（物理电子学专业论文）白光led应用于汽车前照灯照明中的研究.pdf

模要戈擎博士学位论文 摘要3 a b s t r a c t 5 第一章概述7 第一节u m 的历史7 第二节白光l e d 9 第三节l e d 在汽车前照灯中应用的国内外研究现状。1 1 第一章参考文献1 4 第二章l e d 汽车前照灯应用的光度问题研究。16 第一节中间视觉的基本概念1 6 2 1 1 汽车照明与中间视觉1 6 2 1 2 中间视觉下的视觉有效光通量1 7 第二节 白光l e d 光谱在中间视觉下视觉有效光通量分析1 8 2 2 1 研究对象1 9 2 2 2 计算结果19 2 2 3 分析与讨论2 l 第三节光源光谱中短波和长波成分对中间视觉性能影响的进一步研究2 3 第二章参考文献2 6 第三章l e d 汽车前照灯应用的色度问题研究。2 8 第一节色度学的基本概念2 8 第二节白光l e d 光谱对再现交通标志颜色性能的影响分析3 0 3 2 1 研究对象3l 3 2 2 计算结果。3 3 3 2 3 分析与讨论3 4 第三章参考文献。3 8 第四章l e d 汽车前照灯应用的光学问题研究。3 9 第一节l e d 发光特点分析3 9 第二节光线追踪模拟中不同光源模型的比较及l e d 光源建模4 0 第三节l e d 光学设计问题分析4 1 4 3 1 l e d 光分布对光学系统光通收集率k 影响的分析。4 2 4 3 2 l e d 光分布对光学系统精度影响的分析4 9 第四节复合抛物面反射镜的设计5 2 4 4 1 降低l e d 位置精度要求的旋转对称抛物面反射镜设计5 2 第四章参考文献。5 9 第五章l e d 汽车前照灯光学设计实例6 0 第一节 汽车前照灯的发展6 0 第二节汽车前照灯技术综述6 4 5 2 1配光要求6 4 5 2 2灯丝映像和自由曲面反射镜6 5 第三节l 功前雾灯光学设计。7 0 5 3 1 光型标准7 0 5 3 2模块设计7l 5 3 3 样件制作与测试7 7 5 3 4结果分析与讨论8 2 第四节u 狙近光灯光学设计。8 6 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 揍量上葶 5 4 1 光型标准8 6 5 4 2 模块设计8 7 5 4 3 结果与分析8 9 第五章参考文献9 0 第六章结论和展望9 2 附录i 灯丝映像法计算光源在反射镜各点成像形状9 4 附录i i 博士学位在读期间发表的文章9 8 要i 谢。9 9 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究2 59 肌7mi坩mm-眦8iii1-y 覆墨上擎博士学位论文 摘要 发光二极管( l e d ，l i g h te m i t t i n gd i o d e ) 的出现，被人们认为是在照明 领域继爱迪生发明钨丝灯泡一个世纪之后，又一项具有革命性意义的进展。与此 同时，由于空气动力学和汽车造型的需求，汽车前部位置越来越低且呈流线型， 为前照灯预留的高度空间越来越小，而为满足汽车照明的智能化和人性化需求， 光型根据路况和天气等因素自动变换的自适应前照灯( a f s ，a d a p t i v e f r o n t l i g h t i n gs y s t e m ) 也逐渐成为车辆的热点之一。l e d 光学系统结构紧凑、 模块化的优点，恰好能满足上述车灯发展的趋势，因此在汽车前照灯照明上具有 巨大的应用潜力。然而，作为一种全新的发光模式，l e d 存在着光度学、色度学 方面的新问题，并且对传统光学设计方法也提出了挑战和创新的需求，因此虽然 l e d 在汽车信号灯等照明方面的应用由来己久，但完全进入前照灯照明领域还需 要一段时间。 本论文从光度学、色度学和光学三方面，探讨了l e d 在汽车前照灯中应用的 潜在问题及可行性，以前雾灯为例进行了前照灯光学设计，并在设计基础上的样 件进行测试和对比验证。在光度学方面，通过选择不同色温、不同光谱组成、不 同白光生成方式的l e d ，结合传统的卤钨灯和h i d 灯，研究在不同理论基础下的 中间视觉模型中有效光能量的变化，证实在中间视觉条件下，光谱组成恰当的 l e d 与传统卤钨灯相比具有更高光效能。并对数据归纳总结，利用s p 值( 即光 源在暗视觉和明视觉条件下有效光通之比) 预测待评估光源在不同亮度水平下与 参考光源相比较的相对效用，可以作为光源在中间视觉条件下实际性能预测的依 据。在色度学方面，本论文根据对l e d 照射下，交通标志颜色偏移情况的分析， 证实大多数荧光粉型白光l e d 不会对交通标志的正确辨认产生影响，但是对荧光 粉型白光l e d 的蓝峰位置必须有一定限制，建议不低于4 5 0 n m 。