汽車LED前燈的發(fā)展史與應(yīng)用前景如何？

一、前照燈的功能：

(1)它能夠照亮前方道路，使駕駛者更易識(shí)別路障、行人、交通標(biāo)志，在夜間出行時(shí)更加安全、方便;

(2)它有信息傳遞作用，能夠通過(guò)燈光的變換，傳達(dá)車輛自身行駛狀態(tài)，有效避免與其他車輛的沖突，起到警示、提醒的作用，甚至能夠在緊急情況下通過(guò)異常燈光變換向其他駕駛員求助。

二、前照燈的發(fā)展歷程：

1885年10月，德國(guó)人卡爾本茨(Karl.Benz)研制出世界上第一輛真正意義上的汽車，盡管車輛的主要部件配備齊全，但卻沒(méi)有安裝前照燈。

1887年，一名駕駛員駕駛汽車在黑暗中迷失，幸好偶遇一位帶著手提燈的農(nóng)民，才得以安全回家，于是家用手提燈便成為了首個(gè)汽車前照燈。

第一代，乙炔前照燈

從最早的乙炔前照燈發(fā)展到今天的帶透鏡反射式前照燈，跨越了約120年的發(fā)展歷程，這期間，汽車前照燈大致經(jīng)過(guò)了五代的發(fā)展。

1909年，乙炔氣首次被用作汽車前照燈光源，并一直延續(xù)到1925年。乙炔是一種可燃性氣體，由車燈內(nèi)的碳化鈣同水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成，乙炔燃燒時(shí)的火焰比較明亮，在當(dāng)時(shí)被廣泛采用，作為前照燈照明燈具。

第二代，白熾前照燈

1913年，螺旋鎢絲被用作白熾燈泡燈絲，美國(guó)凱迪拉克汽車使用此種燈泡制作前照燈，開(kāi)啟了汽車電器照明時(shí)代，但直到1925年，所有出廠汽車才均采用電器照明。白熾燈是第一款真正意義上用于汽車照明的“電燈”，它通過(guò)電來(lái)加熱燈絲至白熾狀態(tài)而發(fā)光，它的誕生拉開(kāi)了汽車車燈電氣照明的時(shí)代序幕。但是電于當(dāng)時(shí)車載電氣設(shè)備還十分落后，白熾前照燈的普及應(yīng)用十分緩慢。

第三代，鹵素前照燈

1964年法國(guó)“斯貝”公司生產(chǎn)了首批鹵鎢燈泡前照燈，比傳統(tǒng)車燈壽命長(zhǎng)、亮度高，成功替代了普通白熾燈。

鹵素?zé)羰窃谄胀ò谉霟艋A(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種高級(jí)版本，它的出現(xiàn)大大延長(zhǎng)了鎢絲車燈的壽命。

鹵素?zé)羰窃跓襞輧?nèi)注入鹵素氣體，鎢絲通電后，蒸發(fā)的鎢絲與鹵素氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成鹵化鎢，使得蒸發(fā)的鎢能夠重新凝結(jié)在鎢絲上，這樣就避免了鎢絲過(guò)早的斷裂，從而延長(zhǎng)燈泡壽命。早期的鹵素?zé)簦€存在穩(wěn)定性不足等各種問(wèn)題，此后，隨著鹵素?zé)舻牟粩嗉夹g(shù)改進(jìn)，其一直被沿用至今。目前，絕大多數(shù)中低端汽車上的前照燈仍基本采用鹵素?zé)糇鳛榍罢諢簟?

