高亮度發(fā)光二極管(HB LED)由于具有體積小、高亮度、高色彩純度、壽命長(zhǎng)、省電、設(shè)計(jì)容易等優(yōu)點(diǎn),近年來已被車廠大量導(dǎo)入于車用照明,整體市場(chǎng)后勢(shì)潛力將相當(dāng)可觀,F(xiàn)就在臺(tái)北舉辦的“高亮度LED車用照明技術(shù)與市場(chǎng)發(fā)展研討會(huì)”中,將HB LED市場(chǎng)商機(jī)、封裝技術(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)等不同議題提供市場(chǎng)策略上的分析和探討! HB LED近年來已被車廠大量導(dǎo)入于車用指示燈、小范圍照明、尾燈模塊以及后視鏡方向燈組,由于美觀搶眼的LED燈組設(shè)計(jì),更能吸引消費(fèi)者的目光,因此也成為車頭燈市場(chǎng)下一階段的發(fā)展目標(biāo)。隨著HB LED在封裝以及車燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)上的不斷改良,也促使HB LED在車用市場(chǎng)的發(fā)展更加蓬勃。以下是部分廠商就HB LED在車用市場(chǎng)應(yīng)用和發(fā)展的部分表述。
璨圓光電制程整合部經(jīng)理李允立:HB LED車用市場(chǎng)現(xiàn)商機(jī) 汽車光源依功能區(qū)分,可分為照明(Illumination)及信號(hào)功能(Signage),用以指示車輛的狀態(tài);若依使用領(lǐng)域則可分為車內(nèi)光源系統(tǒng)與車外光源系統(tǒng)。目前LED在車內(nèi)光源系統(tǒng)中,已可見于儀表燈、閱讀燈、車門燈及車內(nèi)圓頂燈等應(yīng)用;至于車外光源系統(tǒng)的應(yīng)用,則包括第三煞車燈、尾燈、霧燈/日行燈,以及轉(zhuǎn)向照明燈,其中又以第三煞車燈的使用最具代表性。 由于HB LED對(duì)于提高汽車駕駛安全性有明顯助益,使得HB LED CHMSL市場(chǎng)占有率逐年成長(zhǎng),至2004年,HB LED在CHMSL的市占率己達(dá)40%,就個(gè)別市場(chǎng)裝置率分析,歐洲與日本為使用HB LED CHMSL最普遍的地區(qū)。雖然歐洲市場(chǎng)遲至1997年才開始規(guī)定新車須加裝CHMSL,但由于歐洲對(duì)HB LED的推廣甚為積極,2004年HB LED CHMSL的市占率已高達(dá)80%以上。至于日本市場(chǎng)占有率亦有40%左右的表現(xiàn);而美國(guó)市場(chǎng)雖然在CHMSL使用及LED應(yīng)用上領(lǐng)先全球,但由于對(duì)LED的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制訂緩慢,及各車廠因成本原因未大力推廣,使其HB LED CHMSL的市占僅有20%左右。另一方面,HB LED應(yīng)用在尾燈方面的成果,則以日本市場(chǎng)最為豐碩,截至2004年,應(yīng)用比例已達(dá)12%。不過,整體而言,應(yīng)用情形仍未成熟,比例均未突破4%。 除CHMSL與尾燈外,HB LED于車外光源系統(tǒng)的終極目標(biāo)仍在頭燈的應(yīng)用。HB LED要達(dá)到這個(gè)目標(biāo),必須要克服車燈系統(tǒng)對(duì)光輸出密度、均勻性及成本的嚴(yán)格要求。以均勻性而言,傳統(tǒng)的LED芯片篩選過程中,并不能完全保證波長(zhǎng)及亮度的均勻性,同時(shí)每一顆HB LED芯片的衰減程度不一也會(huì)影響發(fā)光的均勻。目前看來,使用高功率的LED芯片,是不錯(cuò)的解決之道。