中心論題：

• 介紹ＬＥＤ在汽車上的用途
• 滿足不同需求的ＬＥＤ封裝類型介紹
• ＬＥＤ汽車頭燈應用
• ＬＥＤ在頭燈應用上遭遇的難題

解決方案：

• 光學設計時需要注意視角與強度
• 解決影響LED頭燈應用的散熱問題

ＬＥＤ對於消費者而言並不陌生，已經廣泛的應用於車上
，依照不同的效能需求選擇適當的ＬＥＤ產品
，ＬＥＤ相(xiang)較(jiao)於(yu)傳(chuan)統(tong)光(guang)源(yuan)除(chu)了(le)外(wai)型(xing)不(bu)同(tong)外(wai)，效(xiao)能(neng)輸(shu)出(chu)與(yu)光(guang)型(xing)輸(shu)出(chu)亦(yi)大(da)不(bu)相(xiang)同(tong)，應(ying)用(yong)於(yu)頭(tou)燈(deng)時(shi)將(jiang)麵(mian)臨(lin)光(guang)學(xue)設(she)計(ji)與(yu)散(san)熱(re)設(she)計(ji)等(deng)不(bu)同(tong)於(yu)傳(chuan)統(tong)燈(deng)具(ju)之(zhi)設(she)計(ji)概(gai)念(nian)。然(ran)而(er)也(ye)因(yin)其(qi)不(bu)同(tong)於(yu)傳(chuan)統(tong)光(guang)源(yuan)之(zhi)特(te)性(xing)
，當(dang)與(yu)車(che)體(ti)成(cheng)功(gong)整(zheng)合(he)克(ke)服(fu)技(ji)術(shu)難(nan)題(ti)後(hou)
，將(jiang)為(wei)車(che)型(xing)開(kai)創(chuang)嶄(zhan)新(xin)的(de)設(she)計(ji)概(gai)念(nian)。
　　
車上的ＬＥＤ
ＬＥＤ已經廣泛的應用於車內的相關照明或指示用光源，由圖１可知，從車內的儀表板燈、車頂燈
、化妝燈
、迎賓燈等，到車外的尾燈
、前後轉向燈、倒車燈
、第三刹車燈等都可見到ＬＥＤ的相關應用。

從ＬＥＤ的應用曆史來看
，早在１９９２年時已經有ＬＥＤ應用於第三刹車燈上的先例
；而在２０００年時則進一步的應用於尾燈
、轉向燈與刹車燈
；到了２００２年Ａｕｄｉ　Ａ８率先將ＬＥＤ光源置於前置燈具內作為日行燈，開啟了設計師與工程師們在前置燈具的想象空間。在之後的許多國際車展上都可以看到ＬＥＤ作為前照燈源的概念車，如圖２所示。
 

ＬＥＤ先xian天tian上shang就jiu具ju有you體ti積ji小xiao的de優you勢shi
，應ying用yong於yu前qian置zhi燈deng具ju時shi更geng可ke縮suo小xiao整zheng組zu燈deng具ju的de體ti積ji
，進jin一yi步bu讓rang出chu寶bao貴gui的de引yin擎qing空kong間jian與yu其qi它ta相xiang關guan設she備bei，以yi現xian有you的de鹵lu素su燈deng泡pao或huo是shi放fang電dian式shi燈deng泡pao設she計ji的de燈deng具ju總zong長chang約yue３００ｍｍ
，而在許多概念車的設計上，ＬＥＤ燈具隻有１２５ｍｍ長。而藉由體積小的優勢，更可以配合設計多款不同的造型設計，進而為車體造型創造不同的視覺觀感，跳脫傳統燈具的圓形設計。
 

不同需求的ＬＥＤ封裝應用
隨著應用層麵的不同，車廠也選用不同的ＬＥＤ光源封裝對應不同的環境要求，依需求亮度不同可簡單分為指示用
、照明用與投射用三種不同需求。指示用光源可見於第三刹車燈、尾燈組（尾燈、刹車燈、轉向燈等）、側燈等，其光源輸出流明值低

