汽车高效能LED光源技术研究

导语：汽车高效能LED光源技术研究一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

【摘要】随着LED车灯技术的不断革新，LED拥有了较成熟的市场地位，但是有很多需要改善的技术，使汽车前照灯能够有更高的照明质量。本文是在整体光源的基础上结合仿真技术、电路设计、智能化控制及散热的处理技术，来提升散热的能力，减少LED灯的接触面积，提高发光二极管的亮度，让生产出来的产品更加稳定、可靠，设计优等质量、高效、大众化、放心使用及环保的高效能led车灯系统。

【关键词】高效能制；LED；散热

1传统光源与LED灯的比较

即使传统光源的发光所散发出来的热量远远高于LED灯，但是它最大的好处就是不会因为太热影响灯光的光输出。相反，使用LED的光照能力却会因为表面温度的上升而下降。就现在的发光效率下，LED灯可以让大概15％-25％的输入功率变成光照，其他的75％-85％的功转成热量，如果产生的这些热量没有立即散出，温度的升高就会让灯的性能下滑或者失效。为了避免灯因高温从而失效，必须要在灯上安装散热系统。因为汽车前照灯需要矩阵式的LED，安装散热片以后整个灯座的体积就会变大，这就要学习先进技术或新方法来把难题解决。现如今，LED车灯作为新技术、优秀光能照明的核心产业正在迅猛发展，能快速前进主要有两大动力，第一，国家出台政策和政府的推动不断增强，第二是车灯公司认为这一市场有很大的发展前景愿意投资。近期各大博览会的举办，使得LED车灯行业更是发展到了一个新高度。体现所有车灯行业最先进的发展模式、形态及困难存在的同时，也同时把技术、研发及运用一一展示出来。21世纪以来，车灯的研发得到了快速发展，灯罩外阔、主板、安装、整体连接以及LCD展示、前照灯的控制等一些应用的发展很快，车灯的性价比显著变高，使LED车灯的推广从无到有带来无限的希望。现今，市场上的车灯行业和国际上一些汽车制造大国相比差距并不显著，而且我国拥有自主知识产权的技术，我国在车灯的研发、灯芯的制造、模块的安装等方面都已自主制造，部分核心技术都是中国制造开发，为今后的汽车LED灯做大做强奠定了基础。

2汽车使用LED灯的理念及发光原理

LED（LightEmittingDiode）称为发光二极管，是先进简洁的固定光源，优点有使用时效长、节约能耗和环保。主要部件是通过一块电流发光的半导体材料，两边加上正向电压，电流就会从阴极导入阳极，晶体就会变化出不同的光线，电流越大，灯就越亮。在进行“车灯研究探索工程”的课题中，市场上的一些公司、研发中心和高校对LED材料、高功耗的车灯零件、安装、原厂器件、主要装备等方面进行研究，突破了很多LED车灯一些难题，取得了非常好的成绩。但LED浅色光的车灯技术还是不够完善，很多这类别的科学、技术难题需要攻克，尤其是车灯的安全可靠方面，有很大的发展空间。2.1车灯的温度与使用时长的关系。根据国外生产的经验，可以研究出发光二极管的使用年限与环境温度的关系，当环境的温度每下降10度，车灯的发光效率会提高5%到10%，进而发现车灯的寿命也会增长2倍。2.2车灯的温度与发光的效率。研究可知LED车灯的发光效率与温度呈线性的关系，如果温度为24度的时候，效率是1.0，当温度上升到58度时，发光的效率立马下降到0.9；温度为100度时只还有0.8了。并且温度的升高使得光频谱的波动，波长变幻规律则为每升高10度，波长变动1毫米，主要的波长浮动使得变为混合色，导致转换效率下降。所以灯的温度升高不仅影响设备的使用时效，还会使得发光效率下降。

