LED汽车灯及其应用.pdf
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1、光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 光源与光电系统81LED 汽车灯及其应用吴运铨福州大学至诚学院,福建 福州 350002摘要:随着 LED 技术的不断发展,LED 灯具的光效日益增加,也逐步克服了价格高昂等难题,应用日益广泛。在汽车的发展进程中,汽车灯始终发挥着非常关键的作用,LED 凭借其应用优势在汽车照明领域也得到了普及。对此,文章首先介绍了汽车照明的发展和 LED的相关内容,然后分析了 LED 汽车灯的优势,最后探讨了 LED 汽车灯的具体应用。关键词:LED;汽车灯;汽车照明;照明技术分类号:U463.650 引言LED 寿命长、故障率低,可以极大减少维护成本的投入
2、,LED 还具备电压工作低、电磁强度低、不受机械应力影响、重量轻、工作温度范围宽泛,亮度调整范围更宽的特点1,可以在汽车照明中使用,文章对此展开研究。1 LED 的工作原理和分类1.1 LED 的工作原理LED 即发光二极管,是一种可以直接将电能转化为光能的固体半导体器件2。LED 的核心部分是半导体芯片,其密封于聚砜树脂内,一端连接支架,另一端是负极,连接电源的正极。半导体芯片主要由以空穴为主的 P 区和以电子为主的 N 区两部分组成,当 P区和 N 区连到一起后,便构成了 PN 结。每一个 LED 半导体芯片的两侧都存在不同的电子掺杂,由于浓度的差异,载流子会自发扩散到对侧。空穴带正电荷,
3、电子带负电荷,两种载流子会在边界上融合,进而在边界两侧产生一定的电场,电场方向从 N 到 P。这种内电场的形成阻碍了大多数载流子的扩散,决定了在一定温度下 PN 结的大小3。对 PN 结释加正电压,利用外电场与内电场的相互作用,可以削弱内电场,将空穴的电子能量传播到对侧,从而产生一定的电压。处于较高能态的电子会与空穴中相互结合,部分过剩的电子能量会以光子的形式释放出来,从而将电能转化为光能4。如果对 PN结施加反向电压,由于内部电荷的增加,会进一步抑制大多数载流子的扩散活动,则电路无法接通。值得注意的是,并不是所有的半导体材料都可以用来制作LED,常用于制作 LED 的半导体材料是 GAP(磷
4、化)和 GAASP(磷化)。1.2 LED 的分类根据发光颜色分类:LED 的发光颜色包括红、橙、绿、蓝等颜色,一些 LED 还包含双色或三色芯片。根据有无散射剂和发光颜色的不同,LED 可分为彩色透明、无色透明、彩色散射和无色散射四种5。根据发光强度分类:普通亮度 LED 的发光强度 10 mcd,超亮 LED 的发光强度 100 mcd,而高亮度 LED 的发光强度为 10 100 mcd。根据半值角度分类:高指向型 LED,一般用尖头环氧树脂或金属反射腔包装,不含散射剂。半值角度较小,为 5 20,有很大的方向性,既可用作局部光源,也可和光学探测器组合构成半自动检测装置。标准型 LED,
5、通常用作指示器,半值角度为20 45。散射型 LED,是视角较大的 LED 灯具,半值角度为 45 90或更大,散射剂的量也更大。根据结构分类:LED 可以分为全环氧、金属基环氧、陶瓷基环氧和玻璃等类型。2 汽车照明的发展概况19 世纪 80 年代,第一盏汽车前照灯被研制出来,其以钨丝灯作为主要材料。后来,又生产了卤钨前照灯和高强度气体放电前照灯。开始,汽车上只装设了方便驾驶员在夜晚看清路线的头灯,之后,随着交通流量日渐增加,为了提升驾驶安全性和维持交通秩序,尾灯和其他指示灯也被装设到汽车上。为了应对特殊情况,汽车上还装设了警示灯和雾灯。汽车内的照明作者简介:吴运铨,男,硕士,讲师,研究方向为
6、光电子。文章编号:2096-9317(2023)03-0081-03 光源与光电系统 2023 年 第 3 期 总第 178 期 光源与照明82灯包括仪表板灯、车顶灯、地图灯和油门脚踏灯等,均给驾驶员和乘客带来了非常好的使用体验。随着科技的进步,汽车光源的类型从单一向多样化发展,在追尾或转向时,光源的多样性对于防止碰撞具有重要作用。汽车照明对于保证驾驶员的安全至关重要,有关调查数据指出,在夜晚或自然光照条件不足的情况下,汽车事故发生概率大约为 25%。我国是汽车工业制造强国,在 70 多项强制性技术标准中,关于照明性能的标准就有 25 项。为增加汽车驾驶安全性,技术人员将越来越多的先进技术运用
7、到了汽车照明中。近年来,LED 在汽车照明行业中的应用范围越来越广,LED 不仅给汽车带来现代感,而且具备良好的汽车照明效果6。3 LED 汽车灯的优势3.1 光谱接近太阳光LED 汽车灯的发光光谱接近太阳光的光谱,比传统汽车灯发出的光更容易被路标反射,反射效率也更高,这使得驾驶员可以从较远处看到路标,可以让驾驶员及时发现和记录交通标志上的交通信息,并及时作出决定,从而降低车祸发生的可能性,提高驾驶的安全性7。LED 汽车灯的光线更接近自然光,能改善驾驶员的视觉环境,减少了光源亮度对驾驶员眼睛的影响,避免造成驾驶员眩晕的情况。为了更好地满足驾驶要求,需要调整 LED 汽车灯的光谱的蓝光区域,让
8、驾驶员不会感到不舒服。3.2 节能无污染近年来,随着 LED 技术的不断发展,LED 汽车灯的发光质量越来越高。LED 是冷光源,在发光时直接将热能转化为光能,减少了发光过程中的能源浪费,且不会造成意外烧伤。LED 汽车灯的结构中不含铅、镉等杂质,安全环保,对环境污染小。3.3 快速响应LED 汽车灯的响应时间较短,响应速度比传统汽车灯更快。反应最灵敏的 LED 汽车灯是转向灯和高位刹车灯,这些汽车灯可以用于驾驶时的紧急响应8。如果汽车在高速公路上行驶时遇到紧急情况,可以使用转向灯和高位刹车灯提供非常快的响应,为驾驶员延长 7 m 左右的停车距离,从而给驾驶员足够的反应时间来采取有效措施,减少
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