在光利用率方面 的研究，根据传统包角、光通利用率、系统允许误差和灯丝映像等方法的计算推 导，创新的提出了针对l e d 独特的发光形式和空间光强分布的光学系统设计方 法，设计了基于复合抛物线的反射面、反射和投影模式的l e d 前雾灯，验证了关 于短焦距抛物面误差精度的分析，以及光源成像和空间能量分布在反射镜不同位 置的分析，充分利用l e d 的光强分布，完成能量有效合理利用，实现预期理论模 拟效果，从而从理论和实践上验证了本论文提出的l e d 前照灯光学系统设计方式 切实可行。 本论文的创新点在于： 1 对传统抛物线型反射镜进行修正，提出利用复合抛物线和抛物面用于l e d 光学系统设计，能明显降低l e d 安装位置的精度要求，并用相对简单的 方式实现多种配光形式。此结果对其它民用灯具具有普遍适用性。 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 攫要夫攀博士学位论文 2 利用灯丝映像法和区域光通计算法，结合l e d 特殊配光分布，对汽车前 照灯用自由曲面反射镜和椭球面反射镜的分区和区域功能进行重新划分 和设计，为l e d 汽车前照灯光学设计进一步开展提供了理论依据和指导 方向。 3 将透镜场曲的修正应用于p e s ( p o l ye 1 1 i p s o i ds y s t e m ) 前照灯，改善 了由于系统体积减小而对截止线质量产生的影响。 关键词 发光二极管；中间视觉；颜色偏移；汽车前照灯；自由曲面反射镜；投影系统 中图分类号u 4 6 3 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 4 覆要大学博士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ea d v e n to fl e d s ( l i g h te m i t t i n gd i o d e ) ，t h el i g h t i n gf i e l dh a s e x p e r i e n c e da n o t h e rr e v 0 1 u t i o n a r yp e r i o da f t e rt h ei n v e n t i o no ft u n g s t e n b u l bb ye d i s o no n eh u n d r e dy e a r sa g o m e a n w h i l ei no r d e rt om e e tt h e r e q u i r e m e n t sf o ra e r o d y n a m i c sa n ds t y l i n g ，t h ef r o n tp a r to fa na u t o m o b i l e b e c o m e sl o w e ra n dl o w e r ，r e s u l t i n gi nl e s ss p a c el e f tf o rh e a d l a m p s t h e a f s ( a d a p t i v ef r o n t l i g h ts y s t e m ) w i t ha u t o m a t i cb e a mp a t t e r nc h a n g i n gw i t h t h et r a f f i cs i t u a t i o na n dw e a t h e rc o n d i t i o n sh a sb e c o m eat r e n df o r a u t o m o t i v eh e a d l a m p s t h ec o m p a c ta n dm o d u l a r i z a t i o no fl e do p t i c a l s y s t e m sc a nj u s tm e e tt h e s ed e m a n d s h o w e v e ra sa n e wk i n do fli g h ts o u r c e ， l e dc a u s e sc o n c e r n so ni t sp h o t o m e t r i ca n dc o l o r i m e t r i cp e r f o r m a n c ea n d p o s e sc h a l l e n g e so nt r a d i t i o n a lo p t i c a ls y s t e m sa sw e l l c o n s e q u e n t l y a l t h o u g ht h ea p p l i c a t i o no fl e d si n a u t o m o b i l es i g n a ll i g h t i n gi sq u i t e c o m m o nn o w a d a y s ，af u l lp a c k a g eo