車(chē)用LED照明技術(shù)及現狀分析

　　4 車(chē)用LED 照明面臨的問(wèn)題及應對措施

　　車(chē)用LED 照明技術(shù)作為一項具有突破性意義的新技術(shù)， 已經(jīng)被大多數的汽車(chē)制造商以及消費者所接受，越來(lái)越多的高檔汽車(chē)都配備了LED 燈。但由于汽車(chē)應用環(huán)境的特殊要求， 要真正實(shí)現車(chē)用LED 代替傳統光源， 還有很多技術(shù)難題需要解決。

　?。?） 成本問(wèn)題

　　全球范圍內， 車(chē)用LED 生產(chǎn)成本的下降速度將是影響今后車(chē)用LED 大規模應用的主要因素之一。就元件本身而言， LED 燈的價(jià)格普遍高于其他傳統光源。如：

　1 W 大功率白光LED 的市場(chǎng)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(guò)更大的電流， 大幅提高單顆LED的功率， 這樣燈具所用的LED 數量將明顯減少， 有助于燈具成本的下降。②研發(fā)新型襯底材料?，F在國內已經(jīng)啟動(dòng)了價(jià)格比較便宜的Si 襯底材料的研究， 希望能代替價(jià)格昂貴的藍寶石或SiC。除價(jià)格便宜外，Si 還可以制作出比藍寶石或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的硬度比藍寶石和SiC 低， 在加工方面也可以節省成本。據國外某知名公司的估計， 使用硅襯底制作藍光GaN LED 的制造成本將比藍寶石和SiC 襯底低90%。③繼續延長(cháng)LED 的壽命。理論上，LED 的壽命已經(jīng)超過(guò)汽車(chē)使用壽命， 但在實(shí)際汽車(chē)環(huán)境應用中，LED 使用壽命還有待進(jìn)一步提高。如果LED 實(shí)際使用壽命能達到整車(chē)的壽命， 則在汽車(chē)壽命期內無(wú)需更換光源， 免去了這方面的維修費用， 就會(huì )更加經(jīng)濟。

　　就整個(gè)車(chē)用LED 照明系統而言， 必須降低LED 驅動(dòng)方案的系統級成本， 以提高該項技術(shù)的市場(chǎng)競爭力。

　　降低方案成本的途徑之一是盡可能減少驅動(dòng)器的元器件數量， 同時(shí)這也有利于提高系統可靠性， 因為PCB 上的每個(gè)元件都可能是系統的一個(gè)失效點(diǎn)。

　?。?） 散熱問(wèn)題

　　通常高功率LED 輸入功率約20%轉換成光能， 剩下的80%均轉換為熱能， 這比傳統燈源高很多。如果這部分熱能無(wú)法導出， 將會(huì )使LED 界面溫度過(guò)高， 進(jìn)而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率及穩定性， 由此整個(gè)汽車(chē)照明系統就會(huì )受到嚴重影響[19]。目前改善車(chē)用LED 燈具散熱的主要途徑：①LED 自身的改進(jìn)。首先， 改進(jìn)封裝結構。傳統直插式LED 封裝結構熱阻高達250℃/W～300℃/W， 而新的封裝結構采用低電阻率、高導熱性能的材料粘結芯片， 在芯片下部加銅或鋁質(zhì)熱沉， 并采用半包封結構， 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、高導熱、高絕緣陶瓷薄片作基底， 提高散熱效果； 開(kāi)發(fā)量子轉換效率高、能承受高溫的熒光粉，提高允許的最大結點(diǎn)溫度， 增大允許的散熱設計溫差，以降低散熱設計的難度。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)散熱裝置能夠穩定地工作[ 22 -23]； 考慮散熱片的結構形狀尺寸， 要保證足夠的散熱面積， 同時(shí)散熱效果要好； 考慮電路板的設計格式， 可將印制電路板設計為上下兩層， 下層專(zhuān)用于信號發(fā)生電路及驅動(dòng)電路， 上層為L(cháng)ED 點(diǎn)陣電路， 這樣能夠有效地避免因為L(cháng)ED 的熱量傳遞到驅動(dòng)芯片而使其損壞。

