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LED照明灯在汽车应用中取代白炽灯
2006年7月27日 8:22  来源:照明工程师社区
    编者按:几年来,汽车工业一直将LED显示器用于仪板设计。时钟、无线电、速度表、转速计、温度、油压、燃料和其他信息以及状态指示器等都已采用自照明数字式显示器替代白炽灯照明的模拟显示器。传统的模拟和现代的数字使用者可能就不同方式设计的功能优点进行争论,但双方都不会否认固态元件的可靠性和稳定性。

    ---与白炽灯相比,LED照明灯具有较高的可靠性和低功耗的特点,而且产品寿命较长,所需维护和运作成本较少。然而,由于亮度和可选颜色方面的限制,LED照明灯在汽车中的使用比白炽灯少。但是,随着亮度和可选颜色的不断发展,LED照明灯正逐步取代白炽灯,更多地用于汽车内部照明和仪表板背光照明。

    ---目前,由多个超亮LED构成的丛集才能得到与白炽灯相同的输出,但是LED丛集仅消耗白炽灯所需约10% 到15% 的功率。按照现在的价格,LED丛集可能比白炽灯贵,但白炽灯在操作约1,000小时后便需更换,而LED丛集则可操作约100,000小时。即使按照今日的价格来计算,选用LED对汽车的整个寿命周期还是比较合算。

    ---为了了解亮度和可选颜色方面的发展状况,我们来回顾一下过去30年的发展历史。约20至30年前,砷化镓/镓磷光体 (GaAs/GaP)、砷化镓磷光体/镓磷光体 (GaAsP/GaP)以及砷化镓/砷化镓(AlGaAs/GaAs) LED出现,那时LED的颜色只有绿光、黄光和红光,而且光输出水平较低 (低于100mcd)。但这已足以满足新兴微电子工业应用的要求,成为体积大且功耗高的白炽灯以外的理想选择。随着工艺技术和生产控制不断改进, LED产品的成本持续下降。

    ---大约5至10年前,开始使用铝铟镓磷光体 (AlInGaP) 材料来制造LED照明灯。这种材料同样有局限性,只能产生绿光 (波长为565~570 nm)、红光、橙光、黄光和琥珀光 (波长为585~645 nm),但是亮度增加至1~2 cd,因此这种LED照明灯被称作超亮型。先前由于需要较高光输出而仅限于使用白炽灯的许多应用领域,都可转用LED照明灯替代。

    ---最近推出用于蓝/绿光LED(波长为430~525nm)的氮化镓 (GaN) 和铟掺杂氮化镓 (InGaN) 材料,输出水平可达3~6 cd,才真正打开LED的发展大门,在许多高输出应用领域中挑战白炽灯的使用。这些高输出应用包括高环境亮度如日光下的标志、信号和全色显示。户外的标志如交通灯等通常使用铟氮化镓 (InGaN) 技术,使用蓝宝石作为基底材料,生产主波长为470nm的超亮LED,发出介于纯蓝和湖蓝色之间的明亮蓝光。由于基底材料是不导电的蓝宝石,芯片上需要有两个导线结合点(一般在两个对角,其中一个对角点仅与半导体部分的底层相连)。因此,蓝宝石上的InGaN LED较普通LED大。蓝宝石基底上的InGaN LED的最大额定驱动电流为30 mA,最高芯片工作温度为80℃。与其他LED相比,其电流和电压额定值的容限值不大并且对静电很敏感。

    ---相对于较昂贵的InGaN LED,另一种工艺使用碳化硅基底来生产比较便宜的GaN/SiC蓝光LED,常用于汽车的内部照明。由于基底材料能导电,芯片上仅需一个导线结合点,其最大额定驱动电流为50mA。对于那些特别讲究成本和无需高亮度的应用而言,单导线结合点可容许较小版本芯片的使用。此外,以SiC为基础LED的最高芯片工作温度为150℃,最适合要求高散热效能的汽车仪表板应用,比InGaN LED的静电敏感度低。-

    --除了为状态指示调色板添加另一种颜色外,蓝光LED是仪表板背光照明的热门选择。而且,将蓝光LED放入带有红光和绿光LED阵列中,改变每个LED的电流可在应用中实现全色的RGB视频信号显示,如仪表板导航显示器。

    ---蓝光 InGaN LED也是白光LED的一个亮点,而后者具备白炽灯所拥有的最重要的特点之一。通过一般称作磷光体向下转换方式的工艺,以磷光体涂覆的 InGaN蓝光LED可产生白光输出。在这工艺中,磷光体会吸收蓝光输出并缓和以黄色为主调的各种波长。蓝光和黄光的输出组合会产生整体的白光。虽然白光也可通过RGB(红-蓝-绿)多芯片方式产生,但照明通常都会选用磷光体向下转换方式,因其更简单和经济,然而却又会带来生产挑战。磷光体镀层的粒子大小、浓度和均匀度是影响光线“白度”的参数。驱动电流的变化也会改变“白度”。白光LED大大增强了汽车内部照明中替代白炽灯的可能性。

   ---数家制造商正专注于工艺技术和生产控制以降低采购价格。AlInGaP LED的价格在过去5年中持续下降,现已与AlGaAs/GaAs LED不相伯仲。InGaN在推出时的价格高昂,但在过去12至18个月中其价格已经下跌一半。由于价格持续下降,在各种汽车应用中,产品设计人员已开始越来越多地用LED照明灯取代白炽灯。

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