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LED技术在汽车灯具中的应用及发展趋势分析

文章来源:阿拉丁照明网

引言

过去,汽车照明行业主流照明灯具大部分是氙气灯和卤素灯,近几年随着固态照明的发展,LED逐渐进入了人们的视线,而LED作为新型照明光源具备的优良性能,使得它在汽车照明行业很快大放异彩。

LED最初应用于汽车内部照明,后来逐渐扩大到了前照大灯及组合尾灯等更广泛的应用。由于LED尺寸较小,便于自由组合以及二次光学设计,所以可以利用LED形成不同的形状和线条组合,有助于展示汽车独一无二的风格,也可以增加汽车外观造型设计的美观性。

LED特性分析

1、节能环保 

LED灯具现在已经在各种照明环境中得到了广泛应用,并且随着技术的更新换代,光效也在逐步提高,在实际应用中展示出了越来越大的优势。

LED本质是发光二极管,发光原理是电致发光,当外加正向电压时,电子与空穴复合释放能量,一部分能量以光子形式释放,于是产生光束。由于LED发光是将电能转换为光能,所以在发光过程中不会产生污染,除了光源不含汞、铅等污染性元素之外,也不会产生过量的热能。所以相比于传统光源,LED是冷光源,具有节能环保,安全性更高的优点。

2、响应时间短 

根据实际数据来看,LED与普通灯具相比,其响应时间要快200~300ms,LED的响应时间可以达到ns级。所以当LED应用到转向信号灯与高位制动灯时,能够满足车辆行驶过程中应急反应需求,可以有效减少汽车事故的发生。

3、体积小

LED尺寸一般都比较小,将其作为汽车灯具占用的位置比较少,为汽车有限的空间规划提供更多有利条件,可以更好的满足消费者驾驶需求。并且,LED灯寿命更长,启动速度快,使得汽车出现事故的可能性降低。相比普通灯具,LED 灯抗震性更高,一般在汽车寿命内无需对灯泡进行更换,减少了后期维修投入,具有更高经济性优势。

4、光色辨别

现在路标基本上为被动辉光反射方式,而LED灯发出的光可以被物体(道路交通指示标牌)有效反射,与其他光源相比具有更大优势。司机可以在距离较远的位置便可发现标牌信息,提前采取措施,提高行车安全性。并且,因为前照灯光色辨别效率高,即便是在夜间行驶,也可以获得与白天相同的反射效果,及时发现并确定交通标志信息,提高行车安全性。 

LED应用现状

1、LED 技术应用于前照灯系统

图1 LED前照灯

配光技术:LED 前照灯主要采用光形叠加的配光方式,这也对前照灯的配光技术提出了挑战。一般来说,LED前照灯发出的光线只会向半个球的方向发射,所以,一套LED系统需要多个光源才能满足汽车的光通量。LED前照灯系统中包含了大量光源,为了保证LED光轴的方向性,前照灯系统的各个组成部分的相对位置必须要精确。

散热:由于前照灯系统接近发动机舱,考虑散热问题也是汽车前照灯设计中的重要工作。

一般来说要采用散热部件和内置风扇,保证LED散热效果。

功率消耗:LED在前照灯中最为典型的应用就是作为日间行车灯来使用,只要汽车发动机在运转,日间行车灯就开启,其能够提供低光输出,并且在此过程中消耗一定的燃油,但是消耗水平极低,通常情况下仅仅消耗9瓦左右的功率。

前照灯防眩:白色LED光源色温在5500K~6000K,白色LED光源与氙气光源(4000K)相比更接近于自然光(4800K~6000K),具有更高舒适性,在避免驾驶人员光疲劳问题上具有更大优势。

2、LED 技术应用于尾部信号灯

图2 LED尾灯

LED 信号灯主要由放射镜和配光镜两部分组成。ED 发出的光线经过反射镜的反射和配光镜的折射,在相应区域形成光型,当各个LED 形成的光型在光屏上叠加之后,就形成了完整的光型分布。相比于LED 灯在汽车前照灯方面的应用,在作尾灯设计时,对灯具亮度有着更低要求,能够达到指示和警示目的即可。

现在LED技术在汽车尾部信号灯中的应用更为广泛,包括位置灯、后制动灯、高位制动灯等。将LED技术应用到汽车灯具设计中,一般只需要针对车灯功能、车辆造型等进行分析即可,而对于照明效果、配光等要求较低,在设计上难度也就更小。 

