外觀為藍(lán)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(chǎn)汽車“LEAF”（中國(guó)名：聆風(fēng)）所采用，作為后起廠商，市光工業(yè)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中追求了不同于其他公司產(chǎn)品的性能。
圖1：市光工業(yè)開(kāi)發(fā)本部 研究開(kāi)發(fā)部 P2P3項(xiàng)目1組 項(xiàng)目經(jīng)理 村橋克廣（點(diǎn)擊圖片放大）
從將LED用于汽車之初就開(kāi)始負(fù)責(zé)這方面的工作，并在此次的LED前照燈" title="LED前照燈">LED前照燈開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中擔(dān)任負(fù)責(zé)人。
2010年12月，日產(chǎn)汽車上市了量產(chǎn)型電動(dòng)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(jīng)實(shí)用化的LED前照燈至少需要三個(gè)LED。此次將LED數(shù)量減至兩個(gè)，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(shè)計(jì)也很有特點(diǎn)。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(shè)計(jì)獨(dú)創(chuàng)，從外觀上看不出光源位于何處，而且雖在亮燈時(shí)發(fā)出白光，但滅燈時(shí)看上去卻是藍(lán)色的。
蚊香事件
開(kāi)發(fā)這款前照燈的是市光工業(yè)，由研究開(kāi)發(fā)部P2P3項(xiàng)目一組項(xiàng)目經(jīng)理村橋克廣負(fù)責(zé)。
村橋在回顧當(dāng)時(shí)的情況時(shí)說(shuō)，“終于實(shí)現(xiàn)了夢(mèng)想。盡管市光工業(yè)在LED前照燈方面起步較晚，但新技術(shù)的實(shí)用化讓技術(shù)人員充滿成就感”。
村橋進(jìn)入市光工業(yè)的直接原因是受到了大學(xué)時(shí)代一位學(xué)長(zhǎng)的邀請(qǐng)。但根本還在于他本來(lái)就喜歡汽車及摩托車。從大學(xué)的理工學(xué)院機(jī)械工程系一畢業(yè)，他就進(jìn)入了市光工業(yè)工作。“這是因?yàn)樵揪秃芟矚g制作東西，對(duì)車燈也很感興趣，曾經(jīng)自己調(diào)高過(guò)摩托車前照燈的亮度”。
1988年進(jìn)入公司后，村橋先是在制造后組合燈的工廠實(shí)習(xí)。“當(dāng)時(shí)覺(jué)得無(wú)論是工人還是設(shè)備，市光工業(yè)的規(guī)模都很大”。后來(lái)又被分配到計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）部門(mén)。在該部門(mén)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，還在車間參與了產(chǎn)品制造。第二年，也就是1989年被調(diào)到研發(fā)部門(mén)工作。上任伊始就接到了一項(xiàng)任務(wù)。
“這項(xiàng)工作是查明車廂燈的污垢是如何產(chǎn)生的。因安裝在車廂頂棚的車廂燈會(huì)沾上灰塵或煙油等，為尋找出這方面的對(duì)策，首先要查明原因”。
“因?yàn)槲冶容^喜歡制作東西，就自己制作了車內(nèi)模型，點(diǎn)燃10根蚊香，分析煙霧的流動(dòng)情況及煙塵污垢的附著情況。當(dāng)時(shí)太專注了，結(jié)果整個(gè)研發(fā)樓都是蚊香的氣味，為這事沒(méi)少挨同事及學(xué)長(zhǎng)的奚落。這個(gè)小插曲至今仍令人難忘”。
村橋根據(jù)蚊香實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，向汽車廠商報(bào)告了車廂燈產(chǎn)生污垢的原因，同時(shí)，除了煙霧的流動(dòng)路徑之外，還考慮到了靜電對(duì)煙油的影響，提出了通過(guò)更換材料來(lái)減少靜電的方案。
從此，村橋便一直從事有關(guān)車內(nèi)照明的研發(fā)。他還研究開(kāi)發(fā)了使用新光源的照明，并負(fù)責(zé)開(kāi)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(guò)，這些產(chǎn)品最后并未能商品化。
參加“光之卵”項(xiàng)目
“就像熒光燈逐步被LED取代一樣，氖燈也被時(shí)代所淘汰。另外，因需要設(shè)置高電壓電路并采取噪聲對(duì)策等，氖燈會(huì)導(dǎo)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(xiàng)目。開(kāi)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(jìn)行光分配，然后將其作為汽車各部分的光源使用。這一劃時(shí)代的構(gòu)想是只使用一個(gè)光源，將其用于前照燈、后組合燈及室內(nèi)燈等多種照明。
