车用LED灯源应用与LED驱动电路设计

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1、汽车LED应用给电源管理IC带来了新的机遇和挑战在过去的十年里，汽车电子产品有了突飞猛进的发展，车载电子控制、车载信息服务以及娱乐系统不管是在数量上还是在精细程度上都有了显著的提高。本文将重点探讨这种成长的主要组成部分之一，即：目前以及下一代汽车中LED照明使用率的飞速提高。这种新型照明领域给汽车电子产品的设计师和制造商均带来了新的挑战。了解这些挑战并找到可行的解决方案是最为重要的，因为与这些照明系统相关联的发展似乎是没有止境的。 LED照明 诸如小外形尺寸、低功耗和快速接通时间等优势开创了高亮度LED被当今汽车所广泛采用的局面。LED在汽车中的初始应用是中央高架停车灯(CHMSL)；这些应用

2、使用红光LED来提供一个非常扁薄的照明阵列，该照明阵列易于安装，而且永远不需要更换。 传统上，白炽灯泡是最为经济的光源，而且仍然被许多汽车所采用。然而，随着可用照明空间的日益缩小以及对照明光源使用寿命要求的不断提高，由LED所提供的灯光色彩和设计方案正在迅速取代白炽灯泡应用。即使是传统的CCFL TFT-LCD背光源应用，目前也在逐渐地被白光LED阵列所取代。 更有甚者，人们还在利用一种电“可操纵”型高电流L ED阵列来开发车前灯，而该领域一直是被卤素/氙灯丝设计所把持的。几乎所有的汽车照明应用(包括车身内部/外部照明和背光照明应用)都将逐步过渡为采用LED。采用LED的好处具有诸多积极的含意

3、。首先(也许是最重要的一点)，它永远不需要更换，因为其长达100,000小时的固态寿命(服役年限：11年半)比汽车的使用寿命还要长。这使得汽车制造商能够把它们永久性地嵌入车舱内的照明系统中，而无需像以往那样留有用于更换灯丝灯泡的入口。由于LED照明系统不需要白炽灯泡所要求的安装深度或面积，因此还可使汽车的造型发生显著的变化。LED的另一项优势是其具有低功耗，因而能够使得耗油量有所减少。 汽车LED照明的设计参数 为了确保最佳的性能和长久的工作寿命，LED需要一个有效的驱动电路。这些特殊的驱动电路必须能够从一根相当苛刻的汽车电源总线获取工作电源，而且还应兼具成本和空间“效益性”。为了维持其长久的

4、工作寿命，一定不得超过LED的电流和温度限值。表1罗列了针对一个高电流白光LED的典型正向电压与驱动电流的相互关系。 在单个LED至三个 (串联) LED的应用中，将需要一个降压型LED驱动器(比如：凌力尔特的LT3475)，用于把汽车总线电压(标称值为12V)降至一个更加合适的LED电压，根据应用的LED彩色和亮度要求的不同，该LED电压的变化范围可在2.68V至4.88V(每个LED)之间。与此相反，在诸如刹车灯等需要多个由多达8个串联LED组成的LED串的应用中，所需的输出电压为21V至39V，所以必需采用一个升压型LED驱动器(例如：凌力尔特的LT3496)。凌力尔特公司提供的所有LE

5、D驱动器均采用了电流模式架构，旨在输送恒定的电流。 如欲在输入电压不规则的情况下产生恒定的LED亮度，就必须从这些驱动器IC获得一个恒定的电流源。一个内部检测电阻器用于监视输出电流，以实现准确的电流调节。在一个很宽的电流范围内(35mA至1A)保持了高输出电流准确度，从而实现了宽调光范围。由于凌力尔特的高电流LED驱动器是电流模式稳压器，因此它们并不直接调整电源开关的占空比，而是由反馈环路来控制每个周期中流经开关的峰值电流。与电压模式控制相比，电流模式控制改善了环路的动态性能，并提供了逐周期电流限制功能。 在许多应用(特别是背面照明和车内照明)中，都有可能需要进行调光控制，因而要求驱动器IC提