fl e dh e a d l a m pi ss t i l lo nt h ew a y t h ep o t e n t i a lp r o b l e m sa n df e a s i b i l i t yo fl e d sa p p l i c a t i o ni n a u t o m o t i v eh e a d l a m p sa r ei n v e s t i g a t e dc o n c e r n i n g p h o t o m e t r y ，c o l o r i m e t r y a n do p t i c s i np h o t o m e t r y ，c o m p a r i s o n sa r em a d eb e t w e e nl e d so fd i f f e r e n t c c t s ( c o r r e l a t e dc o l o rt e m p e r a t u r e ) a n dd i f f e r e n ts p e c t r a lc o m p o s i t i o n s ， t o g e t h e rw i t ht r a d i t i o n a ll i g h ts o u r c e ss u c ha st h ei n c a n d e s c e n tl a m pa n d t h eh i d ( h i g hi n t e n s i t yd is c h a r g e ) l a m p ，u s i n gt w or e p r e s e n t a t i v em e s o p i c m o d e l s i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tl e d sc a nh a v eh i g h e rv i s u a le f f e c t i v e l u m e no u t p u tu n d e rm e s o p i cv i s i o n b a s e do nt h ed a t ac a l c u l a t e dam e t h o d i sp r o p o s e dt op r e d i c tt h ev i s u a le f f e c t i v ep e r f o r m a n c eo fal i g h ts o u r c e u n d e rt h em e s o p i cv i s i o nu s i n gs pv a l u eo ft h es o u r c e i nc o l o r i m e t r y ， t h ec o l o rs h i f t so ft r a f f i cr e t r o r e f l e c t i v es i g n sil l u m i n a t e db yl e d sa r e a n a l y z e d t h er e s u l t sc o n f i r mt h a tp h o s p h o rw h i t el e d sw o n tc a u s ec o l o r c o n f u s i o nf o rt r a f f i cs i g n s ，i ft h ew a v e l e n g t ho fb l u ep e a kw a sn ol e s s t h a n4 5 0 n mi no r d e rt oa v o i dg r e e nc o l o rs h i f t i n gt o w a r d sy e l l o w g r e e n i no p t i c s ，d i s c u s s i o n so nl u m e nc o l l e c t i o ne f f i c i e n c y ，m i n i m u ma l l o w a b l e e r r o ro ft h eo p ti c a ls y s t e ma n df il a m e n ti m a g e sa r em a d e b a s e do nc o m p l e t e k n o w l e d g eo ft h er a d i a t i o np a t t e r na n di n t e n s i t yd i s t r i b u t i o nf r o ml e d s ， ac o r r e s p o n d i n go p t i c a ld e s i g nm e t h o di sd e v e l o p e d t h er e f l e c t o r sb a s e d o nc