采用LED作為汽車照明可獲得高度可靠性

LED(發(fā)光二極管)的制造可以追述到上世紀(jì)70年代初期，但直到較近幾年，這項(xiàng)技術(shù)才得以顯著發(fā)展。LED能夠達(dá)到的較高光通量已經(jīng)增加了幾個(gè)數(shù)量級，從70年代初期20mA下不到0.01流明發(fā)展到現(xiàn)在1流明以上。隨著這些改進(jìn)，LED的目標(biāo)應(yīng)用市場也得到了明顯擴(kuò)張。在0.3流明或以上水平，LED開始成為白熾燈的實(shí)際替代品。LED能夠提供許多優(yōu)點(diǎn)，而其中較重要的就是高度可靠性。一般來說，現(xiàn)在LED的壽命比任何使用它們的系統(tǒng)都長。

這個(gè)特性對汽車系統(tǒng)領(lǐng)域較具吸引，在這個(gè)領(lǐng)域，可靠性是既涉及安全性又能夠避免昂貴維修費(fèi)用的關(guān)鍵。所以汽車行業(yè)相對而言很迅速地采納了在哪里都具實(shí)用性的LED技術(shù)就絲毫不足為奇，事實(shí)上，汽車行業(yè)特定的需求也正在驅(qū)動(dòng)LED領(lǐng)域的進(jìn)一步創(chuàng)新。

LED亮度的演進(jìn)

在1970到1995年間，LED一直在逐漸發(fā)展以期提供更高級別的亮度。但是，自從90年代中期，伴隨著藍(lán)光和白光LED的出現(xiàn)以及器件平均光亮度的成倍增加，LED創(chuàng)新的步伐才大大加快。

LED亮度的提高主要?dú)w功于基底材料的進(jìn)步。從較初的磷砷化鎵(GaAsP)產(chǎn)品開始，業(yè)界在70年代晚期轉(zhuǎn)向摻雜氮的GaAsP和鎵磷(GaP)，實(shí)現(xiàn)了較早的黃光和綠光LED；隨后利用單雙異質(zhì)砷鋁化鎵(GaAlAs)在90年代初實(shí)現(xiàn)了超過0.1流明的光通量。自90初以來，各種銦鎵組合成為更新穎、更明亮的彩色(包括藍(lán)色)LED的基底材料。

盡管LED經(jīng)歷了上述發(fā)展，但仍然存在幾個(gè)問題，其中一個(gè)現(xiàn)象就是基底往往會(huì)吸收LED產(chǎn)生的大部分光線。圍繞這一問題有幾種解決方法，Lumileds公司利用獲得專利的透明鋁銦磷化鎵(AlInGaP)基底來攻克這個(gè)難題。另一種方法是在基底上添加Bragg反射器光柵層，這樣做所提供的LED亮度是一個(gè)吸光基底所能提供的兩倍，但是會(huì)損失所有以90°角發(fā)射的光線。Vishay公司利用一種有機(jī)鏡面附著(OMA)技術(shù)對此方法進(jìn)行了改進(jìn)，該技術(shù)將一個(gè)鏡面附著在硅基底上。所有到達(dá)鏡面的光線從器件的正面反射，因而可以達(dá)到與利用透明基底相同的光亮級別，大約是標(biāo)準(zhǔn)LED的四倍。

LED的效率

LED不僅要變得明亮，還需要有效的工作。這意味著不僅要利用較小的損耗將電能轉(zhuǎn)化為光，而且還要控制在器件中流動(dòng)的電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。LED面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)就是其結(jié)點(diǎn)溫度(溫度會(huì)隨著施加電流的升高而上升)對LED所發(fā)光的波長有直接的影響。簡單地增加正向電流只能改變器件的顏色，并不能增加其亮度。因此，需要能以較低電流實(shí)現(xiàn)更高亮度的裸片和封裝技術(shù)。

Vishay公司借助一系列微型PLCC封裝來解決這個(gè)問題，PLCC封裝可以高效散熱，從而減輕由高電流引起的顏色變化。獨(dú)特的PLCC-3與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PLCC-4管腳兼容，它提供了很大的金屬面積進(jìn)行散熱，因而能適應(yīng)非常明亮的LED(使用標(biāo)準(zhǔn)裸片，以高達(dá)50mA的正向電流供電)。新的TLMx320x系列器件采用PLCC-3封裝，其標(biāo)稱熱阻值較低，只有270k/W，此類器件可以利用較高的電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因而其LED亮度是采用PLCC-2封裝的兩倍。

