車用照明技術概況

HID

氣體放電式頭燈已成為新一代車輛照明流行趨勢，HID 光源係利用高電壓刺 激氙氣(XENON)產生電弧之發光方式，取代傳統鹵素燈泡之鎢絲點亮發光方式，

它具備壽命長及高亮度之特性，可提供比傳統燈泡將近三倍之照明效果;又由於高 色溫特性，提供接近於太陽光的效果更為一大賣點

HID 是利用高電壓(約 23000 伏特)激發燈泡內的氙氣，使其電子游離，並產 生電弧發光，由於HID 體積與傳統頭燈無異(安定器不包含在內)、亮度強(高達 3200 流明)、省電、壽命長(高達 3000 小時)，目前市場佔有率迅速提昇，給予傳 統燈泡造成極大的衝擊。但由於HID 頭燈製造環境較嚴苛，甚至重要部位需於無 塵室組裝，成本自然較鎢絲燈泡貴上許多，

HID 氙氣車燈另一項重要的產品特性－低電力消耗，卻往往被人所忽略，HID 氙氣車燈運用約只有一般鹵素車燈二分之一的電力（35W vs. 60W），卻能提供超 高效能的亮度輸出。根據計算，配備HID 氙氣車燈的車輛每公里可減少 1.3 克的 二氧化碳排放量，

HB LED 車用頭燈具備幾項優點，分別為封裝尺寸小型化，因此可大幅減低 車子前端的深度，使得整體設計更為彈性化，相較於一般燈泡HB LED 使用效能 大幅提高以及生命期長久，預計可達十萬小時壽命、節省能源特性

HID 技術之所以受到歡迎，便在於其高色溫的特性。色溫便是將光線的顏 色，以凱式溫標做出數量化的表示。物理學家發現將物質加熱到一定的溫度時，

所發散出來光線的顏色是固定的，因此物理學家便以溫度，做為光顏色的指標。

當色溫越低，顏色偏向紅色、黃色；而色溫越高，便越接近藍色、白色。

在長期演化之下，人類的雙眼，對於自然的白天，有著最佳的靈敏度。因此，

當照射光線的色溫較低時，便會影響人眼對其接收的效果。加上在低色溫的光線 照射之下，受照射物體反射出來的影像亦會因而失真，與其在自然白光之下所看 到的顏色有所偏差，更容易造成辨別上的錯誤，進而影響行車的安全。以傳統的 白熾燈炮為例，其光的顏色約為3000K，而大家最熟悉的日光色溫則接近 7000K。

如此大的差距，使得過去夜間的照明效果，總是不如自然的天光，亦因而提高意 外發生的風險。當色溫較低，顏色偏向紅色、黃色；而色溫越高，便越接近藍色、

白色。

而 HID 的技術，使得人類的照明技術，有機會將能量集中於人眼最靈敏的 光譜範圍，並以與自然光相近的顏色呈現，不但在照明的效率上有著大幅的提 升，亦讓照射的物品，能有最不失真的呈現，因而能有效提升行車的安全，達成 最佳的照明效果，亦讓其成為20 世紀以來，照明科技最大的突破。

2005 年，Philips 更將 HID 的技術進一步推升，推出色溫達 8000K 的全新產 品，以接近純白光的效果，提供最接近自然天光的照明效果，以讓汽車駕駛人能 有更為安全的行車環境。在實際的測試之中，我們將Philips 8000K 的 HID 與傳 統的燈炮照明系統進行比較，較自然光更高色溫的8000K HID 系統，不論在顏色 的重現以及物品的辨識效果上，均較傳統黃色的燈炮照明效果來得優異，對於夜 間行車，的確有明顯的助益。較自然光更高色溫的8000K HID 系統，不論在顏色 的重現以及物品的辨識效果，均較傳統黃色的燈炮照明效果來得優異。

光形指的是頭燈光源投射的位置與區域。Philips 的照明工程師指出，不良的 光形將造成眩光的效應，會干擾對向來車駕駛的視線，嚴重的情況甚至會造意外 發生，而對於配備了照明效果優異的 HID 系統的車型而言，光形的設定更是重 要。為了讓消費者能有最安全、最不干擾其他車主行車安全的使用，Philips 針對 光形進行嚴密的研究，設計出一套標準光形測量牆，確保光形能兼具最佳照明效 果與行車安全。安裝Philips HID 照明系統的車輛出廠前，均需將 H.I.D 頭燈投射 在受測牆上，比對受測 H.I.D 是否投射出符合受測牆所標示的標準光形。而在實 際測試之後，Philips 的 XenonH.I.D 8000K 通過精準的焦距檢測，能維持原有光 形並避免眩光情形的發生。

LED

LED 的封裝設計對於發光效率以及散熱能力也占有很大的影響因素，吳易座 提到白光 HB LED 封裝上須考量光學效能、散熱管理、散熱穩定度、抗化學性以 及光學設計 5 大要素。因此在晶片的種類、黏晶片(Die Attach)方式以及材料的選 擇適合與否成為設計上的關鍵。在散熱設計上，則須採用高機能塑膠材料(圖 4) 如聚醚醚酮(Polyetheretherketone, Peek)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(Polybutylene Terephthalate Resin, PBT) 、 聚 醚 醯 亞 胺 (Polyetherimide, PEI) 、 聚 醚 堸 (Polyethersulfone, PES)等應用於汽車車燈

