技術(shù)特征:
- 必須采用LED模塊照明方式
- 急需解決LED散熱問(wèn)題
應(yīng)用范圍:
- 汽車(chē)照明
汽車(chē)上的燈光系統(tǒng)不但讓駕駛者能實(shí)際了解汽車(chē)的狀況,更提供了安全駕駛過(guò)程中,所必須兼具的條件。而新一代的光源LED,這對(duì)許多消費(fèi)者來(lái)說(shuō)一點(diǎn)也不陌生,已進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用于汽車(chē)上,并根據(jù)各個(gè)應(yīng)用面對(duì)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(chē)頭燈上,包括光學(xué)設(shè)計(jì)與散熱設(shè)計(jì)等,將與傳統(tǒng)汽車(chē)燈具的設(shè)計(jì)概念有所不同。汽車(chē)與LED成功地進(jìn)行整合,成為汽車(chē)制造眾嶄新的設(shè)計(jì)原理。
汽車(chē)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(gè)照明光源總產(chǎn)量10%左右。如果把一輛車(chē)的照明全部換成LED,大約需用掉400~600顆LED.其實(shí),早在10年前,LED就邁上了進(jìn)軍汽車(chē)領(lǐng)域的征程。目前,LED在整車(chē)內(nèi)外部照明光源的比重已經(jīng)超過(guò)了80%。
LED作為汽車(chē)頭燈光源仍存在異議
由此可見(jiàn),汽車(chē)主體控制系統(tǒng)控制必須是依照不同功率需求的燈源進(jìn)行設(shè)計(jì)。換個(gè)角度,從LED在汽車(chē)上的應(yīng)用來(lái)看,雖然LED在第三剎車(chē)燈的應(yīng)用,到汽車(chē)尾燈、轉(zhuǎn)向燈到剎車(chē)燈,一步步開(kāi)創(chuàng)了LED作為車(chē)內(nèi)外照明之用。
在2010年北京車(chē)展上,BMW展示了一款名為GranCoupe四門(mén)概念跑車(chē)。GranCoupe在BMW刻意營(yíng)造的黑夜設(shè)計(jì)氛圍下現(xiàn)身,視覺(jué)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(chē)型。距Audi發(fā)布第一款采用LED頭燈R8已2年有余,被稱(chēng)為第4代汽車(chē)照明光源的LED正陸續(xù)出現(xiàn)高檔車(chē)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(chē)的保險(xiǎn)桿上,切線下也是很淡的藍(lán)色光型,連我的頭燈余光辨識(shí)度都好過(guò)它了。”一位路遇RX450h的網(wǎng)友如此描述LED頭燈的實(shí)際效果。而另一位RX450h車(chē)主駁斥道,“只要是開(kāi)RX450h的車(chē)主一定很清楚,LED頭燈超亮,很聚焦,雖然旁邊看起來(lái)好像不太亮。LED比HID光源還要集中,尤其是紅綠燈停下來(lái)照前面的車(chē)子保險(xiǎn)桿下沿非常亮,開(kāi)山路很安全很光亮。”該車(chē)主原先為雙B擁躉(BMW,Benz),自此對(duì)Lexus大為改觀。
為比較LED頭燈和HID的性能,更有好事者找來(lái)兩輛原廠搭載HID和LED前燈的車(chē)型在傍晚17:30測(cè)試。在距離水泥墻20m外的測(cè)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(shí)比白熾燈高,但單個(gè)LED來(lái)比,LED的光輸出優(yōu)勢(shì)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(gè)LED模塊沒(méi)能為遠(yuǎn)光和近光功能提供足夠的光。因此,你須要為每個(gè)近光和遠(yuǎn)光功能使用多個(gè)LED模塊。”PaulDecloedt指出,由于汽車(chē)前燈是光束應(yīng)用,每個(gè)LED模塊需要一個(gè)光學(xué)組件(透鏡或反光鏡)。“這是LED近光燈和遠(yuǎn)光燈價(jià)格仍然較貴的一項(xiàng)主要原因。”此外,由于LED模塊化照明的特性也導(dǎo)致汽車(chē)法規(guī)難以界定采用多個(gè)模塊的LED頭燈是否損壞。
解決LED散熱問(wèn)題是未來(lái)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(yuǎn)比傳統(tǒng)燈源要來(lái)的高上許多;另外,LED晶粒歸類(lèi)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(yuǎn)低于傳統(tǒng)燈泡,因此,散熱設(shè)計(jì)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(chē)市場(chǎng)普及,還得要進(jìn)一步考慮到外觀造型與燈具的光學(xué)設(shè)計(jì)原理,這將是高功率LED照明設(shè)備極為困擾的問(wèn)題。
嚴(yán)格來(lái)說(shuō),傳統(tǒng)所使用的燈具所產(chǎn)生的熱源其實(shí)遠(yuǎn)高于LED;不過(guò),傳統(tǒng)燈具不會(huì)因?yàn)楦邷囟档推涔庠摧敵瞿芰?,但,LED的光輸出卻會(huì)因?yàn)楸旧斫涌趩?wèn)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(shí),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?yàn)榉庋b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(shù)脂類(lèi)材料在作為包覆LED晶體時(shí),若在高溫時(shí)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(jìn)行聚熱分散的效果;也就是說(shuō),當(dāng)LED燈具的溫差在正負(fù)1度的范圍之間,再采用強(qiáng)制散熱技術(shù),利用燈具所設(shè)計(jì)的防塵遮蔽的半開(kāi)放式空間進(jìn)行空氣換氣的動(dòng)作,也就是可以讓空氣產(chǎn)生對(duì)流,而達(dá)到傳散熱能的效果。而這個(gè)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(gè)空間的肺,以進(jìn)行呼吸獲得強(qiáng)制散熱。
現(xiàn)如今,LED雖然存在著眾多待解決的問(wèn)題,但LED已經(jīng)應(yīng)用到高端汽車(chē)(跑車(chē))中已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)。如何將LED成本降低,得到順利普及,還有賴(lài)于解決散熱以及二次光學(xué)系統(tǒng)的改善。