LED汽车灯优缺点,性能前景分析等

1、1、LED汽车灯的优点一、节能：1是由发光二极管直接由电能转化为光能，较普通汽车灯泡耗电 仅相当丁传统灯的1/10，能更好的节省油耗，保护汽车电路不被过高的负载电流 烧坏。二、环保：光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小， 而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，可以安全触摸，届丁典型的绿色照明 光led源。三、寿命长：灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光 衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达8-10万小时，比传统光源寿命 长10倍以上。（具有一次更换，终身使用的特点）四、高亮度，耐高温。（电能直接转换为光能，发热小，完全可用手触摸， 安全放心）五、体

2、积小。计者可以随意变换灯具模式，令汽车造型多样化。汽车厂商宵 睐LED完全是LED本身的优点所决定的。六、稳定性能好，led抗震性能强：树脂封装，不易碎裂，容易储藏和运输。七、 发光纯度高，色彩活晰鲜艳，无需灯罩滤光，光波误差在 10纳米以内。八、反应速度快，无须热启动时间，微秒内即可发光，传统玻壳灯泡则有0.3 秒延迟，可防止追尾，保证行车安全。2、LED汽车灯的缺点一：LED车灯比普通车灯成本高。（目前随着LED应用的不断普及，价格 将进一步降低）二：汽车大灯普及困难，散热性不好，散热处理不好容易光衰，影响车灯使 用寿命0三：现无出台行业标准，产品质量参差不齐，同款产品用不同LED生产价格

3、相差1-2倍现象都有。LED车灯未来发展趋势及应用分析LED车前照灯在历经近年来的技术验证、概念车展示等开发阶段之后，终 于迎来了有望应用于量产车的入市前景， 其标志*件有三个：丰田的凌志LS600h 是世界上首个采用LED前照光源的上市车，不过它只在近光灯上应用了LED,远程光源仍为卤素灯。奥迪 R8以全LED前照灯为其主要特色，而汽车照明采 用的LED是由Lumileds和Osram公司提供。凯迪拉克 EscaladePlatinum白金版 多功能运动车，是首款采用LED前照灯的多功能运动车。阻碍LED光源迅速开 拓车LED车前照灯在历经近年来的技术验证、概念车展示等开发阶段之后，终 于迎

4、来了有望应用于量产车的入市前景，其标志*件有三个：丰田的凌志 LS600h是世界上首个采用LED前照光源的上市车，不过它只在近光灯上应用了 LED,远程光源仍为卤素灯。奥迪R8以全LED前照灯为其主要特色，而汽车照 明采用的LED是由Lumileds和Osram公司提供。凯迪拉克 EscaladePlatinum白 金版多功能运动车，是首款采用 LED前照灯的多功能运动车。阻碍LED光源迅速开拓车用市场的不利因素上述里程碑式的事件是否意味着 LED前照灯将立马成为主宰车用光源领域 的创新技术？据行家们预测：也许不会。因为就算是 LED的成本能够按照摩尔 定律的预见速率持续下降，它要低到能与HI

5、D （高强度放电）麻灯匹敌的同等价 位也尚需多年；而LED家族的成本若要降到能与卤素灯不相上下，则需经过一 段更加漫长的时间历程。据Hella （海拉）公司总裁Fischer称，车用LED的规模目前仅占其光源市 场白分之几的小份额，故对向大批量的型号（诸如 GM/雪佛兰部的Malibu款之 类车型）的配套供货极感兴趣。但LED欲达到向Malibu车型那样大批量的供货 水平，尚需克服一系列的技术和成本难题，至少还有十年的历程要走。伟世通指出，LED入市的步伐的确比原先预料的要慢一些，我们在 2004年 曾预测：LED车灯会很快井喷入市，而把 HID淘汰出局。显然，目前的态势并 非如此，虽然一直期