LED前照燈有著光效高，及啟動(dòng)方便和光效提升空間較大的優(yōu)勢(shì)。前照燈的電源光效如果很高，那么單顆的功率就越大，而功率越小則電源的光效也會(huì)略低。當(dāng)高電壓狀態(tài)時(shí)能夠滿足不同范圍照明現(xiàn)實(shí)需求。隨著汽車在廣大人民群眾生產(chǎn)生活當(dāng)中的不斷推廣，保證汽車能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行至關(guān)重要。當(dāng)前汽車前照燈廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)部構(gòu)造當(dāng)中，其作為汽車上最主要的應(yīng)用部件，對(duì)于前照燈質(zhì)量以及性能等方面都給予了較為苛刻的要求。它不僅推動(dòng)了LED前照燈在汽車上的應(yīng)用，而且對(duì)于提高汽車性能和安全行駛起到了至關(guān)重要的作用。文章就LED前照燈的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探析，試圖通過(guò)分析來(lái)增加人們對(duì)于LED前照燈研究狀況的認(rèn)識(shí)，并把握其今后發(fā)展的主要?jiǎng)酉颉?

1、引言

社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的日漸成熟，促進(jìn)LED前照燈的發(fā)展。同時(shí)數(shù)年的發(fā)展歷程中在技術(shù)驗(yàn)證與汽車領(lǐng)域及新技術(shù)不斷之后。我國(guó)又迎來(lái)全新的發(fā)展市場(chǎng)，LED前照燈被廣泛的應(yīng)用到量產(chǎn)車的入市中，這也再一次證明了LED前照燈的應(yīng)用價(jià)值。

2、LED前照燈的優(yōu)勢(shì)分析

LED前照燈英文名稱之為L(zhǎng)ightEmitingDiode，其憑借較小的體積和較長(zhǎng)的壽命，與低能耗，具有很強(qiáng)的抗振能力，開(kāi)啟的時(shí)間迅速，有著環(huán)保性特征等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為當(dāng)下社會(huì)汽車光源技術(shù)首要選擇之一。在半導(dǎo)體材料和封裝工藝逐步提高背景下，使白色大功率LED前照燈的通光量增加，也正是因?yàn)檫@樣LED前照燈被廣泛的應(yīng)用于汽車照明行業(yè)，這也驗(yàn)證了一個(gè)無(wú)可厚非的事實(shí)，那就是LED前照燈的使用和進(jìn)一步發(fā)展是社會(huì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)必然，新生的事物也終結(jié)會(huì)取代過(guò)去嘗試用的白熾燈與鹵鎢燈等傳統(tǒng)燈具，成為第四代其次照明系統(tǒng)的照明光源[1]。

使用LED汽車前照燈有很多明顯的優(yōu)勢(shì)，除了實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和具有較長(zhǎng)的應(yīng)用壽命、低電壓保障電氣安全等，還有十分重要的一點(diǎn)就是LED前照燈的構(gòu)成包括多個(gè)LED燈具，具有較強(qiáng)塑造性的外部燈具可以很好地融入現(xiàn)代化汽車設(shè)計(jì)觀念中，從而為打造與設(shè)計(jì)出嶄新的汽車，滿足廣大人民群眾個(gè)性化需求提供有力的技術(shù)支撐與物質(zhì)保證。另外,LED燈體積小、能源損耗小、耐震動(dòng)能力強(qiáng)、起動(dòng)時(shí)間快等都是LED前照燈所具備的優(yōu)點(diǎn)，正是這些優(yōu)點(diǎn)使得它成為下一代汽車光源技術(shù)發(fā)展的首選[2]。

3、LED前照燈的發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.LED前照燈的發(fā)展現(xiàn)狀

汽車上LED前照燈的使用，一直以來(lái)都是有待突破的問(wèn)題[3]。也正由于這類LED前照燈在研發(fā)過(guò)程中應(yīng)更注重遠(yuǎn)、近光功能識(shí)別技術(shù)的運(yùn)用，并盡可能多地提供幾種不同類型、不同尺寸的模塊?？紤]到汽車所用LED前照燈照明距離和防眩目功能的實(shí)際需要，應(yīng)該在各LED模塊中加裝符合照明要求的透鏡和反光鏡，本實(shí)用新型方便滿足了人們對(duì)不同距離處照明的要求，同時(shí)還增強(qiáng)了照明的力度，但這從某種程度上加大了LED前照燈生產(chǎn)的成本，同時(shí)也是造成其生產(chǎn)成本過(guò)高的重要因素。