，所需功率低，約在７０ｍＷ￣２００ｍＷ，chanshengdereliangduiyufengzhuangtiyingxiangjiaoxiao，yincizaifengzhuangshanghuihulvecireliangzaochengdeyingxiang
，erzhijieliyongshuzhileicailiaobaofuzhengtiyijinxingfengzhuang，eryinweishuzhiderechuandaoxishudi（Ｗ／ｍＫ）
，所以其相關熱阻會因散熱不易而升高至５０￣２００Ｋ／Ｗ；而照明用光源其封裝功率會相對提高
，除了可應用於指示用光源類的產品之外，亦可用於亮度要求較高的日行燈、霧燈
、前方向燈等，但也因為損耗功率增加（功率約在１￣５Ｗ），散熱部分不能如指示光源般不考慮散熱問題，除了樹脂類材料封裝外尚需利用金屬塊將熱導出以維持出光效率
，其熱阻維持在１５Ｋ／Ｗ以下
；而投射用光源則是光源封裝亮度需求最高者
，其應用產品以前照係統（遠燈、近燈
、霧燈等）為主，其單體封裝需在４Ｗ以上，而在熱阻上需小於５Ｋ／Ｗ，以確保在引擎室的高溫下能維持散熱能力，並保持光源輸出效率在可用的範圍內。
　　
不同的應用層麵，其總亮度需求也隨之不同，以內部照明而言大約需要８０流明的亮度

，一般選用表麵黏著型（ＳＭＴ）的封裝
，單體封裝約２流明輸出，效率可達１５￣２０ｌｍ／Ｗ。以第三刹車燈而言大約需要３０ｌｍ的亮度，一般選用炮彈型的封裝結構（φ＝５ｍｍ），單體封裝亮度約４流明，效率可達２０￣４０ｌｍ／Ｗ。
　　
而尾燈組對於亮度需求約３００￣５００ｌｍ，一般選用１Ｗ的ＳＭＴ封裝結構
，單體封裝亮度約１０￣２０ｌｍ
，效率可達１５￣４０ｌｍ／Ｗ。以上都是已經應用於車體的光源，而目前ＬＥＤ廠與車廠正積極合作，試著將ＬＥＤ導入前照係統（頭燈、霧燈）中，其中車廠對於頭燈的亮度需求約２０００流明的白光，ＬＥＤ廠目前則應用高瓦數的ＳＭＴ　ＬＥＤ封裝架構，每單體封裝可輸出１００￣２００ｌｍ，效率預期提高至５０￣１００ｌｍ／Ｗ。
　　
目前使用於車上的燈源可區分為白熾燈泡、鹵素燈泡
、氣體放電式燈泡與ＬＥＤ光源，其比較如圖４所示。
 

ＬＥＤ在頭燈的設計
開(kai)始(shi)著(zhe)手(shou)設(she)計(ji)頭(tou)燈(deng)之(zhi)前(qian)，應(ying)先(xian)考(kao)慮(lv)法(fa)規(gui)上(shang)的(de)相(xiang)關(guan)規(gui)定(ding)，包(bao)括(kuo)光(guang)型(xing)亮(liang)度(du)，環(huan)境(jing)測(ce)試(shi)

，亮(liang)度(du)衰(shuai)減(jian)等(deng)需(xu)求(qiu)
，進(jin)一(yi)步(bu)考(kao)慮(lv)相(xiang)關(guan)光(guang)學(xue)設(she)計(ji)，機(ji)構(gou)設(she)計(ji)

，耐(nai)熱(re)設(she)計(ji)與(yu)電(dian)控(kong)設(she)計(ji)等(deng)細(xi)節(jie)，對(dui)於(yu)ＬＥＤ而言，光學設計的考慮除了反射罩設計之外，尚需考慮ＬＥＤ本身的出光光型
，不同的封裝型態將產生不同的光型輸出，進一步將影響反射罩或成像透競的要求


，與傳統頭燈設計需考慮不同燈泡（Ｈ１
、Ｈ４、Ｈ７、Ｈ１１等）leisi。zaichuantongdetoudengshejishang，dengpaobenshendeguangzishifanglaizijiarewudengsi，buhuiyinzishenfachuderehuolaiziyinqingshidegaoweneryingxiangliangdushuchu，sanrezhongdianluozaizhenggetoudengqiangtidejunwenshejierfeidengpaodesanre
，danzaitoudengcailiaodexuanzeshangzexukaolvshifoukechengshoulaizidengpaodegaowen（頭燈腔體約承受１００℃的溫度
，霧燈腔內溫度可高至３００℃）