6、望LED技术能演进得比现实要快一点。看来成本高并非是 阻碍LED面市的唯一因素，仍然有技术性能方面的挑战性难题需要攻克。比如，就单个光源而言，LED的光照强度仍显不足。而单点不够亮就难以达成下述如意盘算：削减构成组合灯具的LED光源数目将有助于缩小汽车灯具的占用空间且易于灵活布置，并可简化照明系统的布线和安装以及降低生产成 本。目前LED供应链的主流状况是：海拉供给通用凯迪拉克Escalade型的LED 光源组件是向欧司朗（Osrag采购的；而小仑车灯（Koito）的LED则使用Nichia 公司的光源产品，再配套于丰田的 LS600h车型；飞利浦Lumileds把LED光源 供应给AL （汽

7、车照明）公司，再由后者为奥迪 R8配置车灯系统。据Koito的欧美经营部经理称，他们不会划地为牢而自我限定光源的种类及 其采购厂商，无论产自于谁（飞利浦、欧司朗、或丰田 Gose都可以买。显然， 照明系统部件的一级供货商们试图保持自身采购光源元器件的灵活性，想观察一下：哪家器件厂冏的广品技术能进步得最快、性价比最局。当今LED批供货品的光电转换（光能密度）指标达到每瓦80流明（80lm/W） 以上，而HID灯为90lm/W ,卤素灯则是201m/W。另据海拉通报：最新的LED 研发原型的该项指标已高达161lm/W。海拉亦预测：在今后的3-5年间，发自同 样功耗芯片的LED光强度将会提升50%

8、。此事不仅意味着LED灯具将更加明亮， 而且体现了其能耗的削减，从而改善整车的燃油经济性。据估计，用LED取代卤素灯具能提升整车的 mpg （每加仑燃油的行驶英里 数）指标约0.25。而到欧洲实施白天开灯行驶法规时，更可把该mpg提升值扩大至0.5。凌志的车型经理指出，应用LED灯具对整车燃油经济性的改善将会有 很大的贡献。然而，光强密度更高的LED也要散发出更多的热量，而灯具的紧凑布置乂 使得可供散热的面积趋小。诚然届半导体类别的低能耗LED器件的发热比卤素灯或HID灯具要少得多，但后者的热量的大部分则是生成于灯具装置之外的， 而LED虽功耗低生热少却是要把热量捂在微小的硅片里面来传导的。L

9、ED的热管理是个大难题即使较小的热量要集中到芯片大小的器件上去传导和发散，因装置的热容量小也会引起LED温度的骤升。LED的工作温度必须保持在150C以下的范围。 对该散热问题的一种解决方案是：在一个灯具中使用数目较多的LED发光组件， 让单件的发热量较小，再把它们布置在较大的空间内使其易于散热。这就是小仑车灯在为丰田的凌志LS600h配套前照灯时所采用的手法。凯迪拉克EscaladePlatinum每个前照灯由7枚LED光管构成，其中5枚用 于近程光束，另2枚则作为远程光源。它们都带有各自的主动式散热装置 -冷却 风扇（与台式电脑中的内置小风扇类似）。据海拉称，热管理是让他们特别费心劳神的设

10、计领域，在方案选择上侧重依靠虚拟仿真手段来评估优化，而在模拟工具（仿真软件包）的选用上则必须通过 足够实验数据的考证。他指出，对热管理问题的挑战不仅来自于热传导，可借助于”热池”装置把LED组件所生成的热量取出来，而且还要解决通风问题，让热 量从灯具装置里散发出去。若仅靠自然通风显然是不够的，所以海拉决定给灯具 加上内置风扇。法雷奥的热管理策略堪称一绝。它为 LED灯具设定了一种确保安全的工作 模式，即当灯具的温度升到预定的警戒值时，自动切换到削减灯具供电功率20% 的该安保模式。据称，这种程度的供电功率降低对灯光的亮度影响甚微，但却能显着地压制住发热水平。LED光源的车用优势既然遭遇到上述的

