汽车LED灯具发展及关键技术分析

杨培善，白 银，周方成

（宿州职业技术学院，安徽 宿州 234000）

汽车灯具是汽车安全行驶中的一个关键因素。随着汽车产业的迅猛发展和LED照明技术的日渐成熟，LED照明技术从开始应用于汽车内部照明，逐渐应用到了汽车外部照明如汽车头灯、转向灯及后尾灯等。在汽车内部LED照明的发展已经十分成熟；在汽车外部LED车灯发展到了包括前照灯、雾灯、尾灯、制动灯、转向灯、日行灯等各种照明。相对于传统照明灯具，LED灯具因其尺寸小、易于变化等特点，已经被许多中高档汽车作为前照灯，丰富了现代汽车的外观造型设计，提高了汽车品牌的辨识度。在不久的将来，随着LED技术不断提升与汽车灯具市场的逐渐成熟，LED照明技术在汽车照明领域的发展前景将会越来越好。

1 汽车灯具的发展及LED灯具的优点

1.1 汽车灯具的发展

随着汽车技术的发展，汽车灯具由最原始白炽灯逐渐发展到卤素灯、氙气灯和LED灯。近几年来，LED技术在汽车照明系统中占有越来越重要的地位，从最初的汽车室内照明如仪表灯、背光照明、阅读灯等最基本的照明应用，逐渐发展到外部照明如远近灯、日间行车灯、转向灯、高位制动灯及组合尾灯等。现在汽车尾灯已经基本上在所有车型上得到应用，远近灯正在逐渐成熟，智能LED车灯与激光车灯将是未来汽车灯具的发展趋势。

虽然LED光源是一种非常理想的光源，但完全取代传统光源还需一定的过渡期。因为LED光源制作成本高昂、技术有待提高以及法规不健全，所以LED全面应用于汽车前照灯还需要一定的时间，全面取代卤素灯和氙气灯现阶段还不现实。但是LED技术在不断进步，使用成本逐年下降，在汽车照明中的广泛而全面的应用只是时间问题。安全环保和智能化是LED车灯的发展趋势，并且在逐年成熟。未来还将出现如激光照明等更有优势的照明技术，来带动汽车照明技术不断进步。

1.2 LED车灯的优势

目前汽车上主流的前照灯还是卤素灯和氙气灯，与传统车灯相比LED灯具具有以下几个优点。

1）节能环保：LED车灯在同等亮度下需要的电压低、电流小，因此比传统卤素灯与氙气灯更节能，能耗仅为传统灯具的1／10。LED灯具不含汞、铅等对环境有污染的元素，且能耗低，可以降低油耗、防止汽车电路过流引起损坏。

2）亮度与光色可调：LED车灯设计者可根据需要调节亮度与光色，灯具模式可随意变换，造型更加时尚和多样化。

3）使用寿命长、抗震性好：当前汽车LED灯具理论使用寿命可达6～10万小时，许多汽车灯具的实际使用寿命已经达到当前的极限值；LED的结构中易损部件少、抗震性好。

4）LED元件体积小、质量轻：这种优势可以让汽车厂商在灯具设计上更加灵活，发光纯度更高，色彩更清晰鲜艳。

5）安全性突出：尾灯点亮无延迟，相对于传统灯具响应时间快。LED尾灯响应时间仅仅只有几十纳秒，更快的响应时间可使后车驾驶员更早反应；会车时防眩目干扰，不会引起会车驾驶员的视碍，达到减少交通事故发生的目的。

2 LED灯具国内外发展现状

2.1 汽车LED照明产业总体现状

随着LED技术的发展和LED厂商的涌入，LED照明产业在激烈的竞争中快速发展。2014～2018年的LED技术产业的复合成长率约为9%。其中，车外照明应用的汽车日行灯与汽车前照灯是发展势头最为迅猛的两大产品，其产值年复合成长率分别约为21%和48%。

与传统卤素灯及氙气灯等照明技术相比，LED照明其特有节能环保、体积小、质量轻、使用寿命长、抗震性好等优点，而LED车灯设计也正在朝着节能环保、小体积、造型丰富等美观方向发展。正是LED灯具的这种优势使得LED照明技术迅速发展，LED车灯产业发展整体稳步增长，车用LED外部照明也逐渐在中低端车型中得到了普遍应用。LED远近灯与雾灯等外部应用2014～2018年复合成长率高达到了惊人的48%，与之相配套的内部仪表板等车用面板也得到了一定程度的增长，车用面板LED需求逐年增加，也成为LED厂家互相争取的对象。随着LED车灯产业的稳步成熟，与之相关的产业也得到了逐步发展，吸引了很多无论在LED前装市场还是在后装市场都有不凡实力的台湾LED厂商进入到车用照明领域。

