設(shè)計(jì)全球最節(jié)能的LED前照燈

　　外觀為藍(lán)色，卻發(fā)出白色的光。日本市光工業(yè)研制的這種LED前照燈被日產(chǎn)汽車“LEAF”（中國(guó)名：聆風(fēng)）所采用，作為后起廠商，市光工業(yè)在開發(fā)過(guò)程中追求了不同于其他公司產(chǎn)品的性能。

　　2010年12月，日產(chǎn)汽車上市了量產(chǎn)型電動(dòng)汽車“LEAF”。該車采用了全球功耗最小的LED（發(fā)光二極管）前照燈。而之前已經(jīng)實(shí)用化的LED前照燈至少需要三個(gè)LED。此次將LED數(shù)量減至兩個(gè)，耗電量只有23W，成功降至以往鹵素前照燈的約1/3、LED前照燈的約2/3。

　　除了節(jié)能之外，該燈的設(shè)計(jì)也很有特點(diǎn)。此前的LED前照燈都采用以投影透鏡配光的方式，而且具有非常相似的外觀。

　　而新型LED前照燈全球首次采用了以反射板（反射鏡）配光的方式。設(shè)計(jì)獨(dú)創(chuàng)，從外觀上看不出光源位于何處，而且雖在亮燈時(shí)發(fā)出白光，但滅燈時(shí)看上去卻是藍(lán)色的。

　　蚊香事件

　　開發(fā)這款前照燈的是市光工業(yè)，由研究開發(fā)部P2P3項(xiàng)目一組項(xiàng)目經(jīng)理村橋克廣負(fù)責(zé)。

　　村橋在回顧當(dāng)時(shí)的情況時(shí)說(shuō)，“終于實(shí)現(xiàn)了夢(mèng)想。盡管市光工業(yè)在LED前照燈方面起步較晚，但新技術(shù)的實(shí)用化讓技術(shù)人員充滿成就感”。

　　村橋進(jìn)入市光工業(yè)的直接原因是受到了大學(xué)時(shí)代一位學(xué)長(zhǎng)的邀請(qǐng)。但根本還在于他本來(lái)就喜歡汽車及摩托車。從大學(xué)的理工學(xué)院機(jī)械工程系一畢業(yè)，他就進(jìn)入了市光工業(yè)工作。“這是因?yàn)樵揪秃芟矚g制作東西，對(duì)車燈也很感興趣，曾經(jīng)自己調(diào)高過(guò)摩托車前照燈的亮度”。

　　1988年進(jìn)入公司后，村橋先是在制造后組合燈的工廠實(shí)習(xí)。“當(dāng)時(shí)覺得無(wú)論是工人還是設(shè)備，市光工業(yè)的規(guī)模都很大”。后來(lái)又被分配到計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）部門。在該部門進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，還在車間參與了產(chǎn)品制造。第二年，也就是1989年被調(diào)到研發(fā)部門工作。上任伊始就接到了一項(xiàng)任務(wù)。

　　“這項(xiàng)工作是查明車廂燈的污垢是如何產(chǎn)生的。因安裝在車廂頂棚的車廂燈會(huì)沾上灰塵或煙油等，為尋找出這方面的對(duì)策，首先要查明原因”。

　　“因?yàn)槲冶容^喜歡制作東西，就自己制作了車內(nèi)模型，點(diǎn)燃10根蚊香，分析煙霧的流動(dòng)情況及煙塵污垢的附著情況。當(dāng)時(shí)太專注了，結(jié)果整個(gè)研發(fā)樓都是蚊香的氣味，為這事沒少挨同事及學(xué)長(zhǎng)的奚落。這個(gè)小插曲至今仍令人難忘”。

　　村橋根據(jù)蚊香實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，向汽車廠商報(bào)告了車廂燈產(chǎn)生污垢的原因，同時(shí)，除了煙霧的流動(dòng)路徑之外，還考慮到了靜電對(duì)煙油的影響，提出了通過(guò)更換材料來(lái)減少靜電的方案。

　　從此，村橋便一直從事有關(guān)車內(nèi)照明的研發(fā)。他還研究開發(fā)了使用新光源的照明，并負(fù)責(zé)開發(fā)了使用氖燈（Neon Discharge Lamp）的后組合燈及高位剎車燈（High Mount Stop Lamp）等。不過(guò)，這些產(chǎn)品最后并未能商品化。

　　參加“光之卵”項(xiàng)目

　　“就像熒光燈逐步被LED取代一樣，氖燈也被時(shí)代所淘汰。另外，因需要設(shè)置高電壓電路并采取噪聲對(duì)策等，氖燈會(huì)導(dǎo)致成本增加，這也是氖燈商品化的障礙之一”。

　　之后村橋參與了名為“光之卵（Light Egg）”的大型研發(fā)項(xiàng)目。開發(fā)的系統(tǒng)是在HID（High Intensity Discharge，高亮度放電）周圍安裝反射鏡，利用光纖進(jìn)行光分配，然后將其作為汽車各部分的光源使用。這一劃時(shí)代的構(gòu)想是只使用一個(gè)光源，將其用于前照燈、后組合燈及室內(nèi)燈等多種照明。

