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”（中國名：聆風(fēng)）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(chǎn)品的性能。
圖1：市光工業(yè)開發(fā)本部 研究開發(fā)部 P2P3項目1組 項目經(jīng)理 村橋克廣（點擊圖片放大）
從將LED用于汽車之初就開始負(fù)責(zé)這方面的工作，并在此次的LED前照燈" title="LED前照燈">LED前照燈開發(fā)項目中擔(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)實用化的LED前照燈至少需要三個LED。此次將LED數(shù)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(shè)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(shè)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(lán)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(jīng)理村橋克廣負(fù)責(zé)。
村橋在回顧當(dāng)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(shù)的實用化讓技術(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)時代一位學(xué)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(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。“這是因為原本就很喜歡制作東西，對車燈也很感興趣，曾經(jīng)自己調(diào)高過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習(xí)。“當(dāng)時覺得無論是工人還是設(shè)備，市光工業(yè)的規(guī)模都很大”。后來又被分配到計算機(jī)輔助工程（CAE）部門。在該部門進(jìn)行模具設(shè)計，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)部門工作。上任伊始就接到了一項任務(wù)。
“這項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(nèi)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(dāng)時太專注了，結(jié)果整個研發(fā)樓都是蚊香的氣味，為這事沒少挨同事及學(xué)長的奚落。這個小插曲至今仍令人難忘”。
村橋根據(jù)蚊香實驗的結(jié)果，向汽車廠商報告了車廂燈產(chǎn)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(guān)車內(nèi)照明的研發(fā)。他還研究開發(fā)了使用新光源的照明，并負(fù)責(zé)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(chǎn)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(shè)置高電壓電路并采取噪聲對策等，氖燈會導(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(jìn)行光分配，然后將其作為汽車各部分的光源使用。這一劃時代的構(gòu)想是只使用一個光源，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(jìn)行安全保護(hù)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(dá)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(jī)。村橋是在上世紀(jì)90年代后半期經(jīng)手這些項目的，而這一時期LED的技術(shù)取得了劃時代的進(jìn)步。日亞化學(xué)工業(yè)于1993年開發(fā)出了藍(lán)色LED。隨后綠色LED也被開發(fā)出來，加上已經(jīng)實用化的紅色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也實現(xiàn)了產(chǎn)品化。
圖2：日產(chǎn)電動汽車“LEAF”的前照燈（點擊圖片放大）
注釋：日產(chǎn)汽車首次采用了LED前照燈。
圖3：前照燈單元（點擊圖片放大）
注釋：藍(lán)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(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，業(yè)界普遍認(rèn)為藍(lán)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(chǎn)品上實用化，而白色LED在汽車領(lǐng)域的實用化進(jìn)程是從不需要很高亮度的車內(nèi)燈開始推進(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(rèn)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(chǎn)汽車及玻璃廠商合作開發(fā)特殊的玻璃”。
盡管當(dāng)時也開始考慮將LED應(yīng)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(chǎn)品開發(fā)的感覺，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(biāo)是開發(fā)出全球最省電的產(chǎn)品。為此，需要把LED的個數(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(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。鑒于成本問題，當(dāng)時是只配備在了高級車上。
圖4：光之卵的實驗（點擊圖片放大）
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LED，以此在電動汽車LEAF上實現(xiàn)LED所帶來的節(jié)能價值。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，同時還改換了外觀。
通過采用反射鏡方式，可以實現(xiàn)更加精細(xì)的配光。另外，由于從表面看不到LED，因此還可引起消費者對“使用的是什么燈”產(chǎn)生好奇心。不過，這也加大了技術(shù)難度。
“雖說只使用兩個LED，但仍設(shè)置了用來釋放熱量的散熱片。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)采用與法國法雷奧（Valeo）公司合作開發(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，因此還具有無需涂覆底層（Undercoat）的優(yōu)點，正因為LED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)時達(dá)到這種精度要求，生產(chǎn)時也煞費苦心。研發(fā)部門與生產(chǎn)技術(shù)部門一同對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)，該燈的開發(fā)得益于全公司的共同努力，“正因為有生產(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)計藍(lán)圖來看，就會發(fā)現(xiàn)我們較早地開發(fā)出了反射鏡型LED前照燈。由兩個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。目前我們已開始著手進(jìn)行下一輪研發(fā)”。
“以前，我的一位上司曾經(jīng)說過，‘只要有針頭那么大點兒地方，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)點狀或線狀前照燈。LED方面，我們希望將來除了近光燈之外，還能實現(xiàn)遠(yuǎn)光燈，估計能用一個LED同時實現(xiàn)遠(yuǎn)光燈和近光燈”。
村橋說，夢想的實現(xiàn)總與辛勤的汗水相伴。真實體驗到這一點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（點擊圖片放大）
注：散熱片背面設(shè)有冷卻片。