2008.4.16 第 15 期

LED、HID、鎢絲燈泡
各搶不同車價頭燈市場

文/黃巧逸

汽車照明的演進快速,從早期的鎢絲燈泡,演化至現今市面上最流行的高電壓放電(HID)、發光二極體(LED)等,為的就是要提供更充足的行車以及車體內部照明。隨著LED價格下跌以及技術逐漸成熟,省能、光彩艷麗、體積小的照明源也逐漸受到汽車設計師喜愛,並廣泛用在車室設計中。設計廠對LED的發展充滿信心,根據去年9月法蘭克福車展調查分析,汽車內部外部的LED照明應用在2014年市值將達10億美元,也揭櫫未來汽車頭燈的發展趨勢。

鎢絲燈泡
有品質、體積小

就汽車照明三大產品線來看,鎢絲燈泡具有品質、光源穩定、燈泡總成體積小、價格便宜的優點,就算是LED大行其道,鎢絲燈泡還是會繼續存在。以霧燈而言,車廠需體積、發熱小,以及穿透力較強的低色溫光源,因此鎢絲燈泡仍是最好的選擇。

鎢絲燈泡的技術發展朝向體積小、高亮度、壽命長,組裝更便利,甚至底座防水措施的產品。除了頭燈外,為因應目前許多車型均使用透明燈罩,以營造前衛感,Osram就推出名為Daidem的燈泡,發亮時由於玻璃內層鍍一層特殊材質,吸收其他不需要的頻率光源,因此可依需要發出紅或黃色光源,此產品大多運用於尾燈部分,而目前許多高單價歐系車型便是使用此類型燈泡。

未來頭燈將有LED、HID、鎢絲燈泡3個主力,其中,LED運用於高單價的車型上。HID則愈來愈普及,並為中價位車型所普遍採用。至於鎢絲燈泡則廣泛用於低售價的實惠車型上。

HID
亮度強、省電、壽命長


與鎢絲發光的原理不同,HID是利用高電壓(約23,000伏特)激發燈泡內的氙氣,使其電子游離,並產生電弧發光。由於HID體積與傳統頭燈無異(安定器不包含在內)、亮度強(高達3,200流明)、省電、壽命長(高達3,000小時),目前市場占有率迅速提升,給予傳統燈泡造成極大的衝擊。 但由於HID頭燈製造環境較嚴苛,甚至重要部位須於無塵室組裝,成本較鎢絲燈泡貴上許多,不過其優點,目前尚未有任何實際市售產品可以取代,也因此在頭燈市場上仍是主力之一。

HID車頭燈可改善汽車駕駛的能見距離,提高駕駛安全性。不過,需要專門的啟輝器來驅動。啟輝器需3個關鍵元件(即薄膜電容器、脈衝變壓器、開關火花隙)才能實現驅動所需的高壓脈衝。由於HID車頭燈會產生高溫和汽車行駛會產生振動,因此,要求這3種電子元件具有很高的溫度穩定性和機械強度。

HID在性能上有傳統車燈無可比擬的優勢,儘管用到提高瓦數等改裝措施,鹵素燈或充氙燈都難以接近4,000K的色溫,而市場主流的HID產品,就分為色溫4,350K和6,000K的產品。燈光照射出來接近正午日光的色溫,亮度是傳統車燈的3倍以上,駕駛員的接受度及舒適度最高,用於夜間照明,可有效地減少駕駛員的視覺疲勞,安全性自然提高。因為沒有燈絲,HID的使用壽命與整車的生命周期相當,且幾乎不需要維護。

雖然HID頭燈比鹵素頭燈貴10多倍,但後者需要頻繁的維護甚至更換,折合起來的費用已經超過HID頭燈的價格,且高色溫、高亮度的燈組耗電量僅為鹵素燈的一半。 目前在歐洲對氙氣燈的需求以每年13%的速度增長,日本中、高檔車甚至一些平價車種也都原廠安裝氙氣大燈,在香港這種車燈更為普及,但國產車中只有奧迪A6和帕薩特2.8安裝氙氣大燈。HID頭燈取代傳統車燈是大勢所趨。