，所以在此選用的材料一般都以耐熱材為主；然而對於ＬＥＤ而言，其光子釋放來自於ＰＮ接口的能階跳動，與溫度呈現負相關，溫度越高則光源輸出越弱，因此散熱成為ＬＥＤ作為光源設計的重要課題。

光學設計時先考慮法規需求
，討論視角與強度關係
，以近燈為例須針對其特殊的１５度揚角設計，如圖５所示。在傳統的燈具設計上由先期的利用反射罩配合透鏡刻ke紋wen作zuo角jiao度du與yu強qiang度du的de控kong製zhi，演yan變bian成cheng為wei利li用yong反fan射she罩zhao直zhi接jie控kong製zhi強qiang度du角jiao度du，也ye發fa展zhan出chu利li用yong成cheng像xiang方fang式shi的de魚yu眼yan透tou鏡jing設she計ji法fa。不bu論lun何he種zhong的de設she計ji方fang式shi都dou須xu先xian考kao慮lv選xuan用yong光guang源yuan的de特te性xing
，特te別bie是shi角jiao度du與yu強qiang度du的de光guang型xing輸shu出chu（Ｂｅａｍ　ｐａｔｔｅｒｎ）
，對傳統的光源而言
，大多為柱狀光源，可產生類似蝴蝶外型的光型輸出，進而發展出來與之搭配的透鏡、反射罩
、擋板、透鏡等光學組件。而利用ＬＥＤ作為光源設計燈具時，需重新考慮其光學特性由傳統的柱狀光源變為平麵光源（不同的封裝設計有不同的光型輸出）
，進而搭配外部的光學組件而產生不同組合以應用於不同產品，依照德國車燈大廠ＨＥＬＬＡ的設計分類，可將光源分為八大類，如圖６　所示。ＬＥＤ目前的單位麵積發光量尚不及鹵素燈泡與放電式燈泡
，想得到相同的流明輸出，ＬＥＤ需xu要yao較jiao大da的de封feng裝zhuang麵mian積ji。隨sui著zhe光guang源yuan輸shu出chu麵mian積ji的de增zeng加jia，光guang學xue設she計ji的de難nan度du也ye隨sui之zhi提ti升sheng
，所suo以yi在zai現xian有you的de概gai念nian車che上shang，都dou以yi模mo塊kuai化hua光guang學xue設she計ji取qu代dai既ji有you的de單dan一yi燈deng室shi設she計ji
，利li用yong多duo組zu燈deng源yuan達da到dao傳chuan統tong燈deng具ju的de照zhao明ming水shui平ping，除chu了le降jiang低di光guang學xue設she計ji的de難nan度du


，也ye增zeng加jia車che體ti造zao型xing的de設she計ji感gan。

散熱設計是ＬＥＤ光源區別於傳統光源的課題之一。傳統燈具產生的熱遠高於ＬＥＤ，但傳統燈具不會因為高溫而降低其光源輸出能力，但ＬＥＤ的光輸出卻會隨著本身接口（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ
，　ＰＮ接口）溫度的升高而下降，如圖８所示。而其產生的熱如何散除到外界環境與其封裝結構材料息息相關

，牽涉到使用的散熱材料與相關外型，關係如圖９所示
，其中熱阻的概念，代表輸入Ｗ功率時，需要提高多少Ｋ溫度才足以散熱。以現有的封裝技術最高可允許ＬＥＤ操作在１８５℃（Ｌｕｍｉｌｅｄ　Ｋ２），但一般因為封裝膠材的關係，可允許的操作溫度約在１２５℃，除了考慮光源輸出效率之外，亦考慮封裝膠材的變質（樹脂類材料在高溫有老化現象）。
 

