车灯新时代:新时代

　　2007年5月24日，丰田公司隆重发布了雷克萨斯LS600h，该车采用了众多阳新汽车科技，体现了汽车领域的最高技术水平。其中，世界首创的LED头大灯就是该车的亮点之一。这也标志着新一代的车灯技术正式投入应用，从此汽车车灯进入了新时代。
　　
　　什么是LED车灯
　　
　　现代车灯是汽车的一双美丽“眼睛”，同时也是一件具有高科技含量的精美工艺品，目前我们常见的有白炽灯、卤素灯或氙气(HID)灯，而LED车灯则是最新发展的高科技车灯。
　　顾名思义，LED车灯就是用LED(发光二极管)作为光源的车灯技术。LED是半导体PN结二极管，当一个正向偏压施加于PN结两端时，使PN结系统受到激发，载流子由低能态跃迁到高能态，当处于高能态的不稳定载流子回到低能态复合时，根据能量守恒原理，多余的能量将以光子形式释放，这就是LED的发光原理。它不是通过热能使物体升温而发光，而是由电能直接转换为光，因而称之为冷光。发光波长取决于载流子的能量差即高能态与低能态之差。
　　和传统车灯相比，LED车灯具有无可比拟的优点：一是寿命长，一般可达几万乃至十万小时；二是非常节能，比同等亮度的白炽灯起码省电一半以上；三是光线质量高，基本上无辐射，属于“绿色”光源；四是LED的结构简单，内设支架结构，四周用透明的环氧树脂密封，抗震性能好；五是无需热启动时间，亮灯响应速度快(纳秒级)，适用于移动速度快的物体使用；六是LED占用体积小，设计者可以随意变换灯具模式，使汽车的“眼睛”看起来更加迷人。
　　
　　目前LED在车外的主要应用在于制动灯、前方转向灯、后方转向灯、左右两侧转向灯、后方雾灯和倒车灯方面，而在最重要的头大灯方面还处在研究开发阶段，还没有达到大规模商业化批量生产的程度。
　　
　　LED用作头大灯的难点
　　
　　虽然已经有很多概念车采用漂亮的LED头大灯，但真正量产使用的还几乎没有。LED用作头大灯存在很多难题。
　　LED光源亮度值不是很高，一只高亮度LED也就5000左右的烛光亮度(Cd)，所以头灯必须采用多个LED的方法来提高亮度，但这样会使制造成本大大增加。此外，LED车灯，由于光线比较发散，就算采用了很好的聚光调节，其照明距离也不过几十米。即使采用多LED的方法，也只能提高亮度，并不能加长光照距离。这样LED只能用作头大灯的近光灯，而用作远光灯则非常困难。
　　散热问题也是阻碍LED头大灯实用化的一个主要因素，LED属于偏冷光源，在输出／输入的电源转换过程中有近90％热能必须要排除；除此之外，还有临近车灯的发动机所发散出来的热能，在两者相加之下，其热能将有可能超过200℃，而对LED晶粒材料而言，是没有办法耐此高温的。另一方面，基于外观设计造型和光学设计考虑，发动机室空间过于狭窄，几乎不可能在发动机室中加装风扇来达到散热效果。
　　此外，各国对LED头灯至今尚未有一个确定的安全规范；一般来说，在汽车照明的安全规范中会规定通气孔的大小，这就事关灯具的散热设计。但目前尚无这方面的标准。欧盟要到2008年才有LED车灯的标准规范，而美国则使用SAE工业标准，目前也没有出台LED车灯方面的标准。而在此之前，配置LED头灯的车将不能正式上市。要使LED正式成为汽车使用的标准头灯，除了LED技术(如：耐热材料、可靠性)能够持续进步之外，还有待法规的建立和完善。
　　
　　雷克萨斯的LED头大灯
　　
　　
　　虽然LED头大灯目前尚存在着技术和法规上的难点，但是因为它巨大的优势，很多整车厂和车灯厂都投入很大的精力来研究它。丰田最近正式上市的2008款雷克萨斯LS600h就成为世界上首个将LED头大灯量产的车型。
　　LS600h是目前雷克萨斯品牌迄今最为豪华的车型，同时它也将科技作为最大的卖点。在新车发布会上，丰田汽车的渡边社长自豪地宣布：“LS600h是目前已经实现了最高水平的汽车。”LS600h不仅是第一款采用混合动力技术的豪华车，而且能自动泊车，行驶时向前用亳米波雷达和立体照相机扫路，监测所有乘员的体温并且相应地调整内部温度，堪称目前为止最为复杂也最为先进的四轮机器。而世界领先的LED头大灯也是LS600h的重要技术卖点之一。
　　LS600h的LED头大灯由日本小丝制作所(KOITO)研制和生产。光源采用小丝制作所与日亚化学工业合作开发的白色发光二极管。白色发光二极管可以产生上万K的高色温，但根据前照灯的相关法律，前照灯不允许有太高的色温，因此，此次的LED前照灯采用了近似自然光的4000K色温，与氙气大灯(HID)比较，LS600h的LED前照灯的光的色调更白。被照射物的周围部分很少有黑暗的感觉。这样一来，障碍物等的夜间识别将变得容易。