“這也花費(fèi)了很大的成本。原因是光纖并未像預(yù)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(kāi)發(fā)該系統(tǒng)的瓶頸。另外，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)光源，還存在如何在發(fā)生意外時(shí)進(jìn)行安全保護(hù)的問(wèn)題。盡管我們也實(shí)際制作出系統(tǒng)并實(shí)施了行車實(shí)驗(yàn)，但最終未能達(dá)到實(shí)用化水平”。
但是，通過(guò)參與一系列研發(fā)工作，村橋獲得了接觸前照燈的契機(jī)。村橋是在上世紀(jì)90年代后半期經(jīng)手這些項(xiàng)目的，而這一時(shí)期LED的技術(shù)取得了劃時(shí)代的進(jìn)步。日亞化學(xué)工業(yè)于1993年開(kāi)發(fā)出了藍(lán)色LED。隨后綠色LED也被開(kāi)發(fā)出來(lái)，加上已經(jīng)實(shí)用化的紅色LED，RGB三原色LED產(chǎn)品湊齊。1996年采用藍(lán)色LED技術(shù)" title="LED技術(shù)">LED技術(shù)的白色LED也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。
圖2：日產(chǎn)電動(dòng)汽車“LEAF”的前照燈（點(diǎn)擊圖片放大）
注釋：日產(chǎn)汽車首次采用了LED前照燈。
圖3：前照燈單元（點(diǎn)擊圖片放大）
注釋：藍(lán)色部分為使用LED的近光燈。作為L(zhǎng)ED前照燈首次采用了反射鏡方式。特點(diǎn)是采用了從外部看不到光源的構(gòu)造。下端的遠(yuǎn)光燈為普通的鹵素?zé)簟?/em>
“當(dāng)初進(jìn)公司時(shí)，業(yè)界普遍認(rèn)為藍(lán)色LED無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此它的誕生令人震驚。同時(shí)我也覺(jué)得‘照明將會(huì)因此而改變’”。
LED壽命長(zhǎng)、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(gè)白色LED的價(jià)格是白熾燈泡的10倍，要提高亮度，需要使用多個(gè)LED，要實(shí)現(xiàn)相同的亮度，需要花費(fèi)的成本是白熾燈泡的500～1000倍。
紅色LED已在高位剎車燈等產(chǎn)品上實(shí)用化，而白色LED在汽車領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程是從不需要很高亮度的車內(nèi)燈開(kāi)始推進(jìn)的。市光工業(yè)的LED車內(nèi)燈先是應(yīng)用于日產(chǎn)汽車的“公爵（Cedric）”及“光榮（GLORY）”的車門(mén)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(chǎn)“騏達(dá)（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(shí)用化的車門(mén)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(shí)提高視認(rèn)性。但令人苦惱的是，LED的光在穿過(guò)玻璃時(shí)會(huì)被吸收，幾乎照不到上端。這需要與日產(chǎn)汽車及玻璃廠商合作開(kāi)發(fā)特殊的玻璃”。
盡管當(dāng)時(shí)也開(kāi)始考慮將LED應(yīng)用于前照燈，但此時(shí)LED的“低亮度”的弱點(diǎn)拖了后腿。
“我們從2004年開(kāi)始開(kāi)發(fā)LED前照燈，不過(guò)在車展上展出的第一件試制品時(shí)卻使用了20個(gè)LED。雖然找到了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的感覺(jué)，但如果不提高亮度的話，要想產(chǎn)品化仍困難重重”。
2005年，市光工業(yè)、日產(chǎn)汽車以及美國(guó)LED制造商飛利浦流明三家企業(yè)共同成立了LED前照燈開(kāi)發(fā)項(xiàng)目組。目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出全球最省電的產(chǎn)品。為此，需要把LED的個(gè)數(shù)減至最少。要達(dá)到普及目標(biāo)，就要在不犧牲配光性能的情況下降低價(jià)格。
“提高亮度只能委托LED廠商。通過(guò)努力，提高光提取效率及散熱性的開(kāi)發(fā)取得了進(jìn)展。我們的任務(wù)是使其達(dá)到亮度方面的要求，此外還為如何散熱采取了技術(shù)對(duì)策”。
關(guān)于LED前照燈，豐田的“雷克薩斯LS600h”首先采用了投影透鏡式產(chǎn)品。鑒于成本問(wèn)題，當(dāng)時(shí)是只配備在了高級(jí)車上。
