LED技術在汽車燈具中的設計與應用實現

唐華平

摘 要：在節能環保的趨勢下，LED技術以其自身的優勢特點應用于汽車燈具的設計和應用領域，隨著大功率LED技術的不斷提升和成本的降低，為汽車燈具產業提供了更為寬廣的空間。為此，要充分認識到LED技術的優勢，探索LED技術在汽車燈具中的設計與應用實踐，使之廣泛應用于轉向燈、踏步燈、儀表照明燈、行李廂燈、制動燈、前照燈等信號燈具之中。

關鍵詞：LED技術 汽車燈具 設計 應用

中圖分類號：U463.65 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（b）-0078-02

汽車行駛的過程中離不開燈具的設計和應用，它是汽車主動安全的重要部件，隨著大功率LED技術的不斷提升，在汽車燈具中也引入了以LED（發光二極管）為光源的車燈，顯示出高亮度、低功耗、使用周期長等優勢特點，廣泛應用于汽車的外部車燈和內部車燈之中，極大地推動了汽車燈具行業的發展與創新。

1 汽車LED光源的發光原理及應用優勢分析

LED光源是一種半導體器件，由PN結所構成，發出的光波長λ與發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg的關系可以表述為：λ≈1.2359/Eg，其中：光波長λ的單位用nm表示，應用范圍在380～780nm之間；發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg的單位可以用eV表示，應用范圍應當在3.26～1.63eV之間，由紅色、綠色、藍色為LED可見光的三基色，進行任意組合而生成其他顏色的可見光。汽車LED光源應用的工作原理主要表現為以下幾種：（1）由單芯片的LED所構成，在單色LED和熒光粉相組合的條件下發出白光，相關的組合包括有InGaN（藍色）/YAG熒光粉、InGaN（紫外）/（紅色+綠色+藍色）熒光粉、InGaN（藍色）/（紅色+綠色）熒光粉等。（2）由雙芯片的LED所構成，應用于顯色性要求較低的使用區域，其主要的組合構成包括有藍色LED+黃色LED、藍色LED+黃綠色LED、藍綠色LED+黃色LED等。（3）多芯片LED。這種方式主要是采用RGB的合成方式，總體光效性較低。

汽車LED光源主要采用由藍色LED/黃色熒光粉組合而成的單芯片白光LED產品，其發展相對成熟，有其他光源不可比擬的應用優勢特點，具體表現為以下方面：（1）響應速度快。LED的響應時間短，能夠在多個LED光源之間進行快速的切換，當其由電源接通到達所需的發光亮度時僅須1ms以內的響應時間，通常應用于汽車制動燈的應用領域。（2）節能環保。LED技術應用于汽車燈具之中，表現出工作電壓低、電流小、亮度高的特點，體現出大功率、低能耗的優勢，可以較好地應用于電動汽車之中，節約能源的消耗，提高電動汽車的續航里程。同時，LED取代鹵素燈也具有極高的發光效能，改善整車燃油經濟性。（3）使用壽命長。LED技術應用于汽車燈具之中，還表現出使用時間長的優點，由于LED是由環氧樹脂外部封裝的固態半導體芯片，具有更高的耐沖擊性能，可以較好地減少光源替換的次數，較好地保護精密光學部件。（4）光色多且易于辨別。LED可以通過紅色、綠色、藍色的三基色所組合而成，形成極其豐富的光色，并可以較好地應用于前照燈中，用于對光色的辨識，由于路標是采用被動輝光的反射方式，LED發出的光能夠極其有效地被物體所反射，使行車駕駛員清晰地辨識交通標志。（5）體積小。LED光源可以根據使用者的需求進行不同形狀的設計和應用，尤其是可以設計為扁平狀、厚度小的形態，具有體積小的優勢特點，有利于汽車的造型設計。（6）前照燈防眩。白色LED光源的色溫為5500～6000K，與自然光的色溫4800～6000K相接近，可以使駕駛員產生舒適的感覺，同時也不會對迎面駛來的會車司機造成視障影響。

