LED在汽车照明系统中的应用

1 引言

　　在20世纪80年代中期，LED开始被用于汽车中央高位刹车灯(CHMSL)。进入90年代，汽车仪表LCD面板背光照明普遍采用LED这种固态新光源。进入新世纪后，随LED功率和亮度的提升，除了汽车前照灯外，LED全面进入了汽车照明和信号系统中的应用。2005年，全球LED在手机中所占的市场份额达52％。自从2005年以后，由于手机市场趋于饱和，不再呈增长的态势，取而代之的则是汽车、交通信号灯、景观装饰照明和一般照明市场，其中车用LED市场具有较大的诱惑力。

　　2 传统汽车灯的发展历程及其分类

　　2.1 传统汽车的发展历程

　　1879年，爱迪生发明了以电能作能源的真空白炽灯泡。1886年汽车问世之初，老爷车在夜间行驶时悬挂的是摇晃不定的汽灯。由于那时车辆很少，车速很低(不到30km／h)，尽管道路狭窄而崎岖不平，既无伤人之虞，更无撞车之险。

　　在汽车车辆逐渐增加、车速也有所提高的情况下，路上行人也渐多，汽车不再允许仅靠一盏汽灯悠闲晃荡了。于是光源工程师依托新兴的白炽灯为汽车设计了一双铮亮的白炽灯眼睛。当时的汽车的电气工程师已给汽车配备了车载小型发电机，这为汽车电气照明的发展奠定了基础。

　　在车辆日益增多、车速不断提高的形势下，照明仅是瞻前已经不够，还需左顾右盼和免除后顾之忧，从此不仅车前灯，而且各种尾灯如行车灯、刹车灯、转向灯、后雾灯等一系列灯种相继问世，为避免夜晚行车的追尾或转弯时的相撞起了关键性作用。随后前照灯又发展成近光灯、远光灯、前雾灯等多种灯种。

　　为在不降低白炽灯寿命的前提下，提高灯丝温度和发光效率，上世纪50年代光源工程师发明了充气白炽灯泡，随后60年代又发明了在充气白炽灯中加入卤素的卤钨灯。20世纪70年代，光效达201m／W的卤钨灯大规模替代了自炽灯用于汽车照明，至今仍然是汽车前照灯中占统治地位的灯种。为满足高速车辆的照明要求，更先进的高强度放电(HID)灯应运而生，其中的代表性光源则是氙气金卤灯。一只35W氙气金卤灯辐射光通(3200lm)为55W卤钨灯(1101lm)的3倍，光效比金卤灯高4.5倍，寿命超过10倍。

　　2.2 汽车灯的分类

　　汽车灯按用途分照明灯和信号灯两大类。照明灯犹如汽车的"眼睛"，在黑暗中照亮汽车行驶方向上的道路，延伸和拓宽驾驶员的视野；信号灯如同汽车的"嘴巴"，车辆可通过灯光信号同其它车辆进行"语言"交流，向其它汽车司机明示本车的存在及其行驶的状态，以使汽车在道路上能够安全快捷行驶。

　　照明灯又分为车外照明灯和车内照明灯。车外照明灯包括前照灯、前雾灯和牌照灯等；车内照明灯主要是指仪表灯和阅读灯等。

　　信号灯也分车外信号灯和车内信号灯。车外信号灯是指转向指示灯、制动灯、尾灯、示宽灯、倒车灯等；车内信号灯泛指仪表板指示灯，主要有转向、机油压力、充电、关门提示及音响、空调等指示灯。在这些车灯中，属于控制性检验的有车外照明灯和车外信号灯，因为它们是行车安全的关键部件。

　　汽车车前灯具如图1所示。其中的前照灯像人的眼睛一样，起到画龙点睛的作用，为汽车增色不少，如图2所示。

　　在车用灯具中，通常人们还将后转向灯、制动灯、尾灯、后雾灯、倒车灯和行李箱灯等称为辅助灯具，如图3所示。

　　2.3 汽车灯的重复作用

　　汽车车灯是汽车行驶必不可少的安全部件。据统计，车辆总行驶里程的25％是在夜晚或自然光线不足的情况下行驶的，而在此间发生的交通事故占到总事故的33％，并且50％的伤亡事故发生在夜间。在多个ECE法规中，与车灯有关的法规就有近40个。我国目前汽车产品的74项强制性检验中，与车灯有关的项目就占23项。
　　3 新一代固态光源LED成为汽车车灯的新宠

　　3.1 LED在汽车照明系统中应用的优势

　　新一代固态冷光源LED于上世纪60年代问世。直到80年代之前，由于那时LED的亮度不高，只是将其作为指示灯等使用，不会有人想到它会能作为汽车车灯。进入80年代后，LED亮度有了较大提高，1985年被用于一辆客车上。1986年Nissan公司在300ZX型汽车上使用了72只φ5mm的LED作为中央高位刹车灯，标志着LED开始进入了汽车领域中的应用。

　　与传统车灯光源比较，LED的优势如下：

　　(1)寿命长，免维护，在整个汽车使用期限之内有可能不用再更换灯具。

　　(2)非常节能，比同等亮度的白炽灯节能至少在一半以上。表1列示了汽车信号灯与白炽灯能耗的比较。

根据2003年美国能源署(DOE)车用LED节能审估报告，结果令人吃惊。仅对小轿车而言，若美国全国都使用LED车灯，每年可节省燃料14亿加仑