圖4：光之卵的實(shí)驗(yàn)（點(diǎn)擊圖片放大）
注：使用HID（High Intensity Discharge）的高亮度光源，利用光纖進(jìn)行分配，設(shè)想作為多處照明的光源使用。
圖5：LEAF的LED前照燈截面構(gòu)造（點(diǎn)擊圖片放大）
注：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(jìn)行配光。
另一方面，在采用LED前照燈方面落后于其他企業(yè)的日產(chǎn)希望能夠擁有不同于先行產(chǎn)品的特性。所以決定采用兩個(gè)LED，以此在電動(dòng)汽車LEAF上實(shí)現(xiàn)LED所帶來(lái)的節(jié)能價(jià)值。另外，決定采用的不是之前占主流的投影透鏡式，而是使用反射鏡的配光方式，同時(shí)還改換了外觀。
通過(guò)采用反射鏡方式，可以實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的配光。另外，由于從表面看不到LED，因此還可引起消費(fèi)者對(duì)“使用的是什么燈”產(chǎn)生好奇心。不過(guò)，這也加大了技術(shù)難度。
“雖說(shuō)只使用兩個(gè)LED，但仍設(shè)置了用來(lái)釋放熱量的散熱片。散熱片是由鋁合金材質(zhì)制成的壓鑄件，為了盡量減小尺寸及重量，進(jìn)行了熱模擬并改進(jìn)了形狀。亮燈電路使用DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行高精度控制，將輸出電流誤差減小到了±5％以下，從而實(shí)現(xiàn)了耗電量只有23W的前照燈，節(jié)能性達(dá)到全球最高水平，而亮度卻在500lm以上，色溫為5500K”。
用聚碳酸酯成型
光學(xué)系統(tǒng)采用與法國(guó)法雷奧（Valeo）公司合作開(kāi)發(fā)的使用3枚反射鏡的組合方式。相當(dāng)于投影透鏡的第2枚反射鏡為進(jìn)行精細(xì)的配光控制而采用了復(fù)雜的形狀。第2枚反射鏡采用工程塑料聚碳酸酯制成。
“我們注重的是其出色的成本優(yōu)勢(shì)及能夠直接蒸鍍的特性。由于可獲得較高的面精度，因此還具有無(wú)需涂覆底層（Undercoat）的優(yōu)點(diǎn)，正因?yàn)長(zhǎng)ED發(fā)熱量小，所以才得以選擇這種材料”。
另外還需要達(dá)到以10μm為單位的極高反射精度與位置精度。為了在量產(chǎn)時(shí)達(dá)到這種精度要求，生產(chǎn)時(shí)也煞費(fèi)苦心。研發(fā)部門(mén)與生產(chǎn)技術(shù)部門(mén)一同對(duì)成型品的厚度及柵極位置進(jìn)行了數(shù)次模擬。
村橋強(qiáng)調(diào)，該燈的開(kāi)發(fā)得益于全公司的共同努力，“正因?yàn)橛猩a(chǎn)技術(shù)人員及量產(chǎn)人員的大力協(xié)助，才完成了這款燈的開(kāi)發(fā)” 。
此外，日產(chǎn)還希望這款燈看上去是藍(lán)色的，以便給人留下環(huán)保的印象，市光工業(yè)為滿足這一要求而進(jìn)行了改進(jìn)，雖然只將反射鏡前面的面板改成了藍(lán)色，但映射后反射鏡看上去也是藍(lán)色的。這樣，便實(shí)現(xiàn)了外觀新奇的LED前照燈，即利用看上去是藍(lán)色的反射鏡卻獲得了白色照明燈。
“從技術(shù)進(jìn)化的設(shè)計(jì)藍(lán)圖來(lái)看，就會(huì)發(fā)現(xiàn)我們較早地開(kāi)發(fā)出了反射鏡型LED前照燈。由兩個(gè)LED構(gòu)成的前照燈雖然相當(dāng)先進(jìn)，但我們不能就此止步。目前我們已開(kāi)始著手進(jìn)行下一輪研發(fā)”。
“以前，我的一位上司曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，‘只要有針頭那么大點(diǎn)兒地方，就能制作出前照燈’。如果光源技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，能夠獲得高密度光源和非常精密的光學(xué)系統(tǒng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)狀或線狀前照燈。LED方面，我們希望將來(lái)除了近光燈之外，還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)光燈，估計(jì)能用一個(gè)LED同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)光燈和近光燈”。
村橋說(shuō)，夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn)總與辛勤的汗水相伴。真實(shí)體驗(yàn)到這一點(diǎn)的村橋似乎已做好為下一目標(biāo)付出辛勞的準(zhǔn)備。
圖6：傳統(tǒng)的投影透鏡式LED前照燈（點(diǎn)擊圖片放大）
注：利用反射鏡反射LED發(fā)出的光，然后用凸透鏡配光。
圖7：從后面看LEAF的前照燈單元（點(diǎn)擊圖片放大）
注：散熱片背面設(shè)有冷卻片。