11、种种成本障碍和层层技术难关，为什么整车厂商及其照明系统供应厂商仍然要咬定宵山不放松地全力推进 LED上马入市呢？其原因出于：这种新光源能够使得汽车灯具的风格设计和造型布置具有空前 的灵活性而适于车型的个性化， 况且LED的光输出功率密度已能够与 HID灯具 匹敌，因此它极有希望把现存的其它照明技术统统淘汰出局而独霸车灯市场。据凯迪拉克EscaladePlatinum的车型产品经理称，LED的发光色谱接近于日 光，这使得它发出的光被物体（诸如道路交通的指示标牌/线）反射的有效性要高于其它光源，从而能在较远的距离让司机尽早发现而提高行车安全。他指出， 路标几乎都采用被动辉光的反射方式，因为 LED

12、的光色近于日光，所以可以让 司机在夜间也像白天那样方便地发现并看活交通标志。LED车灯的色温为5500-6000K，它比其它光源的颜色更白，因为HID灯的 淡蓝光色温是4000K，卤素灯光为*3000K。所以在进行HID灯具的光学设计时， 需把光谱中最蓝的部份推移至其射点光斑的边缘，因这些区域是本车司机眼睛通 常不去注意的地方，从而减少该色光对人眼的不适十扰。但对于迎面驶来的会车司机而言,仍在车辆越过该边际区域时蓝光会引起对 方眩目而影响会车安全。在防眩目十扰方面，LED大灯拥有潜在的优势：既能保护本车司机的舒适视觉，也不会引起邻车 /会车司机的视障。因丰田凌志车的 前照灯的近/远程光采用了不

13、同的光源（LED/卤素灯），所以LS600h的车主可能会被不同光源的显着色差所困扰对于AL （汽车照明）LED前照灯的另一大优势是，欧盟已通过并将于2012 年生效的DRL （日行灯）法规,它与加拿大的推荐式规定（允许白天用近光灯 作为DRL）不同，欧盟法规是强制在白天使用前照灯的。只要车辆处在行驶之 中，就必须开前照灯，使得LED光源的低能耗、长寿命的优势更明显。据法雷奥的CEO称，另一种目前尚未兑现的潜能是：LED大灯能利用光点 阵列来组合出前照灯光的主动式功能而毋需采用任何（目前此类装置所必备的） 运动部件。这样的主动式照明系统（比如，随转向角度而变化光照射向的主动安 保功能），有可能需

14、要采用比以往所用过的数量更多的光管来构成点阵。法雷奥 正按此思路着手研发更可靠的新型自适应前照灯系统。海拉Fischer指出，照明系统的这种变化也符合并体现了当代汽车的机械装 置功能逐渐被（电子+电控+电动的）全电装系统所取代的大趋势。同一组 LED 阵列既可以作为前照大灯的光源， 也同时可用于转向灯，只是在发挥不同照明功 能时采用各自的光学镜罩。作为一般的转向灯，只须在车身两侧布置 LED阵列，再加上简单的开关功 能即可。若要发挥智能前照的主动安保作用，让前照光束能随车辆的转向轨迹而 同步地总是照亮车前的道路，则需要布置较多的光源点阵并采取更复杂的光点电 控，按照转向输入来控变光点阵列的明暗

15、组合及其反光镜，从而同步地改变前照光束的射向。总之，借用市场研究及咨询机构 StrategyAnalytics公司的AsifAnwar先生的 话，LED前照灯虽然刚开始起步，但将是车用 LED市场发展极快的领域。预计 到2012年，LED前照灯市场将达到8000万美元。LED必将以其卓越的安全性、 可靠性、节能性及便于美学设计的特性，成为汽车照明系统的新宠，给汽车车灯 的升级和革命带来新的契机。LED汽车照明技术及现状分析作为第四代车用光源，LED有很多优于其他传统光源的特点。为此分析了 车用LED照明的可行性和先进性，介绍了其典型的驱动电路，并着重研究了 LED以及AFS在汽车前照灯上应用现

