后装LED大灯的发展趋势

后装LED大灯的发展趋势

李新宇

广州广日电气设备有限公司511447

摘要：国内车灯前装市场具有约450亿元市场空间，后装市场随着汽车灯改装、维修保养等兴起而逐步扩大。行业将受益于进口替代、产品升级等，行业集中度有望逐步提升，自主品牌份额有望加大。未来车灯发展趋势在于LED大灯、激光灯和智能车灯。

关键词：后装LED大灯；问题分析；解决方案

引言

汽车灯光已经迎来了LED灯的时代，车用LED照明技术作为一项具有突破性意义的新技术，已经被大多数的汽车制造商以及消费者所接受，越来越多的高档汽车都配备了LED灯。但由于汽车应用环境的特殊要求，要真正实现车用LED代替传统光源，还有很多技术难题需要解决。

一、汽车LED大灯系统优点

1、凭借光效高、能耗低、可靠性高、寿命长、尺寸小及环保等众多优势，LED在汽车内部及外部照明中的应用日渐增多，已经从最初不那么紧要的汽车照明应用，如座舱内照明、停车灯及仪表板背光，跨越到了前照灯及组合尾灯等更宽广应用。国外高档轿车生产商如奔驰、宝马、丰田、福特均在中高档车中推出的汽车LED大灯系统，预计2015年4月上海汽车展上，有更多车型推出LED大灯系统配套车型。

2、色温柔和，几乎等同于自然光。利于人眼识别，不刺眼。因为人眼区分颜色的能力在自然背景条件下是最好的。相比卤素灯和氙气灯，极大提高人眼在夜间的识别力。

3、LED大灯的平均寿命比卤素灯高100倍以上，比氙气灯也高出至少10倍以上寿命，甚至超过车本身的寿命。而且性能更加稳定可靠。可以减少出故障的几率，无需频繁地更换灯泡，降低了许多维护成本。而且采用LED灯可以节省更多的能源。更为重要的是，LED大灯的启动速度快。点亮时间仅为50ms左右，比钨丝灯泡的启动时间快大约250ms，比氙气灯更快。从安全性角度来看，极大降低了追尾碰撞的发生。

4、节能，电流冲击小。LED大灯为低电压启动，不像氙气灯那样，没有大的瞬间电流冲击，对汽车其他电子产品和电瓶产生冲击很小。

二、汽车LED大灯行业现状

近年来，在市场环境和政府补贴的双重刺激下，LED上游企业产能不断扩张，行业竞争日益激烈。大多数企业通过扩大生产规模来摊薄生产成本，以压低价格来换取市场份额，导致LED芯片价格不断下降。尤其部分LED厂商纷赶在大陆补助政策落幕前完成机台采购，使得大陆新机台产能加速释出，导致全球LED产能过剩情况更趋恶化。

2015年累计产量3918.21亿只，同比增长26.45%，主要集中在广东、福建、江苏、浙江、安徽等地区。其中，广东省累计产量2739.44亿只，占全国总产量的69.92%，同比增长43.26%。2016年，全国发光二极管（LED）累计完成约为4701.85亿只，同比增长19.99%。随着我国LED产能过剩，预计2017年我国LED产量增速将继续下降。

由于LED照明面临产能过剩问题，且商品同质化严重，激烈的竞争使得商家大打价格战；此外，随着LED芯片专利瓶颈被打破，产品技术持续提升，材料成本快速下降，都导致LED照明产品价格不断下降。

上游LED行业产能过剩与价格下降对汽车车灯行业无疑是好消息，不光是LED灯供应安全稳定，而且车灯制造成本也会下降。因此，近年来LED车灯销量不断攀升。2016年，我国LED车灯总成销量为573.6万套。预计2017年我国LED车灯总成销量约为688.9万套。汽车市场的繁荣，带动了LED大灯行业的快速发展。未来我国汽车市场将保持比较稳定的发展态势，对汽车LED大灯的需求也将同步增长。

三、LED大灯发展的技术难点和解决方案

1.成本问题及解决方案

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之一。

降低成本的主要途径为：

1.1发展大芯片大电流。如果在不降低光效的前提下把芯片做大以便通过更大的电流，大幅提高单颗LED的功率，这样灯具所用的LED数量将明显减少，有助于灯具成本的下降。

1.2研发新型衬底材料。

1.3继续延长LED的寿命。

1.4减少驱动器的元器件数量

2.散热问题及解决方案

LED在输入电能后，只有约15%-20%的能量转换为光能，而其余多达80%以上的能量都转化成了热能。高的热量会使LED的结温升高，产品寿命、亮度、稳定性等下降。如果散热解决不好，会导致LED产品迅速老化、失效。因此，LED照明产品推广应用的关键之一就是散热技术。

2.1强制对流提供与外界空气热交换。

2.2散热器部分外置。

2.3LED自身的改进。首先，改进封装结构。新的封装结构采用低电阻率、高导热性能的材料粘结芯片，在芯片下部加铜或铝质热沉，并采用半包封结构，大大提高了LED的散热能力。其次，改进LED的制作材料，采用超薄、高导热、高绝缘陶瓷薄片作基底，提高散热效果；开发量子转换效率高、能承受高温的荧光粉，提高允许的最大结点温度，增大允许的散热设计温差，以降低散热设计的难度。

2.4填充导热介质：散热器和电路板之间填充了导热介质，有效地减小了散热器和电路板之间的热阻。

2.5电路板的设计格式，将印制电路板设计为上下两层，下层专用于信号发生电路及驱动电路，上层为LED点阵电路，这样能够有效地避免因为LED的热量传递到驱动芯片而使其损坏。