　　“這也花費(fèi)了很大的成本。原因是光纖并未像預(yù)期的那樣低成本化。而且，還需要使用遮光板以及可按用途獲得不同顏色的濾光片，這同樣是開發(fā)該系統(tǒng)的瓶頸。另外，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)光源，還存在如何在發(fā)生意外時(shí)進(jìn)行安全保護(hù)的問(wèn)題。盡管我們也實(shí)際制作出系統(tǒng)并實(shí)施了行車實(shí)驗(yàn)，但最終未能達(dá)到實(shí)用化水平”。

　　但是，通過(guò)參與一系列研發(fā)工作，村橋獲得了接觸前照燈的契機(jī)。村橋是在上世紀(jì)90年代后半期經(jīng)手這些項(xiàng)目的，而這一時(shí)期LED的技術(shù)取得了劃時(shí)代的進(jìn)步。日亞化學(xué)工業(yè)于1993年開發(fā)出了藍(lán)色LED。隨后綠色LED也被開發(fā)出來(lái)，加上已經(jīng)實(shí)用化的紅色LED，RGB三原色LED產(chǎn)品湊齊。1996年采用藍(lán)色LED技術(shù)的白色LED也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。

圖1：日產(chǎn)電動(dòng)汽車“LEAF”的前照燈

日產(chǎn)汽車首次采用了LED前照燈。

圖2：前照燈單元

　　藍(lán)色部分為使用LED的近光燈。作為L(zhǎng)ED前照燈首次采用了反射鏡方式。特點(diǎn)是采用了從外部看不到光源的構(gòu)造。下端的遠(yuǎn)光燈為普通的鹵素?zé)簟?/FONT>

　　“當(dāng)初進(jìn)公司時(shí)，業(yè)界普遍認(rèn)為藍(lán)色LED無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此它的誕生令人震驚。同時(shí)我也覺得‘照明將會(huì)因此而改變’”。

　　LED壽命長(zhǎng)、節(jié)能、發(fā)熱量小，而且可靠性高。

　　“但最初亮度很低……而且成本很高”。

　　最初一個(gè)白色LED的價(jià)格是白熾燈泡的10倍，要提高亮度，需要使用多個(gè)LED，要實(shí)現(xiàn)相同的亮度，需要花費(fèi)的成本是白熾燈泡的500～1000倍。

　　紅色LED已在高位剎車燈等產(chǎn)品上實(shí)用化，而白色LED在汽車領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程是從不需要很高亮度的車內(nèi)燈開始推進(jìn)的。市光工業(yè)的LED車內(nèi)燈先是應(yīng)用于日產(chǎn)汽車的“公爵（Cedric）”及“光榮（GLORY）”的車門玻璃邊燈（1998年），之后又被推廣到豐田“埃爾法（Alphard）”的間接照明（2002年），以及日產(chǎn)“騏達(dá)（TIIDA）”的地圖燈（2004年）等。

　　LED的“低亮度”拖了后腿

　　“令人記憶深刻的是最初實(shí)用化的車門玻璃邊燈。這種燈是在后窗下端安裝LED，向上照射，目的是在夜間或暗處上下車時(shí)提高視認(rèn)性。但令人苦惱的是，LED的光在穿過(guò)玻璃時(shí)會(huì)被吸收，幾乎照不到上端。這需要與日產(chǎn)汽車及玻璃廠商合作開發(fā)特殊的玻璃”。

　　盡管當(dāng)時(shí)也開始考慮將LED應(yīng)用于前照燈，但此時(shí)LED的“低亮度”的弱點(diǎn)拖了后腿。

　　“我們從2004年開始開發(fā)LED前照燈，不過(guò)在車展上展出的第一件試制品時(shí)卻使用了20個(gè)LED。雖然找到了產(chǎn)品開發(fā)的感覺，但如果不提高亮度的話，要想產(chǎn)品化仍困難重重”。

　　2005年，市光工業(yè)、日產(chǎn)汽車以及美國(guó)LED制造商飛利浦流明三家企業(yè)共同成立了LED前照燈開發(fā)項(xiàng)目組。目標(biāo)是開發(fā)出全球最省電的產(chǎn)品。為此，需要把LED的個(gè)數(shù)減至最少。要達(dá)到普及目標(biāo)，就要在不犧牲配光性能的情況下降低價(jià)格。

　　“提高亮度只能委托LED廠商。通過(guò)努力，提高光提取效率及散熱性的開發(fā)取得了進(jìn)展。我們的任務(wù)是使其達(dá)到亮度方面的要求，此外還為如何散熱采取了技術(shù)對(duì)策”。

　　關(guān)于LED前照燈，豐田的“雷克薩斯LS600h”首先采用了投影透鏡式產(chǎn)品。鑒于成本問(wèn)題，當(dāng)時(shí)是只配備在了高級(jí)車上。

圖3：光之卵的實(shí)驗(yàn)

　　使用HID（High Intensity Discharge）的高亮度光源，利用光纖進(jìn)行分配，設(shè)想作為多處照明的光源使用。

圖4：LEAF的LED前照燈截面構(gòu)造
首先用一枚反射鏡使配置于散熱片的LED的光纖發(fā)生反射，再用第2枚反射鏡進(jìn)行配光。

　　另一方面，在采用LED前照燈方面落后于其他企業(yè)