然而,使用高功率LED在設(shè)計(jì)上仍有諸多議題必須面對(duì),如專利問題、散熱問題、電流分布不均,以及由于LED芯片內(nèi)部全反射所造成的內(nèi)部光子損失,與高電流密度導(dǎo)致LED芯片內(nèi)部量子效率下降等。這些問題目前均已有相關(guān)的技術(shù)方案可以解決。如LED芯片內(nèi)部全反射所造成的內(nèi)部光子損失的問題,可透過在芯片表面制作溝渠的方式,來增加側(cè)向光的出光面積,不過必須注意溝渠的寬高比,以免犧牲太多發(fā)光區(qū)域或是因溝渠過小而無效果。另外,在散熱問題方面,則可借由覆晶式芯片封裝與AuSn共晶黏著技術(shù)來解決。由于采用覆晶式封裝時(shí),導(dǎo)熱基板距離LED芯片散熱區(qū)域近,因此散熱效果較好,發(fā)光亮度的衰減也較其它封裝技術(shù)改善許多。 綜觀HB LED在車用照明系統(tǒng)的發(fā)展已有初步成果,但在頭燈應(yīng)用上仍將面對(duì)散熱及HB LED發(fā)光效率等問題,因此,如何避開國(guó)外大廠的專利,率先提出可行的解決方案,將是全球業(yè)者掌握HB LED車用市場(chǎng)的重要關(guān)鍵。
億光電子研發(fā)二處副處長(zhǎng)吳易座:LED封裝耐熱技術(shù)有待克服 車廠采用HB LED作為指示或照明燈源的比例有逐年上升的趨勢(shì),包括Ford、Mitsubishi、Honda、BMW、Cadillac、Mazda等出廠的車款都已經(jīng)采用HB-LED在儀表板、鎖匙孔照明、第三煞車燈、后照鏡照明、車尾燈等作為車用照明。 根據(jù)iSuppi資料顯示,每年汽車的出貨量大約有6,000萬臺(tái),而HB LED在車尾燈的采用比例已經(jīng)相當(dāng)高,2004年HB LED在車尾燈市場(chǎng)的出貨量已達(dá)2.6億件,儀表板已成為車內(nèi)照明的主力市場(chǎng),預(yù)計(jì)2010年超高亮度(Ultra High Brightness, UHB)LED在車頭燈的產(chǎn)值可達(dá)1.4億美元?梢娷囶^燈將成為下一階段車用照明的主力戰(zhàn)場(chǎng),最先被使用在高端的汽車市場(chǎng),目前只有車頭燈的應(yīng)用仍在測(cè)試研發(fā)階段,市場(chǎng)估計(jì)在2007年會(huì)有正式的車款面世。 HB LED在車用照明市場(chǎng)已成大勢(shì)所趨,未來LED亦將被導(dǎo)入頭燈模塊。LED車頭燈模塊在被大量商品化以前還有很多技術(shù)瓶頸,諸如LED的發(fā)光效率、LED封裝體耐熱能力、LED封裝體的散熱設(shè)計(jì)、頭燈模塊的散熱設(shè)計(jì)及成本等議題有待克服。而LED的封裝設(shè)計(jì)對(duì)于發(fā)光效率以及散熱能力也占有很大的影響因素,須考慮光學(xué)效能、散熱管理、抗化學(xué)性以及光學(xué)設(shè)計(jì)等要素。因此在芯片的種類、粘芯片(Die Attach)方式以及材料的選擇適合與否成為設(shè)計(jì)上的關(guān)鍵。在散熱設(shè)計(jì)上,則須采用高性能塑料材料如聚醚醚酮(Polyetheretherketone, Peek)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(Polybutylene Terephthalate Resin, PBT)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide, PEI)、聚醚堸(Polyethersulfone, PES)等應(yīng)用于汽車車燈部。 通過熱的仿真實(shí)驗(yàn)得出晶圓的封裝,必須是具備176×176mm的鋁金屬材料,才能解決散熱的問題,但是事實(shí)上,在有限的車頭燈空間里面是很難達(dá)成的,因此須要通過熱管、風(fēng)扇、車體的特別散熱解決方案,而日前在日本的汽車大展中Osram以及Toyota Gosei便已經(jīng)展示出成功的車頭燈模塊樣本。
