- 國際上，各國陸續(xù)宣布新車加裝晝行燈，以及全面禁用、禁產(chǎn)白熾燈法令
- 標(biāo)準(zhǔn)、安規(guī)驗(yàn)證制定緊鑼密鼓 LED車燈、主照明商機(jī)耀眼
- LED主照明驅(qū)動(dòng)IC技術(shù)門坎 高參考設(shè)計(jì)、客制化需求大
- 發(fā)光效率、價(jià)格為LED車燈、主照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)展窒礙
- 車燈、主照明強(qiáng)調(diào)長壽命、高可靠度
- 各國政策加速LED車燈主照明普及
歐盟與其它各國陸續(xù)宣布新車加裝晝行燈，以及全面禁用、禁產(chǎn)白熾燈法令后，再加上安規(guī)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)已準(zhǔn)備就緒，LED車燈和主照明需求攀升。為趕搭市場商機(jī)，LED組件、LED驅(qū)動(dòng)IC及系統(tǒng)等廠商也加緊祭出完整方案，以分食這一巨大商機(jī)。
歐盟規(guī)范于2012年全部車種的新車均須安裝專屬晝行燈(DRL)，以確保行車更加安全。此外，包括歐盟、英國、日本、新西蘭、澳大利亞、加拿大、美國、阿根廷等國家已正式宣布，最遲于2014年將全面禁用與禁產(chǎn)白熾燈。在各國政策推動(dòng)下，發(fā)光二極管(LED)晝行燈和主照明應(yīng)用儼然已成為繼背光源與路燈照明市場后，LED廠商全力布局的商機(jī)焦點(diǎn)。
各國政策加速LED車燈主照明普及
為了讓行車更加安全，歐盟率先于2008年9月24日公告，要求自2011年2月始，所有小轎車、小貨車的新車型均須配備晝行燈；而其它貨車、巴士則是自2012年8月7日起須配備晝行燈。除了歐盟之外，其它各國也陸續(xù)著手規(guī)范全部車種的新車須安裝晝行燈，目前僅有加拿大法規(guī)容許以近光燈代替晝行燈。
專家指出，由于晝行燈必須在車輛行駛中保持亮度，傳統(tǒng)晝行燈的耗電量為頭燈的25～30%，于是具備低耗電量與長使用壽命優(yōu)勢的LED光源成為廠商研發(fā)新潮流，若使用LED晝行燈僅須消耗頭燈10%的電力?？紤]行車的安全性及節(jié)能需求趨勢下，開發(fā)LED晝行燈將勢在必行，成為LED廠商拓展車燈市場的新商機(jī)。
現(xiàn)今，汽車制造商奧迪(Audi)推展LED晝行燈最為積極，旗下A8、R8及A4系列皆已配備LED晝行燈，A8采用飛利浦(Philips)Lumileds的Luxeon Emittor作為晝行燈光源；R8和A4則選用歐司朗光電半導(dǎo)體(Osram Opto Semiconductor))的Advanced Power Top LED與Golden DRAGON LED；甚至預(yù)計(jì)于2010年發(fā)表的第三代A8也將全面導(dǎo)入LED晝行燈。此外，不少汽車制造商已于今年上半年推出的新車款也配備LED晝行燈，如奔馳(Benz)等。
事實(shí)上，除了晝行燈之外，LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用于車內(nèi)照明，包括儀表板、背光按鈕、天窗、抬頭顯示器等。歐司朗光電半導(dǎo)體表示，車內(nèi)隨選選色(Coloron Demand)功能讓汽車制造商可使用公司特有的識(shí)別顏色，創(chuàng)造與競爭對(duì)手的差異性，或于不同系列使用不同顏色加以區(qū)別。
