1 LED簡介

　　隨著科技的發展，人們對汽車光源的要求越來越高，LED （Light Emitting Diode）憑借其出色的性能逐漸受到技術人員的重視。

　　LED是由Ⅲ- Ⅳ族化合物，如GaAs （砷化鎵）、GaP （磷化鎵）、GaAsP （磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般P- N結的I- N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子（少子）一部分與多數載流子（多子）復合而發光，如圖1所示。

　　假設發光是在P區中發生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發光，或者先被發光中心捕獲后，再與空穴復合發光。除了這種發光復合外，還有些電子被非發光中心（這個中心介于導帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發光的復合量相對于非發光復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區內發光的，所以光僅在靠近PN結面數μm以內產生。

　　理論和實踐證明，光的峰值波長λ與發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg有關，即：

　　式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產生可見光（波長在380 nm紫光～780 nm紅光），半導體材料的Eg應在3.26～1.63 eV之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F在已有紅外、紅、黃、綠及藍光等顏色的發光二極管，但因為材料及制造等原因，成本有一些不同。

　　LED早在20世紀60年代初就已問世，雖然其激勵響應時間短、有效壽命長、功耗低，但由于制造技術的限制，使其發光亮度小，且只有紅色一種顏色，很長一段時間內僅用于小指示器光源和字母數字顯示器等有限領域中。1986年，Nissan 300ZX型車上的高位制動燈運用了72個5 mm的LED，標志著LED逐步進入了汽車工業。目前，隨著科學技術的發展，LED的性能逐步提高，例如其發光亮度的增加大大減少了每個高位制動燈中所需LED的數目，因此降低了成本，使其得到廣泛應用。并且，隨著材料的發展，更亮、更多色彩的LED將會被用到其它的燈具中去。

　　2 LED的優點

　　2.1 光效

　　光效體現于該光源每消耗1 W電能所產生的光通量圖1 LED發光原理示意圖（流明數）。隨著半導體材料技術不斷發展，LED的光效得到了不斷的提高。到20世紀90年代中期，隨著新材料AlInGaP的使用，紅色和琥珀色LED的光效達到10～20 lm/W。根據Lumileds的技術進程，2005年紅色、橙色及黃色高亮度發光二極管的光效約為50 lm/W，高于白熾燈的光效。

　　2.2 壽命

　　在壽命方面，LED顯出其優勢。LED的使用壽命可長達上萬小時，遠遠高于白熾燈幾千小時的使用壽命，因此LED通常在汽車壽命期間無需更換。

　　2.3 顏色

　　LED的單色性好，其輻射光譜為窄帶，因此無需濾光片，大部分光通得到了利用；而白熾燈輻射為連續光譜，要利用濾光片才能得到所需顏色，這一過程損失了很多光通。有研究表明，綜合LED的單色性好和服務壽命長等優勢，使用LED的經濟性并不很差。

　　2.4 響應時間

　　LED的響應時間非常短。這一點有利于提高汽車的安全性，這也是目前LED廣泛應用于高位制動燈的原因之一。研究表明，LED的響應時間約為100 ns，遠小于白熾燈的200 ms。如果以100km/h的車速計算，使用LED作為制動信號燈光源，可為后面的道路使用者多留出約6 m的制動距離。

　　2.5 發熱量

　　LED的發熱量比傳統車用光源的發熱量要小得多，這一點對前照燈設計非常重要。LED前照燈系統中與光源相連接的部分可以使用塑料，這為設計者的配置設計提供了更大的自由性。同時設計者可以使用塑料導光管，這一點對目前前照燈系統來說是很難實現的。這讓設計者能根據不同的條件使用不同的方法以達到美觀性的要求，從而使汽車前部外形輪廓更趨合理。

　　3 LED在汽車上應用存在的問題

　　3.1 價格

　　在價格問題上，一套普通燈泡的價格在10元以下，而LED燈的價格一般都要數十元。雖然考慮到使用普通燈的車型需要更換燈泡，總體價格相差不多。但是，由于整車廠講究成本控制，LED燈的推廣還是因此受到了一定的限制。

