当前位置:首页 > 粉体资讯 > 粉体应用技术 > 正文
最亮的汽车大灯,它们用的到底是什么散热基板?
2022年01月12日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:41
觉得文章不错?分享到:

2014年10月7日,中村修二与赤崎勇、天野浩因发明高效蓝色发光二极管(即俗称的蓝光LED)而获得2014年诺贝尔物理学奖。为此,中村修二被誉为21世纪的爱迪生蓝光之父

据悉,激光照明不仅能增加投射距离,提高安全性,同时体积更小、结构更紧凑。中村修二认为,一个激光灯,照明100平方米面积没有问题。”正是有了这样的自信,中村修二接受媒体采访时甚至表示未来10年,激光照明将取代发光二极管(LED)照明。

蓝光之父

激光到底能不能真这么霸气我们暂且不论,不过确实有些应用已经在尝试使用激光代替LED。比如说汽车用前灯,也就是我们平时说的汽车大灯,它是车辆上的关键部件,除可以提供照明外,还能通过远、近光灯的交替实现与其他司机交流的功能。在夜间、雨中或其他不利条件下,如果没有大灯那是无法安全驾驶的,因此汽车大灯的寿命和性能必须足够可靠。

激光大灯效果

激光大灯效果

目前激光大灯已在汽车领域投入使用,迄今为止配置有激光大灯的车型已经超过20款。但由于半导体激光器价格较为昂贵,真正热衷于激光大灯技术的车厂,主要都还集中在奥迪,宝马和路虎和长城四家车企上,多使用在高端车型上。从2014年第一款开始, 每年基本上都呈递增态势,特别是2018、2019年,每年都有6款激光大灯的车型上市,说明激光大灯的应用越来越广阔。除此之外,也有不少有追求的车主看到了激光大灯的好处,主动去车厂改装,让自己的爱车也能像其他高端车型一样拥有目光炯炯的大眼睛。

激光大灯的优势

说是激光大灯,但你别以为它是那种电影里特效加持的酷炫激光。事实上激光大灯的光线并不耀眼,最大的优势就是它照射距离,如果说LED大灯照射距离是300米,而激光大灯的照射距离是LED的2倍以上,那就是600米以上,不仅照射远,铺路效果也远远大于普通的LED灯。

激光大灯照射距离更远

而且也不用担心远光灯会闪瞎会车的人或者行人的眼睛,一般配备了激光大灯的车型为了安全都会增加智能车灯,以便在会车时自动切换近光,而且在使用上有一定的限制,如奥迪激光灯只能在绝对黑暗的环境开启,时速要求在70km/h,且照亮区域内无其他车辆(听起来更适合用于大西北、西藏、新疆等地区的样子)。

另外激光大灯还拥有LED大灯大部分的优点,比如响应说速度快、亮度衰减低、体积小、能耗低、寿命长等等。相比LED大灯激光大灯在尤其在体积方面具有优势,单个激光二极管元件的长度已经可以做到10微米,仅为常规LED元件尺寸的1/100,这意味着,只要设计师愿意,传统汽车的大灯的尺寸可以大幅度缩小,这也许将为汽车前脸上各个元素的设计比例带来革命性的变化。

激光照明的原理

激光二极管只能发射单色激光,需要通过多个单色激光源合成,或者使用单色激光激发荧光粉而形成白光。车灯领域现在常用的是蓝色激光二极管远程激发黄色荧光粉方案,可以通过两种方式实现,具体如下:

第一种方式为透射式(图1)。其原理如下:来自异侧的蓝色激光穿过透明基板,在荧光粉转换层内,将部分转换为黄光,并与剩余未转换的蓝光混合,形成白光。由于激光需要穿透几个材料层因此基板和粘合层也必须是透明的,而且是具有散热性能的高导热性材料。

透射式原理

奥迪A8、宝马i8的激光大灯就是投射式的,整个系统的光学原理可以从宝马发布的激光大灯的视频中清晰的看到(点击下方视频)。

https://v.qq.com/x/page/d0323qa386i.html

第二种产生白光的方法是反射式。反射式的原理为:同侧的蓝色激光射入荧光粉转换器中,部分转换为黄光。荧光粉转换器具有高反射背面,并安装在散热基板上。发射光混合了蓝色和黄光,形成白色。在此方案中,粘合层和基板都不需要透明,因此材料的选择有更大的灵活性,可以选择最佳散热性能的材料。

反射式原理

高热传导材料的重要性

激光大灯中的白光转换过程通常会受到两种物理现象的限制,一种是光限制,一种是热限制。其中最重要的是热限制,热限制的大小决定了出射光的光通量多少和亮度高低

在车灯应用中,远近光的输出光强很高,因此必须保证量子效率足够高。下图显示了测量的相对量子效率与荧光粉温度之间的关系。可以看出,在荧光粉温度高于200℃时,热量造成的光子转换损失就非常高。因此在车灯设计中,必须要求荧光粉转换区的局部温度低于200℃,就需要更高热传导的材料。

量子效率与荧光粉温度的关系

量子效率与荧光粉温度的关系

PS:值得一提的是,除了白光转换系统需要散热设计外,就连产生激光的激光器也是需要的。松下在2015年时曾开发出了在当时可使汽车前灯亮度达到世界最高水平的半导体激光器,可将光的强度提高至以往的1.5倍。其在半导体激光器在元件的一部分上就采用了易于导热的氮化铝,形成了易于散热的结构,使之能高效发光。

下图模拟了透射和反射式的基板温度分布横截面。在反射方式中,由于基板和粘接层不需要透明,可以选用更高导热性的材料,因此热阻小得多。而且,在透射的情况下,具有散热功能的透明基板必须有开口,来容纳激光的通过,因此也显著的降低了散热性能。

设计(散热)方案的不同,性能区别较大

正因设计(散热)方案的不同,因此两种技术的性能也有了较大的区别:

①激光透射式技术

优点:传输技术很成熟,产品已经上市(奥迪和宝马);设计简单,光型调整相对容易;由于荧光粉转换器散射/屏蔽了入射的激光,因此这种转换方法更利于对眼睛的安全保护。

缺点:由于散热的限制,产生的光通量较低,最大光通量的极限一般约为1000 lm。当光源光通量的要求超过1500lm时,则需要反射式的转换技术。

②激光反射式技术

优点:高光通量;良好的热性能。

缺点:需要复杂的光学系统和复杂的人眼安全系统。

不过很可惜的是,由于笔者能力有限,无论是投射式还是反射式激光大灯,它们所使用的散热基板到底是哪种材质并没有找到答案,如果您对它们使用的基板材料有什么头绪,欢迎在评论区告诉我们,大家一起交流交流呀!

 

粉体圈 NANA

版权声明:  

本文为粉体圈原创作品,未经许可,不得转载,也不得歪曲、篡改或复制本文内容,否则本公司将依法追究法律责任。

相关内容:
    没有相关内容
 

粉体求购:

设备求购:

寻求帮助:

合作投稿:

粉体技术:

关注粉体圈

了解粉体资讯