LED打造绿色照明光源
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LED打造绿色照明光源

2022-10-30 11:42:02 投稿作者:网友投稿 点击:

LED成为21世纪的“汽车绿色照明光源”

LED(又称为半导体发光二极管)是一种利用电子发光原理制成的半导体器件,它可直接将电能转化为可变光,具有发光效率高、寿命长、耗电少、体积小等特点,被称为21世纪的“汽车绿色照明光源”。

LED的生产可分为上、中、下游。近几年,国外LED技术和产业发展迅速,日本、美国和欧洲的一些企业,在上游发光材料上,也就是芯片的制造以及中游的切割、分级等领域已形成高度技术垄断。我国独立开发的大功率LED光源技术,使下游的封装环节达到了世界领先水平,对 LED 光源大范围应用与推广将产生重要意义。

目前,节能环保的绿色产品已经成为汽车工业发展的主流方向,汽车光源也不例外。从制造工艺上讲,生产LED光源所使用的材料不含重金属,与其他光源相比发光效率可以提高20%以上。LED作为汽车照明光源不仅兼具环保性,更重要的是保证安全可靠性。LED的寿命很长,平均无故障工作时间为10万小时,大大超过白炽灯寿命要达到3000小时的规定。LED属于实心封装的固体光源,其抗振动性也是其他光源无法比拟的。LED由半导体发光,点亮的时间仅在纳秒级。在真人实车试验中,同一个人在时速80公里的情况下开始刹车,LED灯会比白炽灯反应速度快,提前4-5米点亮。这种突出的快速反应能力应用在尾灯中,可以极大地提高驾驶者的安全。

车用LED光源可分为车内LED车灯与车外LED车灯两大类。车内LED主要用于数位仪表板总成的指示灯背光显示等,对LED的角度、色差、亮度、电压、电流等光学、电学性能的一致性和可靠性要求更高。车外LED车灯主要用于刹车灯、前转向灯、后转向灯、侧转向灯、后雾灯与倒车灯等。从安全角度考虑,目前LED应用在尾灯上比较多,而前照灯则比较少。

欧洲分析机构预测,2012年LED灯的市场占有率将会有大幅提升。但专家强调,是否大范围推广主要还取决于LED光源自身技术问题的解决。一是光通量有待进一步提高。采用LED作为照明光源,必须具有更高的发光效率。二是LED发出的光与自然光仍有一定差距。 LED 发出的光属于不连续的光谱,发出的白光是由黄色光和蓝色光“勾兑”而成,因此其显色性不高。这也是制约LED应用于前照灯的主要原因之一。三是过高的成本影响了LED光源的普及。目前,装配LED灯还只局限在像锐志、皇冠、凯迪拉克、速腾、荣威等中高档轿车上。由于对晶元技术的不断改进,制造成本目前正在急剧下降,近三年LED的价格已下降了50%,正朝着高效率、低成本的方向发展,这为LED向汽车照明领域的全面推广提供了有利条件。不过,也有业内人士认为,当LED的成本下降到90%,才是其真正普及的时候。

新的照明方式和新光源的应用成为发展的热点

汽车照明的发展长久以来一直围绕法规、安全、环保和造型美观的要求进行。随着技术的进步,满足法规要求对灯具制造商来说已不是难事,因此各厂家将越来越多的注意力放在安全和环保方面,即如何提高主动安全性及更多采用节能环保或可回收材料。同时,与其他行业一样,电子学、随动系统、各类传感器在汽车照明领域里的应用也越来越广。因此,新的照明方式和新光源的应用成为发展的热点。

车内环境以及操作的方便与否是影响驾驶员心理和驾车状态的重要因素,因此近年来也出现了多种形式的车内照明及照明控制。如通过LED与光导组合实现手套箱、杂物箱、脚踏位置等处的照明,这些照明考虑了人眼的明暗视觉及颜色适应性以最大限度地降低对驾驶员的影响,同时兼顾内饰的整体造型。智能非接触照明开关的应用也不断增多,该开关可感应人手的动作差异以实现不同的照明效果,而对物品的动作则没有反应。目前用于车内照明或指示的LED、光导、非接触开关等正在向标准化、模块化、人性化的方向发展。

