设计全球最节能的LED前照灯

　　外观为蓝色，却发出白色的光。日本市光工业研制的这种LED前照灯被日产汽车“LEAF”（中国名：聆风）所采用，作为后起厂商，市光工业在开发过程中追求了不同于其他公司产品的性能。

　　2010年12月，日产汽车上市了量产型电动汽车“LEAF”。该车采用了全球功耗最小的LED（发光二极管）前照灯。而之前已经实用化的LED前照灯至少需要三个LED。此次将LED数量减至两个，耗电量只有23W，成功降至以往卤素前照灯的约1/3、LED前照灯的约2/3。

　　除了节能之外，该灯的设计也很有特点。此前的LED前照灯都采用以投影透镜配光的方式，而且具有非常相似的外观。

　　而新型LED前照灯全球首次采用了以反射板（反射镜）配光的方式。设计独创，从外观上看不出光源位于何处，而且虽在亮灯时发出白光，但灭灯时看上去却是蓝色的。

　　蚊香事件

　　开发这款前照灯的是市光工业，由研究开发部P2P3项目一组项目经理村桥克广负责。

　　村桥在回顾当时的情况时说，“终于实现了梦想。尽管市光工业在LED前照灯方面起步较晚，但新技术的实用化让技术人员充满成就感”。

　　村桥进入市光工业的直接原因是受到了大学时代一位学长的邀请。但根本还在于他本来就喜欢汽车及摩托车。从大学的理工学院机械工程系一毕业，他就进入了市光工业工作。“这是因为原本就很喜欢制作东西，对车灯也很感兴趣，曾经自己调高过摩托车前照灯的亮度”。

　　1988年进入公司后，村桥先是在制造后组合灯的工厂实习。“当时觉得无论是工人还是设备，市光工业的规模都很大”。后来又被分配到计算机辅助工程（CAE）部门。在该部门进行模具设计，还在车间参与了产品制造。第二年，也就是1989年被调到研发部门工作。上任伊始就接到了一项任务。

　　“这项工作是查明车厢灯的污垢是如何产生的。因安装在车厢顶棚的车厢灯会沾上灰尘或烟油等，为寻找出这方面的对策，首先要查明原因”。

　　“因为我比较喜欢制作东西，就自己制作了车内模型，点燃10根蚊香，分析烟雾的流动情况及烟尘污垢的附着情况。当时太专注了，结果整个研发楼都是蚊香的气味，为这事没少挨同事及学长的奚落。这个小插曲至今仍令人难忘”。

　　村桥根据蚊香实验的结果，向汽车厂商报告了车厢灯产生污垢的原因，同时，除了烟雾的流动路径之外，还考虑到了静电对烟油的影响，提出了通过更换材料来减少静电的方案。

　　从此，村桥便一直从事有关车内照明的研发。他还研究开发了使用新光源的照明，并负责开发了使用氖灯（Neon Discharge Lamp）的后组合灯及高位刹车灯（High Mount Stop Lamp）等。不过，这些产品最后并未能商品化。

　　参加“光之卵”项目

　　“就像荧光灯逐步被LED取代一样，氖灯也被时代所淘汰。另外，因需要设置高电压电路并采取噪声对策等，氖灯会导致成本增加，这也是氖灯商品化的障碍之一”。

　　之后村桥参与了名为“光之卵（Light Egg）”的大型研发项目。开发的系统是在HID（High Intensity Discharge，高亮度放电）周围安装反射镜，利用光纤进行光分配，然后将其作为汽车各部分的光源使用。这一划时代的构想是只使用一个光源，将其用于前照灯、后组合灯及室内灯等多种照明。

　　“这也花费了很大的成本。原因是光纤并未像预期的那样低成本化。而且，还需要使用遮光板以及可按用途获得不同颜色的滤光片，这同样是开发该系统的瓶颈。另外，因为只有一个光源，还存在如何在发生意外时进行安全保护的问题。尽管我们也实际制作出系统并实施了行车实验，但最终未能达到实用化水平”。

　　但是，通过参与一系列研发工作，村桥获得了接触前照灯的契机。村桥是在上世纪90年代后半期经手这些项目的，而这一时期LED的技术取得了划时代的进步。日亚化学工业于1993年开发出了蓝色LED。随后绿色LED也被开发出来，加上已经实用化的红色LED，RGB三原色LED产品凑齐。1996年采用蓝色LED技术的白色LED也实现了产品化。

图1：日产电动汽车“LEAF”的前照灯

日产汽车首次采用了LED前照灯。

图2：前照灯单元

　　蓝色部分为使用LED的近光灯。作为LED前照灯首次采用了反射镜方式。特点是采用了从外部看不到光源的构造。下端的远光灯为普通的卤素灯。

　　“当初进公司时，业界普遍认为蓝色LED无法实现，因此它的诞生令人震惊。同时我也觉得‘照明将会因此而改变’”。

　　LED寿命长、节能、发热量小，而且可靠性高。

　　“但最初亮度很低……而且成本很高”。

　　最初一个白色LED的价格是白炽灯泡的10倍，要提高亮度，需要使用多个LED，要实现相同的亮度，需要花费的成本是白炽灯泡的500～1000倍。

　　红色LED已在高位刹车灯等产品上实用化，而白色LED在汽车领域的实用化进程是从不需要很高亮度的车内灯开始推进的。市光工业的LED车内灯先是应用于日产汽车的“公爵（Cedric）”及“光荣（GLORY）”的车门玻璃边灯（1998年），之后又被推广到丰田“埃尔法（Alphard）”的间接照明（2002年），以及日产“骐达（TIIDA）”的地图灯（2004年）等。

　　LED的“低亮度”拖了后腿

　　“令人记忆深刻的是最初实用化的车门玻璃边灯。这种灯是在后窗下端安装LED，向上照射，目的是在夜间或暗处上下车时提高视认性。但令人苦恼的是，LED的光在穿过玻璃时会被吸收，几乎照不到上端。这需要与日产汽车及玻璃厂商合作开发特殊的玻璃”。

　　尽管当时也开始考虑将LED应用于前照灯，但此时LED的“低亮度”的弱点拖了后腿。

　　“我们从2004年开始开发LED前照灯，不过在车展上展出的第一件试制品时却使用了20个LED。虽然找到了产品开发的感觉，但如果不提高亮度的话，要想产品化仍困难重重”。

　　2005年，市光工业、日产汽车以及美国LED制造商飞利浦流明三家企业共同成立了LED前照灯开发项目组。目标是开发出全球最省电的产品。为此，需要把LED的个数减至最少。要达到普及目标，就要在不牺牲配光性能的情况下降低价格。

　　“提高亮度只能委托LED厂商。通过努力，提高光提取效率及散热性的开发取得了进展。我们的任务是使其达到亮度方面的要求，此外还为如何散热采取了技术对策”。

　　关于LED前照灯，丰田的“雷克萨斯LS600h”首先采用了投影透镜式产品。鉴于成本问题，当时是只配备在了高级车上。

图3：光之卵的实验

　　使用HID（High Intensity Discharge）的高亮度光源，利用光纤进行分配，设想作为多处照明的光源使用。

图4：LEAF的LED前照灯截面构造
首先用一枚反射镜使配置于散热片的LED的光纤发生反射，再用第2枚反射镜进行配光。

　　另一方面，在采用LED前照灯方面落后于其他企业