另外，LED外部車燈的使用比重也持續(xù)攀升，如2008年凱迪拉克(Cadilac) Escalade首先采用LED車頭燈。飛利浦Lumileds表示，上市的凌志(Lexus)LS600h及奧迪R8均已裝載LED車頭燈，其中凌志選用的即是飛利浦Lumileds及日亞(Nichia)的高功率LED。至于LED于第三剎車燈、車尾燈、方向燈、側(cè)燈、近光燈及遠(yuǎn)光燈等需求量也日益增長。LED也經(jīng)常使用于中型車款的車尾燈，除考慮尺寸小、溫度穩(wěn)定及使用壽命長等特性外，另一優(yōu)勢為反應(yīng)速度快，可在駕駛者踏下剎車板的瞬間亮起。例如日產(chǎn)(Nissan)Tiana后燈和克賴斯勒(Chrysler)第三剎車燈、方向燈及后照燈皆已采用LED光源。
即便LED剎車燈、方向燈等信號(hào)燈技術(shù)已臻成熟，但LED車頭燈、前霧燈等照明燈類仍未普及，然受惠于各國晝行燈法令的頒布，LED晝行燈已成為炙手可熱的車燈應(yīng)用。
另一方面，為了順應(yīng)節(jié)能減排大趨勢，各國自2009年起陸續(xù)停止生產(chǎn)、禁用白熾燈泡，尤其歐盟各國將自今年9月始，禁止銷售100瓦傳統(tǒng)燈泡，2012年全面禁用所有傳統(tǒng)燈泡，為最早實(shí)施的區(qū)域。
根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)LEDinside預(yù)測，隨著各國政府禁用白熾燈的時(shí)間表相繼出爐，全球整體照明產(chǎn)品更新效應(yīng)將于2010～2012年逐漸發(fā)酵，至2012年，LED照明領(lǐng)域年復(fù)合增長率高達(dá)33%。而在LED發(fā)光效率逐漸提升及成本下降下，未來LED照明將可切入室內(nèi)照明領(lǐng)域。
在各國政府節(jié)能政策推波助瀾下，勢將帶動(dòng)LED晝行燈及主照明市場需求，為及早確保產(chǎn)品的性能、可靠度及安全性，歐盟、北美政府與安規(guī)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)也責(zé)無旁貸，已針對(duì)車燈和主照明訂定出相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與安規(guī)認(rèn)證。
標(biāo)準(zhǔn)、安規(guī)驗(yàn)證制定緊鑼密鼓 LED車燈、主照明商機(jī)耀眼
歐盟針對(duì)LED晝行燈與車頭燈分別制定出ECE R112、ECE R87規(guī)范，專家指出，LED車燈與傳統(tǒng)車燈驗(yàn)證截然不同，由于LED光源點(diǎn)亮后照度會(huì)逐步提升，稱為穩(wěn)定期，因此歐盟規(guī)定LED光源須在點(diǎn)亮1分鐘內(nèi)達(dá)到最低照度要求，并于點(diǎn)亮30分鐘后達(dá)到穩(wěn)定期照度，也即在點(diǎn)亮后1分鐘及30分鐘內(nèi)，亮度值達(dá)到不同車燈類型的上、下限值之內(nèi)，如晝行燈上、下限值個(gè)別為1,200cd和400cd；而根據(jù)歐盟LED方向燈規(guī)范ECE R6規(guī)定，上、下限值是1,000cd及175cd；至于LED位置燈ECER7上、下限值則為17cd、4cd。另外，他補(bǔ)充說到，使用比重逐漸提高的LED車頭燈，以及車尾燈、剎車燈同樣毋須長時(shí)間點(diǎn)亮，因此并不要求長時(shí)間的照度穩(wěn)定，為車燈驗(yàn)證的例外。
再者，值得關(guān)注的是，由所有英國保險(xiǎn)公司聯(lián)合號(hào)召的Thatcham聯(lián)盟，偕同德國萊因針對(duì)理賠要求所制定的非強(qiáng)制性EMC驗(yàn)證服務(wù)，其主要適應(yīng)LED車燈需要額外的電池回路系統(tǒng)，為保障駕駛者于車內(nèi)的安全，因此要求整車須進(jìn)行電磁兼容(EMC)的驗(yàn)證，以確認(rèn)車輛內(nèi)任何的電器系統(tǒng)均達(dá)到公定的EMC規(guī)格要求。任何車輛內(nèi)新增的電子產(chǎn)品也必須通過EMC驗(yàn)證，此對(duì)于后裝市場(AM)影響性較大，該聯(lián)盟并期望此服務(wù)能拓展至歐洲各國。此外，Thatcham驗(yàn)證項(xiàng)目尚包括后裝產(chǎn)品是否符合原裝產(chǎn)品的規(guī)格要求，包含功能與組裝性。
