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摘 要：介绍了发光二极管即LED的基本结构及其形成，阐述了LED的特点，论述了LED在汽车照明中的应用及存在的问题。
关键词：LED，汽车照明，应用
引言
近年来，随着LED技术的不断发展，以及社会对于节能的不断重视，LED 在照明、显示等需要光源的各个方面都有使用，在照明和显示中所占的份额也越来越大。而从汽车照明角度看，LED 必将取代传统的白炽灯以及卤钨灯，成为新一代的光源的代表。
1 LED的基本结构及形成
1.1 LED的基本结构
发光二极管是一种能将电能转化为可见光的半导体，采用固体半导体芯片作为发光材料，其英文为英文light emitting diode，LED为其缩写。LED的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，
四周用环氧树脂密封，即固体封装，能起到保护内部芯线的作用。
1.2 LED的形成
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结施加反向电压时，少数载流子难以注入，故不发光。如果采用固体半导体芯片作为发光材料，在其两端加上正向电压，即当它处于正向工作状态时，电流就会从LED阳极流向阴极，半导体晶体就发出不同颜色的光。该光谱几乎全部集中在可见光频率范围内，这样制作的二极管叫做发光二极管，也称为LED。
2 LED的特点
（1）体积小
LED是用一块很小的晶片（每个LED单元小片的形状是边长为3～5mm的正方形）封装在环氧树脂里面，其体积小，非常轻。可以随意组合，易开发成轻便、爆、短小等各种形状的照明产品，也便于安装与维护。
（2）响应速度快
LED灯的响应时间为纳秒级，白炽灯的响应时间为毫秒级。响应速度快使得亮度和色彩的动态控制变得容易，可实现色彩动态变化和数字化控制。
（3）供电电压低
LED灯使用低压电源，供电电压在6～24V之间，根据产品不同而异，是一种比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场合。
（4）耗电量低
一般LED的工作电压为2～3.6V，工作电流为0.02～0.03A，功耗一般不会超过0.1W，因此耗电量非常低。
（5）效能与使用寿命长
LED较同光效的白炽灯减少80%，在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。
此外，LED比白炽灯更少的热辐射，具有高亮度、低热量的特点，且环保，坚固耐用。
3 LED在汽车照明中的应用
世界各国对汽车灯具的研发都非常重视。为了提高汽车行驶的安全性和舒适度， 在汽车照明系统中注入了越来越多的高科技成份。现代汽车照明从白炽灯、卤族灯，氙灯到LED灯[1]。鉴于LED的特点，汽车照明采用LED光源具有下列优势：LED照明是一种几乎不发热的光源，使用寿命可达5-10 年；LED 光源受电压变化的影响远远小于普通灯泡，显示了卓越的安全性和可靠性，完全满足环保节能的要求；LED灯的响应时间为纳秒级，对于至关重要的制动灯而言，这样的时间差距就意味着高速行驶时相差4-7m 的制动距离，可大大降低事故发生率；LED 耐振动和耐冲击性能也远优于普通灯泡，且有体积小和环境适应性强等优点。因此，LED 是汽车照明系统非常理想的一种光源[2-3]。
LED 用于汽车照明分两个部分：（1） 车内、车外低照度照明；（2）车外高照度照明。低照度照明如仪表板、操作开关、阅读灯、示宽灯、牌照灯等，这一部分的LED 应用的十分成熟。随着LED 技术的不断发展，LED 已经组合到背光照明中，从仪表盘到整个娱乐、导航、行程计数、信息中心控制显示等等，LED 几乎无处不在。LED 在汽车内部照明应用主要包括一般照明用顶灯、阅读灯、美容化妆灯、门锁灯等等。其达到的目的是提供放松和友好的气氛，以减少驾驶员的疲劳，改善和提高舒服程度，帮助驾驶员能得到大量可读和清晰的信息[4]。