传统的汽车前灯通过光源、反射镜(透镜)提供两种照明方式,即远光和近光。AFS则是可调制的光学系统、电子控制、随动系统和电子地图(GPS)等的集成,它提供了如城市道路、乡间公路、高速公路、弯路、恶劣天气等不同交通环境条件下的不同照明方式,从而极大地提高了夜间行车安全性和舒适性。欧洲已经制定了针对AFS的法规。目前,国内的很多车型使用气体放电灯作为前照灯的光源,如奥迪、大众、本田、丰田、雪铁龙等都有使用。与卤素灯泡相比,气体放电灯功耗低(35W)、亮度高(是卤素灯泡的3倍)、寿命长(与整车寿命相当)。缺点是成本高,除需配有点火、变压装置外,按ECE法规还需配有灯具清洗装置、车身姿态传感器系统以及灯具自动调节系统。

天气、道路状况千变万化,目前普遍使用的单一灯光照度已经满足不了安全性的要求,因此与前照灯一样,尾灯也在向智能化的方向发展。如德国海拉公司研制的一款尾灯,其制动指示效果会根据制动加速度、日照等条件自行调节,即制动加速度大、日照强时制动灯的亮度就高,从而更好地提醒其他驾驶者。

汽车制动、转向灯等功能已经大规模使用LED作为光源。LED同样具有占用空间小、重量轻、造型灵活、功耗低、寿命长、反应时间快等特点,更重要的是其本身的发展速度也非常迅速。

新的照明方式、新光源、新的加工生产技术以及新材料的使用会使汽车照明灯具给人耳目一新的感觉,当然也会使我们的行车更加安全。但同时值得关注的是,随着总线、各类控制器件在汽车上的应用日益广泛,通过与汽车总线、控制器的通信、协议进行工作的照明灯具也逐渐增多,这些势必会对一些灯具制造商和灯具售后市场产生重大影响。

LED光源车灯带给汽车新的魅力

现在的汽车车灯既有漂亮的组合灯,又有个性很强的大眼睛灯。它们已经摆脱多年以来的呆板形象,变得越来越好看了。各车型的前大灯多为组合式设计,将远光、近光、转向灯和雾灯等全部设计在一个大灯罩内,这其中又分成几种不同的流派。一类是有怀旧色彩的多盏小圆灯的组合,如奥迪A6、大众高尔夫、蒙迪欧、赛马和中华等。另一类是方形灯与圆形灯的组合,如帕萨特B5、宝来、红旗世纪星等。还有一类是全部由不规则的异形灯组合而成的前大灯,如马自达323、日产阳光等。和传统的长方形组合灯相比,“复古”的独立圆形前大灯设计,显得更有灵气。POLO和奇瑞QQ的前大灯给人留下了很深刻的印象。

尾灯已不是装饰性零件,它也参与了车身的造型,并成为了车身造型的延长部分。尾灯的变化不仅增加了汽车后半部分的色彩,更重要的是使车尾部变得活泼而富有动感。

汽车灯具随着汽车工业的发展、科学技术的进步、新光源的出现以及人们的审美观等而不断改进,结构越来越复杂、工艺越来越考究、功能越来越完善。现代汽车灯具已经成为一件具有高科技内涵的精美工艺品,是汽车的一双美丽的“大眼睛”。汽车灯具的演变主要经历了四个阶段,而第四代LED汽车光源的出现,给汽车带来了新的魅力。