6、供一种用于调节输出电流/LED亮度的简单方法。利用合适的驱动器IC，即可通过一个PWM信号、DC电压或外部NMOS晶体管来完成调光操作，调光范围可高达3000:1。 最后，车载电子产品可能对噪声很敏感，尤其是导航系统、无线电路和AM无线电波段接收机。为了最大限度地降低发生噪声干扰的可能性，凌力尔特在其LED驱动器IC中采用了恒定频率开关拓扑结构。此外，用户还可在200kHz至2MHz的范围内设置开关频率，以使开关噪声远离关键频段(比如：AM无线电波段)。高开关频率还允许使用小的电感器和陶瓷电容器，从而最大限度地缩减了解决方案的尺寸和成本。 双LED应用 许多嵌入式高电流LED应用将包括单个或两

7、个高电流(ILED的范围从1A至1.5A)LED。这些应用包括车内照明(比如：车顶灯、地图灯、储物盒照明灯)和车外照明(比如：车门门槛灯或“地面照明”灯)。根据应用的不同，它们可以采用彩色LED(用于车载仪器的背面照明)或白光LED(用于普通照明)。由于这些LED通常具有一个3V至4V的正向电压，并由一根12V至14V的汽车总线来供电，因此需要采用一个降压型转换器(例如：LT3475)。 LT3475是一款双通道、36V、2MHz降压型DC/DC转换器，专为用作恒定电流双LED驱动器而设计(见图1)。每个通道具有一个内部检测电阻器和调光控制功能，从而使其非常适合于驱动那些需要高达1.5A电流的

8、LED。一个通道的开关操作与另一个通道异相180，因而使得两个通道的输出纹波均有所减小。每个通道均独立地在一个50mA至1.5A的宽电流范围内保持了很高的输出电流准确度，而独特的True Color PWMTM 电路提供了一个3000:1的调光范围，且未发生任何的色偏移(这种现象在LED电流调光中很常见)。凭借其4V至36V(瞬态电压高达40V)的宽输入电压范围，LT3475成为了汽车电源系统的理想选择。其开关频率可被设定在200kHz至2MHz之间，因而允许使用纤巧型电感器和陶瓷电容器，并使开关噪声远离AM无线电波段。再加上采用了一种耐热增强型TSSOP-20封装，该器件提供了一款适合于驱动

9、高电流LED的紧凑型解决方案。 LT3475采用高压侧检测，实现了LED负极的接地连接，从而免除了大多数应用中所需的 一根接地线。它还具有一个用于每个通道的集成升压二极管，因而进一步地缩减了解决方案的占板面积和成本。另外的特点包括LED开路和短路保护。 刹车灯 迄今为止，LED在汽车中最为常见的应用是中央高架停车灯(CHMSL)。截止2006年底，至少有60% 的汽车都安装了LED型CHMSL。其好处包括较快的照明速度、更高的效率、更长的工作寿命，而且，非常扁薄的红光LED阵列还具有设计/安装上的简易性。LED能够在不到1ms的时间里达到全照度(而传统的灯泡则需要长达200ms的时间才能产生其

10、最大亮度)，这样，后方车辆的驾驶者识别刹车灯的时间将大为缩短，从而降低了发生追尾碰撞事故的概率。 而且，与白炽灯泡相比，功耗也下降了80% 之多，最终起到了节省耗油量的效果。其有效使用期限将轻而易举地超过车辆的寿命，因而免除了更换的需要。除了CHMSL之外，有些汽车和摩托车还在主刹车灯中用LED替代了白炽刹车灯。 为了实现这些LED刹车灯的性能和工作寿命的最大化，应采用一种能够驱动这些刹车系统所需的红光LED串的合适LED驱动器，这是必不可少的。凌力尔特的LT3486便是专为此类汽车应用而开发的。LT3486是一款双通道升压型DC/DC转换器(如图2所示)，专为从一根12V至14V汽车总线以恒

11、定的电流来驱动多达16个LED(每个转换器驱动8个串联LED)而设计。采用LED串联的方式能够提供相等的LED电流，从而获得均匀的LED亮度。在需要的时候，两个独立的转换器还能够驱动不对称的LED串。 两个LED串的调光也可通过各自的CTRL引脚来单独地控制。通过把一个PWM信号馈送至各自的PWM引脚，一个内部PWM调光系统可使调光范围扩展至高达1000:1。LT3486的工作频率可由一个外部电阻器设置在200kHz至2MHz的范围内。一个200mV的低反馈电压(2%准确度)最大限度地减少了电流设定电阻器中的功率损耗，旨在提升效率。另外的特点包括LED断接时的输出电压限制。LT3486提供了一