裕隆慶齡研發(fā)中心副理陳建宏:LED車用頭燈技術(shù)力求突破 車用LED的下一波應(yīng)用趨勢(shì)將是HB LED車用頭燈,全球各大車廠目前積極投入大量研發(fā)資金,并且根據(jù)市場(chǎng)預(yù)估2007年高端車種將推出第一款HB LED車用頭燈。該技術(shù)應(yīng)用之所以備受市場(chǎng)矚目,其主要原因在于HB LED車用頭燈具備幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),分別為封裝尺寸小型化,因此可大幅減低車子前端的深度,使得整體設(shè)計(jì)更為彈性化,相較于一般燈泡,HB LED使用效能大幅提高以及生命期長(zhǎng)久,預(yù)計(jì)可達(dá)十萬小時(shí)壽命、節(jié)省能源特性,十分符合環(huán)保的需求,上述HB LED優(yōu)異之處正是誘使全球車用HB LED相關(guān)業(yè)者相繼投入市場(chǎng)研發(fā)的因素。 由于HB LED車用頭燈仍有諸多技術(shù)及設(shè)計(jì)瓶頸尚待克服,例如光學(xué)設(shè)計(jì)(Optical)、耐熱設(shè)計(jì)部份(Thermal)、電力管理(Electrical)以及整體構(gòu)造(Archtecture)等方面。以耐熱設(shè)計(jì)問題來說,傳統(tǒng)車用頭燈則是采用鹵素?zé)襞,使用功率采用被?dòng)式設(shè)計(jì),以形成散熱自然對(duì)流的機(jī)制,此外,目前車用前燈玻璃嵌槽大多使用聚碳酸酯(PC)或是壓克力材質(zhì),其耐熱度效能非常良好以及具備高抗沖擊強(qiáng)度,因此獲得大多數(shù)廠商所采用。而且,一般車燈所產(chǎn)生流明(lm)不會(huì)隨著熱上升而改變其數(shù)值,但是HB LED發(fā)熱量極高,造成整體車頭燈系統(tǒng)無法形成散熱對(duì)流,是現(xiàn)今各家廠商極力改善的重點(diǎn)之一。目前臺(tái)灣工研院光電所則在于HB LED封裝技術(shù)上,研發(fā)推出金屬陶瓷封裝新興技術(shù),以改善HB LED傳統(tǒng)封裝技術(shù)因?yàn)榘l(fā)熱量過高,而必須另外添加風(fēng)扇或者散熱片的缺點(diǎn),并達(dá)到開孔散熱對(duì)流的效能。另外,HB LED車頭燈除了散熱問題需要解決之外,如何防止塵埃以及防潮試驗(yàn),也是設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的條件因素,部分廠商提出運(yùn)用具備防水透氣特性的薄膜材料(Gore Tex),以達(dá)到防塵透氣的機(jī)制。 目前歐洲以及日本等國(guó)針對(duì)高強(qiáng)度氣體放電燈(HID)和HB LED汽車燈用設(shè)備應(yīng)用立法規(guī)定適路性照明系統(tǒng)(Adaptive Front Lighting System, AFS),該設(shè)計(jì)主要在于補(bǔ)足汽車行進(jìn)間轉(zhuǎn)彎時(shí)所造成死角或者路面反射不足等問題,上述問題皆可經(jīng)由適路性照明系統(tǒng)規(guī)定在于照明角度整體設(shè)計(jì)的調(diào)整,以達(dá)到最佳照明效益,并防止交通事故的發(fā)生幾率。可以預(yù)期的是,未來HB LED車頭燈的適路性照明系統(tǒng)規(guī)定將成為HB LED車頭燈設(shè)計(jì)時(shí)的另一項(xiàng)研發(fā)重點(diǎn)考慮。
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