星星之火能否燎原 谈LED前照灯未来的普及

　　使用LED(发光二极管)前照灯的车型在不断增加。自从丰田在2007年5月上市的“雷克萨斯LS600h”上率先导入之后，LED前照灯的采用范围开始在混合动力车型上扩展，三菱汽车也决定在电动汽车上配备。今后，随着成本的降低以及单个LED元件的亮度得到提高，2014年以后有望开始全面普及。

　　在2010年1月举行的底特律车展上，首次面向公众亮相的奥迪最高档车型新款“A8”成为大放异彩的车型之一(见上图)。该车继奥迪跑车“R8”之后，将包括近光灯及远光灯在内的所有光源全部LED化的LED前照灯设定为了选配项。

　　以前奥迪公司也曾积极在DRL(DaytimeRunningLight:日间行车灯)上采用LED,充分运用LED来打造富有个性的前脸外观设计。新款A8则将该设计主题移植了前照灯上，成功地让汽车前脸给人以深刻印象。

　　在LED前照灯的采用方面显现积极姿态的是2007年在“雷克萨斯LS600h”的近光灯上全球首次实现LED前照灯实用化的丰田。在LS600h以后，该公司不断扩大LED前照灯的采用范围，2009年1月在“雷克萨斯RX450h”上，2009年5月在新款“普锐斯”上，2009年7月在“雷克萨斯HS250h”上进行了配备(图1)。

　　图1:丰田实现实用化的LED前照灯(a)雷克萨斯LS600h使用的产品、(b)雷克萨斯RX450h使用的产品、(c)雷克萨斯HS250h使用的产品、(d)新款普锐斯使用的产品。均对近光灯进行了LED化。新款普锐斯在部分车型上进行了配备，而其他车型在所有车型上进行了标配。均由小丝制作所制造。

　　图2:三菱i-MiEV配备的LED前照灯 耗电降至HID前照灯的3/4.斯坦利电气制造。

　　丰田以外的日本厂商中，三菱汽车在2009年7月于日本国内上市的电动汽车(EV)“i-MiEV”上采用了该公司首例将近光灯LED化的前照灯(图2)。

　　降低耗电

　　汽车厂商近来在前照灯上采用LED的行动日趋活跃，其原因有多项。一是为了降低耗电。对于以提高燃效及降低耗电为目标的混合动力车及电动车来说，降低前照灯耗电的迫切性要高于普通汽油车。

　　比如i-MiEV,作为其基础的汽油车型“i”采用HID(HighIntensityDischarged)前照灯时耗电为40W,而采用LED前照灯时则降低25%,仅为30W.一般而言，与卤素灯的约60W相比，耗电可以减少一半。

　　另外，成本随着LED的高亮度化而趋于降低，这也是LED前照灯走向普及的原因之一。比如，LS600h使用四个LED组件来构成近光灯(图3)。其中三个是使用投影透镜的组件，一个是使用反射镜的组件。使用投影透镜的组件利用反射镜反射由水平配置的LED向上方发出的光，然后通过投影透镜进行配光。而只使用反射镜的组件则通过反射镜对水平配置的LED向下方发出的光进行配光。

　　图3:LS600h所用LED前照灯的构成由三个投影透镜组件和一个使用小型反射镜的组件共四个LED给件来构成近光灯。

　　这种将使用投影透镜的组件与使用反射镜的组件进行组合，由此形成前照灯所要求的配光特性的做法与其他车型相同。不过，由于每个LED的亮度不断提高，因此LS600h以后的车型所使用的LED组件数量得以减少，由使用投影透镜的两个组件和一个反射镜的三个组件构成。得益于此，成本也随之降低。另外，丰田配备的LED前照灯均由小丝制作所制造。

　　组合多个组件进行配光

　　图4:i-MiEV的配光示意图通过对照射范围窄的聚光组件和中光组件，以及照射范围大而照射距离短的宽光组件三个组件进行组合，形成所需要的配光。

　　如前所述，LED前照灯在形成配光特性的方法上与原来的前照灯不同。原来的前照灯使用透镜及反射镜，使一个光源发出的光向车辆前方的必要区域进行照射。

　　而目前的LED前照灯不同，由于还像以前一样使用一个LED光源的话亮度就会不足，因此通过组合多个LED光源来获得配光特性。图4为i-MiEV的示例。i-MiEV的近光灯与丰田最近的车型一样，也由三个LED光源构成。

　　各LED光源分别配备在使用投影透镜的聚光组件(Spot Unit)和中光组件(MiddleUnit)，以及使用反射镜的宽光组件(WideUnit)三个组件上(图5)。通过将照射范围窄的聚光组件和中光组件，以及照射范围宽而照射距离短的宽光组件组合使用，获得所需要的配光特性。i-MiEV的LED前照灯由斯坦利电气制造。

　　图5:i-MiEV用LED前照灯组件由使用投影透镜的聚光组件、中光组件和使用反射镜的宽光组件共三个LED组件构成。

　　就这一LED前照灯构成而言，目前其最大的技术难题是如何散热。最近LED的发光効率不断提高，基本已达到可与HID前照灯匹敌的程度。但LED是一种从非常小的面积发光的光源，因此单位面积的发热量很大。而且还具有温度上升的话发光效率及寿命就会下降的特性。因此，如何高效散热便是设计上的关键。

　　图6(a)是i-MiEV前照灯组件在拆解后的后视图。左斜上方的两个环状部件为投影透镜的外框，其右斜下方的圆顶状部件为各反射镜。

　　图6(b)是拆掉反射镜后的样子，在四方形的平坦部分上配备LED.此处产生的热量向其右下方的大尺寸散热片释放。换句话说，LED被配备在了大尺寸的散热器上。

　　LS600h最初实现实用化的LED前照灯利用散热片冷却，而i-MiEV则从控制成本及重量的观点出发，要求通过自然对流来确保所需要的散热特性，因此需要配备如此大的散热片。

　　散热片由京信制造，该公司在半导体及硬盘(HDD)使用的铝压铸散热片方面业绩不俗。铝压铸散热片通常使用ADC12等材料，但该材料的导热率只有96W/m℃左右。而京信此次使用了导热率接近2倍，达到169~178W/m℃的铝压铸用合金“HT-1”(大纪铝工业所制造)。

　　尽管HT-1的铸造性不及ADC12,但京信在半导体及硬盘等使用的散热片方面积累了丰富经验，因此在利用HT-1进行铸造时完全没有问题。不过，由于散热片很深，因此对制造模具时线切割放电加工机的切割线弯曲问题下了很大工夫。