12、款占板面积非常紧凑的解决方案，并可采用节省空间的16引脚DFN(5mm x 3mm x 0.75mm)封装或16引脚耐热增强型TSSOP封装。 本文小结 由于LED照明在当今和未来汽车中的普及速度空前提高，因此对高电流LED汽车应用中的LED驱动器IC产生了许多非常特殊的性能要求。LED驱动器必须提供恒定的电流，以保持均匀的亮度(而不受输入电压或LED正向电压变化的影响)，且必须实现高效运作。它们还必须能够承受汽车电源总线相当苛刻的电特性。另外，这些应用还需要占板面积非常紧凑和散热效率很高的解决方案。面对这些汽车设计要求，凌力尔特公司开发出了旨在解决上述汽车难题的完整高电流LED驱动器产品系列

13、。输入电压是不规则变化的，要在这种环境下产生恒定的 LED 亮度，这些驱动器集成电路必须有恒定电流源。内部检测电阻用来监视输出电流，以实现精确的稳流。这些集成电路可在 35mA 至 1A 的宽电流范围内保证高精度的输出电流，从而实现较宽的调光范围。因为凌特公司的大电流 LED 驱动器是电流模式稳压器，所以它们不直接调制电源开关的占空比，而是由反馈环路控制每个周期的开关峰值电流。与电压模式控制相比，电流模式控制改善了环路动态性能并实施逐周期限流。 在很多应用中，尤其是背光照明和内部照明应用，也许需要调光控制，因此该驱动器集成电路必须具有简单的调节输出电流/LED 亮度的方法。用这种驱动器集成电路

14、，可 以由 PWM 信号、DC 电压或外部 NMOS 晶体管实现调光，产生的调光范围高达 1000:1。 最后，汽车上的电子系统可能对噪声敏感，尤其是导航系统、无线电路和 AM 收音机。为了最大限度地降低噪声干扰的可能性，凌特公司的 LED 驱动器 IC 采用恒定频率开关拓扑。而且，开关频率是用户可编程的，范围为 200kHz 至 2MHz，以保持开关噪声在 AM 无线频段等主要频段之外。高开关频率还可以使用小电感器和陶瓷电容器，从而最大限度地缩小了解决方案的尺寸并降低成本。 表1 大电流白光 LED 的正向压降和驱动电流 单个 LED 应用 如图 1 所示，很多嵌入式大电流 LED 应用都是

15、由单个大电流 LED 组成的。这些应用包括顶灯、地图灯、后备箱照明等内部照明及门槛灯或“水坑”灯等外部照明。视应用情况不同，有的可能用彩色 LED作为仪表板背光照明或用白光 LED作为一般照明。由于这些 LED 一般具有 3V 至 4V 的正向电压，并由 12V 至 14V 的汽车总线供电，所以需要像 LT3474 这样的降压转换器。 LT3474 是一种固定频率降压 DC/DC 转换器，用作恒定电流源（见图 2）。其内部检测电阻监视输出电流，以实现精确稳流，该器件非常适用于驱动大电流 LED，可在 35mA 至 1A 的宽电流范围内保持高输出电流精度，以实现一个宽调光范围。该调光范围可以利用

16、 PWM 引脚和一个外部 NMOS MOSFET 进一步扩大，从而实现 10001 的总调光范围。 T3474 的开关频率可以编程，范围为 200kHz 至 2MHz，这样，设计师就能够避开主要的噪声敏感频段，并采用小电感器和陶瓷电容器。 恒定开关频率工作加上低阻抗陶瓷电容器实现了很低并可预测的输出纹波。LT3474 具有 4V 至 36V 的宽输入范围，可对来自12V 至 24V 汽车电源总线的电源进行宽范围调节。电流模式 PWM 架构具有快速瞬态响应，并可提供逐周期限流。最后，频率折返和热关机可提供附加保护。 图2 LT3474 1A 降压 LED 驱动器典型应用 用于导航显示器的LCD

17、TFT 背光照明 传统上，汽车中大的（对角线长 6 英寸至 9 英寸）TFT-LCD 显示器都是采用冷阴极荧光照明（CCFL）技术进行背光照明。CCFL 带来的问题很多。首先，驱动 CCFL 的高电压电源很大而且很复杂。其次，CCFL “灯泡”本身也相对较大，容易出现故障。由于 CCFL 单元是嵌入到导航系统中的，所以如果 CCFL 失效，一般需要整个更换一个价值不菲的单元。相反，图 3 中的白光 LED 阵列是一种更紧凑和可靠的背光照明解决方案。其外形尺寸更小，因为电源调节电路更简单也更紧凑。LED 及其电源的可靠性将使其寿命非常容易超过汽车的寿命。还有一个很重要的方面，这种背光照明具有很高

