設計全球最節(jié)能的LED前照燈

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

　　2010年12月，日產汽車上市了量產型電動汽車“LEAF”。該車采用了全球功耗最小的LED（發(fā)光二極管）前照燈。而之前已經實用化的LED前照燈至少需要三個LED。此次將LED數量減至兩個，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，該燈的設計也很有特點。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。設計獨創(chuàng)，從外觀上看不出光源位于何處，而且雖在亮燈時發(fā)出白光，但滅燈時看上去卻是藍色的。

　　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項目一組項目經理村橋克廣負責。

　　村橋在回顧當時的情況時說，“終于實現(xiàn)了夢想。盡管市光工業(yè)在LED前照燈方面起步較晚，但新技術的實用化讓技術人員充滿成就感”。

　　村橋進入市光工業(yè)的直接原因是受到了大學時代一位學長的邀請。但根本還在于他本來就喜歡汽車及摩托車。從大學的理工學院機械工程系一畢業(yè)，他就進入了市光工業(yè)工作。“這是因為原本就很喜歡制作東西，對車燈也很感興趣，曾經自己調高過摩托車前照燈的亮度”。

　　1988年進入公司后，村橋先是在制造后組合燈的工廠實習?！爱敃r覺得無論是工人還是設備，市光工業(yè)的規(guī)模都很大”。后來又被分配到計算機輔助工程（CAE）部門。在該部門進行模具設計，還在車間參與了產品制造。第二年，也就是1989年被調到研發(fā)部門工作。上任伊始就接到了一項任務。

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

　　“因為我比較喜歡制作東西，就自己制作了車內模型，點燃10根蚊香，分析煙霧的流動情況及煙塵污垢的附著情況。當時太專注了，結果整個研發(fā)樓都是蚊香的氣味，為這事沒少挨同事及學長的奚落。這個小插曲至今仍令人難忘”。

　　村橋根據蚊香實驗的結果，向汽車廠商報告了車廂燈產生污垢的原因，同時，除了煙霧的流動路徑之外，還考慮到了靜電對煙油的影響，提出了通過更換材料來減少靜電的方案。

　　從此，村橋便一直從事有關車內照明的研發(fā)。他還研究開發(fā)了使用新光源的照明，并負責開發(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，這些產品最后并未能商品化。

　　參加“光之卵”項目

　　“就像熒光燈逐步被LED取代一樣，氖燈也被時代所淘汰。另外，因需要設置高電壓電路并采取噪聲對策等，氖燈會導致成本增加，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，利用光纖進行光分配，然后將其作為汽車各部分的光源使用。這一劃時代的構想是只使用一個光源，將其用于前照燈、后組合燈及室內燈等多種照明。

　　“這也花費了很大的成本。原因是光纖并未像預期的那樣低成本化。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，因為只有一個光源，還存在如何在發(fā)生意外時進行安全保護的問題。盡管我們也實際制作出系統(tǒng)并實施了行車實驗，但最終未能達到實用化水平”。

　　但是，通過參與一系列研發(fā)工作，村橋獲得了接觸前照燈的契機。村橋是在上世紀90年代后半期經手這些項目的，而這一時期LED的技術取得了劃時代的進步。日亞化學工業(yè)于1993年開發(fā)出了藍色LED。隨后綠色LED也被開發(fā)出來，加上已經實用化的紅色LED，RGB三原色LED產品湊齊。1996年采用藍色LED技術的白色LED也實現(xiàn)了產品化。

圖1：日產電動汽車“LEAF”的前照燈

日產汽車首次采用了LED前照燈。

圖2：前照燈單元

　　藍色部分為使用LED的近光燈。作為LED前照燈首次采用了反射鏡方式。特點是采用了從外部看不到光源的構造。下端的遠光燈為普通的鹵素燈。

　　“當初進公司時，業(yè)界普遍認為藍色LED無法實現(xiàn)，因此它的誕生令人震驚。同時我也覺得‘照明將會因此而改變’”。

　　LED壽命長、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”。

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

　　紅色LED已在高位剎車燈等產品上實用化，而白色LED在汽車領域的實用化進程是從不需要很高亮度的車內燈開始推進的。市光工業(yè)的LED車內燈先是應用于日產汽車的“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“騏達（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提高視認性。但令人苦惱的是，LED的光在穿過玻璃時會被吸收，幾乎照不到上端。這需要與日產汽車及玻璃廠商合作開發(fā)特殊的玻璃”。

　　盡管當時也開始考慮將LED應用于前照燈，但此時LED的“低亮度”的弱點拖了后腿。

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

　　2005年，市光工業(yè)、日產汽車以及美國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)項目組。目標是開發(fā)出全球最省電的產品。為此，需要把LED的個數減至最少。要達到普及目標，就要在不犧牲配光性能的情況下降低價格。

　　“提高亮度只能委托LED廠商。通過努力，提高光提取效率及散熱性的開發(fā)取得了進展。我們的任務是使其達到亮度方面的要求，此外還為如何散熱采取了技術對策”。

　　關于LED前照燈，豐田的“雷克薩斯LS600h”首先采用了投影透鏡式產品。鑒于成本問題，當時是只配備在了高級車上。

圖3：光之卵的實驗

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

圖4：LEAF的LED前照燈截面構造
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枚反射鏡進行配光。

　　另一方面，在采用LED前照燈方面落后于其他企業(yè)