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电子元器件及材料 |
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LED将取代白炽灯用于汽车照明 |
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| http://cn.newmaker.com
2/6/2006 11:57:00 AM
佳工机电网
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LED(发光二极管)的制造可以追述到上世纪70年代初期，但直到最近几年，这项技术才得以显著发展。LED能够达到的最高光通量已经增加了几个数量级，从70年代初期20mA下不到0.01流明发展到现在1流明以上。随着这些改进，LED的目标应用市场也得到了明显扩张。在0.3流明或以上水平，LED开始成为白炽灯的实际替代品。LED能够提供许多优点，而其中最重要的就是高度可靠性。一般来说，现在LED的寿命比任何使用它们的系统都长。
这个特性对汽车系统领域最具吸引，在这个领域，可靠性是既涉及安全性又能够避免昂贵维修费用的关键。所以汽车行业相对而言很迅速地采纳了在哪里都具实用性的LED技术就丝毫不足为奇，事实上，汽车行业特定的需求也正在驱动LED领域的进一步创新。
LED亮度的演进
在1970到1995年间，LED一直在逐渐发展以期提供更高级别的亮度。但是，自从90年代中期，伴随着蓝光和白光LED的出现以及器件平均光亮度的成倍增加，LED创新的步伐才大大加快。
LED亮度的提高主要归功于基底材料的进步。从最初的磷砷化镓(GaAsP)产品开始，业界在70年代晚期转向掺杂氮的GaAsP和镓磷(GaP)，实现了最早的黄光和绿光LED；随后利用单双异质砷铝化镓(GaAlAs)在90年代初实现了超过0.1流明的光通量。自90初以来，各种铟镓组合成为更新颖、更明亮的彩色(包括蓝色)LED的基底材料。
尽管LED经历了上述发展，但仍然存在几个问题，其中一个现象就是基底往往会吸收LED产生的大部分光线。围绕这一问题有几种解决方法，Lumileds公司利用获得专利的透明铝铟磷化镓(AlInGaP)基底来攻克这个难题。另一种方法是在基底上添加Bragg反射器光栅层，这样做所提供的LED亮度是一个吸光基底所能提供的两倍，但是会损失所有以90°角发射的光线。Vishay公司利用一种有机镜面附着(OMA)技术对此方法进行了改进，该技术将一个镜面附着在硅基底上。所有到达镜面的光线从器件的正面反射，因而可以达到与利用透明基底相同的光亮级别，大约是标准LED的四倍。
LED的效率
LED不仅要变得明亮，还需要有效的工作。这意味着不仅要利用最小的损耗将电能转化为光，而且还要控制在器件中流动的电流所产生的热效应。LED面临的一个巨大挑战就是其结点温度(温度会随着施加电流的升高而上升)对LED所发光的波长有直接的影响。简单地增加正向电流只能改变器件的颜色，并不能增加其亮度。因此，需要能以较低电流实现更高亮度的裸片和封装技术。
Vishay公司借助一系列微型PLCC封装来解决这个问题，PLCC封装可以高效散热，从而减轻由高电流引起的颜色变化。独特的PLCC-3与工业标准PLCC-4管脚兼容，它提供了很大的金属面积进行散热，因而能适应非常明亮的LED(使用标准裸片，以高达50mA的正向电流供电)。新的TLMx320x系列器件采用PLCC-3封装，其标称热阻值较低，只有270k/W，此类器件可以利用较高的电流进行驱动，因而其LED亮度是采用PLCC-2封装的两倍。
在汽车领域，LED正在稳步地取代白炽灯用于汽车内外部照明。严格的质量需求就是法规，不仅针对器件故障率(最大允许值通常为亿分之一)，而且还用于亮度和颜色。当多个LED一同用于汽车仪表盘照明、仪器板或娱乐系统控制时，颜色和亮度的一致性就显得非常重要；被照区域的亮度总是需要均匀一致，不应有任何阴影。但是在汽车系统中，对一致性的需求超越了纯粹的审美角度，因为现在的LED已经成为汽车内部颜色配置的一部分，而且是各个制造商标志其汽车的重要部分。这意味着为特定构造汽车产生和提供的LED波长所允许的变化量非常小，这种变化人眼是看不出来的，一般只有几个纳米。
事实上，汽车制造商希望用独特的LED色彩来标志其产品的愿望创造了对一个绝妙技术的要求，那就是按要求提供色彩。但是这需要日益复杂的LED产品，即不同颜色的LED裸片组合在同一个封装之中。这为LED本身带来了一系列设计挑战，因为人眼对色彩的感知取决于其亮度，而且在相同级别的亮度下，在色谱较高端的颜色(如黄色)会压倒色谱较低端的颜色(如蓝色)。例如，为了制造一个真正绿色的LED，蓝色部分的光通量强度必须是黄色部分的两倍左右。
外部照明需要非常高级别的明亮度，因为刹车灯和顶端中部安装的停止行进标志灯(CHMSL)在天黑和天亮时都需要具有可见度。直到OMA技术问世，Vishay公司才得以借助它提供外部照明所需的亮度级别。目前强制性的要求范围是从尾灯的17cd/m2到转弯信号灯白天操作的980cd/m2。
在不同的情况下，多个LED被用来实现不同功能；例如，148个LED被用来以最新的VW模式实现尾灯和CHMSL。在汽车的尾灯装配中，相同的LED凭借功能的不同(正用作转弯灯，或是作为刹车灯的一部分)从红色切换到黄色。另一种流行的LED应用(最近已经得到欧洲核准)是自适应刹车灯，司机正常刹车或猛踩刹车会导致刹车灯区域的较小面积或较大面积被点亮。
与白炽灯相比，LED器件具有非常低的维护费用；凭借五万小时的典型工作时间，LED比任何安装LED的汽车都长寿。对于司机而言，这意味着更低的维护支出，因为灯泡决不需要更换。用LED作为照明单元取代常规的车头灯，能够进一步提高汽车的整体车况，因为它消除了底盘上会引入多余湿气的额外开口。
从地区上讲，欧洲在车用LED领域一马当先，80%以上的新车都采用了一些LED元件。在日本，这个相对数字是30%，而北美只有5%。但是，从现在的五年内，预计美国和日本会达到欧洲那样的普及率。
与此同时，LED仍在继续改进。今年推出的器件再次把单位器件的最大亮度提升了一倍。这意味着对于汽车外部照明等应用而言，只需要使用更少的器件就能达到相同的总光通量水平。尽管LED的亮度在迅速提高，但它们的价格却相对稳定，因此增加LED的使用将保持高度的价格合理性。
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