　?。?） 光效問(wèn)題

　　提升LED 光效是車(chē)用LED 技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵， 是車(chē)用LED 產(chǎn)業(yè)化的出發(fā)點(diǎn)和原動(dòng)力。從封裝技術(shù)上來(lái)說(shuō)，LED 的封裝應該盡量減少光線(xiàn)在其內部的全反射， 增加襯底基板反射率， 從而使光線(xiàn)能夠盡量多地透射出來(lái)，增加LED 的發(fā)光效能。今年2 月，Cree 公司已經(jīng)宣布其實(shí)驗室成果LED 光效已經(jīng)達到2 081 m/W， 相信這不是極限， 還會(huì )有更高的提升空間， 但需要有新的技術(shù)突破。

　?。?） 電磁干擾問(wèn)題

　　汽車(chē)環(huán)境下同樣面臨電磁干擾問(wèn)題EMI （ElectroMagnetic Interference） 。車(chē)載電子產(chǎn)品對噪聲很敏感， 尤其是導航系統、無(wú)線(xiàn)電路和AM 無(wú)線(xiàn)電波段接收機。為了最大限度地降低發(fā)生噪聲干擾的可能性， 有些LED驅動(dòng)器IC 中采用了恒定頻率開(kāi)關(guān)拓撲結構。另外， 用戶(hù)還可在200 kHz~2 MHz 的范圍內設置開(kāi)關(guān)頻率， 以使開(kāi)關(guān)噪聲遠離關(guān)鍵頻段（如AM 無(wú)線(xiàn)電波段）。

　　5 車(chē)用LED 照明市場(chǎng)展望

　　LED 在汽車(chē)照明系統中的應用雖然剛剛起步， 但隨著(zhù)半導體照明技術(shù)和汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展， 車(chē)用LED燈具的總體效率以及性?xún)r(jià)比將會(huì )得到很大的提高， 應用規模將會(huì )逐漸擴大， 并最終占據整個(gè)汽車(chē)車(chē)燈市場(chǎng)。

　　據調查， 目前全球車(chē)內應用的LED 年銷(xiāo)售額大約在5 億到6 億歐元， 在汽車(chē)內部， 如汽車(chē)儀表盤(pán)、車(chē)內收音機、開(kāi)關(guān)等已經(jīng)100%采用LED， 并且這一趨勢正在加速從車(chē)內應用向車(chē)外應用。此外， 近期歐盟委員會(huì )宣布， 從2011 年起， 歐盟所有新生產(chǎn)轎車(chē)必須配置“ 白天駕駛自動(dòng)照明系統” 。與此同時(shí)， 歐盟委員會(huì )已經(jīng)批準奧迪和豐田將LED 作為照明車(chē)燈在汽車(chē)上使用。由此可見(jiàn)， 車(chē)用LED 燈具在全球范圍內具有極大的市場(chǎng)潛力。

　　車(chē)用LED 照明技術(shù)也得到我國政府的大力支持。

　　2010 年1 月， 全國半導體照明電子行業(yè)標準發(fā)布及宣貫大會(huì )在廣東江門(mén)市發(fā)布了LED 行業(yè)第一批國家標準，這標志著(zhù)我國LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展開(kāi)始進(jìn)入標準化時(shí)代[ 24]。

　　復旦大學(xué)教授、半導體物理專(zhuān)家方志烈說(shuō)，2009 年我國LED 應用產(chǎn)品產(chǎn)值已經(jīng)超過(guò)600 億元， 全行業(yè)進(jìn)入利潤自主創(chuàng )新、實(shí)現跨越式發(fā)展的重大歷史機遇，2015 年產(chǎn)業(yè)規模有望達到5 000 億元[ 25]。因此在我國LED 將面臨巨大的發(fā)展機遇， 同樣車(chē)用LED 照明技術(shù)也會(huì )得到高速發(fā)展， 科研、生產(chǎn)和商家對此都會(huì )給與高度關(guān)注。

　　車(chē)用LED 燈具以其卓越的可靠性、環(huán)保性、節能性和時(shí)尚性， 為汽車(chē)車(chē)燈的升級和變革注入了新生力量。

　　隨著(zhù)產(chǎn)品成本的降低、生產(chǎn)技術(shù)的完善以及資金規模的擴大， 車(chē)用LED 照明技術(shù)的發(fā)展必將對汽車(chē)的行駛和安全提供更有力的保障， 汽車(chē)燈具的LED 化必將成為汽車(chē)照明系統發(fā)展史上的轉折點(diǎn)。