o m p l e xp a r a b o li cc u r v e sc a nh e l pr e d u c et h ed e m a n d sf o rs t r i c t m o u n t i n gp o s i t i o n s t h ed e s i g na n dt e s to ft h ef r e e f o r mr e f l e c t o ra n d 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 覆量戈葶博士学位论文 p e s ( p o l ye l l i p s o i ds y s t e m ) f o rl e df o gl a m p sv e r i f yt h ed e s i g nm e t h o da n d s i m u l a t i n gr e s u l t s f u r t h e ra p p l i c a t i o n sa r ei n t r o d u c e do nl e dl o w b e a m m o d u l e s i n n o v a t i o n s ： 1 m o d i f i c a t i o n sa p p l i e dt ot r a d i t i o n a lp a r a b o l i cr e f l e c t o r sh e l p r e l a x i n g t h e i n s t a l l i n gp r e c i s i o nr e q u i r e m e n t s w i t hc o m p l e x p a r a b o l i cc u r v e sa n d o rc o m p l e xp a r a b o l i cs u r f a c e s ，v a r i o u sb e a m p a t t e r n sc a nb er e a l i z e d t h em e t h o di sa p p l i c a b l ef o ro t h e rt y p e so f l u m i n a r i e sa sw e l l 2 u s i n gf i l a m e n ti m a g i n ga n dz o n a ll u m e nc a l c u l a t i n gm e t h o d sa n di nt h e k n o w l e d g eo fi n t e n s i t yd i s t r i b u t i o no fl e d s ，t h el u m e no u t p u tf r o mt h e l e d si sr e d i s t r i b u t e di n t og i v e nr e g i o n so ft h ef r e e f o r ma n de l l i p s o i d r e f l e c t o r si nar e a s o n a b l ea n de f f e c t i v ew a y ，w h i c hc o u l db eu s e df o r l e da u t o m o t i v eh e a d l a m p s 3 f i e l dc u r v a t u r es h i e l di sa d o p t e dw h e nd e s i g n i n gt h ep e sh e a d l a m p ， w h i c he l i m i n a t e st h en e g a t i v ee f f e c to nt h ec u t o f fq u a l i t i e sp r o d u c e d b yt h ed e c r e a s e dd i m e n si o n so ft h ep e ss y s t e m k e yw o r d s ： l i g h te m i t t i n gd i o d e s ：m e s o p i cv i s i o n ；c o l o rs h i f t ：a u t o m o t i v eh e a d l a m p ； f r e e f o r mr e f l e c t o r ；p e s ( p o l ye l li p s o i ds y s t e m ) 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 6 梗要又茅博士学位论文 第一章概述 第一节l e d 的历史 l e d ( l i g h te m i t t i n gd i o d e ，发光二极管) 问世于二十世纪六十年代，1 9 6 4 年i i i v 族发光材料g a a s p 开发成功，出现了红色l e d ，峰值波长约为6 5 0 n m 。 