目前主要代表性車燈客戶為歐司朗、飛利浦、Valeo、Narva等，不過車市現(xiàn)況不佳，驗(yàn)證訂單也跟著縮水，至于國內(nèi)，則尚未接獲車燈驗(yàn)證需求，不過隨著LED車燈更為普及，國內(nèi)汽車制造商使用LED車燈比重也會(huì)大幅提升，現(xiàn)有過半比例汽車配備LED剎車燈、方向燈等，因此國內(nèi)汽車廠商驗(yàn)證LED車燈的需求量較大。
而LED主照明與車燈驗(yàn)證項(xiàng)目大相徑庭，大多時(shí)候，車燈與人體接觸的機(jī)會(huì)較低，因此毋需電氣安規(guī)要求；反之，LED主照明則有此需求。此外，LED車燈僅有系統(tǒng)須要驗(yàn)證；然而LED照明安規(guī)驗(yàn)證項(xiàng)目則涵蓋LED組件及系統(tǒng)。
不同的LED照明的安規(guī)要求迥異，此外歐美對(duì)于照明設(shè)備的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，主要差別在于電壓(歐洲230伏特、北美120伏特)、對(duì)于安全考慮的標(biāo)準(zhǔn)以及因應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的差異性。
LED照明驗(yàn)證主要項(xiàng)目為電氣安全測試、光學(xué)特性、EMC安全測試及歐盟廢舊電子電器設(shè)備指令(WEEE)/電氣電子設(shè)備有害物質(zhì)限用指令(RoHS)指令符合性測試。李志明建議，不同燈具的驗(yàn)證價(jià)格不一，為有效縮減驗(yàn)證成本，廠商須找尋符合安規(guī)條件的組件。
相較于德國萊因，于北美LED照明安規(guī)驗(yàn)證市場較為活躍的UL，除了LED燈具之外，也特別針對(duì)LED組件制定出安規(guī)驗(yàn)證草案UL Subject8750。UL Subject8750針對(duì)LED組件的安規(guī)驗(yàn)證項(xiàng)目包括發(fā)光模塊、控制回路及電源供應(yīng)。
UL表示，由于先前傳統(tǒng)燈具安規(guī)認(rèn)證未考慮LED組件特性，因此UL Subject8750系補(bǔ)強(qiáng)LED應(yīng)用于傳統(tǒng)燈具系統(tǒng)安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的不足，并適用于所有LED燈具的安規(guī)驗(yàn)證。
至于LED燈具安規(guī)驗(yàn)證項(xiàng)目則涵蓋異常測試、電器規(guī)格和機(jī)械強(qiáng)度，因此除了所有燈具的基本測試，如溫度、異常測試與絕緣特性外，考慮LED屬于半導(dǎo)體組件，與傳統(tǒng)燈源特性相去懸殊，因此特別規(guī)劃異常測試項(xiàng)目，而機(jī)械強(qiáng)度方面，主要對(duì)于結(jié)構(gòu)進(jìn)行審查，確認(rèn)開關(guān)、電源線規(guī)格是否符合燈具要求，以及相關(guān)電器間距是否引發(fā)短路現(xiàn)象，以避免出現(xiàn)短路、開路或回路過載情形。
然而，雖然在政府政策與驗(yàn)證護(hù)航之下，LED車燈與主照明后勢可期，但與背光源和路燈照明相比，汽車與主照明應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求更為嚴(yán)苛，尤其是用于車頭燈和室內(nèi)主要光源時(shí)，LED的散熱、發(fā)光效率與可靠度均面臨極大挑戰(zhàn)。因此，為搶攻此兩大潛力市場，LED廠商已陸續(xù)研發(fā)出更高發(fā)光效率的LED與新式的散熱、封裝技術(shù)，加速市場成形。
