汽車燈具隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、新光源的出現(xiàn)以及人們的審美觀等而不斷改進(jìn)，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、工藝越來越考究、功能越來越完善。現(xiàn)代汽車燈具已經(jīng)成為一件具有高科技內(nèi)涵的精美工藝品，是汽車的一雙美麗的“大眼睛”。汽車燈具的演變主要經(jīng)歷了四個(gè)階段，而第四代LED汽車光源的出現(xiàn)，對(duì)汽車燈具的變革影響深遠(yuǎn)。

進(jìn)入第三代、第四代光源期

世界上有汽車就有車燈。汽車燈具可分為兩大類：照明裝置和指示信號(hào)裝置。照明裝置的功能是在黑暗中照亮汽車行駛前方路面，有前照燈、前霧燈、倒車燈和牌照燈，廣義可包括車內(nèi)燈、儀表燈和行李燈等。信號(hào)裝置的功能是向其他道路使用者表明本車的存在與行駛狀態(tài)，有轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、制動(dòng)燈、位置燈和后霧燈等。有車燈就有車燈規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，為車燈的光源、光色、光強(qiáng)、光形和安裝位置等等做出了規(guī)定。

汽車燈具的心臟是光源，汽車燈具的演變隨著汽車光源的更迭而發(fā)生，大體上經(jīng)過如下四個(gè)階段：

第一代汽車光源是由燃料(蠟燭、煤油或乙炔)直接燃燒發(fā)光，它能滿足早期車燈的要求，但存在發(fā)光效率很低、光強(qiáng)弱、性能不穩(wěn)定、操作復(fù)雜等明顯缺點(diǎn)。

第二代汽車光源是白熾燈。1879年愛迪生發(fā)明白熾燈，1913年美國首先將白熾燈技術(shù)應(yīng)用在凱迪拉克汽車前照燈上，汽車燈具發(fā)生了革命性的變化，從此汽車照明進(jìn)入了電氣時(shí)代。接著，先后出現(xiàn)汽車反光鏡、啟動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和蓄電池等新技術(shù)，1925年開始汽車真正進(jìn)入白熾燈汽車燈具時(shí)代。20世紀(jì)50年代又出現(xiàn)鹵鎢燈，它很快成為汽車強(qiáng)光源的主要燈泡。

第三代汽車光源是氣體放電燈(HID)。它具有高發(fā)光效率、高亮度和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，將替代白熾燈、鹵鎢燈成為新型的汽車前照燈的光源。

第四代汽車光源是半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)。LED是半導(dǎo)體PN結(jié)二極管，當(dāng)一個(gè)正向偏壓施加于PN結(jié)兩端時(shí)，使PN結(jié)系統(tǒng)受到激發(fā)，載流子由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，當(dāng)處于高能態(tài)的不穩(wěn)定載流子回到低能態(tài)復(fù)合時(shí)，根據(jù)能量守恒原理，多余的能量將以光子形式釋放，它就是LED電致發(fā)光原理。它不是通過熱能使物體升溫而發(fā)光，是由電能直接轉(zhuǎn)換為光，因而稱之為冷光。發(fā)光波長取決于載流子的能量差即高能態(tài)與低能態(tài)之差。

LED光源的出現(xiàn)將爆發(fā)又一次照明革命，具有劃時(shí)代意義，它已經(jīng)并將進(jìn)一步影響汽車燈具的變革。

由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展特別是微電子技術(shù)和半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)日趨完善，促使汽車燈具進(jìn)入第三代(HID)和第四代(LED)光源時(shí)期。同時(shí)，出現(xiàn)了由傳感器、處理器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的自適應(yīng)前照燈控制系統(tǒng)(AFS)。HID、LED和AFS新型汽車燈具和燈具控制系統(tǒng)市場(chǎng)出現(xiàn)和形成給電子元器件帶來巨大商機(jī)。

HID燈加快成為標(biāo)配

隨著全世界高速公路網(wǎng)的快速延伸，汽車行駛速度提高，為了汽車的安全，對(duì)車燈光源的照明光度和使用壽命提出更高要求。

隨著汽車電子化程度的不斷提高，汽車用電量的增加，采用節(jié)電光源特別是降低前照燈的耗電量已成為當(dāng)務(wù)之急。隨著汽車競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，需要一種體積尺寸更小、亮度更強(qiáng)的前照燈來滿足更現(xiàn)代、舒適、豪華和環(huán)保的新款轎車的不斷推出。小型化的HID汽車光源成為首選研發(fā)項(xiàng)目。

HID光源主要由氙氣燈泡和高壓整流器組成，其中高壓整流器有近160個(gè)電子元件器組成。國產(chǎn)的HID整流器使用的電子元件器80%是進(jìn)口元件器，占總成本85%以上，這給我國電子元件器產(chǎn)業(yè)提供了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

我國LED汽車燈年增七八成

LED汽車燈具的基本結(jié)構(gòu)由五部分組成：1.LED陣列；2.反光鏡；3.配光鏡；4.散熱器；5.驅(qū)動(dòng)電路。

LED汽車燈具的發(fā)展直接與LED光源的發(fā)展相關(guān)聯(lián)。半導(dǎo)體電致發(fā)光現(xiàn)象早在1907年就發(fā)現(xiàn)，由于光很弱，批量生產(chǎn)困難而進(jìn)展緩慢。1968年美國孟山都公司推出光強(qiáng)超過20mcd的GaAsp/GaAs結(jié)構(gòu)的紅色LED，以此為突破點(diǎn)，大大加快了LED的發(fā)展。接著相繼研制出光強(qiáng)達(dá)1000mcd的紅、黃、綠的LED，在儀表、電信的信號(hào)指示上獲得了初步的應(yīng)用，形成了LED早期的應(yīng)用市場(chǎng)。但由于其光強(qiáng)度、光衰減等性能指標(biāo)問題還無法在汽車燈具中獲得廣泛應(yīng)用。直到1990年美國HP公司、日本東芝公司推出光強(qiáng)超過1000mcd的InGaAlP/GaAs結(jié)構(gòu)的紅、黃色高亮度LED和1993年日本日亞公司發(fā)明InGaN/Al2O3蘭、綠色高亮度LED為標(biāo)志，從技術(shù)上和批量生產(chǎn)上為汽車燈具光源LED化鋪平了道路。

