收獲機(jī)械LED前照燈技術(shù)條件起草人

LED前照燈指采用白色LED的汽車前照燈。豐田在2007年5月17日發(fā)布的最高級(jí)混合動(dòng)力車"雷克薩斯LS600h"上全球首次配備了白色發(fā)光二極管(LED)前照燈。壽命長達(dá)1萬小時(shí)，點(diǎn)亮所需時(shí)間不超過0.1秒。功耗比HID燈的普及產(chǎn)品要低，與HID燈高端產(chǎn)品相當(dāng)，今后如進(jìn)一步改進(jìn)，功耗預(yù)計(jì)會(huì)更低。

白色LED技術(shù)進(jìn)步顯著，目前已經(jīng)有超過熒光燈和HID燈，發(fā)光效率達(dá)到100lm/W的產(chǎn)品面世。單個(gè)白色LED的光通量達(dá)到100lm以上的產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)，在照明領(lǐng)域的應(yīng)用正在加速推進(jìn)。雷克薩斯LS600h的汽車前照燈采用了5個(gè)光通量為400lm的白色LED,實(shí)現(xiàn)了輔燈(Low Beam)所必須的亮度。產(chǎn)品由小絲制作所開發(fā)。

由小絲制作所開發(fā)，配備在豐田汽車的"雷克薩斯LS600h"上的前照燈，面向輔燈使用了5個(gè)白色LED燈。每個(gè)白色LED燈使用一個(gè)白色LED模塊。

開發(fā)過程中碰到了確保亮度，降低功耗以及需采取發(fā)熱對(duì)策等課題。亮度至少需要與鹵素?zé)粝嗤?0Mcd/m2.而白色LED只有數(shù)Mcd/m2.為此，在封裝內(nèi)配備了4個(gè)約1mm見方的大尺寸藍(lán)色LED芯片，每個(gè)芯片可輸入2.5W(輸入電流為700mA)，整個(gè)LED前照燈LEDheadlamp封裝合計(jì)10W的電力。由此，得到了25Mcd/m2的亮度。

但是給每個(gè)芯片都提供大電力，發(fā)光效率會(huì)降低。與HID燈相比，雷克薩斯LS600h的前照燈實(shí)際工作時(shí)的發(fā)光效率僅為40lm/W,這意味著功耗較大。為此小絲制作所對(duì)光的有效利用做了改進(jìn)。具體做法是對(duì)配備的多個(gè)白色LED燈分別給予各不相同的配光特性，制成配光圖案。與在一個(gè)燈上制作復(fù)雜的配光圖案時(shí)相比，降低了光損失。

小絲制作所還改進(jìn)了遠(yuǎn)光照射時(shí)的白色LED燈構(gòu)造。遠(yuǎn)光燈需要照射水平線下方的配光圖案。原來的方法是遮光形成圖案，而此次利用名為"光束整形器"的鏡子，使射向水平線以上的光線改變方向。通過上述措施，可將白色LED發(fā)出的全光通量的半數(shù)以上提供給前照燈。與只能提取全光通量1/3左右的HID燈和鹵素?zé)粝啾?，效率大幅提高。?shí)現(xiàn)了與"雷克薩斯LS460"采用高端HID燈作為前照燈時(shí)相同的功耗。

存在發(fā)熱課題

為確保壽命，小絲制作所還悉心研究了發(fā)熱對(duì)策。此次的LED前照燈模塊必須安裝在與LS460使用HID燈時(shí)相同的空間內(nèi)，所以需要在限定的形狀內(nèi)采取發(fā)熱對(duì)策。因此，首先改進(jìn)了LED芯片，使其在接合溫度即使高達(dá)150℃時(shí)也能使用。

其次，芯片上方封裝的材料使用了玻璃，從而抑制了LED點(diǎn)亮?xí)r發(fā)熱而導(dǎo)致的劣化。這種玻璃材料比通常用于封裝材料的環(huán)氧樹脂和硅樹脂要難以劣化，即使在接合溫度為115℃時(shí)，連續(xù)點(diǎn)亮8000小時(shí)，亮度也不會(huì)降低。而其他公司的產(chǎn)品在點(diǎn)亮5000小時(shí)后，就會(huì)發(fā)生10%以上的劣化。

另外，為了散發(fā)白色LED發(fā)出的熱量，在燈的外殼上設(shè)置了散熱片和散熱管。在LED前照燈的試制品中，很多都是利用散熱片和冷卻風(fēng)扇來散熱的。但設(shè)置冷卻風(fēng)扇，會(huì)增大前照燈模塊的體積。為此，此次采用了內(nèi)部裝有純凈水的散熱管，使得不使用冷卻風(fēng)扇也可散熱。