　　一般来说，降低白色LED色温会导致发光效率下降。原因是白光是由蓝色LED芯片的光与黄色发光体的光混合而成。与其他公司的白色LED相比，日亚化学工业的黄色荧光体接近绿色的光多，因此发光效率下降较少。目前能够在获得5000K以下色温的同时获得高发光效率的只有日亚化学工业一家。
　　近光灯采用的是圆形透镜。使用3个白色LED灯，形成横向并置3联式投射灯，彰显了LED前照灯的先进性。它可以瞬间达到最大亮度，一进隧道即可达到足够的亮度，所以有利于安全。与卤钨灯的1000h、HID灯的2500h相比，LED灯在车的整个生命周期基本不会损坏，能够给用户“不会熄灭”的放心感觉。
　　此外，特殊的设计也使LED前照灯低成本化的技术开发在顺利推进。要降低LED前照灯的制造成本最好的方法便是减少每辆车平均配备的灯的个数。LS600h使用了4个4001m光通量的白色LED灯，以及1个200lm光通量的白色LED灯。如果增强每个白色LED灯的光通量，即可减少前照灯使用的灯个数。此次的白色LED灯使用的白色LED将4个1mm见方的蓝色大型LED芯片封装到一起，增加了光通量和亮度。另外，增加LED芯片个数和输入电流，平均每个白色LED灯的亮度也会增加。
　　前面我们提到，除了技术上的难题外，法规上的空白是制约LED量产的主要因素，那么LS600h是怎么在法规出台之前就正式上市的呢？今年4月，应技术进步委员会(CATP)的要求，欧盟委员会批准奥迪和丰田将LED车前灯安装干汽车，这样尽管发光二级管(LED)前灯还没有得到欧洲批准，但是丰田和奥迪成为了第一个吃螃蟹的特例。而且，北美在2005年12月已承认LED前照灯符合安全标准FMVSS。日本也作出声明，LED前照灯符合安全标准。并且日美欧以外地区“有较强的参考欧洲法规的倾向”，这 样，LS600h就可以在欧、美、日三个地区真正实现全球统一上市。
　　
　　LED头大灯的未来前景
　　
　　除了LS600h车型，2007年还可见到第二款搭载LED头灯的量产车型问世：和丰田同获欧盟批准的奥迪，在今年将推出采用LED头灯的超级跑车R8。LED车头灯模块由意大利马瑞利(Magneti Marelli)供应，内部的LED模块则由PhiIlps Lumileds公司提供，耗电量仅20W。
　　由于LS600h与Audi R8都是市场售价超过10万美元的豪华车型，预计今年LED车头灯的全球销售量将在1万组上下，不过随着产量加大而逐渐降低生产成本，LED车头灯的渗透率可望直线上升(全球市场价格超过10万美元的豪华车约为6万辆)，倘若欧盟与美国法令予以鼓励，其普及化的速度还可更为加快。据负责为LS600h提供白色LED前照灯开发的小丝制作所预测，2010年日本销售的新车中将有5％配备LED前照灯，也就是说，再过3年大众车型也有望配备LED前照灯。
　　奥迪还致力于研制有机发光二级管(OLED)，有机发光二级管有一层发光层，该层上有某种有机化合物薄膜。电荧光发光层含有一种聚合物，使得横竖排放的绝缘化合物的沉淀物落到一个平面载体上。一个类似于印刷的过程产生了一个像素矩阵，可以使其发出不同颜色的光。OLED的特别之处在于，在每个区域发出的光少于无机固态下的LED(通常设计用作点光源)。比起传统的LCD显示屏而言，OLED显示屏的一个很大的优点就是它不需要背后光源来发挥其功能。这就是说，OLED的耗电量小得多。并且当由电池供电时，相同的充电量，OLED的持续时间更长。同样可以看到，OLED的显示装置的大批制造要比液晶等离子显示装置更有效率。但是，加利福尼亚奥迪和大众电子元器件研究实验室的开发人员还一直无法使其使用寿命更长，也无法解决有机装置的操作温度范围窄的问题。OLED根本无法在高温状态下长久工作。
　　除丰田和奥迪已经将LED头大灯的量产提上日程外，很多厂家也具有了LED头灯的设计能力。Stanley已有白光LED头灯雏形车展示，不过还停留在展示概念车阶段，真正达到商品化过程似乎还有一段很长的路要走。
　　德国欧司朗光电半导体(OSRAM Opto Semiconductors GmbH)最近开发出了可从1个封装获取1000lm光通量的白色LED，是LS600h配备的白色LED灯的两倍以上。超过1000lm，意味着亮度将达到与60W白炽灯泡相同的水平。这样，原来只有靠加大灯泡才能获得的亮度，现在只要指尖大小的尺寸即可实现。
　　随着LED技术的不断成熟和完善，未来将会有更多的车型采用LED头大灯，汽车的眼睛也将越来越漂亮。