LED
搶占二分之一照明比例

由於LED亮度足、壽命長,超白光的色溫更可提升車輛的酷炫度,因此成為各大車廠競相採用的新技術。LED頭燈是以3個晶片為一組,納入同一燈泡組(體積約與現行家用60瓦燈泡相近),如此便可發出300流明的亮度,若須達到傳統鎢絲燈泡的1,500流明的水準,則需4個以上相同的頭泡組才能達到。

再者,燈泡組在組合上須經嚴密的計算與設置,才能達到要求的投射光型,以目前量產汽車燈具的製造技術而言無法聚焦成形。由於LED頭燈需要大量的散熱系統,以防止過熱而燒燬,為了解決此問題,Osram目前則是將大量的散熱鰭片裝設於燈泡組之後,但由於體積過於龐大,無法順利納入燈具內,而這正是LED在研發上所遇到的瓶頸。

而根據市場調查公司IMSResearch最近發表的一份報告,做為汽車白熾燈泡、鹵素燈及氙氣燈的替代品,LED將扮演更重要角色。IMSResearch預測,外部照明方面的應用,將推動2010年汽車LED市場從2006年的6.5億美元上升到13億美元。

目前LED主要用於汽車內部,充當如儀錶盤和顯示器背光,以及各種指示燈。IMS Research的分析師Jamie Fox表示,在白天駕駛照明(DRL,是一種在汽車發動時自動打開的附加照明系統,它不能照亮街道,但可以使汽車容易被發現,從而降低交通事故機率)等應用的推動下,預計2013年來自外部燈泡的LED銷售額占總體LED的比例將從三分之一上升到二分之一以上。

2004年首次在奧迪A8上推出的LED DRL,目前被不到1%的汽車所採用。IMS預測,未來10年LED DRL銷售額將成長到與目前轎車尾燈LED市場相近的規模。Fox指出,DRL未來將得到更加廣泛的採用。2013年DRL市場將從去年的不到500萬美元上升到1億美元。


LED尾燈主要由高亮度LED及其驅動器組成,目前生產高亮度LED和驅動器的供應商主要有Lumileds、Cree、Nichia、歐姆龍、Avago、IR、TI、Maxim、Linear、OnSemi、Fairchild和NSC。

高亮度發光二極體(HB LED)由於具體積小、高亮度、高色彩純度、壽命長、省電、設計容易等優點,近年來已被車廠大量導入於車用照明,整體市場後勢潛力可觀。隨著HB LED在封裝以及車燈系統設計技術上的不斷改良,也促使HB LED在車用市場的發展更加蓬勃。

由於HB LED對提高汽車駕駛安全性有明顯助益,使得HB LED市場占有率逐年成長,至2004年,HB LED的市占率已達40%。就個別市場裝置率來分析,歐洲與日本為使用HB LED最普遍的地區。但整體而言,應用情形仍未成熟,比率均未突破4%。HB LED於車外光源系統的終極目標仍在頭燈的應用。HB LED要達到這個目標,必須要克服車燈系統對光輸出密度、均勻性及成本的嚴格要求。

億光電子表示,HB LED在車用照明市場已成大勢所趨,未來LED亦將被導入頭燈模組。LED車頭燈模組在被大量商品化以前還有很多技術瓶頸,諸如LED的發光效率、LED封裝體耐熱能力、LED封裝體的散熱設計、頭燈模組的散熱設計及成本等議題有待克服。而LED的封裝設計對於發光效率以及散熱能力也占有很大的影響因素,須考慮光學效能、散熱管理、抗化學性以及光學設計等要素。

通過熱的仿真實驗得出晶圓的封裝,必須是具備有176×176mm的鋁金屬材料,才能夠解決散熱的問題,但是事實上,在有限的車頭燈空間裡面,是很難達成的,因此,須要通過熱管、風扇、車體的特別散熱解決方案,而且日前在日本的汽車大展當中Osram及Toyota Gosei便已經展示出成功的車頭燈模組樣本。