在綜合考慮汽車前照燈光源照明距離及照明亮度問(wèn)題后，還需解決和處理好LED前照燈照明過(guò)程中的散熱問(wèn)題。由于照明時(shí)LED前照燈的亮度會(huì)伴隨溫度的逐漸升高變暗，應(yīng)用壽命也會(huì)縮短。所以說(shuō)熱管理問(wèn)題也是目前LED前照燈在遠(yuǎn)光與近光照明時(shí)亟需解決的一大問(wèn)題。

考慮到這些，我們不難發(fā)現(xiàn)LED前照燈的散熱問(wèn)題依舊是一個(gè)十分棘手的問(wèn)題。伴隨LED前照燈的不斷發(fā)展，現(xiàn)在可利用高效率和完善功能、良好性能的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備來(lái)應(yīng)對(duì)所出現(xiàn)散熱問(wèn)題及其帶來(lái)的弊端。

與一般鹵素?zé)粝啾容^LED在燈光光源上很不一樣,LED燈是冷光源，由于LED燈這個(gè)特點(diǎn)特觸發(fā)車燈材料改變，導(dǎo)致車燈材料向一個(gè)嶄新方向發(fā)展。前照燈中廣泛采用的是各種耐熱性材料，其中有代表性的是PAR,PBT,HTPC,它們都有著良好的特性，會(huì)使生產(chǎn)成本提高，故可采用ABS和PC材料代替，另外還可廣泛應(yīng)用樹(shù)脂類材料代替金屬材料。這有利于控制生產(chǎn)成本最低，以免在采用金屬材料時(shí)，采用了某些不環(huán)保的手段與技術(shù)，加大了防腐工作量。有些設(shè)計(jì)師還試圖將LED光源看作是一種常見(jiàn)種類的電子元器件，仿佛是看筆記本電腦中的芯片。

其所產(chǎn)生的熱量只與其功率有一定的聯(lián)系，但是忽略散熱體系設(shè)計(jì)，出現(xiàn)散熱體系設(shè)計(jì)不科學(xué)問(wèn)題，無(wú)法良好控制前照燈燈腔內(nèi)的溫度。

LED前照燈所使用的冷光光源遇到前照燈的水霧問(wèn)題，汽車LED前照燈的設(shè)計(jì)人員為了良好解決這一問(wèn)題，引入和使用了對(duì)流設(shè)備，使LED散熱系統(tǒng)內(nèi)散發(fā)的熱被良好的驅(qū)散，也消除了水霧。應(yīng)用專用導(dǎo)流泵設(shè)備能夠把熱量導(dǎo)入到前照燈面罩區(qū)域。

AUDIR88還使用風(fēng)扇散熱及導(dǎo)流泵這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但由于使用散熱器設(shè)備及泵專用品而加大經(jīng)濟(jì)支出又使成本增加。為改善目前狀況，進(jìn)一步大力發(fā)展LED前照燈事業(yè)，企業(yè)也需要加強(qiáng)研究，開(kāi)始解決LED前照燈所遇到的散熱和成本過(guò)高問(wèn)題，搞好散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，以最小的控制成本作為L(zhǎng)ED前照燈研制創(chuàng)造良好的條件和最佳環(huán)境。