虽然，驱动电流为2 0 m a 时，单个l e d 发出的光通量只有千分之几个流明，相应 的发光效率只有0 1 l m w ，但是全固体光源开始被人们接受，并主要用于指示灯 领域。 七十年代，材料研究更加活跃，是l e d 发展史上的第一个高潮。g a a s p g a a s 的质量有所提高，并且利用汽相外延( v p e ，v a p o u rp h a s ee p i t a x y ) 和液相外 延法( l p e ，l i q u i dp h a s ee p i t a x y ) 制作外延材料，不仅使光效提高到1 l m w ， 而且发光颜色覆盖了从黄绿色到红色的光谱范围( 5 6 5 n m - - 9 4 0 n m ) 。应用也开始 进入显示领域。 八十年代之后，应用层面逐渐展开，封装技术逐步提高，周边支持条件也相 对形成，促使l e d 技术得到突破。例如用l p e 技术制作g a a i a s 外延，制作高亮 度红色l e d 和红外二极管( i rl e d ) ，波长分别为6 6 0 n t o 、8 8 0 n m 和9 4 0 n t o 。 九十年代初期，当时仍为惠普( h p ) 光电部分的l u m i l e d s 掌握了利用金属有 机化学汽相外延法( m o v p e ，m e t a l o r g a n i cv a p o u rp h a s ee p i t a x y ) 在g a a s 衬底上生长a 1 i n g a p 的技术，新芯片材料a l i n g a p 的内部量子效率接近1 0 0 ， 即每个电子和空穴复合都能形成光子( 参见图1 1 1 a ) 。此时红色、黄色l e d 光 效可达l o l m w 。随后的问题在于如何将这些光引出来。在各种尝试中，最成功 的莫过于1 9 9 4 年职开发的技术，即将吸光不透明的g a a s 衬底用腐蚀的方法移 除，然后将暴露的n 型a 1i n g a p 与透明的g a p 衬底加温加压粘结起来，使光效提 高到2 5 1 m w ( 参见图1 1 1 b ) 。该效率远远高于滤光后的白炽灯，因此l e d 开始 应用于汽车制动灯、交通信号灯和单色户外标识等。之后，又有各种方式提高 l e d 的光引出效率，使单颗l e d 的光通输出得到大幅度提高( 见图1 1 1 ) 。 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 棋曼大荸博士学位论文 吸光衬底 1 9 9 1 年 透明衬底 1 9 9 4 焦 改良型大功率芯片 1 9 9 8 焦 倒梯形芯片 2 0 0 1 钜 富盛豳醇 3 倍光输出 b 1 5 倍光输出 c 3 0 倍光输出 d 图1 1 1a 1 i n g a pl e d 光引出技术的发展 同样在1 9 9 4 年，日亚的中村修二在g a i n 衬底上生长a 1 i n g a n ，成功研制出第 一个蓝光l e d ，可谓l e d 发展史上的又一个里程碑。a 1i n g a n 材料有比a 1i n g a p 更宽的能带隙，因此能获得位于光谱中高能端的绿、蓝、紫外光。由于人们对 a 1 i n g a n 材料的了解不足，使a 1 i n g a n 绿色l e d 的内部量子效率约2 0 - 4 0 ，蓝色 约4 0 - 6 0 。然而，由于人眼的视觉灵敏度在绿光部分比红光和蓝光都高，因此 日亚、l u m il e d s 等l e d 制造商仍能制造与红光l e d 光通相匹配的绿光l e d ，与蓝 光组合，应用于大型的全彩显示。蓝光l e d 开发的成功，一方面解决了三基色缺 色的问题，另一方面使半导体白光照明成为可能。 二十世纪九十年代中期，世界三大照明公司( g e 、p h i l i p s 、o s r a m ) 着手研 究将l e d 用于照明( 见表1 1 1 ) ，分别与半导体研究公司组建l e d 照明公司， l e d 照明受到照明界越来越多的关注。 表1 1 1 世界三大照明公司投资组建的l e d 照明公司 发起公司组建的l e d 照明公司 p h i l i p s 、h pl u m il e d s g e 、e m c o r eg e l c o r e o s r a m 、s ie m e n so s r a mo p t os e m ic o n d u c t o r 进入二十一世纪后，l e d 被誉为“二十一世纪新光源”，是继白炽灯、荧光灯 和高强度气体放电灯( h i d ，h i g hi n t e n s i t yd i s c h a r g el a m p ) 之后的“第四代 光源”。