雖然采用LED用于外部汽車應(yīng)用的最明顯優(yōu)勢(shì)之一是設(shè)計(jì)靈活性所帶來(lái)的美學(xué)吸引力，但該技術(shù)帶來(lái)了許多更基本的優(yōu)勢(shì)：增強(qiáng)的安全性，更高的可靠性和更低的總體成本。然而，已經(jīng)并且將繼續(xù)存在許多需要克服的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

汽車外部燈被認(rèn)為是安全裝置，因此受到高度監(jiān)管。汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）的專家已經(jīng)確定，有三個(gè)主要因素會(huì)導(dǎo)致LED燈的早期故障：溫度，振動(dòng)和輸入電壓。因此，產(chǎn)品性能可靠性標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試程序圍繞這些因素。

本文將考慮LED如何發(fā)展以滿足汽車燈制造商要求的性能和可靠性標(biāo)準(zhǔn)，并滿足嚴(yán)格的汽車標(biāo)準(zhǔn)。

將參考擴(kuò)展的溫度范圍操作和長(zhǎng)壽命設(shè)備，如Osram的Oslon Black Flat，Oslon LX和SX，Power SideLED和MultiLED系列。此外，Everlight的Piranha系列專為制動(dòng)燈和信號(hào)指示器而設(shè)計(jì)，專為滿足零缺陷質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)，專注于散熱和卓越的光學(xué)設(shè)計(jì)。

圖1：LED讓設(shè)計(jì)師能夠釋放他們的創(chuàng)造力，同時(shí)提高性能和安全性，如奧迪A8所示。

實(shí)現(xiàn)異國(guó)情調(diào)

LED的小尺寸和可變形狀選項(xiàng)使汽車設(shè)計(jì)師能夠釋放他們的創(chuàng)造力，遠(yuǎn)離傳統(tǒng)的外部照明外觀。應(yīng)用包括前照燈，日間行車燈和霧燈等前照燈設(shè)備，以及尾燈，信號(hào)燈和剎車燈。通過(guò)使用復(fù)雜，彎曲，異國(guó)情調(diào)和大膽的LED設(shè)計(jì)，汽車制造商已經(jīng)能夠顯著區(qū)分他們的車輛。

然而，與此同時(shí)，他們正在達(dá)到嚴(yán)格的安全性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)通常會(huì)限制所有汽車零部件的設(shè)計(jì)。此外，LED不僅有助于提高安全性，例如減少眩光和改善夜視，還可以開發(fā)新的增強(qiáng)型安全功能，如自適應(yīng)照明和自動(dòng)浸漬。

雖然在20世紀(jì)80年代正在考慮LED汽車照明的標(biāo)準(zhǔn)，但是在20世紀(jì)90年代早期開發(fā)了AlInGaP（鋁銦鎵磷化物），并且在21世紀(jì)初被認(rèn)為是白光LED技術(shù)的重大進(jìn)步。作為L(zhǎng)ED的關(guān)鍵推動(dòng)因素，可滿足該行業(yè)嚴(yán)苛的環(huán)境和性能要求。第一個(gè)外部基于LED的應(yīng)用，后停車燈，在本世紀(jì)初出現(xiàn)，大燈在2006年左右。

首先考慮，LED相比現(xiàn)有的鹵素或氙氣技術(shù)具有絕大多數(shù)的優(yōu)勢(shì)，特別是頭燈。它們堅(jiān)韌，自然更耐振動(dòng)，使用壽命更長(zhǎng)，能耗更低。然而，它們的成本更高，這就是為什么幾年來(lái)它們主要只出現(xiàn)在奢侈品，高端型號(hào)中。然而，價(jià)格正在下降，并且它們已經(jīng)被中檔和大眾市場(chǎng)采用。

