車用LED照明技術(shù)及現(xiàn)狀分析
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車用LED 照明技術(shù)作為一項(xiàng)具有突破性意義的新技術(shù)， 已經(jīng)被大多數(shù)的汽車制造商以及消費(fèi)者所接受，越來越多的高檔汽車都配備了LED 燈。但由于汽車應(yīng)用環(huán)境的特殊要求， 要真正實(shí)現(xiàn)車用LED 代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源， 還有很多技術(shù)難題需要解決。
?。?） 成本問題
全球范圍內(nèi)， 車用LED 生產(chǎn)成本的下降速度將是影響今后車用LED 大規(guī)模應(yīng)用的主要因素之一。就元件本身而言， LED 燈的價(jià)格普遍高于其他傳統(tǒng)光源。如：
1 W 大功率白光LED 的市場價(jià)格約是白熾燈的十幾倍到幾十倍不等， 故LED 芯片還有很大的降價(jià)空間， 其主要途徑為： ①發(fā)展大芯片大電流?，F(xiàn)在的芯片一般在0.5 mm~1.5 mm 之間， 芯片小， 電流難以加大， 這是LED向單顆大功率發(fā)展的障礙。如果在不降低光效的前提下把芯片做大以便通過更大的電流， 大幅提高單顆LED的功率， 這樣燈具所用的LED 數(shù)量將明顯減少， 有助于燈具成本的下降。②研發(fā)新型襯底材料?，F(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)啟動了價(jià)格比較便宜的Si 襯底材料的研究， 希望能代替價(jià)格昂貴的藍(lán)寶石或SiC。除價(jià)格便宜外，Si 還可以制作出比藍(lán)寶石或SiC 襯底尺寸更大的襯底， 以提高M(jìn)OCVD 的利用率， 從而提高管芯產(chǎn)率[ 18]。此外， 由于Si的硬度比藍(lán)寶石和SiC 低， 在加工方面也可以節(jié)省成本。據(jù)國外某知名公司的估計(jì)， 使用硅襯底制作藍(lán)光GaN LED 的制造成本將比藍(lán)寶石和SiC 襯底低90%。③繼續(xù)延長LED 的壽命。理論上，LED 的壽命已經(jīng)超過汽車使用壽命， 但在實(shí)際汽車環(huán)境應(yīng)用中，LED 使用壽命還有待進(jìn)一步提高。如果LED 實(shí)際使用壽命能達(dá)到整車的壽命， 則在汽車壽命期內(nèi)無需更換光源， 免去了這方面的維修費(fèi)用， 就會更加經(jīng)濟(jì)。
就整個(gè)車用LED 照明系統(tǒng)而言， 必須降低LED 驅(qū)動方案的系統(tǒng)級成本， 以提高該項(xiàng)技術(shù)的市場競爭力。
降低方案成本的途徑之一是盡可能減少驅(qū)動器的元器件數(shù)量， 同時(shí)這也有利于提高系統(tǒng)可靠性， 因?yàn)镻CB 上的每個(gè)元件都可能是系統(tǒng)的一個(gè)失效點(diǎn)。
?。?） 散熱問題
通常高功率LED 輸入功率約20%轉(zhuǎn)換成光能， 剩下的80%均轉(zhuǎn)換為熱能， 這比傳統(tǒng)燈源高很多。如果這部分熱能無法導(dǎo)出， 將會使LED 界面溫度過高， 進(jìn)而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率及穩(wěn)定性， 由此整個(gè)汽車照明系統(tǒng)就會受到嚴(yán)重影響[19]。目前改善車用LED 燈具散熱的主要途徑：①LED 自身的改進(jìn)。首先， 改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)直插式LED 封裝結(jié)構(gòu)熱阻高達(dá)250℃/W～300℃/W， 而新的封裝結(jié)構(gòu)采用低電阻率、高導(dǎo)熱性能的材料粘結(jié)芯片， 在芯片下部加銅或鋁質(zhì)熱沉， 并采用半包封結(jié)構(gòu)， 大大提高了LED 的散熱能力[ 20-21]。其次， 改進(jìn)LED 的制作材料， 采用超薄、高導(dǎo)熱、高絕緣陶瓷薄片作基底， 提高散熱效果； 開發(fā)量子轉(zhuǎn)換效率高、能承受高溫的熒光粉，提高允許的最大結(jié)點(diǎn)溫度， 增大允許的散熱設(shè)計(jì)溫差，以降低散熱設(shè)計(jì)的難度。②散熱裝置的改進(jìn)。主要有： 考慮采用合適的散熱形式， 如熱管、風(fēng)扇、水冷等， 要保證將熱量迅速地散發(fā)出去， 同時(shí)散熱裝置能夠穩(wěn)定地工作[ 22 -23]； 考慮散熱片的結(jié)構(gòu)形狀尺寸， 要保證足夠的散熱面積， 同時(shí)散熱效果要好； 考慮電路板的設(shè)計(jì)格式， 可將印制電路板設(shè)計(jì)為上下兩層， 下層專用于信號發(fā)生電路及驅(qū)動電路， 上層為LED 點(diǎn)陣電路， 這樣能夠有效地避免因?yàn)長ED 的熱量傳遞到驅(qū)動芯片而使其損壞。