車燈、主照明強(qiáng)調(diào)長壽命、高可靠度
根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)Strategies Unlimited數(shù)據(jù)顯示，2012年全球高亮度LED市場產(chǎn)值將由2007年的46億美元，攀升至114億美元，其中照明與背光源應(yīng)用為主要增長力道，2012年市場滲透率分別達(dá)到12%、44%，車燈則維持12%的市占率。由此可知，無論車燈或是主照明市場，已成為LED廠商垂涎的目標(biāo)。
為能分食市場大餅，LED廠商競相推出改善LED散熱、發(fā)光效率與可靠度的解決方案。飛利浦Lumileds已為LED車燈領(lǐng)域的代表性廠商之一，其所研發(fā)的Luxeon Rebel系列高功率LED產(chǎn)品在車燈業(yè)界夙負(fù)盛名，其特色為不對(duì)稱的LED架構(gòu)設(shè)計(jì)，在散熱與發(fā)光效率皆深具市場競爭力。
專家認(rèn)為，LED的發(fā)光效率與溫度有很大的關(guān)連性，當(dāng)溫度增加時(shí)，發(fā)光效率會(huì)降低，透過芯片的封裝技術(shù)，可改進(jìn)散熱缺陷提高發(fā)光效率，如歐司朗光電半導(dǎo)體的五顆芯片OSTAR最高流明值為1,000流明，但其熱阻僅3K/W；最新推出的1瓦OSLON SSL LED，其7K/W低熱阻改進(jìn)散熱管理。
另外，歐司朗光電半導(dǎo)體針對(duì)晝行燈、車頭燈已分別開發(fā)出Golden DRAGON LED、Advanced Power Top LED與OSTAR Headlamp LED，前者的氮化銦鎵(ThinGaN)芯片以350毫安的工作電流產(chǎn)生64流明的亮度，順向電流已從3.8伏特減至3.2伏特。每盞車頭燈只需四枚Golden DRAGON LED便能于日間產(chǎn)生足夠的光線，耗電量也低。至于OSTAR Headlamp LED，可輕易達(dá)到鹵素?zé)舻牧炼?，每顆LED各有最多五枚緊密薄膜芯片，符合AEC-Q101汽車標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)串聯(lián)的芯片數(shù)量，該款高功率LED能在700毫安因應(yīng)一枚芯片至5枚芯片，產(chǎn)生125～800流明的亮度。
除了LED封裝之外，LED驅(qū)動(dòng)IC于車燈與主照明系統(tǒng)中，也扮演提高轉(zhuǎn)換效率和可靠度的重要角色。
提升電源轉(zhuǎn)換效率、可靠度 LED驅(qū)動(dòng)IC擔(dān)當(dāng)重任
根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)IMS預(yù)測，至2012年，全球LED車燈驅(qū)動(dòng)IC出貨量將由2005年的一百四十萬顆，大幅增長達(dá)七千二百四十萬顆，2005～2012年年復(fù)合增長率(CAGR)高達(dá)86.4%。由于增長力道驚人，吸引眾多LED驅(qū)動(dòng)IC廠商進(jìn)駐。
考慮瞬間電壓脈沖 寬范圍電壓LED車燈驅(qū)動(dòng)IC為決勝關(guān)鍵
車燈與LED操作電壓同為直流(DC)電，加上電壓伏特?cái)?shù)值偏小，如小車約12伏特、大車為24伏特，因此功能訴求與設(shè)計(jì)較為簡單。但須特別注意的是，汽車發(fā)電機(jī)仍為充電來源，而瞬間發(fā)電時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間電壓脈沖，因此LED驅(qū)動(dòng)IC可承受的電壓范圍要更廣，已成為車燈模塊商選購的必備條件。