18、的效率，高达 83% ，可减少所产生的散热量。 LT3466 是一种双输出全功能升压 DC/DC 转换器，是专门为采用恒定电流驱动多达 50 个白光 LED（每个转换器可串联多达 25 个）而设计。串联连接的 LED 可以使其具有相同的电流，从而产生一致的亮度，且无需镇流电阻和昂贵的工厂校准工作。两个相互独立的转换器能够驱动非对称 LED 串。两个 LED 串的调光也可以独立控制。LT3466 非常适用于为汽车应用中的车载多媒体系统/导航显示器提供背光照明。 图3 用于 50 个白光 LED 的 LT3466 背光照明电路 ; 刹车灯 迄今为止最流行的 LED 应用一直是中央高位刹车灯（CHM

19、SL）。到 2003 年年低，至少 40% 的汽车装有基于 LED 的 CHMSL。采用 LED 的好处包括更快达到设定亮度、更高的效率、更长的使用寿命、以及很细小的红光 LED 阵列更易于设计和安装。LED 在低于 1ms 的时间内就可达到设定亮度，从而使后面汽车的驾驶员能够更快地看到刹车灯，因此可以减少追尾事故；相比之下，传统灯泡要花高达 200ms 的时间才能达到设定亮度。与白炽灯相比，LED 灯的功耗可降低高达80%，从而降低了汽车的燃料消耗。其使用寿命会很容易超过汽车的寿命，因此无需更换。除了 CHMSL，一些汽车 (如奥迪 A6) 以及一些摩托车也都已经用 LED 取代白炽灯作为主

20、刹车灯了。 为了最大限度地提高刹车 LED 应用的性能并延长其使用寿命，当务之急是按照刹车系统的要求采用合适并能够驱动“红光 LED 串”的 LED 驱动器。凌特公司的 LT3486 是专门为这类汽车应用而开发。 LT(r)3486是一种双升压 DC/DC 转换器，如图4所示，经过专门设计，用来自 12V 至 14V 的汽车总线的恒定电流驱动多达16个LED（每个转换器 可串联8 个）。串联连接的 LED 可使其具有相同的LED电流，从而产生一致的亮度。如果需要，这两个相互独立的转换器还能够驱动非对称 LED 串。 这两个 LED 串的调光可以通过各自的 CTRL 引脚独立控制。内部 PWM

21、调光系统可通过向各自的 PWM 引脚提供 PWM 信号，把调光范围扩大到 10001。LT3486 的工作频率可以用外部电阻设置，范围为 200kHz 至 2MHz。低 200mV 反馈电压（2% 准确度）最大限度地降低了该电流设置电阻的功耗以提高效率。其它特性还有当 LED 断接时的输出限压。 图5 LT3486 汽车 LED 驱动器电路 结语 LED 照明系统在目前和未来的汽车中迅速采用，这给大电流 LED 汽车应用中的 LED 驱动器集成电路提出了很多非常严格的性能要求。不管输入电压或 LED 正向电压如何变化，LED 驱动器都必须提供恒定电流以保持一致的亮度，而且必须以高效率工作。这些

22、应用还要求很紧凑和热效率更高的解决方案。凌特公司已经注意到了这些汽车设计挑战，并开发出了一整套大电流 LED 驱动器产品以满足这些要求，这使系统电源设计师们在为这些应用选择电源解决方案时，能更容易地做出抉择。日前，凌力尔特公司(Linear Technology Corporation)推出双路、全功能、升压型DC/DC转换器LT3497，该器件从锂离子电池输入驱动多达12个白光 LED。其高效率、固定频率工作确保一致的LED亮度和低噪声并最大限度地延长电池寿命，由于有片上肖特基二极管，因此无需外部二极管，从而节省了成本和空间。True Color PWMTM调光实现高达250:1的调光范围，

23、而LED没有任何颜色改变。LT3497的两个独立转换器能够用2.5V至10V的输入电压驱动不对称的LED串(每个转换器多达6个串联LED)。其3mmx2mm DFN封装和纤巧外部组件可为空间受限的手持式应用组成占板面积非常紧凑的解决方案。 LT3497的2.3MHz恒定开关频率使设计师能够最大限度地减小解决方案占板面积和开关噪声。其2.5V至10V的输入电压范围使该器件能够用于由单节或两节锂离子电池供电的手持式应用以及由5V固定输入供电的应用。高端电流检测允许用单线驱动每个LED串。LT3497起一个恒定电流源的作用，负责向每个白光LED输送相同的电流，而不受LED正向压降波动的影响(该压降会