3、LED 技术应用于车内照明灯

LED照明灯电源设计简单,体积小,不占空间,响应速度快,这使得其在车内照明中具有良好的适用性。由于LED在色温,显色指数,亮度等方面都具有很大优势,所以很适合在车内短时间使用,常见的有仪表照明灯、踏步灯、门灯、行李箱灯、阅读灯、顶灯等。

此外也可以用LED来进行车辆状态的表征,比如车门关闭情况就可以通过LED灯来反映。车内照明系统应用LED灯还有一个显著的优点就是能够减少对驾驶员的视线干扰,从而有效减少驾驶员炫目的现象。

图3 LED车内照明灯

4、LED技术应用于氛围灯

氛围灯作为一种新型灯种,在汽车中的使用日渐增多,逐渐成为车灯行业的新宠。车内氛围灯,是柔性高亮度散光光导纤维LED 氛围灯的简称。它属于内部装饰类的照明灯具,通常是R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)三原色,主要是用于满足车内装饰的要求,使车厢在夜晚时更加绚丽,烘托车内氛围,增强感官刺激,提升整车档次。它具备点亮后发光柔和均匀,并可以通过不同光源颜色组合,在车内营造一个温馨舒适的氛围,给驾驶者全新的驾驶体验。

LED用于氛围灯主要得益于其低功耗、长寿命和响应速度快的特点,而且便于利用智能控制技术实现光色组合变化。

图4 车内氛围灯实装效果图

未来发展展望

未来,汽车车灯的发展将随着技术创新,呈现出新的变化。

新一代LED:目前,LED研发厂商正在利用新型半导体技术开发新一代LED,力图降低LED成本,提高效益,制造出更加高质量的LED用于车灯照明。

OLED:此外,技术创新也带来了OLED这一新事物的出现,OLED的出现为汽车照明系统提供了新的灯具设计方案,由于OLED具有照明均匀,不易产生眩光和阴影的优点,因此非常适合作信号灯,尾灯和车内照明灯

OLED有着以下两大优势:

(1)具有自发光的特性,不需要任何光源系统的支持,而且厚度只有1.4毫米。未来的尾灯甚至可以做到像贴纸一样粘贴在车尾,无需占用后备箱的空间,在体积上与普通LED产品相比拥有更大的优势;

(2)与LED的点光源相比,OLED 拥有面光源和漫反射的特点,光质均匀,可实现无级调光,不会投射任何阴影。照明效果既可以是均匀的,也可产生明暗效果,甚至是动态效果。 这两个特性,使OLED非常适合用来制作车内环景式产品和汽车尾灯。 

然而,OLED照明技术也有它的缺点,目前由于其使用寿命短暂,材料只能承80摄氏度的温度,价格高,故目前未能在车灯市场上广泛应用。

激光大灯:除了OLED之外,激光大灯也将是未来车灯发展趋势之一。相对LED大灯,激光大灯技术上有着更多的优势:

(1)发光面积以及能耗的减小,冷却系统相对简单。 

(2)其更小的尺寸、更亮的照明以及更低的发热等优点,便允许设计师重新设计车体,可以将更大的空间留给空气动力学的布局,以及适当的对前悬和发动机位置进行调整,以达到优化空间的用意。

(3)激光灯的照明度是LED 灯的1000倍,同时体积比LED灯减小100倍。激光大灯在照射距离方面能照射到前方600 米的范围,而采用LED 远光灯的车型则只能照射到300 米。 

因此,采用激光大灯可以开阔驾驶员的视野,有助于更早做出危险判断,同时,面向对方向会车,灯光的可控范围也会更大,避免炫目带来的潜在风险。

虽然激光技术相对LED大灯有着无与伦比的优势,但是由于价格高昂,仍然未在市场上广泛应用,目前只应用于高端车型。

汽车灯具作为汽车中重要的功能性零件,不仅对汽车的外部装饰起着重要作用,其性能的好坏对汽车的安全问题也产生着重要的影响。因此,对于光源的选择至关重要。随着LED,OLED以及激光技术的发展,未来汽车照明市场必将会呈现新的气象。

COB封装技术会取代传统SMD,成为LED显示屏的最佳封装技术?

LED产生的热量究竟有多大?又该如何选择IC驱动? 

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本期的分享到此结束,我们下期再见!

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