根据汽车制造业的习惯来看,传统的车灯设计中是利用几何光学的光路追迹法来设计而成,并不会将物理光学理论中的干涉衍射,及色散对光能量的影响则不纳入考虑,因此头灯白光LED的强度与通过该点的光线数目成正比,且不受光程影响。另外,线光源能量也要达到分布均匀,功率密度也必须与总功率与长度成正比。
业界实际应用案例
目前,绝大部分汽车头灯具的厂家,一般只在近光灯上搭配白光LED模块,而远光灯则使用HID灯。此外,与丰田、本田汽车合作的白光LED厂家也展出了汽车白光LED头灯光源,给人留下了白光LED模块正在走向大功率化的印象。在此,撷取Stanley、OSRAM及日本小系等厂商所发表的白光LED头灯目前的设计与产品发展状况。
在2008年后,白光LED发光效率将超过HID:斯坦利电气(Stanley)推出的汽车头灯是与德国Hella联合开发的。该头灯样品是将4个大型LED芯片封装成一个大功率白光LED模块,在近光灯上配备5个这种模块、远光灯上配备2个。
近光灯点亮时的光束总计为700lm,据该公司公布数据表示,在未来必须确保白光LED能达到HID刚上市时的亮度,每个白光LED模块发出140lm左右的光束。在实验后的样品消耗的电力与同等亮度的HID灯相比,初步评估为HID的1.4至1.6倍。
白光LED的发光效率的提高,虽然在过去一段时间白光LED的发光效率出现迟缓的发展,但在此之后又有了令人期待的发展。Stanley内部人员更大胆预言,到了2008年前后,白光LED头灯将会与HID灯的发光效率并驾齐驱。
适路性白光LED设计:日本小系(Koito)制作所推出的汽车头灯配备有11个白光LED模块,包括,近光灯6个、在远光灯时则另加5个。据该厂商表示,在近光灯点亮时的光束可达到800lm至1000lm;另外,也可根据行驶状态,对近光灯用的白光LED模块点亮进行控制。
比方说,在高速驾驶行为中(超过100公里),头灯中央部分的5个点亮,便能使头灯所投射的光束降低其照射范围,使光线具有远射的照明效果。另一方面,若在市区行驶时,中央部分的上边3个与中央部两侧配备的1个近光灯用白光LED模块点亮,扩大汽车头灯光线照射角度。
因此,使这项智能型的头灯设计兼具AFS功能,可使行驶在弯道时灯光的投射角度会随着汽车转向方向进行判断照明范围,也在头灯中央部位设计具有活动性。
白光LED光源系统的能量转换效率为65%:欧司朗(Osram)也推出名为「OSTAR」的白光LED汽车头灯模块;其架构是将4个1mm大型LED芯片,并将其整合封装后,使每个模块的光束高达300lm。
另外,OSRAM也使用OSTAR研发出驱动白光LED模块的电源IC在内的光源系统,只要经由该系统通上电后,便具有65%的光能转换效率,而在散热方面,也在LED的光源背面搭配上散热片,藉以提高光源冷却效率。
结论:
目前全球各大汽车展中,都能看到以白光LED作为汽车头灯的概念车款,不仅以花俏的引人注目,也在实用化方面注入不少研发心血,包括:丰田汽车作为雷克萨斯品牌旗舰轿车推出的概念车「LF-Sh」,及丰田品牌下一代微型面包车的概念车等,也都搭配了白光LED头灯,在在都使人感觉离白光LED头灯的未来已经非常接近。
不过,欲使白光LED成为汽车头灯的主要光源,相关部份的交通法条必须将其修订。例如,联合国欧洲经济委员会审议汽车头灯的GRE法条,预计会在2年之后才能允许使用白光LED作为汽车头灯的主光源,倘若法规修订尚未通过,汽车市场导入白光LED头灯的过程将会持续延宕下去。