24、随着温度、制造容差和老化而变化)，从而确保了均匀的LED亮度。尽管两个独立的升压型稳压器在同一个芯片上能够驱动非对称LED串，但每个LED串都有独立的调光和停机控制。其它特点包括内部软启动/浪涌电流限制和LED开路保护。LT3497兼有高效率、通用性、低噪声和极小的解决方案总体占板面积，非常适用于各种外形尺寸纤巧却需要很多白光LED的背光照明应用。 LT3497采用3mmx2mm DFN-10封装，有现货供应。以1,000片为单位批量购买，每片起价为1.70美元。 性能概要： 用3V电源驱动多达12个白光LED(每个转换器6个串联LED) 两个独立的升压型转换器能够驱动非对称LED串 对两个L

25、ED串进行独立的调光和停机控制 高压侧检测允许每个转换器采用“单线式电流源” 内部肖特基二极管 LED开路保护(32V) 2.3MHz开关频率 5%基准准确度 VIN范围：2.5V至10V 两个转换器都具有较宽的250:1 True Color PWM调光范围 每个转换器仅需1F输出电容器 采用3mmx2mm 10引脚DFN封装汽车上的灯光系统不但让驾驶者能实际了解车子的状况，更提供了安全驾驶过程中，所必须兼具的条件。而新一代的光源LED，这对许多消费者来说一点也不陌生，甚至已进一步扩大应用于汽车上，并根据各个应用面对于效能的不同需求，选择适宜的LED产品。基本上，由于LED与传统的光源除了在

26、外型上的差异之外，光形与效能输出也有很大的差异，因此，要将LED完善地应用在汽车头灯上，包括光学设计与散热设计等，将与传统汽车灯具的设计概念有所不同。一旦汽车能与LED成功地进行整合，并克服技术门槛之际，将可为汽车设计开创出崭新的设计原理。 一、汽车上的灯光控制系统 从周遭的汽车上，可以看到LED已经广泛地应用到车上，包括：转向指示灯源、显示或者是车内相关照明，如汽车显示仪表板、车顶照明灯，到车外的尾灯、前后指示灯、倒车灯、第三煞车灯等，或多或少都能见到LED在汽车灯源的相关应用。从系统的角度来说，汽车上的灯光控制是汽车主体控制架构中的一个子系统，主要包括：车门控制与仪表板显示系统，而基本架构

27、则是收集车上各个开关的状态量，并进一步视其状态来对车上灯源进行驱动，并负载所需动作的电能。 由此可见，汽车主体控制系统控制必须是依照不同功率需求的灯源进行设计。换个角度，从LED在汽车上的应用来看，虽然LED在第三煞车灯的应用，到汽车尾灯、转向灯到煞车灯，甚是在几年前已将LED光源设置在车内作为照明之用，一步步开创了LED作为车内外照明之用的想象空间。 图说：世界各国先进车辆之头灯未来发展趋势，将会以适路性照明系统（Adaptive Front-lighting System；AFS）及LED白光照明产品为发展主轴。（资料来源：www.techon.nikkeibp.co.jp） 二、不同的应

28、用需求下 必须有不同的LED封装技术 不同的LED元件有着不同的应用途径及环境范围，因此封装方式也有其差异，倘若LED的芯片及封装技术能够进一步提升，产品亮度更可提高一倍。当随着应用层次的不同，汽车中心厂必须要选择不同LED光源与封装技术，才能面对车上各个不同的环境要求。一般来说，LED在汽车工业方面的应用，乃是根据亮度的差异，将其简单归类为，指示灯号用、投射光源用与照明光源等三种不同类型的需求列示如下： 指示灯号的应用由于此范围所使用的LED光源流明值需求不高，其消耗功率也较低（约为70-200mW），所生成的热源对封装体的影响较小，所以许多厂商在设计封装时，往往会忽视掉热源可能会导致的后果