LED 在车外高照度照明是汽车的刹车灯、倒车灯、方向灯和尾灯等，其照明及颜色均有明确规定。超高亮度LED 用于汽车信号灯，与传统的白炽灯相比有许多优点。平均工作寿命比白炽灯高出几个数量级，远远超出汽车本身的工作寿命。方向灯分装在车身前后端的左右两侧。为了在白天能引人注目，受到关注，方向信号灯需要很强的亮度，一般用白炽光。红色LED 用作汽车灯具光源的研究早在1968 年便开始了，于1987年成功地应用在汽车灯具上，从而实现了高效固体光源高位制动灯，在汽车信号灯中作辅助制动灯的功能，一般汽车尾灯做成了组合式尾灯，它将汽车的刹车灯、倒车灯、方向灯组合在一个灯体里，这也是汽车尾灯的重要特点，有的将后雾灯放入尾灯里[5]。
4 LED在汽车照明中存在的不足
4.1 散热问题
散热设计是LED 灯具设计工作中至关重要的部份， 散热是否良好决定了灯具的使用寿命是否能达到设定值。目前LED散热问题是影响其应用的最大制约因素之一。
4.2 成本问题
根据采用LED数量、质量的不同， 价格一般为同类白炽灯产品的几倍至十几倍不等。虽然大功率LED早已出现，但其成本也与其功率大小成正比， 全球范围内车用LED生产成本的下降速度将是影响今后车用LED大规模应用的主要因素。
4.3 LED外形设计问题
消费者对车灯外观的要求越来越高，独特的车灯外形设计也是关键。
5 结束语
总之， 由于LED独特的特点， 其产量占整个光源的10%左右， 它的发展和进步会引起人们极大的关注和重视，目前，LED已经在汽车照明的多个方面取得了广泛应用，如前照灯、尾灯、刹车灯、转向灯、倒车灯以及仪表用灯等，被汽车行业和照明行业公认为车灯光源市场的发展趋势。然而其存在散热、成本等关键问题，急需研究者不断提高LED技术水平，更新产品，使LED在汽车照明中的应用更加普及。
参考文献：
[1]柏云峰，LED技术和光纤技术在汽车照明系统中的应用，研究与开发[J]，2013年6月。
[2]陶永亮，LED是汽车照明应用发展的趋势，轻型汽车技术[J]，2012年2月。
[3]李锋，LED在汽车照明上的优势，科技创新与应用[J]，2012年8月。
[4]王声学，吴广宁，蒋伟，李生林，LED在汽车照明系统中的应用，灯与照明[J]，2007年3月。
[5]周太明，道路照明和汽车照明用金属卤化物灯，中国照明电器[J]，2010年3月。
关键词：LED，汽车照明，应用
引言
近年来，随着LED技术的不断发展，以及社会对于节能的不断重视，LED 在照明、显示等需要光源的各个方面都有使用，在照明和显示中所占的份额也越来越大。而从汽车照明角度看，LED 必将取代传统的白炽灯以及卤钨灯，成为新一代的光源的代表。
1 LED的基本结构及形成
1.1 LED的基本结构
发光二极管是一种能将电能转化为可见光的半导体，采用固体半导体芯片作为发光材料，其英文为英文light emitting diode，LED为其缩写。LED的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，
四周用环氧树脂密封，即固体封装，能起到保护内部芯线的作用。
1.2 LED的形成
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结施加反向电压时，少数载流子难以注入，故不发光。如果采用固体半导体芯片作为发光材料，在其两端加上正向电压，即当它处于正向工作状态时，电流就会从LED阳极流向阴极，半导体晶体就发出不同颜色的光。该光谱几乎全部集中在可见光频率范围内，这样制作的二极管叫做发光二极管，也称为LED。
2 LED的特点
（1）体积小
LED是用一块很小的晶片（每个LED单元小片的形状是边长为3～5mm的正方形）封装在环氧树脂里面，其体积小，非常轻。可以随意组合，易开发成轻便、爆、短小等各种形状的照明产品，也便于安装与维护。
（2）响应速度快
LED灯的响应时间为纳秒级，白炽灯的响应时间为毫秒级。响应速度快使得亮度和色彩的动态控制变得容易，可实现色彩动态变化和数字化控制。
（3）供电电压低
LED灯使用低压电源，供电电压在6～24V之间，根据产品不同而异，是一种比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场合。
（4）耗电量低