　　3.2 亮度

　　當今LED的亮度最大是4 cd /mm2，這個數值比鹵鎢燈的亮度20～25 cd /mm2要低得多；而與HID前照燈比就更低了，僅是其的十幾分之一。因此，為了設計出合適尺寸的汽車前照燈系統，單個LED的輸出亮度必須提高到現在的2～3倍。

　　4 LED目前在汽車上的應用

　　4.1 車內光源

　　LED在車內最先是用在儀表板指示燈上，如奔馳和奧迪公司使用白色、寶馬使用橙色、紳寶使用綠色LED作為儀表與控制單元所使用的指示燈。

　　LED的顏色不僅與車內的布置和諧，同時還能代表企業的文化。近年來由于產品價格的降低，LED的應用領域已經拓展到了車內閱讀燈、足下燈等。如美國Gentex CorporatiON將白色LED與汽車尾燈結合，作為車內閱讀燈使用，目前包括通用、福特、克萊斯勒等汽車廠都在使用此類產品。豐田新款車minivan Alphard使用白光LED作為車內閱讀燈，奧迪A6等車款也有同類設計。

　　4.2 信號燈

　　LED在高位制動燈上的應用已經有近20年的時間了，到目前為止，全球LED高位制動燈的占有率約為40%。在2000年，卡迪拉克推出的DeVille型車，首先將LED應用于車尾燈組，開啟了LED在車外光源的新應用?？ǖ侠怂瞥龅奈矡艚M由68顆LED組成，其中16顆作為方向燈及警示燈、4顆作為旁標志燈、48顆作為制動燈。雖然卡迪拉克是最早將LED應用于車尾燈組的廠商，但早在卡迪拉克之前，就有其它的廠商將LED應用于車后端光源，如制動燈、轉向燈等。近年來利用LED作為車后端光源的風潮有擴大的傾向，許多歐洲和日本廠商都有相關產品推出，包括歐洲的奧迪、阿爾法羅密歐、寶馬、奔馳，日本的豐田、三菱等廠商，且其應用有由高價車往平民車發展，及由單一光源的使用，轉變為全尾燈組均使用LED的趨勢。

　　4.3 前照燈

　　前照燈光源是汽車用光源中要求較高的部分，由于目前LED存在單位亮度不足、價格過高等問題，以及HID燈在此市場的強大競爭優勢，LED仍局限于未來概念車的應用，如卡迪拉克概念車（Sixteen）、奧迪概念車（Nuvolari）、三菱概念車（CZ 2）、福特概念車（Model U）等，它們均使用了由數十顆白光LED制成的車前照燈模塊。不過從HID燈在汽車前照燈發展的歷史經驗及LED的技術進展來看，預計在未來的幾年內即可出現商業化應用的前照燈LED。

　　5 應用前景

　　汽車用光源主要功能在于照明與指示，其對汽車駕駛安全性的影響相當大，因此各國對于汽車光源均通過制定相關標準來加以規范。對于高亮度LED這一新興汽車光源的標準的制定速度及內涵，也將影響到汽車用LED市場發展的速度及范圍。

　　就整體而言，汽車用LED在市場上還處于起步階段，但由于其自身所具有的良好特性，它在汽車上的應用前景是十分光明的。據調查，目前國內LED中央高位制動燈的生產和配套都已經比較普遍，而市場規模更龐大、前景更廣闊的LED組合尾燈還處于起步階段。國內主要由小糸、海拉、法雷奧、斯坦雷等中外合資企業在進行汽車LED組合尾燈批量生產，國內部分其它車燈企業已經開始汽車LED組合尾燈的研發工作。汽車LED組合尾燈在未來幾年內，將是汽車市場的熱點之一。據預測，到2008年，我國汽車LED組合尾燈在前裝市場的配套量將超過100萬套，未來幾年市場年平均增長速度將超過80%。