3车灯散热的设计

3.1芯片与主板的传热。传统的LED车灯具是选用LED灯泡，市场占用量低，一块芯片的发光二极管因为消耗不高，热量也很低，因此对散热的要求不高。现如今当0.5W以上大功率车灯变成汽车装配上的主流时，大功率也产生了高热量。为了大幅度的增加灯座的散热性能，研发者一直在LED的灯座和零件上做了很多革新。最开始用硅材料做为底座到用蓝宝石材料最后到用碳化硅，其导热性能提高了近30倍，不过碳化硅投入成本高。现今，大部分制造企业会把成本纳入到考量范围中，又开始使用硅材料作为基底，然后灯里使用氮化铝作缓冲。随着技术不断革新，现在使用的灯座主板主要以陶瓷基板和金属基板为材料。陶瓷基板因高散热性，低膨胀系数等特性，能够减少因高热而产生的材料变型，同时材料的本身还具有耐热、耐潮、绝缘等优点，所以陶瓷基板成为高功率照明灯用LED芯片基板的最常用散热材料。所以一定要知晓车灯模组用料之间热膨胀系数区别，使形成的热应力下降，来增加使用金属基板的可靠性。3.2主控板的散热。车灯主控系统用焊接的形式与主板之间产生了连接，不过在主要部件里所产生的热量也同时传导给车灯主控系统，系统电路板的散热性能就显得更为重要，目前大都采用铝基板做为系统电路板。铝材料的电路从上到下是由金属铜层次、传导层和绝缘层组成，电路层要求具有很大的倒流能力，从而应使用较厚的铜箔。导热绝缘层是铝基板工艺中最关键的环节，它一般是由特种粉末填充而合的聚合物构成（主要是环氧树脂），具有优良的热传导性、很好的绝缘强度和粘贴强，足以接受外力和热力。如果绝缘层用的材料容易膨胀，就会随着温度的升高而膨胀破裂、产生空隙，如果有水分从空隙中进入铝质部分，因为空气有不可估量的导体分子，会立即使热阻抗系数增高，生产出多余的热量，导致热效率降低，散热的能力下降。如今一些制造企业会喷制一块油漆来使得绝缘层和金属制板之间散热性良好，提高绝缘层的不导电性、热阻抗下降，让热传导得更充分。

4LED车灯的散热改善方式

LED车灯的运行温度怎样才能发散开来，哪些关键因素可以影响车灯组的正常运行、整组寿命、做功的利用率等，而改变散热方法可通过分片层级的技术、主控板分层的技术、包装LED粒子的技术来改善。除主控层面降低芯片的热阻是车灯的热量处理方法外，从安装来说，减少封装后零件的阻抗值由常用的热沉、采用高效率散热的包装材质、使用更多零件的组装、更新启动电源等，让零件的效率增加。非成像光学是针对灯安装使用的光学探索。发光二极管照明车灯应用的探索项目是基于非成像光学设计，来组成要求的车灯照明系统。现在使用封装来改变散热的形式，模式化子弹化的安装工艺一般在低功耗的车灯零件中使用，针对高功耗、强光的元件，都是选用LumiledsLuxeon系列封装法，把散发热量的方式导入底部的金属铜，车灯里面的封装选用光学性质和承受高温度、耐强烈光源体现在很优良的脂类去进行封装，这种方法能够得到很好的外力承受表现，与此同时车灯里面的高温度、强光LED、外部照射都有很强的承受能力。之前叙述可靠的电路板外，市面上还有很多款具有比较成熟的热传导基板技术，主要有陶瓷基板（氧化铝）、软印制电路板、镁跟铝的合金、复合金属材料基板、直接钢接合基板（DBC）等技术，但一些技术还是有制造与编程、成本或封装方面的考量，必须把最终成品的实际热流模型的有效控制与改善振幅是否值得更换载板而定。

参考文献

[1]许晓华.交流直接驱动LED光源技术的特点与发展趋势[J].新疆农垦科技,2010(7).

[2]袁旭.LED光源在铁路客车应用中的探索和研究[J].低碳陕西学术研讨,2010(10).

[3]蒋国忠.半导体照明用LED芯片、器件和光源技术攻关[J].半导体照明工程,2009(1).

[4]丁传锋.基于LED技术的灯具造型研究[J].湖北工业大学学报,2010(5).

[5]张武斌.局域网与网络安全技术[J].电脑知识与技术,2008(9).

[6]李立勤.热处理实现高效能LED技术[N].华强LED网,2010-1-17.

[7]狄文辉.网络安全技术的研究[J].农机化研究,2004(11).

[8]刘玉山.网络安全技术简析[J].网络与多媒体,2003(15).

[9]郑立文.试论网络安全技术[J].宁德师专学报,2001(11).

[10]朱辉朝,张立贤.LED绿色照明产业发展趋势分析[J].科技创新与生产力,2010(5).

[11]王晏,韩宏伟.LED照明产业的现状与前景分析[J].青海科技,2010(5).

[12]邴树奎,高杰.LED在照明工程中的应用[J].照明工程学报,2010(5).

作者:张超 单位:南宁燎旺车灯股份有限公司