（3） 光效問題
提升LED 光效是車用LED 技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵， 是車用LED 產(chǎn)業(yè)化的出發(fā)點(diǎn)和原動力。從封裝技術(shù)上來說，LED 的封裝應(yīng)該盡量減少光線在其內(nèi)部的全反射， 增加襯底基板反射率， 從而使光線能夠盡量多地透射出來，增加LED 的發(fā)光效能。今年2 月，Cree 公司已經(jīng)宣布其實(shí)驗(yàn)室成果LED 光效已經(jīng)達(dá)到2 081 m/W， 相信這不是極限， 還會有更高的提升空間， 但需要有新的技術(shù)突破。
?。?） 電磁干擾問題
汽車環(huán)境下同樣面臨電磁干擾問題EMI （ElectroMagnetic Interference） 。車載電子產(chǎn)品對噪聲很敏感， 尤其是導(dǎo)航系統(tǒng)、無線電路和AM 無線電波段接收機(jī)。為了最大限度地降低發(fā)生噪聲干擾的可能性， 有些LED驅(qū)動器IC 中采用了恒定頻率開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。另外， 用戶還可在200 kHz~2 MHz 的范圍內(nèi)設(shè)置開關(guān)頻率， 以使開關(guān)噪聲遠(yuǎn)離關(guān)鍵頻段（如AM 無線電波段）。
5 車用LED 照明市場展望
LED 在汽車照明系統(tǒng)中的應(yīng)用雖然剛剛起步， 但隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)和汽車工業(yè)的飛速發(fā)展， 車用LED燈具的總體效率以及性價(jià)比將會得到很大的提高， 應(yīng)用規(guī)模將會逐漸擴(kuò)大， 并最終占據(jù)整個(gè)汽車車燈市場。
據(jù)調(diào)查， 目前全球車內(nèi)應(yīng)用的LED 年銷售額大約在5 億到6 億歐元， 在汽車內(nèi)部， 如汽車儀表盤、車內(nèi)收音機(jī)、開關(guān)等已經(jīng)100%采用LED， 并且這一趨勢正在加速從車內(nèi)應(yīng)用向車外應(yīng)用。此外， 近期歐盟委員會宣布， 從2011 年起， 歐盟所有新生產(chǎn)轎車必須配置“ 白天駕駛自動照明系統(tǒng)” 。與此同時(shí)， 歐盟委員會已經(jīng)批準(zhǔn)奧迪和豐田將LED 作為照明車燈在汽車上使用。由此可見， 車用LED 燈具在全球范圍內(nèi)具有極大的市場潛力。
車用LED 照明技術(shù)也得到我國政府的大力支持。
2010 年1 月， 全國半導(dǎo)體照明電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布及宣貫大會在廣東江門市發(fā)布了LED 行業(yè)第一批國家標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著我國LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展開始進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)代[ 24]。
復(fù)旦大學(xué)教授、半導(dǎo)體物理專家方志烈說，2009 年我國LED 應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已經(jīng)超過600 億元， 全行業(yè)進(jìn)入利潤自主創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的重大歷史機(jī)遇，2015 年產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到5 000 億元[ 25]。因此在我國LED 將面臨巨大的發(fā)展機(jī)遇， 同樣車用LED 照明技術(shù)也會得到高速發(fā)展， 科研、生產(chǎn)和商家對此都會給與高度關(guān)注。
車用LED 燈具以其卓越的可靠性、環(huán)保性、節(jié)能性和時(shí)尚性， 為汽車車燈的升級和變革注入了新生力量。
隨著產(chǎn)品成本的降低、生產(chǎn)技術(shù)的完善以及資金規(guī)模的擴(kuò)大， 車用LED 照明技術(shù)的發(fā)展必將對汽車的行駛和安全提供更有力的保障， 汽車燈具的LED 化必將成為汽車照明系統(tǒng)發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
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