高亮度LED试图完全取代汽车白炽灯

從上個世紀早期開始到現在，汽車外部照明一直使用燈絲型燈泡，然而，這種歷史悠久的燈泡可能在下個十年(2011-2020)最終退出汽車頭燈和後燈市場，因為人們正為汽車設計一種更明亮的新型發光二極體(LED)。

兩家LED供應商透露，他們正設計光通量為100流明的產品，它可以一對一地替代在照明應用中的白熾燈(與目前以多顆電晶體取代單一白熾燈泡的要求相反)。一家頂級供應商表示，它正與幾家汽車製造商洽談，以盡早為2008年的車型配置LED頭燈。

這 種新型的高亮度LED技術不僅可以替代白熾燈泡，而且可以替代目前的微型LED組，這些微型LED必須採用每60個一組，才能為汽車後燈提供足夠的亮度。 藉由提供更高的輸出功率，新型LED的應用將從第三剎車燈(high-mount stop lamp)擴展到汽車尾部的照明燈、剎車燈和方向燈。同樣地，LED也將首次開始應用於汽車前燈裝配。

“這項轉變是汽車工業發展中的一個里程碑，”Visteon 公司外部系統研發經理Jeff Erion表示。該公司最近展示了一個採用LED頭燈運作的配置。

“自從1914年開始一直只有一種汽車照明方法。”他說，“現在，我們正尋找一種技術來替代每部汽車的每個外部燈絲型燈泡。”

該技術的支持者表示，LED優於白熾燈泡的原因是其反應速度更快(因此使車輛週遭的其它司機可以有更多時間和距離回應剎車燈或方向燈的閃爍)，以延長汽車壽命，並具有更高的節能與更強的抗震性。

但汽車照明設備供應商卻指出，LED在得以普及使用之前必須釐清一些障礙。“以成本的角度來看，LED和燈泡根本無從比較。”北美照明公司(日本Keito製造公司的一家子公司)工程技術總經理Jianzhong Jiao表示，“這是幾美分對幾美元的問題。”

“此外還有耐用性問題。”他說，“這個問題不在於LED本身，而在於相關的電子元件，如電路板。這些仍有待觀察。”

儘管如此，LED在過去的幾年中一直穩步地滲透入汽車後照燈市場，特別是應用於汽車中央的第三剎車燈。

供 應商們估計，在目前的亞洲車型中，大約80-90%的第三剎車燈使用LED。歐洲車型中70-80%的第三剎車燈以及美國車中超過50%的第三剎車燈都採 用了LED作為光源。此外，這種更亮的新產品可望帶領LED進入車尾照明應用市場。迄今為止，人們對在該領域的LED應用還顯得較為保守。

在未來幾年裡，LED在剎車燈中的使用比例預計將遠遠超過目前2-3%的市場佔有率。在方向燈中的使用率也可望大幅提高。

Visteon公司的 Erion預測，“在未來的兩到三年內，所有豪華汽車都將安裝LED訊號燈。”

取 得這些成功的關鍵是高亮度LED的普及。至少包括Lumileds照明公司和Osram Opto半導體等兩家供應商目前正從事100流明的LED照明設計，其新產品最早可以用於2007年的車型。它們比現有產品的功率高10到20倍(現有最 小元件的亮度通常在1-5流明之間)。Lumileds公司更表示，該公司已經推出30、40、50流明的Luxeon系列產品。

當100流明的產品進入市場之後，單個這樣的元件將可以取代數十個較小的LED。在今後十年，供應商們預計汽車外部將使用10個(後面6個，前面4個)或更多的二極體，並將在美國單一市場創造出每年達1.6億只需求的龐大LED市場。

Lumileds 公司的工程師們介紹說，他們計畫使用銦鎵氮化物(InGaN)和鋁銦鎵磷化物(AlInGaP)這兩種關鍵的半導體材料來實現此願景。AlInGaP是產 生出主要應用於汽車後燈的紅色、橙色和琥珀色LED之關鍵材料；而InGaN則可發射出藍光，且在結合一種磷轉換技術後，InGaN可以產生白光。

“如果你想得到最好的光學解決方案,就必須擁有最好的材料、最好的磷，還必須以正確的方式使用磷，以便製作一個非常強韌的白光產生器，”Lumileds公司汽車業務發展總監Leonard Livschitz說。

創 造出更高亮度元件的另一個關鍵因素是較大尺寸的半導體晶片。“隨著晶片尺寸越來越大，接近100流明的功效才會實現，”Osram Opto半導體公司LED照明產品行銷經理Jonathan Wafer表示，“要得到這樣的結果，必需要有大尺寸晶片，並使用接近1安培的電流來驅動它們。那麼，你所面對的挑戰將轉變成系統熱管理問題。”

供應商們指出，更大功率的元件是LED在外部照明應用中取得成功的關鍵，因為這使汽車製造商可以應對封裝上的侷限。

“假設上，你可以使用LED來完成任何照明任務，”Livschitz說，“但由於汽車尾部的空間有限，你最好是使用一個能夠提供更大功率的元件。”

對汽車LED供應商來說，頭燈是他們夢寐以求的市場。大多數供應商期待第一部全LED照明的汽車能夠在5年內進入市場。