16、状。介绍了车用LED照明面临的问题及 应对措施，并对其未来发展进行了展望。1车用LED照明的可行性和先进性在汽车上使用照明光源大约开始于 20世纪初。最先使用的是煤油灯和乙焕 灯，1910年开始使用电光源，先后经历了白炽灯、卤鸨灯及高强度放电式气体 灯HID（Intensity Discharge Lamp）,自1985年开始进入了 LED车用灯时代。同 时LED灯应用于自适应前照系统 AFS（Adaptive Front Lighting System）的技术随 之出现。目前，LED已被众多汽车厂商加以利用制造出各种车灯款式。宝马、福特、本田、丰田、奔驰、奥迪等着名品牌车为了提高各自的总体竞

17、争力，纷纷推出配有各式各样LED车灯的新款轿车以吸引顾客。LED具有很多其他光源所不 具备的优点：（1）寿命长、抗震性好。LED的使用寿命理论上可达5万小时，实 际寿命也可达2万小时（普通的卤素灯泡仅为150500小时左右）,一般都 要超过汽车本身的寿命。另外，LED的基本结构中没有易损可动部件，故抗震性能非常好。（2）节能环保。LED在低电压小电流的条件下就能够获得足够亮度， 其耗电量仅为相同亮度白炽灯的10%20%;LED光源中不含危害人体健康的汞，生产过程和废弃物不会造成环境污染。（3）响应速度快。与白炽灯相比， LED灯的响应时间已经达到了几十纳秒，这样，当采用LED作为汽车尾灯时，可

18、以使后续汽车司机更早反应，以减少交通事故的发生。（4）体积小。小巧的LED可使汽车风格的设计更加自由、多样化，从而使车型更加时尚；与传 统光源相比，LED信号灯系统的安装深度可以减少 80 mm,这一点对于汽车造 型和内部零件布置具有重要意义。目前汽车产业在全球经济中仍然是支柱产业，并处在飞速发展的关键时期，其必定会带动车用灯具的发展，为LED在汽车上的应用提供广阔的市场空间。2车用LED照明的驱动电路LED届丁电流控制型半导体器件，图1是LED的伏安特性曲线。由图1可知，此曲线比较陡， 在正向导通之前LED几乎无电流流过；当正向电压超 过开启电压时，电流就急剧上升，发光亮度L与正向电流IF近

19、似成正比：L=KIF ,其中K为比例系数， 故可以通过控制LED的IF来控制其发光亮度。 因此，为了保证其亮度的一致性，通常采用包流源驱动电路。“V 图1 LED伏安特性曲线汽车电池工作电压范围为9 V16 V,通常情况下为12 V ,但是当汽车 冷启动时蓄电池的电压可跌落到4V,而当蓄电池缺损由发电机直接供电时，此电压可达到36 V的高压。因此， 对丁车用LED灯具而言， 要可靠地包流驱 动LED申，驱动控制器必须具备精确的电压和电流调节、保护电路和调光功 能。因此， 设计一种稳压性能良好而乂包流输出的驱动电路十分必要。目前车用LED驱动器一般采用两种方法控制正向电流。（1）采用LED的 V

20、-I曲线确定产生预期正向电流所需要向 LED施加的电压。其缺点为：LED正 向电压的任何变化都会导致 LED电流的变化， 其中的镇流电阻的压降和功耗 会浪费功率和降低电池使用寿命。利用恒流源来驱动LED。因为此方法需要 将LED并联在电路中， 而驱动并联LED需要在每个LED申中放置一个镇流 电阻，这会导致效率降低和电流失配。 因此，这两种方法都不能充分体现 LED 应有的优越性。为了克服现有车用LED驱动器的缺点，出现了车用LED阵列 的高效智能驱动方法。该方法采用了半桥式 DC-DC变换技术、全波整流技术、 光电耦合技术等， 确保了整个驱动电路的工作效率；提出了基于嵌入式系统的 智能控制方

21、案， 此方案采用智能PWM稳流控制和调光控制， 具有负载开路/ 短路保护和过流过压保护功能。图 2为LED阵列智能驱动实验电路。如图2所示，CPU输出两路完全倒相对称的PWM信号A、B,分别作用 在开关器件上， 使其轮流导通；通过高频变压器 T将能量耦合到次级， 再经 快恢复二极管D1、D2进行全波整流， 以实现对LED阵列的驱动。LED阵列 驱动回路的光电耦合器， 完成对LED阵列驱动电流的监测， 并反馈到CPU, 形成一种智能电流负反馈的闭环控制系统， 以确保驱动电流的稳定的可靠性。车用LED驱动电路的集成化和智能化程度越来越高。 类似PMU（电源管理 单元）的芯片及封装的小型化将逐渐取代