未來 LED 將會在車用照明部分佔極重的份量。由於 LED 亮度足、壽命長，

其超白光的色溫更可提昇車輛之酷炫度。其實早在各大車廠之概念車開始推出此 概念時，Osram 便已開始著手研發，目前已有具體的成績，但離量產階段仍有一 段不小的距離。Osram 現階段所研發的 LED 頭燈是以三個晶片為一組，納入同 一燈泡組(體積約與現行家用 60 瓦燈泡相近)，如此便可發出 300 流明的亮度，

若需達到傳統鎢絲燈泡之 1500 流明的水準，則需四個以上相同的頭泡組才能達 到。再者，燈泡組在組合上需經過嚴密的計算與設置，才能達到要求的投射光型 (左方位於中央基準線之下，右方上揚 15 度)，以目前量產汽車燈具的製造技術而 言無法聚焦成形。由於 LED 頭燈需要大量的散熱系統，以防止過熱而燒燬，為 了解決此問題，Osram 目前則是將大量的散熱鰭片裝設於燈泡組之後，但由於體 積過於龐大，無法順利納入燈具內，而這正是 LED 在研發上所遇到的瓶頸。Osram 信心滿滿地表示 LED 頭燈的研發兩年後(即 2007 年)即成功開發出符合市場需求

的產品，但就目前市場趨勢而言，目前仍是以 HID 及鎢絲燈泡為主力，預估 LED

根據 Strategies Unlimited 的研究指出，2001 年全球 LED 應用市場規模為 12 億美元，預計2005 年將迅速成長到 30 億美元以上，而其中前三大主要應用領域 分別為背光源 ﹝backlighting﹞、車用 ﹝automobile﹞以及信號相關應用﹝signs and display﹞，而其市場佔有率則分別為 30%、26%、26%。

相較於最近普遍受到歡迎的HID，LED 在點亮時不會排放二氧化碳，耗電量

基本上，以流明亮度的需求來看，一般在汽車內部所使用的照明設備大約 需要80 流明的亮度，大多採用表面黏著型（Surface Mount Technology；SMT）

的封裝方式，單體封裝約為2 流明輸出之多，其發光效率則可以達到 15 20lm/W 之間。其次，車用的第三煞車光源則約略需要30 流明的亮度，一般採用直徑 5mm 的炮彈型（Lamp）封裝技術，藉以加強設計光照角度及強度，再透過樹脂透鏡安 裝在發光元件上，而達到對光的調節，其單體封裝亮度約4 流明，發光效率則可 達20 40lm/W。至於，汽車尾燈對於亮度的要求，約在 300 500 流明之間，一 般採用1W 的 SMT 封裝技術，單體封裝亮度約 10 20 流明，效率可達 15 40lm/W。

以上是安裝在汽車上實際作為車體的光源量測數據，而目前LED 廠與車廠正積 極合作，試著將LED 導入前照系統（頭燈、霧燈）中，其中車廠對於頭燈的亮 度需求約2,000 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100 200 流明，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。

ASF

適應性照明系統（Adaptive Front light System, AFS），能使汽車車燈隨行駛狀 況的變化而即時變化，出現具有10 至 15 種不同光束的大燈，相對行駛速度和路 面而隨機應變。例如在高速公路上，汽車大燈會照亮前方不寬的區域，要遠一點，

當汽車行駛在彎道上，在車輛的轉彎時外側較亮，更容易看清彎道情況，而內側 要暗些，為避免會車時造成眩目。

第三代車燈半導體材料的興起，以高亮度藍光發光二極體（LED）最受矚目；

GaN（氮化鎵）半導體材料的商業應用開始於 1970 年，在高頻和高溫條件下能夠 激發藍光的獨特性質，吸引半導體開發人員極大興趣。但是GaN 的成長技術和零 組件製造技術直到近幾年來才擁有商業應用的實質進步與突破；半導體材料車燈 的興起，是以GaN 材料 P 型摻雜的突破為起點，以高亮度 LED 車燈為應用訴求 重點。

圖 3-2 ASF 照明系統

資料來源: 汽車線上資訊網

DRL

晝行燈（Daytime Running Light，簡稱 DRL）系統的推廣，歐盟明令自 2011 年起，所有新車都必須配置「晝行燈自動照明系統」，歐盟委員預計這項新規定 的實施可使歐盟地區每年因交通事故死亡的人數大幅減少 2,000 人，「晝行燈自 動照明系統」在引擎啟動時會自動開啟，讓行進中的汽車更容易被看見，可有效 降低交通事故的發生。採用飛利浦 HiperVision 高效能方向燈的晝行燈系統，可 提供較傳統白熾燈泡更佳的光輸出效率，較現行的解決方案省下 35%的電力消 耗；此外，它體積更小、配光更精準的特性，不僅可搭配 LED 做為汽車尾燈設 計使用，同時也是 AFS 主動式轉向頭燈設計時的最佳選擇。HiperVision 高效能 方向燈的超長壽命（PS19W: 2,000 小時），更能有效地延長電瓶壽命，減少了許 多不必要的置換成本。