美國國家半導(dǎo)體(NS)針對(duì)車燈市場開發(fā)出LM3421、LM3423兩款LED驅(qū)動(dòng)IC，可提供寬范圍的輸入電壓達(dá)4.5～75伏特、能安裝升/降壓電路、適應(yīng)冷車啟動(dòng)(Cold-Crank)與負(fù)載突降(Load Dump)情況，及提供過電流、過電壓和過溫故障警示保護(hù)。此外，為提高LED驅(qū)動(dòng)IC的穩(wěn)定性及能與主系統(tǒng)連接，該公司透過增加LED驅(qū)動(dòng)IC接腳數(shù)量的設(shè)計(jì)達(dá)成此目標(biāo)。
美國國家半導(dǎo)體分析，汽車電子在高電壓時(shí)會(huì)升至50～60伏特；在低溫及無電源下，電壓會(huì)下降至7～8伏特，因此LED車燈驅(qū)動(dòng)IC的工作電壓范圍需較寬，以支持不同車燈的瞬間電壓脈沖需求。
另一方面，聚積科技借助電路與制程達(dá)到LED車燈驅(qū)動(dòng)IC對(duì)溫升的要求。聚積科技指出，聚積科技所提供的高穩(wěn)定性LED驅(qū)動(dòng)IC能降低熱的產(chǎn)生，因此開發(fā)的LED車燈驅(qū)動(dòng)IC在105℃下仍可維持正常運(yùn)作。而不同于美國國家半導(dǎo)體、聚積科技等LED驅(qū)動(dòng)IC制造商，德州儀器僅將主力市場鎖定LED主照明。
LED主照明驅(qū)動(dòng)IC技術(shù)門坎 高參考設(shè)計(jì)、客制化需求大
相對(duì)于LED車燈，主照明設(shè)計(jì)困難度在于使用交流對(duì)直流(AC-DC)的操作電壓，LED須要搭配變壓器和固定散熱座，才能完成LED燈具設(shè)計(jì)。因此，LED驅(qū)動(dòng)IC的應(yīng)用電路是否匹配電子式變壓器的重要性愈加突顯。
至今，德州儀器已開發(fā)出可匹配投射燈電子式變壓器的LED驅(qū)動(dòng)IC。德州儀器指出，目前市面上部分廠商推出的LED驅(qū)動(dòng)IC會(huì)有閃爍弊病，正是因?yàn)椴黄ヅ涞木壒省?
此外，過去LED燈泡會(huì)加裝散熱片，因此容易導(dǎo)電，而傳統(tǒng)的作法為透過AC-DC降壓電路隔離，其通過提供直流電驅(qū)動(dòng)LED，但容易導(dǎo)致觸電，無法通過安規(guī)。
現(xiàn)在最新的兩種作法為分別透過機(jī)構(gòu)與電器隔離，前者可符合安規(guī)要求，不過成本與生產(chǎn)難度較大；因此德州儀器的作法為采取電器隔離，能兼顧效能、成本與制造難度考慮。
另一方面，AC-DC電源轉(zhuǎn)換會(huì)使用變壓器，其內(nèi)含電解電容組件，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)電解液，若遇到高溫會(huì)被蒸發(fā)，此時(shí)電容的電容值會(huì)減少，會(huì)造成電路運(yùn)作失誤的發(fā)生，使電源受到損壞?？紤]上述問題，因此業(yè)界開始選用固態(tài)電容取代電解電容，以盡量縮減電解電容數(shù)量，如現(xiàn)今德州儀器的MR16方案已完全使用固態(tài)電容。而北美照明市場盛行的三極管交流電(TRIAC)調(diào)光功能，原本僅能用于傳統(tǒng)燈源，但現(xiàn)今LED驅(qū)動(dòng)IC設(shè)計(jì)廠商透過TRIAC的截波(TRIAC-chopped Waveform)轉(zhuǎn)為DIM信號(hào)之后譯碼，即可支持100：1的調(diào)光比，實(shí)現(xiàn)LED燈源的TRIAC調(diào)光功能。