22、多个单一功能电路进行组合的方法，以适应板级空间非常有限的车载应用。同时，由于单片机、DSP等控制芯片以及嵌入式技术的不断发展，可通过软件技术实现车用照明系统的自动化，这样LED的恒流驱动精度以及亮度的自动调节会更加准确。智能化控制已经成为新 一代车用LED驱动器的设计理念。3汽车LED前照灯由于汽车前照灯在行车安全中具有重要的作用，因此LED前照灯是最难也是最后投入使用的。以前，LED前照灯只应用在概念车上，随着LED照明技术以及汽车产业的不断发展，LED前照灯的应用范围已从概念车、豪华车向 中档车甚至一般车型过渡，并且照明发光强度已达到白炽灯的水平。汽车前照灯包括远光灯和近光灯。在夜间行驶时

23、，远光灯应保证照亮车前100 m、高2 m处范围内的物体，且亮度均匀；近光灯不但要保证车前40 m司机能看活障碍物， 而且不能让迎面而来的驾驶员或行人产生眩光，以确保汽车在夜间交会车行驶时的安全。传统汽车前照灯输出近光和远光两种功能的光束，且每种光束分布模式均呈 静态分布，具体的光照分布也都符合国家标准。 但在实际应用中， 此系统射出 的光束分布于有限的角度范围，在一些较为复杂的路况下（如转弯）极易产生视觉盲区。另外，传统汽车前照明系统不具备自动调整光束分布的功能，近光光束和远光光束之间的变换需驾驶员手动操作实现，这样在来往车辆频繁的行车环境下，车辆之间容易产生眩目光。为了克服传统汽车前照灯的

24、上述缺点，自适应前照系统AFS应运而生。AFS是一种能使驾驶员更好地适应各种速度、道路类型和天气条件的变化， 提高驾驶安全性的前照灯系统。其工作原理如下：当汽车进入特殊的道路状况（如弯道）时，由于方向盘和速度发生变化，角度传感器和速度传感器传输到电控单元（ECU）的信号就相应发生了变化。ECU捕捉到这些信号变化，同时判断车辆进入了哪种弯道， 并发出相应的指令给前照灯的控制单元，控制单元根据收到的指令操控装在AFS灯体内部的微电机带动发光三要素绕相应的旋转 轴旋转，从而在非常规路面及天气下行驶时，改变照明方式， 提供更好的安全保障。随着白光LED技术的发展及空气动力学和汽车造型的需求，汽车前部位

25、置越来越低且呈流线型，为前照灯预留的空间越来越小。为了满足汽车照明智能化和人性化的需求，AFS与LED灯的结合已经成为现代汽车前照灯的发展趋 势。4车用LED照明面临的问题及应对措施车用LED照明技术作为一项具有突破性意义的新技术， 已经被大多数的 汽车制造商以及消费者所接受，越来越多的高档汽车都配备了 LED灯。但由于 汽车应用环境的特殊要求，要真正实现车用LED代替传统光源，还有很多技术难题需要解决。(1)成本I可题全球范围内，车用LED生产成本的下降速度将是影响今后车用 LED大规 模应用的主要因素之一。就元件本身而言,LED灯的价格普遍高于其他传统光 源。如：W大功率白光LED的市场价