2.LED技術(shù)在汽車前照燈系統(tǒng)的應(yīng)用

一是配光技術(shù)的運(yùn)用，在LED前照燈照明系統(tǒng)所采用的為光形疊加的配光方式，運(yùn)用該方式對(duì)汽車前照燈使用配光技術(shù)給出更為嚴(yán)格要求。一般情況下，汽車的LED前照燈照明時(shí)所散發(fā)出來(lái)的光纖會(huì)朝向半個(gè)球的方向陸續(xù)發(fā)射，所以，整個(gè)LED系統(tǒng)將應(yīng)用到更多的光源，以此滿足汽車的通光量及照明需求。LED前照燈整個(gè)系統(tǒng)都含有豐富的光源，為保證LED光軸具有清晰的指向和目標(biāo)導(dǎo)向，在前照燈系統(tǒng)內(nèi)部不同組成部分對(duì)應(yīng)位置要達(dá)到比較準(zhǔn)確。其次是散熱，由于前照燈系統(tǒng)距離發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙較近，所以在汽車前照燈設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中還應(yīng)考慮散熱問(wèn)題并協(xié)同完成散熱有關(guān)工作。例如采用散熱部件和內(nèi)置風(fēng)扇可以對(duì)散熱效果起到保證作用。從功率消耗來(lái)看，汽車LED前照燈非常常見(jiàn)的就是白天使用照明燈，當(dāng)汽車發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后，照明燈就會(huì)在白天行駛中開(kāi)啟，照明燈可以提供低光輸出或者在這段時(shí)間內(nèi)消耗油量，但是消耗的油量水平比較低，通常會(huì)在9瓦左右波動(dòng)。四是前照燈的防眩問(wèn)題，白色的LED光源的色溫保持在5500K至6000K之間，白色的LED光源和氙氣光源(色溫為4000K)相比較更加的接近于大自然的光(色溫在4800K至6000K之間)，本實(shí)用新型舒適性較高，有效地避免了汽車駕駛?cè)藛T行車過(guò)程中出現(xiàn)光疲勞現(xiàn)象等[4]。

4、析LED前照燈未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)分析與前景

在科技的帶動(dòng)下,LED前照燈在最近幾年內(nèi)會(huì)向一個(gè)嶄新的方向邁進(jìn)，并試圖利用各種新技術(shù)來(lái)研制下一代LED，爭(zhēng)取在推動(dòng)LED燈更好發(fā)展、減少LED成本支出、持續(xù)提升效益的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)LED前照燈品質(zhì)和應(yīng)用性能。

1.OLED

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與不斷創(chuàng)新，為我們帶來(lái)全新的事物——OLED，OLED的出現(xiàn)對(duì)汽車照明體系的設(shè)計(jì)提供全新的設(shè)計(jì)思路和方案，因?yàn)镺LED有著照明十分均勻和不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的眩光及陰影等問(wèn)題，因此其較為適合被應(yīng)用到汽車的信號(hào)燈與尾燈等照明中。

OLED有著如下兩種優(yōu)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：

(1)具有自發(fā)光特性，不需要其他光源系統(tǒng)輔助或支持，而它只有一點(diǎn)四毫米厚。據(jù)估計(jì)，今后若干年內(nèi)照明燈燈具將更精致、更小巧、不占太多空間，而體積上比一般LED照明產(chǎn)品更有優(yōu)勢(shì)。這既有利于照明燈具安裝又有利于維護(hù)，降低后期維護(hù)費(fèi)用投入且更具有經(jīng)濟(jì)性;

(2)和LED的點(diǎn)光源相對(duì)比，使用OLED具備面光源與漫反射這一特征，其光質(zhì)的均勻性很好，實(shí)現(xiàn)了無(wú)極調(diào)光，并且不會(huì)投射任何的陰影。而且OLED的照明效果也十分均勻，明暗良好相互輝映，還可以獲得動(dòng)態(tài)化的效果[5]。

2.朝向環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展

LED前照燈現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種照明環(huán)境中，并且隨著我國(guó)科技的發(fā)展與更新，隨著光效也越來(lái)越高，使得其在實(shí)踐中發(fā)揮出了較大的能效，具有較大的優(yōu)越性。LED實(shí)質(zhì)上是一種發(fā)光二極管，它的發(fā)光原理是電驅(qū)動(dòng)發(fā)光，若加上正向電壓，這時(shí)電子與空穴復(fù)合就會(huì)放出大量的能量，另一部分能量以光子形式持續(xù)釋放從而產(chǎn)生并形成光束。因?yàn)長(zhǎng)ED發(fā)光充分利用了電能，良好的把電能轉(zhuǎn)換成光能，因此在發(fā)光環(huán)節(jié)并不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染。LED等的光源不含有汞元素和鉛元素等各類污染物質(zhì)，更不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多熱能。因此，與傳統(tǒng)光源相比，LED的光源是冷光源，這在上文關(guān)于LED前照燈優(yōu)勢(shì)分析中我們也可以了解到，也正是因?yàn)槠涫抢涔庠礇Q定其具備較好的環(huán)保性與安全性。