專家認(rèn)為，北美已有相當(dāng)比重的家庭使用調(diào)光器，為響應(yīng)節(jié)能減排，TRIAC搭配LED光源的市場已開始萌芽，惟導(dǎo)通后須維持電流的一致性，否則將會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，此外，安規(guī)也待確立，預(yù)計(jì)LED加上TRIAC的商品將于第三季問世。
著眼于LED調(diào)光器的需求量增長，德州儀器藉由IC控制法則達(dá)成調(diào)光匹配，以期分一杯羹。德州儀器將電源設(shè)計(jì)為線性驅(qū)動(dòng)，其固定導(dǎo)通工作周期的控制法則會(huì)跟隨正弦波的正常波形達(dá)成調(diào)光功能，德州儀器LED驅(qū)動(dòng)IC功率因子(PF)大于0.96、電流諧波小于6%，另透過三極管交流電(TRIAC)配合調(diào)光功能。
由于LED燈具設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，因此相對(duì)于車燈市場，對(duì)于高整合度和客制化方案需求量大。即便燈具大廠已設(shè)有電源與燈具部門，對(duì)于評(píng)估模塊(EVM)的需求仍相當(dāng)大，針對(duì)此一需求，德州儀器傾向推出更貼近實(shí)際應(yīng)用的EVM，換言之，為提供配合客戶主機(jī)板外觀尺寸(Form Factor)的電路設(shè)計(jì)，其幾乎等同于半成品的模塊，因此獲客戶青睞。
發(fā)光效率、價(jià)格為LED車燈、主照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)展窒礙
白光LED的發(fā)展帶來前所未有的解決方案，設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在有更大的彈性可嘗試各類型的車燈外觀，有特色的車燈甚至?xí)饾u成為汽車的標(biāo)志。
若要安裝LED作為標(biāo)準(zhǔn)的車頭燈，整體系統(tǒng)需重新規(guī)劃，如更成熟的溫度管理、最佳化的高分辨率光學(xué)設(shè)備及連接汽車電力系統(tǒng)的最佳化電子設(shè)備，此外車燈未來所要面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)將來自車外應(yīng)用亮度要求。
現(xiàn)今，車尾燈、第三剎車燈、方向燈、側(cè)燈、近光燈及遠(yuǎn)光燈等車外照明應(yīng)用均要求高流明數(shù)，而事實(shí)上，流明數(shù)取決于所用光學(xué)設(shè)備的效率，照明所采用的光學(xué)系統(tǒng)愈經(jīng)濟(jì)，顯示應(yīng)用所需的流明值愈低。第三剎車燈的要求為25～60流明、方向燈為50～120流明，依歐美或其它地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)而訂，此外，近光燈和遠(yuǎn)光燈需要高亮度，目前每顆LED的數(shù)值定為400流明，至于法令則要求車頭燈流明值為1,500流明，同樣此數(shù)據(jù)也依據(jù)使用的光學(xué)及溫度系統(tǒng)方案而定。此外，晝型燈或其它車燈對(duì)于光源的均勻性要求也相當(dāng)嚴(yán)格，但受限于LED物理特性，仍難以突破。
至于LED主照明方面，廠商普遍認(rèn)為，LED主照明仍需要一段時(shí)間醞釀才會(huì)真正達(dá)成大量商品化，其中價(jià)格為關(guān)鍵點(diǎn)之一。此外，現(xiàn)今LED散熱、電源驅(qū)動(dòng)壽命與燈可匹配性、智能化控制及價(jià)格為LED燈具系統(tǒng)亟待克服的課題。