26、格约是白炽灯的十几倍到几十倍不等，故LED芯片还有很大的降价空间，其主要途径为： 发展大芯片大电流。现在的芯片一般在0.5 mm1.5 mm之间，芯片小， 电流难以加大， 这是LED向 单颗大功率发展的障碍。如果在不降低光效的前提下把芯片做大以便通过更大的 电流，大幅提高单颗LED的功率，这样灯具所用的LED数量将明显减少，有 助于灯具成本的下降。研发新型衬底材料。现在国内已经启动了价格比较便宜 的Si衬底材料的研究， 希望能代替价格昂贵的蓝宝石或 SiC。除价格便宜外， Si还可以制作出比蓝宝石或 SiC衬底尺寸更大的衬底，以提高MOCVD的利用率，从而提高管芯产率18。此外，由于Si的硬度

27、比蓝宝石和SiC低，在 加工方面也可以节省成本。据国外某知名公司的估计，使用硅衬底制作蓝光GaN LED的制造成本将比蓝宝石和 SiC衬底低90%。继续延长LED的寿命。理 论上，LED的寿命已经超过汽车使用寿命，但在实际汽车环境应用中，LED使用寿命还有待进一步提高。如果 LED实际使用寿命能达到整车的寿命，则在汽车寿命期内无需更换光源，免去了这方面的维修费用，就会更加经济。就整个车用LED照明系统而言， 必须降低LED驱动方案的系统级成本， 以提高该项技术的市场竞争力。降低方案成本的途径之一是尽可能减少驱动器的元器件数量，同时这也有利于提高系统可靠性，因为PCB上的每个元件都可能是系统的一

28、个失效点。散热问题通常高功率LED输入功率约20%转换成光能，剩下的80%均转换为热能， 这比传统灯源高很多。如果这部分热能无法导出，将会使LED界面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率及稳定性，由此整个汽车照明系统就会受到严重影响19。目前改善车用LED灯具散热的主要途径：LED自身的改进。 首先，改进封装结构。传统直插式LED封装结构热阻高达250C/W300C/W, 而新的封装结构采用低电阻率、高导热性能的材料粘结芯片，在芯片下部加铜或铝质热沉，并采用半包封结构， 大大提高了 LED的散热能力20-21。其次, 改进LED的制作材料， 采用超薄、高导热、高绝缘陶瓷薄片作基底，提高散热

29、效果；开发量子转换效率高、能承受高温的荧光粉，提高允许的最大结点温度， 增大允许的散热设计温差，以降低散热设计的难度。散热装置的改进。主要有： 考虑采用合适的散热形式，如热管、风扇、水冷等，要保证将热量迅速地散发出去，同时散热装置能够稳定地工作22 -23;考虑散热片的结构形状尺寸，要保证足够的散热面积，同时散热效果要好；考虑电路板的设计格式，可将印制电路板设计为上下两层，下层专用于信号发生电路及驱动电路，上层为LED点阵电路，这样能够有效地避免因为LED的热量传递到驱动芯片而使其损坏。(3) 光效问题提升LED光效是车用LED技术发展的关键，是车用LED产业化的出发点和原动力。从封装技术上来

30、说，LED的封装应该尽量减少光线在其内部的全 反射，增加衬底基板反射率，从而使光线能够尽量多地透射出来，增加LED的 发光效能。今年2月，Cree公司已经宣布其实验室成果 LED光效已经达到2 081 m/W,相信这不是极限，还会有更高的提升空间，但需要有新的技术突破。(4) 电磁十扰问题汽车环境下同样面临电磁十扰问题 EMI (ElectroMagnetic Interference)。车 载电子产品对噪声很敏感， 尤其是导航系统、无线电路和AM无线电波段接收 机。为了最大限度地降低发生噪声十扰的可能性， 有些LED驱动器IC中采用 了恒定频率开关拓扑结构。另外，用户还可在200 kHz2 MHz的范围内设置开 关频率，以使开关噪声远离关键频段(如AM无线电波段)。5车用LED照明市场展望LED在汽车照明系统中的应用虽然刚刚起步，但随着半导体照明技术和汽车工业的飞速发展， 车用LED灯具的总体效率以及性价比将会得到很大的提 高，应用规模将会逐渐扩大，并最终占据整个汽车车灯市场。据调查，目前全球车内应用的LED年销售额大约在5亿到6亿欧元，在 汽车内部，如汽车仪表盘、车内收音机、开关等已经