引擎室的溫度在燈具附近最高可到８５℃，配合Ｌｕｍｉｌｅｄ　Ｋ２可有１００℃的散熱空間，但若配合一般的ＬＥＤ則隻有４０℃的散熱空間
，觀察相關熱阻
，Ｒ＿Ｊｕｎｃｔｉｏｎ－Ｓｌｕｇ、Ｒ＿Ｓｌｕｇ－Ｂｏａｒｄ都決定於封裝體
，對設計者而言隻能針對Ｒ＿Ｂｏａｒｄ－Ａｍｂｉｅｎｔ努力，其中包括如何將封裝體固定於散熱基板上（接著質量）、散熱結構外型設計
、主zhu被bei動dong散san熱re考kao慮lv與yu外wai部bu環huan境jing等deng條tiao件jian。因yin此ci在zai此ci處chu應ying該gai與yu機ji構gou進jin行xing相xiang關guan模mo擬ni設she計ji，取qu得de燈deng具ju在zai引yin擎qing室shi內nei的de流liu場chang與yu溫wen度du條tiao件jian後hou再zai考kao慮lv所suo需xu的de散san熱re模mo式shi

，若ruo選xuan用yong被bei散san動dong熱re得de需xu要yao較jiao大da的de散san熱re空kong間jian，對dui引yin擎qing是shi而er言yan是shi不bu小xiao的de負fu擔dan，若ruo選xuan用yong主zhu動dong式shi散san熱re
，雖sui然ran所suo需xu散san熱re環huan境jing較jiao小xiao
，但dan因yin為wei增zeng加jia了le風feng扇shan等deng可ke動dong件jian，反fan而er需xu考kao慮lv此ci可ke動dong件jian可ke否fou通tong過guo車che燈deng上shang的de相xiang關guan法fa規gui，包bao括kuo震zhen動dong、粉塵
、腐蝕與濕氣等嚴苛環境。
 

ＬＥＤ在頭燈應用上遭遇的難題
ＬＥＤ應(ying)用(yong)於(yu)頭(tou)燈(deng)上(shang)在(zai)許(xu)多(duo)的(de)車(che)展(zhan)上(shang)各(ge)家(jia)車(che)廠(chang)都(dou)有(you)展(zhan)示(shi)相(xiang)關(guan)的(de)概(gai)念(nian)車(che)，但(dan)在(zai)頭(tou)燈(deng)部(bu)分(fen)尚(shang)未(wei)看(kan)見(jian)有(you)成(cheng)品(pin)出(chu)現(xian)，仍(reng)有(you)需(xu)多(duo)問(wen)題(ti)尚(shang)待(dai)解(jie)決(jue)。其(qi)中(zhong)主(zhu)要(yao)問(wen)題(ti)應(ying)在(zai)於(yu)亮(liang)度(du)輸(shu)出(chu)、散熱問題與誤差設計。
　　
頭燈的亮度需求近燈９００流明，遠燈１１００流明，整體需求２０００流明，約是Ｌｕｍｉｌｅｄ生產４０顆１Ｗ封裝體Ｌｕｘｅｏｎ　ｅｍｉｔｔｅｒ在２５℃的總光源輸出
，但當其外界溫度升高至５０℃時，其效率將降至８０％以下，且其光源輸出麵積約９０＿２（氣體放電式燈泡約１３＿２），設計難度亦隨之提升。
　　
在ＬＥＤ產業中，應對磊晶造成芯片的不均勻而發展出所謂的分類銷售的過程，特別是高瓦數的芯片在ＬＥＤ產業上是全檢出貨，依照波長亮度進行分類，也因此封裝後的個體存在著細微的差距，此差距可能存在於亮度
、色溫或是可靠度上。然而應用ＬＥＤ於頭燈時，不可避免會利用多顆芯片以輸出足夠亮度進行光學設計，此時需特別注意ＬＥＤ質量檢測與質量控製的環節，以確保相同質量的光源輸出。
　　
結語
自２００３年以降，超過１３家以上的車廠在相關車展上展出以ＬＥＤ頭燈為訴求的概念車。例如，Ｌｅｘｕｓ車廠發布消息，在２００７年中將推出一款以ＬＥＤ為頭燈的量產車。相信存在於ＬＥＤ的相關工程問題將在消費者的殷殷期盼下一一解決，且讓我們拭目以待。