2 LED技術在汽車燈具中的應用方法分析

2.1 LED技術在汽車燈具中的具體應用

LED技術在汽車燈具中的應用極其廣泛，有極其廣闊的應用空間，滿足汽車各種照明的需求，下面重點對汽車前照燈系統、尾部信號燈、車內照明燈的應用進行分析：

（1）LED前照燈系統。將LED技術應用于汽車前照燈之中，通常是采用光形疊加的配光方式進行設計，要設計多個光源以滿足汽車光通量的需求，要使近光光通量達到1100lm左右；并要注重前照燈系統構成部分的相對位置，務必使之精準以確保LED光軸的方向性。另外，要注重LED燈具的電器件應用，必須檢查內部控制模塊的協調性能、電磁抗干擾性等，使之滿足汽車燈具正常應用需求。

（2）LED尾部信號燈。在LED技術應用于汽車尾部信號燈的設計中，要結合汽車的造型設計和使用功能，選定相應的LED燈型、數量和焊裝工藝，在進行結構設計、工藝驗證之后，使LED光線在光屏上疊加并經由反射鏡和配光鏡折射，形成一定區域的光形分布，從而滿足汽車尾部信號燈的要求。

（3）LED車內照明燈。汽車內部的儀表照明燈、踏步燈、門燈、行李箱燈、閱讀燈、頂燈等也可以應用LED技術，由于LED車內照明燈的空間占用較小、響應速度快，能夠充分突顯LED技術的色溫、顯色、亮度等方面的優點，因而有極其廣泛的應用。同時，LED車內照明燈還可以較好地監視車內的狀態，如：車燈在車門沒有可靠關閉的狀態下會持續閃亮；行李箱燈會在行李箱門打開時自動開啟。另外，LED車內照明燈還可以較好地減少對車內駕駛人員的眩目干擾和影響。

2.2 LED汽車燈具的應用方式分析

2.2.1 直射式

將LED設計于反射面的中間部位，使之面朝正前方或正后方，從其前后方可以直接觀察到LED光源本體，這是一種設計、配置相對簡便的方法，然而其直射式的設計會對人體的視覺造成刺激影響，有一定的眩光性干擾。

2.2.2 反射式

將LED安裝于反射面的一側，從正面觀察難以發現LED光源本體，這種設計應用方法相對復雜，對配光的精準度要求極高，但是不會對人體視覺產生眩目的影響和干擾。

2.2.3 穿透式

將LED介于其他介質之中，使LED光源發出的光能夠由其他介質中透出，呈現出極其豐富、靈活、多變的照射效果。然而，這種設計方法的結構、配光難度、精準度都要求極高，但其靈活多變的外觀炫酷效果深受人們的喜愛。

2.3 LED汽車燈具的設計技術分析

（1）光學結構設計。可以采用新型大齒距等厚菲涅耳非球面透鏡設計的方式，建構LED燈具系統的仿真透鏡模型，通過對近遠光的模擬分析，使LED汽車燈具擁有合理的結構尺寸、防眩光效果和擴展性視野。

（2）電路設計。以LED汽車前照燈為例，可以選用開關變換電源，采用穩定安全的Boost-buck拓撲結構，設計200Hz的PWM調光頻率，緩解汽車燈具負載散熱的壓力。

（3）燈具散熱。LED汽車燈具要考慮外部封裝膠材，可以采用熱力均溫超導技術，實現聚熱分散的效果。

綜上所述，LED技術應用于汽車燈具之中，符合節能環保的經濟發展要求，使LED汽車燈具產業順應節能減排的發展趨勢，可以充分利用LED技術的優勢特點，將其應用于汽車外部燈具和內部燈具的設計之中，克服散熱性差、價格成本高等不足，不斷地創新研究和設計，使之成為汽車最為重要的功能性飾件，較好地保證汽車使用的安全性，滿足廣大消費者的使用需求。

參考文獻

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