其发展态势日益不可收，随着材料技术、封装技术的不断发展创新，白 光l e d 实验室效率可达1 0 0 1 m w 以上，而单颗封装的光通量也能达几百甚至几千 流明。l e d 的高效、超高亮度和全色化使其应用领域也日趋广泛，逐步走向普通 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 强旦大擎博士学位论文 照明领域。 正如半导体领域有著名的摩尔定律，在l e d 领域也有h a i t z 定律。安捷伦前 任技术科学家r o l a n dh a i t z 从1 9 6 4 年l e d 商业化至今的发展历程观察得出，l e d 的价格每1 0 年将为原来的1 1 0 ，性能则提高2 0 3 0 倍 s t e i g e r w a r d 等， 2 0 0 2 ( 1 ) 。 第二节自光l e d 源于黑体辐射发光的太阳，是人们最早接触的照明源，随着日出日落、天气 的变化，人们适应了不同光色的白光，即不同的相关色温( c c t ，c o r r e l a t e dc o l o r t e m p e r a t u r e ) 。因此，提到l e d 在照明中的应用，首先想到的自然是白光技术。 目前生成白光的方式主要有以下三种 m u t h u 等，2 0 0 2 ( 2 ) ，见图1 2 1 ： a r g bl e d b u v + r g b 荧光粉c 蓝色l e d + 黄色荧光粉 图1 2 1 合成白光的常用方法 ( 1 ) r g b ( 红、绿、蓝) l e d 技术 直接由单色的红、绿、蓝l e d 组合， 形成白光。根据c i e 色度图，如图1 2 2 所示，红、绿、蓝三色l e d 的组合，可 以形成由此三点构成的三角形区域中的 任一种颜色。通过合理调节r g b 三色l e d 的电流，能形成沿着黑体轨迹上任一点 色温的白光，因此有较大的自由度。同 时通过反馈控制，能补偿由于温度和寿 命期影响而造成的色偏。由于没有荧光 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 l 邱t = 1 0 6 c ，一 f 瞄b 形戚三区 一黑体孰t 删 一c g 5 再o - 1 、 瓷、 t ， 、 严j 壁 斗! |j。乙 、 & 乡 ，珥_ 一， 舡 7 。 枷， ， ，一 ， 、甏 r 图1 2 2c i e 色度图混色示意图 9 摸黑大擎博士学位论文 粉转换的损耗，因此效率更高；但缺点在于结构复杂、成本较高。 ( 2 ) u v ( 紫外) l e d + r g b 荧光粉 类似于荧光灯，此项技术用发紫外光的l e d 激发r g b 荧光粉，形成白光。由 此产生的白光与r g b 单色l e d 混合出来的白光类似。由于荧光粉转换损失( 图 1 2 3 显示了考虑斯托克效应( s t o k e se f f e c t ) 后，将u v 转换成红、绿、蓝三 色光的效率，其中红色的转换效率最低) ，以及封装结构效率( 主要是光在荧光 粉中的散射和吸收) 导致此类白光技术效率最低 m a r t i n ，2 0 0 1 ( 3 ) ，同时由于 泄漏的u v 会使封装材料变质，从而影响l e d 的寿命，因此目前该技术并不成熟。 能 量 转 换 效 率 t 人厶07 、 工山 _ 吣v 红一巳 的封每效，率。：一。0 菩荛+ 封装： 波长( 皿) 图1 3 u 、rl e d r g b 荧光粉转换效率 ( 3 光l e d + 黄色荧光粉 的l e d 芯片激发荧光粉产生黄光，与未转换的部分蓝光混合，形成 白光色原理参见图122)。这是目前最常用的白光技术。由于存在荧光粉 的转因此效率比rgb技术低。形成的白光是荧光粉发出的黄光和透过荧光粉 的部光混合而成，因此荧光粉的密度、颗粒及分布对光色都会产生影响。最 常见题就是，发出的白光色温随角度变化而变化(图124圆点连线)，在 y ， i - o e g r e e s ) 图1 4 蓝色l e d + 黄色荧光粉色温随角度变化示意图 白光d 应用于汽车前照灯照明中的研究1 0 援旦大擎博上学位论文 照明应用中会产生不同角度或位置上， 光色变化、不均匀的现象，由l u m il e d s 开发的荧光粉涂敷技术，使荧光粉能均 匀覆盖整个l e d 芯片( 图1 2 5 ) ，大 大改善了此现象( 图1 2 4 三角连线) 。 同时，该项技术使批量l e d 之间色差也 大大减少。 图1 2 5l u m i i e d s 开发的荧光粉涂敷技术 第三节l e d 在汽车前照灯中应用的国内外研究现状 2 0 0 2 年a u d ia 8 率先将l e d 光源放置在前部灯具内作为日行灯( d a y t i m e r u n n i n gl a m p ，d r l ) ，开启了设计师与工程师们将l e d 应用在汽车前照灯的想象 空间。