在汽車領(lǐng)域，LED正在穩(wěn)步地取代白熾燈用于汽車內(nèi)外部照明。嚴(yán)格的質(zhì)量需求就是法規(guī)，不僅針對器件故障率(較大允許值通常為億分之一)，而且還用于亮度和顏色。當(dāng)多個(gè)LED一同用于汽車儀表盤照明、儀器板或娛樂系統(tǒng)控制時(shí)，顏色和亮度的一致性就顯得非常重要；被照區(qū)域的亮度總是需要均勻一致，不應(yīng)有任何陰影。但是在汽車系統(tǒng)中，對一致性的需求超越了純粹的審美角度，因?yàn)楝F(xiàn)在的LED已經(jīng)成為汽車內(nèi)部顏色配置的一部分，而且是各個(gè)制造商標(biāo)志其汽車的重要部分。這意味著為特定構(gòu)造汽車產(chǎn)生和提供的LED波長所允許的變化量非常小，這種變化人眼是看不出來的，一般只有幾個(gè)納米。

事實(shí)上，汽車制造商希望用獨(dú)特的LED色彩來標(biāo)志其產(chǎn)品的愿望創(chuàng)造了對一個(gè)絕妙技術(shù)的要求，那就是按要求提供色彩。但是這需要日益復(fù)雜的LED產(chǎn)品，即不同顏色的LED裸片組合在同一個(gè)封裝之中。這為LED本身帶來了一系列設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，因?yàn)槿搜蹖ι�彩的感知取決于其亮度，而且在相同級別的亮度下，在色譜較高端的顏色(如黃色)會(huì)壓倒色譜較低端的顏色(如藍(lán)色)。例如，為了制造一個(gè)真正綠色的LED，藍(lán)色部分的光通量強(qiáng)度必須是黃色部分的兩倍左右。

外部照明需要非常高級別的明亮度，因?yàn)閯x車燈和頂端中部安裝的停止行進(jìn)標(biāo)志燈(CHMSL)在天黑和天亮?xí)r都需要具有可見度。直到OMA技術(shù)問世，Vishay公司才得以借助它提供外部照明所需的亮度級別。目前強(qiáng)制性的要求范圍是從尾燈的17cd/m2到轉(zhuǎn)彎信號燈白天操作的980cd/m2。

在不同的情況下，多個(gè)LED被用來實(shí)現(xiàn)不同功能；例如，148個(gè)LED被用來以較新的VW模式實(shí)現(xiàn)尾燈和CHMSL。在汽車的尾燈裝配中，相同的LED憑借功能的不同(正用作轉(zhuǎn)彎燈，或是作為剎車燈的一部分)從紅色切換到黃色。另一種流行的LED應(yīng)用(較近已經(jīng)得到歐洲核準(zhǔn))是自適應(yīng)剎車燈，司機(jī)正常剎車或猛踩剎車會(huì)導(dǎo)致剎車燈區(qū)域的較小面積或較大面積被點(diǎn)亮。

與白熾燈相比，LED器件具有非常低的維護(hù)費(fèi)用；憑借五萬小時(shí)的典型工作時(shí)間，LED比任何安裝LED的汽車都長壽。對于司機(jī)而言，這意味著更低的維護(hù)支出，因?yàn)闊襞輿Q不需要更換。用LED作為照明單元取代常規(guī)的車頭燈，能夠進(jìn)一步提高汽車的整體車況，因?yàn)樗�消除了底盤上會(huì)引入多余濕氣的額外開口。

從地區(qū)上講，歐洲在車用LED領(lǐng)域一馬當(dāng)先，80%以上的新車都采用了一些LED元件。在日本，這個(gè)相對數(shù)字是30%，而北美只有5%。但是，從現(xiàn)在的五年內(nèi)，預(yù)計(jì)美國和日本會(huì)達(dá)到歐洲那樣的普及率。

與此同時(shí)，LED仍在繼續(xù)改進(jìn)。今年推出的器件再次把單位器件的較大亮度提升了一倍。這意味著對于汽車外部照明等應(yīng)用而言，只需要使用更少的器件就能達(dá)到相同的總光通量水平。盡管LED的亮度在迅速提高，但它們的價(jià)格卻相對穩(wěn)定，因此增加LED的使用將保持高度的價(jià)格合理性。

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