LED光源车灯的开发应用与商机

LED汽车灯具的基本结构由五部分组成,即LED阵列、反光镜、配光镜、散热器和驱动电路。直接与光学有关的车灯零件主要有光源、反光镜和配光镜三部分,统称灯光组。车灯的光学设计就是车灯的灯光组设计。灯光组的设计要考虑两个原则:一是符合整车厂对车灯总体结构和造型的设想;二是达到国家规定的规范和标准要求。LED光源应根据不同灯具对光通量的要求,选用不同功率的LED组成LED阵列。反光镜是为了提高光源的出光率和达到配光性能要求而专门设计的镜子,其作用是将光源发出到反射镜上的光通量按一定分布照射出来。配光镜的作用是通过本身的花纹将反光镜反射出的光偏移或散射到需要的位置,以达到配光的要求。

长期以来,汽车灯具以白炽灯光源为参照物来设计灯光,并形成相应的软件。灯光的规范和标准也以此来制订。LED光源有其自身的特点,LED汽车灯具的设计与制造不能简单套用常规的方法,必须对其设计和制造方法做修改,同时制定出与其相适应的规范和标准。

从价格上看,尽管LED灯与白炽灯相比还是较贵的,但从整个系统来看,二者的价格并没有明显的差别。随着超高亮度AlGaAsLED和AlGaInPLED实用化的发展,最近几年,LED的价格一直在不断下降,今后降低的幅度还会更大。

LED汽车灯具的发展直接与LED光源的发展相关联。半导体电致发光现象早在1907年就发现,由于光很弱,批量生产困难而进展缓慢。1968年美国孟山都公司推出光强超过20mcd的GaAsp与GaAs结构的红色LED,以此为突破点,大大加快了LED的发展。接着相继研制出光强达1000mcd的红、黄、绿色的LED,在仪表、电信的信号指示上获得了初步的应用,形成了LED早期的应用市场。但由于其光强度、光衰减等性能指标问题还无法在汽车灯具中广泛应用。直到1990年美国惠普公司、日本东芝公司推出光强超过1000mcd的InGaAlP与GaAs结构的红、黄色高亮度的LED和1993年日本日亚公司发明InGaN与Al2O3兰、绿色高亮度的LED时,从技术上和批量生产上为汽车灯具光源LED化铺平了道路。1985年LED汽车信号灯首次出现在客车上,1986年尼桑300ZX型汽车上使用LED高位制动灯标志着LED汽车灯具时代正式开始。国际著名汽车品牌如宝马、凯迪拉克、别克、大众、福特、奔驰、丰田、三菱、马自达和斯柯达等先后推出LED汽车灯具。

对于国内LED生产企业来说,伴随着“国家半导体照明工程”的启动,将迎来一个重大的市场发展机遇。2000年,上海大众桑塔纳2000首先使用LED高位制动灯。我国LED汽车灯具每年以70%-80%的速度在增长,2006年的产值超过亿元。目前,国际上LED汽车前照灯还处于研发过程,但已有概念灯具推出。而且除LED前照灯外,其他均已商品化,并已进入车灯的智能化控制时期。我国汽车灯具LED化、智能化水平与国际水平相差五年。未来LED将随着质量的提高和价格的下降,在汽车中获得更广泛的应用。

随着我国汽车工业的大发展,汽车电子应用不断扩大,从今年预计的850万辆汽车产量来看,国内汽车电子市场规模至少在900-1000亿元人民币。从全球数据来看,汽车电子市场前景看好。据预测,未来几年,汽车电子半导体市场将以7.7%的年复合增长率稳定增长,这个增长率高于全球汽车市场增长率的两倍。到2010年,预计会有约216亿美元的汽车电子半导体产品在汽车中使用。随着国内汽车工业不断发展,汽车电子、电控、电动产品占整车比重越来越高,我国未来的汽车电子市场将受到全球业界关注。这也是跨国汽车电子巨头几年来不断在国内寻找合作伙伴,并将研发中心向我国转移的原因。目前我国汽车电子产品在所有汽车产品成本中所占的平均比重已经超过了10%,但与世界平均水平的25%还有很大差距,这也预示着中国汽车电子市场的发展空间巨大。


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