1985年LED汽車信號(hào)燈首次出現(xiàn)在客車上，1986年Nissan300zx型汽車上使用LED高位制動(dòng)燈標(biāo)志著LED汽車燈具時(shí)代正式開始。國際上著名汽車品牌如寶馬、凱迪拉克、別克、大眾、福特、奔馳、豐田、三菱、馬自達(dá)和斯柯達(dá)等先后推出LED汽車燈具。

LED汽車照明每年以二位數(shù)的速度在增長，2005年產(chǎn)值已達(dá)5.46億美元，占世界LED應(yīng)用的14%。中國于2000年在上海大眾桑塔納2000型上首先使用LED高位制動(dòng)燈。我國LED汽車燈具每年以70%-80%的速度在增長，2006年的產(chǎn)值超過億元。

目前，國際上LED汽車前照燈處在研發(fā)過程之中，已有概念燈具推出，尚無商品。除LED前照燈以外，均已商品化，并已進(jìn)入車燈的智能化控制時(shí)期。我國汽車燈具LED化、智能化水平約與國際水平相差五年。

未來LED將隨著LED質(zhì)量提高、價(jià)格下降，在汽車中獲得更廣泛的應(yīng)用。

設(shè)計(jì)須兼顧兩方面

直接與光學(xué)有關(guān)的車燈零件主要有光源、反光鏡和配光鏡三部分，統(tǒng)稱燈光組。車燈的光學(xué)設(shè)計(jì)就是車燈的燈光組設(shè)計(jì)。燈光組的設(shè)計(jì)首要考慮的原則：一是符合整車廠對(duì)車燈總體結(jié)構(gòu)、造型設(shè)想；二是達(dá)到國家規(guī)定的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。

LED光源應(yīng)根據(jù)不同燈具對(duì)光通量的要求，選用不同功率的LED組成LED陣列。反光鏡是為了提高光源的出光率和達(dá)到配光性能要求而專門設(shè)計(jì)的鏡子，其作用將光源發(fā)出的照射到反射鏡上的光通量按一定分布照射出來。配光鏡的作用是將反光鏡反射出的光分布經(jīng)過配光鏡上的花紋將燈光偏移或散射到需要的位置，以達(dá)到配光的要求。

長期以來，汽車燈具以白熾燈點(diǎn)光源為參照物來決定燈具的燈光設(shè)計(jì)，并形成相應(yīng)的軟件。燈光的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也是以此來制訂的。LED光源有其自身的特點(diǎn)，LED汽車燈具的設(shè)計(jì)與制造不能簡(jiǎn)單套用常規(guī)的方法，必須對(duì)其設(shè)計(jì)和制造方法做修改，同時(shí)要制定出與LED汽車燈具相適應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。為此，要開展相關(guān)的研究開發(fā)。

汽車LED光源十大優(yōu)點(diǎn)

LED光源有如下特點(diǎn)：

一、單色性好、色彩鮮艷豐富。顏色飽和度達(dá)到130%全彩色，使燈光更加清晰柔和。二、壽命長、抗震性好。LED是半導(dǎo)體元件，與白熾燈不同，沒有玻璃、鎢絲等易損可動(dòng)部件，故障極低，可以免維修。三、響應(yīng)時(shí)間短，只有60納秒，特別適合用于汽車燈具的光源，為司機(jī)爭(zhēng)取了可貴的減小事故的時(shí)間。四、高效率、低能耗。LED光源不需要濾色就能直接產(chǎn)生汽車燈具需要的紅色、琥珀色等顏色，無損耗，電能利用率高達(dá)80%以上。五、體積小、重量輕。利用其特點(diǎn)可設(shè)計(jì)又薄、又輕、又緊湊的各種式樣的燈具，給汽車造型設(shè)計(jì)提供空間。六、綠色照明光源。LED光譜中單色性好，沒有多余紅外、紫外等光譜，不含汞有害物質(zhì)，熱量、輻射很少。七、單個(gè)LED的光通量小。目前單個(gè)LED的光通量研究水平可達(dá)120lm/W，產(chǎn)品水平≤60lm/W，而且大功率的LED往往要增加尺寸很大的散熱器，所以LED光源一般采用LED陣列設(shè)計(jì)方法。八、平面發(fā)光，方向性強(qiáng)。它與點(diǎn)光源白熾燈不同，視角度≤180°，設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意和利用LED光源有不同的視角度和不能大于180°這特點(diǎn)。九、LED的發(fā)光效率隨溫度升高而下降，一般芯片溫度超過120℃將失效。在燈具總成設(shè)計(jì)和制造的工藝設(shè)計(jì)一定要考慮熱設(shè)計(jì)。十、LED屬于多元化合物半導(dǎo)體元件。多元化合物半導(dǎo)體元件的特點(diǎn)是其電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械等的參數(shù)指標(biāo)離散性很大。在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要充分考慮到這一特點(diǎn)，并要求元件生產(chǎn)公司按汽車用LED光源要求，對(duì)元件進(jìn)行嚴(yán)格分類、分級(jí)。