LED相對(duì)于鹵素和氙氣替代品的能源效率降低了燃料消耗和二氧化碳排放。對(duì)于鹵素大燈，節(jié)能范圍從55瓦到65瓦不等的比較數(shù)字相比，LED等效燈只需15到30瓦。據(jù)報(bào)道，氙氣燈泡比鹵素?zé)舾行ВǔＰ枰?5瓦，并且更亮，但成本高于鹵素?zé)?。雖然氙氣源的開發(fā)預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生更低的功率單位，但預(yù)計(jì)LED的潛力將擴(kuò)大差距，預(yù)計(jì)幾年內(nèi)預(yù)期的近光燈應(yīng)用低至1瓦。

更長(zhǎng)的使用壽命，有效地延長(zhǎng)了車輛的使用壽命，理論上不需要更換LED燈，節(jié)省了維護(hù)成本。鹵素?zé)舻氖褂脡勖L(zhǎng)達(dá)1000小時(shí)，氙燈的使用時(shí)間約為2000小時(shí)，而LED的使用壽命為15,000小時(shí)。

采用LED的色溫較低（5500至6000 K）的可能性更接近自然光，不僅增強(qiáng)了對(duì)比度，而且據(jù)報(bào)道，與氙氣（4500 K）和鹵素相比，眼睛的疲勞度更低（3200 K）。

基于LED陣列的LED燈單元的智能電子控制，結(jié)合來(lái)自傳感器，導(dǎo)航和駕駛員輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可根據(jù)氣候條件，道路特征和自動(dòng)調(diào)節(jié)光輸出和模式。迎面而來(lái)的交通，以及諸如坑洼等物體或危險(xiǎn)的檢測(cè)。最新的自適應(yīng)照明系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)“永遠(yuǎn)在線”主光束等功能，可自動(dòng)調(diào)節(jié)城鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村駕駛，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎和交叉路口。

然而，最近LED才能夠達(dá)到主光束前燈所需的光強(qiáng)度水平。奧迪A8采用歐司朗光電半導(dǎo)體的LED制造前照燈，結(jié)構(gòu)為五個(gè)燈條，每個(gè)燈條有五個(gè)LED（見上圖1）。同時(shí)，LED目前最常用于大多數(shù)主要汽車制造商的日間行車燈和后燈組。對(duì)于未來(lái)，激光二極管正在開發(fā)中，以實(shí)現(xiàn)更亮，更進(jìn)一步的主光束應(yīng)用。

溫度效應(yīng)

LED比鹵素?zé)舾?jié)能，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)產(chǎn)生熱量。然而，為了滿足前燈所需的光輸出（流明），LED必須以足夠高的功率水平驅(qū)動(dòng)，以顯著提高結(jié)溫。

不幸的是，隨著結(jié)溫升高，LED發(fā)出的光線越少，能效越低，壽命越短。因此，盡管LED比其他技術(shù)運(yùn)行溫度更低，但熱量仍然是主要問(wèn)題。了解溫度效應(yīng)，熱管理和維持流明輸出對(duì)于汽車LED照明設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)并非無(wú)關(guān)緊要的挑戰(zhàn)。幸運(yùn)的是，許多LED制造商已經(jīng)迎接挑戰(zhàn)，越來(lái)越多的設(shè)備可用，以滿足高溫性能要求并改善散熱。

SAE國(guó)際照明委員會(huì)制定的汽車標(biāo)準(zhǔn)解決了這個(gè)問(wèn)題。 LED光輸出在壽命期間自然下降的問(wèn)題，并且隨著結(jié)溫升高，老化過(guò)程加速。出于這個(gè)原因，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在最壞情況下，在額定壽命期間，初始光輸出的最小光度輸出為80％。在這種情況下，最壞情況是指結(jié)溫達(dá)到最大值，或者在最大值的10°C范圍內(nèi)。通常認(rèn)為，對(duì)于汽車應(yīng)用，LED主要在最大特定結(jié)溫下工作或接近最大工作溫度。當(dāng)然，各種汽車應(yīng)用中LED的性能測(cè)試和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)也在不斷發(fā)展。