2.2 国内LED车灯发展现状

近几年来，LED日间行车灯已经不再是高端车的标志。国内市场上，合资车型与自主品牌车型都争相在汽车上应用LED车灯来吸引消费者，尤其是日间行车灯已然成为了所有车型的标配。中国已经发展成了汽车产销大国之一，行车安全对于人们来说也已经成为了一个重要的问题，所以日间行车灯也就不再是高档豪华汽车独有的标志性灯具，而是真正成了所有车型标配的可以提高行车安全的必需品。众多国内外汽车品牌在中国都纷纷推出别具一格的LED前照明灯和组合后尾灯，受到爱车一族的青睐，并发展成了自己的品牌标识。

目前，国内LED灯具开始被普及，价格也在消费者能接受的水平，整个LED车灯设计越来越个性化和艺术化。中国自主品牌汽车大多是中低档车，主要应用于高位制动灯、侧转向灯和组合尾灯，因为在照明距离和亮度、光学、电子控制、热管理领域的问题，LED甚少用于头灯照明。

中国台湾生产LED芯片的生产基地，它占据着全球近半的LED市场，中国大陆多数厂家仅仅只提供树脂封装的加工，国内LED企业所生产出来的以中低档为主的LED产品又很难达到国外厂商的汽车级使用标准。国内LED企业又很难成为国外品牌车型的LED供应商，自主品牌的中低档车对LED车灯的需求量又不是很大，但是随着民企车企的崛起与汽车灯具快速发展，国内LED企业必将迎来一个新的发展机遇。

2.3 国外LED车灯发展状况

欧盟早在2011年就出台了车辆照明的相关政策，要求所有新车型中的小轿车、小货车必须配备日行灯，其他国家也相继推出相关政策。正因为LED光源特有的节能环保、寿命长、抗震性好等优点，符合当前车辆行车安全以及节能环保的发展趋势，LED日行灯的快速发展已是必然趋势。2008年之后，奥迪汽车在LED照明技术的应用上始终处于领先的地位，特别是日行灯与动态转向灯是前几年奥迪汽车特有的标志，其他汽车品牌紧追其后。欧司朗、日亚化学和飞利浦流明是汽车外部照明市场的前三强，并占大部分市场。尽管也有一部分汽车仍然没有采用LED照明，其中很多低端车辆为了节省成本还在采用卤素灯，也有一部分高端车型如最新的特斯拉S型电动车虽然售价为10万美元左右，但是它也没有采用LED前照灯，日行灯、转向灯和阅读灯也不标配。但是大多数汽车的车内外灯具都有着LED灯具的影子，LED照明将在未来的几年迎来快速的发展，2018年LED车用照明产业将达到13亿美元左右。

丰田2008款雷克萨斯是首次应用了LED前照灯汽车厂商，奥迪紧随其后，奥迪汽车在R8上也推出了全部由LED组成的前照灯，并且实现了前照灯的所有功能。奥迪汽车对LED照明灯具实际应用是所有汽车品牌中最快的，其LED前照灯有全系配备的趋势，其中矩阵式LED头灯是奥迪最有名的汽车灯具；雷克萨斯在LED头灯与雾灯的发展上也别具一格，它配置LED灯具所使用的技术更加智能和安全。除此之外，欧洲汽车市场对于汽车的碳排放量制定的更为严格的标准，反而对汽车LED照明技术也起到了更积极的作用。

3 LED汽车灯具的关键技术

3.1 散热性差

散热是汽车LED灯具的技术难题之一，而LED灯具因散热不达标就会出现光衰。因为LED的芯片较小，热量传导差，LED晶粒因为高温过高会出现光效率降低甚至损坏。

3.2 价格高

LED芯片的制作难度大，对环境如温度和湿度要求苛刻，因此制作成本较高 ，售价也相对较高。较高的成本妨碍了其在市场的普及，例如某中档轿车，LED组合后灯几乎是传统的白炽灯组合后灯价格的两倍。

3.3 维修价格高

昂贵的维修费用是LED前照灯现阶段难以普及原因之一。LED的理论使用寿命虽然很长，可是一旦发生意外故障，那维修的费用将会高达几千。因为如果LED车灯的灯珠出现损坏，想要维修好则需要更换整个车灯总成。这一原因导致了很多车主选择氙气灯或卤素灯而放弃LED前照灯。

3.4 光辐射

光辐射是LED灯具的普遍问题，现阶段的LED车灯也不可避免。在 LED前照灯设计时，LED产品潜在光生物辐射危害需要加以规避，其中蓝光会对人体眼角膜产生一定程度的危害，闪烁与光生物作用也会对人体产生危害。随着LED技术与汽车灯具的发展，LED车灯不但要达到汽车灯具设计者的技术要求，而且达到汽车用户的美观感受的要求，更重要的是要达到对人体没辐射的安全要求。

4 汽车LED技术展望

汽车照明正在朝着智能化与绿色环保的方向快速发展，而LED照明技术正好符合汽车照明发展的要求，因此LED照明是现阶段汽车照明的最理想光源。随着人们对汽车整体使用性能更加严格的要求，汽车产业不断发展，从而带动LED技术在汽车照明领域的迅猛发展。LED车用照明技术的不断提升和LED灯具制作成本不断下降，LED照明在汽车产业中会得到更加广泛的应用。