一般LED的工作电压为2～3.6V，工作电流为0.02～0.03A，功耗一般不会超过0.1W，因此耗电量非常低。
（5）效能与使用寿命长
LED较同光效的白炽灯减少80%，在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。
此外，LED比白炽灯更少的热辐射，具有高亮度、低热量的特点，且环保，坚固耐用。
3 LED在汽车照明中的应用
世界各国对汽车灯具的研发都非常重视。为了提高汽车行驶的安全性和舒适度， 在汽车照明系统中注入了越来越多的高科技成份。现代汽车照明从白炽灯、卤族灯，氙灯到LED灯[1]。鉴于LED的特点，汽车照明采用LED光源具有下列优势：LED照明是一种几乎不发热的光源，使用寿命可达5-10 年；LED 光源受电压变化的影响远远小于普通灯泡，显示了卓越的安全性和可靠性，完全满足环保节能的要求；LED灯的响应时间为纳秒级，对于至关重要的制动灯而言，这样的时间差距就意味着高速行驶时相差4-7m 的制动距离，可大大降低事故发生率；LED 耐振动和耐冲击性能也远优于普通灯泡，且有体积小和环境适应性强等优点。因此，LED 是汽车照明系统非常理想的一种光源[2-3]。
LED 用于汽车照明分两个部分：（1） 车内、车外低照度照明；（2）车外高照度照明。低照度照明如仪表板、操作开关、阅读灯、示宽灯、牌照灯等，这一部分的LED 应用的十分成熟。随着LED 技术的不断发展，LED 已经组合到背光照明中，从仪表盘到整个娱乐、导航、行程计数、信息中心控制显示等等，LED 几乎无处不在。LED 在汽车内部照明应用主要包括一般照明用顶灯、阅读灯、美容化妆灯、门锁灯等等。其达到的目的是提供放松和友好的气氛，以减少驾驶员的疲劳，改善和提高舒服程度，帮助驾驶员能得到大量可读和清晰的信息[4]。
LED 在车外高照度照明是汽车的刹车灯、倒车灯、方向灯和尾灯等，其照明及颜色均有明确规定。超高亮度LED 用于汽车信号灯，与传统的白炽灯相比有许多优点。平均工作寿命比白炽灯高出几个数量级，远远超出汽车本身的工作寿命。方向灯分装在车身前后端的左右两侧。为了在白天能引人注目，受到关注，方向信号灯需要很强的亮度，一般用白炽光。红色LED 用作汽车灯具光源的研究早在1968 年便开始了，于1987年成功地应用在汽车灯具上，从而实现了高效固体光源高位制动灯，在汽车信号灯中作辅助制动灯的功能，一般汽车尾灯做成了组合式尾灯，它将汽车的刹车灯、倒车灯、方向灯组合在一个灯体里，这也是汽车尾灯的重要特点，有的将后雾灯放入尾灯里[5]。
4 LED在汽车照明中存在的不足
4.1 散热问题
散热设计是LED 灯具设计工作中至关重要的部份， 散热是否良好决定了灯具的使用寿命是否能达到设定值。目前LED散热问题是影响其应用的最大制约因素之一。
4.2 成本问题
根据采用LED数量、质量的不同， 价格一般为同类白炽灯产品的几倍至十几倍不等。虽然大功率LED早已出现，但其成本也与其功率大小成正比， 全球范围内车用LED生产成本的下降速度将是影响今后车用LED大规模应用的主要因素。
4.3 LED外形设计问题
消费者对车灯外观的要求越来越高，独特的车灯外形设计也是关键。
5 结束语
总之， 由于LED独特的特点， 其产量占整个光源的10%左右， 它的发展和进步会引起人们极大的关注和重视，目前，LED已经在汽车照明的多个方面取得了广泛应用，如前照灯、尾灯、刹车灯、转向灯、倒车灯以及仪表用灯等，被汽车行业和照明行业公认为车灯光源市场的发展趋势。然而其存在散热、成本等关键问题，急需研究者不断提高LED技术水平，更新产品，使LED在汽车照明中的应用更加普及。
参考文献：
[1]柏云峰，LED技术和光纤技术在汽车照明系统中的应用，研究与开发[J]，2013年6月。
[2]陶永亮，LED是汽车照明应用发展的趋势，轻型汽车技术[J]，2012年2月。
[3]李锋，LED在汽车照明上的优势，科技创新与应用[J]，2012年8月。
[4]王声学，吴广宁，蒋伟，李生林，LED在汽车照明系统中的应用，灯与照明[J]，2007年3月。
[5]周太明，道路照明和汽车照明用金属卤化物灯，中国照明电器[J]，2010年3月。