29、，因此，大部分是采用树脂类的材料直接将LED整个包覆起来，再进行封装的动作，也因为树脂类的材料对于热的传导系数较低（W/mK），容易产生散热不佳的情况，使得LED元件与散热系统之间的界面热阻系数，会因此而提高。 图说：采用SMT表面封装LED，适用于中央高位煞车灯、前转向灯、车后组合转向灯、尾灯和煞车灯、反光镜转向讯号指示灯等汽车外部照明、仪表盘、控制背光、中央控制台背光、导航、以及音响系统等的车内照明。（资料来源：） 车内照明光源应用除了上述所应用车内指示灯源之外，还可用于亮度要求较高的车内照明、雾灯与前后方向指示灯。因为亮度需求提高，其封装功率也必须相对提升。不过，如此一来，LED很容易就

30、会因为功率增加而影响到色彩衰减问题，因而不得不将散热问题纳入考虑的重点。在封装设计上，除了可以使用树脂类的材料封装外，还可以设计一金属块能在第一时间便将LED所产生的热源导出，以便维持LED的发光效率与热阻问题。 汽车投射灯源应用这是目前在LED在汽车应用上封装亮度要求最高的一样，以前照明系统为主，包含了雾灯、近灯、远灯，单个体的封装必须达到4W以上，而热阻则必须小于5K/W，才能在高温的环境下，正常维持LED主体的散热能力，保持LED光源的输出效率在规定范围内。 三、不同的应用层面 对于亮度需求也有所不同 基本上，以流明亮度的需求来看，一般在汽车内部所使用的照明设备大约需要80流明的亮度，大

31、多采用表面黏著型（Surface Mount Technology；SMT）的封装方式，单体封装约为2流明输出之多，其发光效率则可以达到15-20lm/W之间。其次，车用的第三煞车光源则约略需要30流明的亮度，一般采用直径5mm的炮弹型（Lamp）封装技术，借以加强设计光照角度及强度，再透过树脂透镜安装在发光元件上，而达到对光的调节，其单体封装亮度约4流明，发光效率则可达20-40lm/W。至于，汽车尾灯对于亮度的要求，约在300-500流明之间，一般采用1W的SMT封装技术，单体封装亮度约10-20流明，效率可达15-40lm/W。 图说：受限于发光亮度不足，在过去之前，LED大多是作为车内

32、指示灯或是照明用上，而近几年才开始运用在第三煞车灯、尾灯、方向辅助灯等。（资料来源：） 以上是安装在汽车上实际作为车体的光源量测数据，而目前LED厂与车厂正积极合作，试著将LED导入前照系统（头灯、雾灯）中，其中车厂对于头灯的亮度需求约2，000流明的白光，LED厂目前则应用高瓦数的SMTLED封装架构，每单体封装可输出100-200流明，效率预期提高至50-100lm/W，目前使用于车上的灯源可区分为白炽灯泡、卤素灯泡、气体放电式灯泡与LED光源。 四、如何开始着手LED汽车头灯设计 （一）规范要求 开始着手设计头灯之前，应先考虑法规上的相关规定，包括光型亮度、环境测试、亮度衰减等需求，进一

33、步考虑相关光学设计，机构设计，耐热设计与电控设计等细节，对于LED而言，光学设计的考虑除了反射镜设计之外，尚需考虑LED本身的出光光型，不同的封装型态将产生不同的光型输出，进一步将影响反射罩或成像透竞的要求，与传统头灯设计需考虑不同灯泡（H1、H4、H7、H11等）类似。 在传统的头灯设计上，灯泡本身的光子释放来自加热钨灯丝，不会因自身发出的热或来自引擎室的高温而影响亮度输出，散热重点落在整个头灯腔体的均温设计而非灯泡的散热，但在头灯材料的选择上则需考虑是否可承受来自灯泡的高温，如汽车头灯腔体约承受100的温度，雾灯腔内温度可高至300，所以在此选用的材料一般都以耐热材为主。然而对于LED而言

34、，其光子释放来自于PN界面的能阶跳动，与温度呈现负相关，温度越高则光源输出越弱，因此散热成为LED作为光源设计的重要课题。 （二）光学设计 光学设计时先考虑法规需求，讨论视角与强度关系，以近灯为例须针对其特殊的15度扬角设计。在传统的灯具设计上由先期的利用反射罩配合透镜刻纹作角度与强度的控制，演变成为利用反射罩直接控制强度角度，也发展出利用成像方式的鱼眼透镜设计法。不论何种的设计方式都须先考虑选用光源的特性，特别是角度与强度的光型输出（Beampattern），对传统的光源而言，大多为柱状光源，可产生类似蝴蝶外型的光型输出，进而发展出来与之搭配的透镜、反射罩、挡板、透镜等光学组件。而利用LED

