也靠第2個空間的肺,以進行呼吸獲得強制散熱。

現(xiàn)如今,LED雖然存在著眾多待解決的問題,但LED已經(jīng)應(yīng)用到高端汽車(跑車)中已經(jīng)是不爭的事實。如何將LED成本降低,得到順利普及,還有賴于解決散熱以及二次光學(xué)系統(tǒng)的改善。

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