3.朝向智慧型汽車前照燈方向發(fā)展

經(jīng)過(guò)乙炔燈與白熾燈和鹵素?zé)舻葻粼窗l(fā)展歷程之后，車燈已經(jīng)進(jìn)入到全新的第四代光源時(shí)期。LED的體積小，同時(shí)發(fā)光的面積很小，能夠作為點(diǎn)光源來(lái)進(jìn)行配光與設(shè)計(jì)，這在一定程度上降低設(shè)計(jì)難度。盡管從整體角度來(lái)說(shuō)，LED前照燈的應(yīng)用取得一定成效，但是依舊存在一些不足，遇到很多發(fā)展難題與瓶頸。有鑒于此，LED前照燈在今后會(huì)逐漸向智能化的方向漸進(jìn)發(fā)展。一輛新型汽車在照明系統(tǒng)中通常都配備了大量LED燈具，通過(guò)電控設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)LED燈具的啟閉控制，還可以對(duì)燈具明暗進(jìn)行更準(zhǔn)確地把控，該LED前照燈智能化開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了良好的條件。也有由于LED前照燈驅(qū)動(dòng)功率低，能適時(shí)啟動(dòng)而不需要各種復(fù)雜啟用裝置等原因，這也就為開(kāi)發(fā)智慧型LED前照燈打下了良好的基礎(chǔ)，使得它能夠?qū)崿F(xiàn)智能化開(kāi)發(fā)。

汽車車燈的發(fā)展至今已有百余年的歷史，光源技術(shù)是汽車燈具發(fā)展的主要推動(dòng)力量。自車燈發(fā)明以來(lái)，光源始終朝著低能耗和高亮度的方向發(fā)展，安全、節(jié)能的特點(diǎn)日漸顯現(xiàn)。從早期的燃料燈，到白熾燈、鹵素?zé)?，再到LED光源，每次光源技術(shù)的重大突破都會(huì)帶來(lái)汽車燈具行業(yè)的革命性發(fā)展。車燈的經(jīng)濟(jì)增加值越來(lái)越高，使用壽命增長(zhǎng)，反應(yīng)速度越來(lái)越快。

汽車燈，為保證安全行車而安裝在汽車上的各種交通燈。分照明燈和信號(hào)燈兩類。1905~1912年，為解決前方道路照明，始裝用聚光燈式乙炔前照燈，并配備 1只煤油燈為后牌照燈。1945~1947年，最低程度必須配備的各種外部燈具已最后定型。合格的汽車燈應(yīng)符合相應(yīng)的光度、色度和基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)范。

就我國(guó)車燈進(jìn)出口情況而言，海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)機(jī)動(dòng)車輛用電氣照明裝置進(jìn)出口數(shù)量自2015年整體表現(xiàn)為穩(wěn)步增長(zhǎng)，受益新能源汽車銷量大漲和消費(fèi)回暖整體進(jìn)出口數(shù)量大增，分別達(dá)5286.8萬(wàn)個(gè)和41336.7萬(wàn)個(gè)，預(yù)計(jì)新能源汽車持續(xù)滲透滲透背景下，整體進(jìn)出口將保持增長(zhǎng)趨勢(shì)。

就競(jìng)爭(zhēng)格局而言，全球前五大廠商份額累計(jì)約74%，其中日本小系、意大利馬瑞利、法國(guó)法雷奧份額為全球前三，占比分別為25.3%、13.9%、12.8%。國(guó)內(nèi)華域、星宇股份等廠商發(fā)力追高，在我國(guó)車燈份額占比中，華域視覺(jué)占比達(dá)28%，星宇股份占比9%，其中華域視覺(jué)前身為上海小系，星宇股份產(chǎn)品主要包括前照燈、后組合燈、霧燈、室內(nèi)燈以及其他小燈等。