35、作为光源设计灯具时，需重新考虑其光学特性由传统的柱状光源变为平面光源，进而搭配外部的光学组件而产生不同组合以应用于不同产品，依照德国车灯大厂HELLA的设计分类，可将光源分为八大类。 LED目前的单位面积发光量尚不及卤素灯泡与放电式灯泡，想得到相同的流明输出，LED需要较大的封装面积。随著光源输出面积的增加，光学设计的难度也随之提升，所以在现有的概念车上，都以模块化光学设计取代既有的单一灯室设计，利用多组灯源达到传统灯具的照明水平，除了降低光学设计的难度，也增加车体造型的设计感。 图说：透过平直散热片散热的空气流动应用计算型流体动力学模拟，散热片区域中的空气进行流通出口，增加LED的散热效能。

36、（资料来源：） （三）散热问题 由于LED的输入电能约有90的转换热能必须排出，这远比传统灯源要来的高上许多；另外，LED晶粒归类于半导体材料，不能耐高温（120C），由晶粒至大气的排热只容许约50C温差，更是远低于传统灯泡，因此，散热设计是LED光源区别于传统光源的课题之一，再加上灯具不能使用风扇散热，而且灯具产品要能推广到汽车市场普及，还得要进一步考量到外观造型与灯具的光学设计原理，这将是高功率LED照明设备极为困扰的问题。 严格来说，传统所使用的灯具所产生的热源其实远高于LED；不过，传统灯具不会因为高温而降低其光源输出能力，但，LED的光输出却会因为本身界面问题，使LED的发光效率受到

37、影响。而其产生的热如何散除到外界环境与其封装结构材料息息相关，牵涉到使用的散热材料与相关外型。其中热阻的概念，代表输入W功率时，需要提高多少K温度才足以散热。以现有的封装技术最高可允许LED操作在185（LumiledK2），但一般因为封装胶材的关系，可允许的操作温度约在125，除了考虑光源输出效率之外，还必须要考虑封装胶材的变质，例如，树脂类材料在作为包覆LED晶体时，若在高温时容易产生的老化现象。 目前有厂商发展出以热力均温超导技术，可将LED所产生的热源进行聚热分散的效果；也就是说，当LED灯具的温差在正负1度的范围之间，再采用强制散热技术，利用灯具所设计的防尘遮蔽的半开放式空间进行空气

38、换气的动作，也就是可以让空气产生对流，而达到传散热能的效果。而这个发展概念就像人体散热一样，除靠皮肤散热外，也靠第2个空间的肺，以进行呼吸获得强制散热。 五、结论 在LED产业中，磊晶过程中容易导致芯片不均匀的状况发生，而发展出所谓的分类销售的过程，尤其是瓦数较高的芯片，在LED产业中更必须要进行全检才得以出货，再根据LED波长进行下一步的细部分类，虽然在进行封装之后，每颗LED的个体还是会在亮度、色温、可靠度上存有细微的差异。而以LED作为汽车头灯的应用，将会采用多个芯片设计方面，才得以输出足够的发光效率以进行汽车灯具的光学设计。另外，需要关注的是LED的质量检测与质量管控，才能确保LED具

39、有相同质量的灯源输出效果。图说：更高亮度和更低功耗是LED芯片产业的趋势，而未来LED芯片必须要能同时满足这2种需求，此外，低功率LED可以大幅延长电池寿命。（资料来源：ST） 自从2004年以来，市场上至少已经超过13家以上的汽车厂商在相关车展中，相继展示出LED头灯为市场需求的概念车款。甚至，Lexus汽车更将于2007年，推出一款以LED为头灯的量产汽车，相信以LED汽车上的灯源所遇到的难题，势必会在消费者引颈期盼下，逐渐获得舒缓。而LED先天上就具有体积小的优势，应用于前置灯具时更可缩小整组灯具的体积，进一步让出宝贵的引擎空间与其它相关设备，以现有的卤素灯泡或是放电式灯泡设计的灯具总长约300mm，而在许多概念车的设计上，LED灯具只有125mm长，而藉由体积小的优势，更可以配合设计多款不同的造型，进而为车体造型创造出不同的视觉观感，进而摆脱过去汽车灯具的圆形设计概念。