在之后的许多国际车展上都可以看到l e d 作为前照灯光源的概念车。 2 0 0 3 年，在德国召开的汽车照明发展研讨会( p r o g r e s si na u t o m o t i r e l i g h t i n g ，p a l ) 中，各大l e d 光源制造商和车灯公司开始切实关注白光l e d 在前 照灯中的应用 a c k e r m a n n ，2 0 0 3 ( 4 ) ：s i k t b e r g ，2 0 0 3 ( 5 ) ：a l b o u ，2 0 0 3 ( 6 ) ： s a s a k i ，2 0 0 3 ( 7 ) ：r a g g i o ，2 0 0 3 ( 8 ) ：r e i l l b o g n e r ，2 0 0 3 ( 9 ) ，讨论用l e d 实现前照灯配光要求的可行性。虽然，当时的白光l e d 效率仅为4 0 1 m w 左右， 亮度也仅l o c d m m ：，但人们已经开始看到白光l e d 在汽车前照灯中应用的巨大潜 力。 经历了4 年的研究和发展，无论在光源还是在设计方面，2 0 0 7 年无疑是具有 最大成果和突破的一年。在2 0 0 7 年4 月，美国底特律召开的s a e ( s o c i e t yo f a u t m o t i v ee n g i n e e r i n g ) 年会上，在照 明委员会的会议进程里，l e d 应用占了 近一半的时间，且5 0 以上的论文和报 告关于l e d 在汽车前照灯中的应用。从 l e d 元器件、二次光学设计到散热等技 术的研究，几乎涵盖了l e d 前照灯所需 各方面的技术信息和最新进展。 图1 3 1o s t a r 前照灯用l e d 照片 从l e d 元器件方面，l u m i l e d s 和o s r a m 都推出了最新的成果。l u m i l e d s 的 1 4 单元光通能达到5 0 0 1 m 以上，亮度为3 5m c d m 2 ，而热阻小于3 k w 。通过采 用t f f c ( t h i nf il mf 1i pc h i p ) 技术，使光通增加5 0 ，亮度也大幅度改善 k m e t e c ， 2 0 0 7 ( 1 0 ) 。o s r a m 的专用于车灯的1 5 芯片的产品已正式上市 j a b l o n s k i ， 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 揠算上擎博士学位论文 2 0 0 7 ( 1 1 ) ( 见图1 3 1 ) ，最大光通可达4 0 0 1 m 以上，亮度约为1 9 m c d m 2 ，色温 也调节到满足车灯需求的位置，约5 6 0 0 k 。2 0 0 7 年9 月在德国召开的第七届汽车 照明国际研讨会上，o s r a m 的最新数据表明，在7 5 0 m a 的驱动电流下，o s t a r 的 光通量可达6 4 1 1 m ；而在7 0 0 m a 的驱动电流下，亮度达到4 5 m c d m 2 ，超过了h 7 卤钨灯的亮度( 3 3m c d m 2 ) e n g l m u s c h a w e c k ，2 0 0 7 ( 1 2 ) 。可见各大l e d 供 应商在亮度和光通方面都花了很多努力，基本已经可以满足用于前照灯的需要。 在光学系统方面，各大车灯设计公司都不断尝试并改良设计技术。 法雷奥( v a l e o ) 的l e d 近光远光组 合具有紧凑的结构，但性能可以接近或 达到h i d 前照灯水平。如图1 3 2 所示， 灯具采用反射镜+ 透镜的组合形式，实现 多变的造型结构及良好的配光性能。灯 具采用2 5 摄氏度下光通输出为4 0 0 1 m 的 6 个l e d 用于近光，最大光强和效率都 优于h i d 前照灯，另加两个l e d 用于远 光，性能也与h i d 可比( 见表1 3 1 ) 。 1 0 0 0 1 m 以上。通过采用风扇散热的方法， 片温度不高于1 5 0 l u c e ，2 0 0 7 ( 1 3 ) 。 成 缝 图1 3 2v a l e ol e d 近光远光模块 实验车的样灯测试结果，路面光通可达 能在环境温度达到8 5 时，仍确保芯 表1 3 1v a l e ol e d 前灯模块与h i d 前照灯性能比较 5 0 r 点最大 光源光通宰灯具效率料最大光强木 光强木 l e d7 1 5 1 3 1 2 0 1 1 5 近光 h i d1 0 0 3 3 0 1 1 0 0 1 0 0 l e d9 4 4 7 9 7 远光 h i d1 0 0 5 0 1 0 0 以h i d 前照妁为参考设态1 0 0 料实际灯具效率部灯具出射光通s 光源光通2 比 海拉( h e l l a ) 针对l e d 前照灯模 块化的特性，将a f s ( 自适应前照灯 系统) 的配光进行了区域划分，用不 同透镜的投影模块，实现不同区域的 配光，叠加起来形成法规要求的配光 形式。