數(shù)據(jù)表詳細(xì)信息

Osram提供各種專為廣泛使用而設(shè)計(jì)的LED在汽車應(yīng)用中。除了專門的Ostar Headlamp Pro系列外，還有2芯片，3芯片，4芯片和5芯片版本，Oslon Compact LED在小型封裝中提供高效率，可減輕霧燈和前照燈應(yīng)用的重量。光通量在25°C時(shí)范圍為580至1460 lm，驅(qū)動(dòng)電流為1A，光輸出為86或88 lm/W.

對(duì)于日間行車燈，高效，緊湊的Oslon LX120和建議使用Oslon MX-ECE。 DRL的光輸出不需要那么高，例如，LX部件的額定電流為140流明，驅(qū)動(dòng)電壓為350毫安，2.95伏，光輸出為136流明/瓦。對(duì)于紅綠燈，尾燈和信號(hào)應(yīng)用，歐司朗在其Oslon Black Flat，Oslon SX，Power SideLED和MultiLED系列中提供紅色，琥珀色和黃色LED。典型的例子是Oslon SX LA CN5M琥珀色/紅色LED。 1 提供了詳細(xì)介紹設(shè)備，其規(guī)格和應(yīng)用的綜合手冊(cè)。

需要符合汽車規(guī)格的LED的燈具設(shè)計(jì)師應(yīng)注意檢查數(shù)據(jù)表。歐司朗數(shù)據(jù)表明確說(shuō)明該器件是否符合AEC Q101汽車的要求。值得注意的是，它們通常還指定了接近最大結(jié)溫時(shí)的預(yù)期壽命（短脈沖為175°C，典型值為150°C）以及相對(duì)光通量，它們顯示了隨著結(jié)溫的升高它會(huì)如何下降。這使工程師能夠就LED在特定應(yīng)用中的表現(xiàn)做出明智的決策。

圖2：Everlight為汽車外部照明應(yīng)用制造的一系列LED。

另一家專門為汽車外部照明應(yīng)用設(shè)備的供應(yīng)商是Everlight（見圖2）。 Argus系列單芯片，2芯片，3芯片，4芯片和5芯片LED專為高亮度，高效率和高溫下的色彩穩(wěn)定性而設(shè)計(jì)，可用于大燈，日間行車燈和霧燈。正向電壓報(bào)價(jià)為6至8 V，工作溫度范圍為-30至140°C。與此同時(shí)，Piranha AM EU系列目前采用PLCC格式，運(yùn)行功率低于0.5 W，主要針對(duì)剎車燈和信號(hào)指示燈。

Everlight汽車級(jí)認(rèn)證（AEC Q101）零件的數(shù)據(jù)表還說(shuō)明了在高工作溫度下的性能特征，圖表顯示了外殼溫度升高（最大25,55和85°C）以及各種前向的影響光通量（350,700和1000 mA）（據(jù)報(bào)道在85°C時(shí)僅衰減15％）。最高結(jié)溫通常為150°C。先進(jìn)的散熱技術(shù)和先進(jìn)的陶瓷封裝使Everlight的一些最新器件能夠滿足嚴(yán)格的汽車性能和可靠性標(biāo)準(zhǔn)，即使在1.2 A正向電流和Tj超過(guò)150°C時(shí)也是如此。

結(jié)論

LED制造商繼續(xù)開發(fā)制造和封裝技術(shù)，以更少的功率提高光輸出，并優(yōu)化散熱，特別是汽車外部照明應(yīng)用。如今，這種設(shè)備已經(jīng)被汽車制造商廣泛使用，最初用于后部和停車燈，信號(hào)燈和日間行車燈。最新的最高性能型號(hào)正迅速適用于前照燈和霧燈。對(duì)于售后市場(chǎng)銷售，舊車型的改裝LED燈也有不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)。