2.6灯具设计方面的改进。在一个灯具中使用数目较多的LED发光组件，让单件的发热量较小，再把它们布置在较大的空间内使其易于散热。

2.7为LED灯具设定安全工作模式。

2.8LED大灯组装工装设备配置：

LED大灯组装工装

组装段4套工装夹具出设计方案，（LED散热紫铜网成型工装、压导热管工装、导热管与紫铜网结合固定工装、灯头与后盖结合固定工装）

1）压导热管工装

1）导热管与紫铜网结合固定工装

2）LED散热紫铜网成型工装

3）灯头与后盖结合固定工装

3.集成式MCSP的后装车灯

目前后装车灯市场上流行的CSP，是免支架封装的超小型LED，以韩国公司的CSP1919为代表。

无支架CSP具有体积小，高光效的优点。但因为CSP所能耐受的电流有限，一般只能通700～800毫安的电流。小电流造成的结果就是，光通量不够，所以必须增加CSP灯珠的数量。

市面上很多公司采用双排6颗、8颗的CSP方案，以满足光通量的需求。但因CSP的数量太多，发光面增大，导致光不能聚集在车灯的焦点上，造成车灯看上去很亮，但光是散的，照射距离有限。

基于CSP的优点与缺陷，集成式MCSPLED光源应用而生。光创汽车光源的MCSP，源自日本日东公司的sheetmolding技术，在集成式超导热陶瓷基板上，共晶固定多颗LED芯片，排列成紧密的线性发光面，再通过sheetmolding工艺，模压上混合有均匀荧光材料的荧光层。

MCSP工艺及其简洁，但没有牺牲产品性能。MCSP产品具有以下优势：

（1）大电流密度：MCSP最大电流可以达到1.5A，功率最高可以达到15W，是一般CSP的两倍。

（2）高可靠性：高耐温性，sheetmolding工艺采用的荧光层材料，最高能耐受200度的高温。

低热阻，采用超薄陶瓷基板及低空洞率共晶工艺，有利于芯片热量快速导出芯片。

（3）操作性好：MCSP采用集成基板，与市面的1860焊盘通用，克服了CSP焊盘面积小，SMT孔洞率大的缺陷。

不掉粉。sheetmolding工艺使用的荧光层材料，机械强度好，与芯片的结合力很强，不容易脱落。

（4）发光特性：五面全角度发光，光的提取率更好，更接近卤素灯的360度发光，适合取代卤素灯的H制式车灯。

另外MCSP工艺还可以很方便地调整色温。目前光创汽车光源推出了两种主流市场要求的色温，5500K白光和3000K黄金光，分别接近氙气灯和卤素灯的色温。

（5）超高性价比：性能之外，采用sheetmolding工艺的MCSP，工艺路线极简化，单位时间产出率比喷粉工艺的产品高，成本上也有较强的竞争力。

所以MCSP兼具性能与成本的优势，是后装卤素灯取代车灯市场的良好选择。

四、新能源乘用车市场规模预估

头灯成长率最高：对于新能源乘用车来说，因为各品牌的车款较为集中，销售的经济规模也较高，因此在新能源车的LED导入机会也最高。

中国对于乘用车的灯具法规要求一致，因此电动车也必须符合一般的乘用车照明法规，头灯因为渗透率较低且单价较高，于2017年的产值仍有2.3百万美金，是所有新能源乘用车用LED产值中最高者。

目前全球汽车传统光源照明占整个照明光源总产量的10%左右，因此车用市场是被看好的LED照明细分市场。

目前LED已应用到汽车内部和外部，尤其是在汽车内部照明，彩色LED的应用已经非常成熟，例如用仪表灯、背光照明开关、汽车阅读灯或抬头显示系统等；汽车外部，主要是组合型LED尾灯，例如刹车灯、转向灯、停车灯组合而成的。

五、汽车LED大灯行业发展前景

目前我国有购车能力的家庭为2000万户，我国有可能成为全球第三大汽车市场，占全球份额的6%，仅次于美国和日本。而到2025年，我国汽车市场的规模将达到目前美国汽车市场的规模。2012年，我国汽车产销量为325万辆，2013年销量达到430万辆，2014年销量达到515万辆，中国成为当今世界汽车销售增长最快的地区。

在未来十多年里，汽车市场的竞争，就其本质而言，就是汽车电子化的竞争。据预测，汽车电子产品占整车成本的价格将超过45%.而新型、智能化的LED灯具是国际上汽车电子化中最耀眼的产品之一。专家预测：在未来5年内我国LED车灯将会快速发展，近几年内会形成年产10亿元的产值，5年内会形成每年30亿元的产值。

从LED车灯技术发展现状与趋势来讲，我国LED高位制动灯将进一步普及，价格稳步下降，LED后制动灯、转向灯和雾灯开始商品化，LED汽车灯具向个性化和艺术化方向发展，同时LED智能控制系统也将快速发展。

结束语

对于led灯不管是商用车还是乘用车以及新能源汽车意识中国的车辆发展重点，对于led灯市场需求从比例看都集中在功率较高的头灯与尾灯总成。

传统乘用车的关注重点，除了在头灯外，其他的LED应用则在建立品牌的形象为主，例如具有极高的品牌辨识度的日行灯，提升车内娱乐性的车用面板等等，预料随着中国国内车灯供应链的技术逐渐提升，也将让各类车用LED渗透率快速提升。

对于传统的乘用车关注重点注意在头灯上，对于其他led等使用都树立在品牌形象为主。例如具有极高的品牌辨识度的日行灯，提高车内娱乐性的车用面板等等，随着国内车灯供应链的不断增加，也将让各类车用LED浸透率快速提高。

参考文献：

[1]付贤松.一种LED汽车头灯驱动电路.天津工业大学学报，2015.

[2]刘志伟.LED前照灯研究.光机电信息，2012.