图1 3 3 为一款用l e d 制作的 a f s 系统样灯，整个灯壳包含了散热 片、冷却系统、动态调光装置和l e d 图1 3 3h e l l al e da f s 样灯照片 控制线路，测试的最大光强与h i d 可比，但光通具有较大的差距。而最大的缺点 自光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 覆旦大擎博士学位论文 在于，灯具体积过于庞大， s c h m i d t ，2 0 0 7 ( 1 4 ) 。 伟斯通( y i s t e o n ) 认为l e d 前照灯最可能 的用户在于相对保守的 中高端车型购买者，因 此用一系列透镜组或模 块的外观结构替代原先 的单一结构未必会获得 达6 0 0 c m 2 。但作为l e da f s 的尝试，迈出了重要一步 认同和接受。鉴于这一图1 3 4v i s t e o n 为s k o d ao c t a v i a 开发的l e d 前照灯样灯 理念，v i s t e o n 针对斯柯达明锐车型( s k o d ao c t a v i a ) 开发的l e d 前照灯样灯， 摒弃了透镜，而采用反射面形式，并且将光源隐藏起来，使其外观与传统h i d 或卤钨灯具差异不大( 见图1 3 4 ) 。l e d 采用5 个芯片封装，并带有匹配的光学 器件，以提高光学系统的收集率，同时改善光源边界梯度，便于截止线的形成。 整个近光灯具的效率为6 2 ，灯具光通为8 8 0 1 m ，最大光强为1 8 7 5 k c d ，可与标 准卤钨灯近光单元的性能相比。至于散热问题，采用了铝散热片的被动散热方式， 包括与l e d 基板直接固定并作为反射镜支撑件的内部散热片，和通过热导管相连 的外部散热片。能确保l e d 板上温度保持在8 0 9 0 的范围内( 图1 3 5 ) n e u m a n n ， 2 0 0 7 ( 1 5 ) 。 图1 3 5y i s t e o n 为s k o d ao c t a v i a 开发的l e d 前照灯样灯散热结构 远村近红 外双功能卤一 钨投影灯 图1 3 6l s 6 0 0 hl e d 前照灯结构 白光l e d 应用于汽车前照灯照明中的研究 一蛭光灯组 带自动弯道 功能的三个 投影模块 反射镜模块 簟位灯 槿置大擎博士学位论文 日本小糸车灯开发的l e d 近光灯，已在雷克萨斯( l e x u s ) l s 6 0 0 h 上批量使 用，该前照灯的基本结构如图1 3 6 所示 w a t a n a b e ，2 0 0 7 ( 1 6 ) 。 在我国，l e d 前照灯的应用尚处于最初的研究阶段，但科技部等已注意到l e d 前照灯研发的重要性，将l e d 前照灯开发及产业化列入2 0 0 6 年国家高技术研究 发展计划( 8 6 3 计划) ，各相关企业和研究机构正在研制过程中。 第一章参考文献 ( 1 ) s t e i g e r w a l dd a n i e la ，b h a tj e r o m ec i l l u m i n a t i o nw i t hs o l i ds t a t e l i g h t i n gt e c h n o l o g y j i e e ej s e l e c t t o p i c sq u a n t u me l e c t r o n ， 2 0 0 2 ，8 ：3 1 0 3 2 0 ( 2 ) m u t h us ，s c h u u r m a n sf j p ，a n dp a s h l e ym d r e d ，g r e e na n db l u e l e d sf o rw h i t el i g h ti l l u m i n a t i o n j i e e ej s e l e c t t o p i c sq u a n t u m e l e c t r o n ，2 0 0 2 ，8 ：3 3 3 3 3 8 ( 3 ) m a r t i np a u ls h i g hp o w e rw h i t el e dt e c h n o l o g yf o rs o li ds t a t e l i g h t i n g w w w l u m i l e d s c o m ( 4 ) a c k e r m a n nr a l f l e dh e a d l a m p s p o s s i b i l i t i e sa n dp r o b l e m s a i n ： l a b o r a t o r yo fl i g h t i n gt e c h n o l o g y ，d a r m s t a d tu n i