浅析激光照明车灯应用现状与未来
2017/1/3 10:57:18 材料来源：新兴产业智库
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日前，一所名为“深圳市中光工业技术研究院暨中村修二激光照明实验室”正式揭牌。据悉，该实验室是深圳在建设国际科技、产业创新中心，积极规划建设十大诺贝尔奖科学家实验室和十大基础研究机构，不断提升源头创新能力过程中，诞生的第二家由诺贝尔奖得主领衔的重大创新平台。 虽然中村修二早于2014年10月因发明“高效蓝色发光二极管（LED）”斩获诺贝尔物理学奖的“蓝光之父”，是依靠LED而一夜爆红，但他却多次在公开的场合提及激光照明的优势，并表示看好激光照明未来，甚至曾经大胆作出预测，宣称未来十年的LED照明将会被激光照明所取代。而在当日的揭牌仪式上，亲临现场的中村修二又再次表明：激光技术将成为未来显示产业的一个重要发展趋势，蓝光LED代表着激光照明的未来。 据介绍，激光照明技术是世界级、颠覆性的新一代照明技术，影响和带动的产业预计将达万亿级规模。听起来俨然就是一个技术尖端、“钱景”开阔的全新领域，那么，什么是激光照明？原来激光照明分可见光激光照明，红外激光照明。 可见光激光照明，按原理分为以下两种：蓝光激发荧光粉实现白光照明（如2014年宝马某车型推出的激光车大灯） ; 红绿蓝激光合成白色激光或真彩色光照明 （如青岛中科光谱的激光照明灯）。红外激光照明，则多应用于夜视、夜间摄像头监控照明。 激光光源是基于半极性GaN激光二极管，并结合先进的荧光粉技术。由于激光集中于荧光粉上某个微小点发射光线并转换成白光，光源能够输出安全且高度准直的白光，再加上使用微小的光学透镜及反光罩，对光进行优异的控制以实现较好的照明效果。相比蓝光LED，激光器不存在的光效下降的问题，在照明上，激光照明可实现非常高的效率。这也是中村修二多次表态看好激光照明未来的重要原因。 事实上，LD激光与LED光从激发源上看没有太大的区别，YAG激光在于多了一个受激光辐射，LED是在半导体激发光后增加了一个荧光转换，视觉上的主要区别在于激光的单色性很好，LED的光谱则要更广一些，适合显示屏、照明等。此外，两者的亮度没法相提并论，因为激光是直线光，方向性很强，如不经过处理亮度会比LED大很多。激光作RGB视觉效果目前还不成熟，只停留在实验室状态，激光投影、激光电视目前也只是一个概念。 中村修二曾经将激光照明与LED照明的优劣作出比较，他认为，激光照明的发光面积更小，发光效率更高，感官上更容易聚焦且照射距离更远，可以广泛应用于汽车车头灯及其他领域。在汽车照明应用上，目前世界知名的汽车品牌如宝马（BMW）和奥迪（Audi），都正在为把这项技术应用在新产品上而作出努力。据介绍，与此同时，激光照明由于是属于“点光源”，未来还有望与光纤技术集合，相信两者可以衍生出更为巨大的应用前景。 关于在未来10年激光照明会否取代LED照明这类问题，坊间的讨论意见不一，基于激光照明体积更小、结构更紧凑、投射距离远等特点，有业内人士认为，在某些领域确实可能会取代LED照明，比如车灯和显示技术领域。在普通照明领域，有人就对激光照明在十年内取代LED照明表示存疑。不过，任何一种创新技术的发展态势都值得保持关注。 下面我们先来看看在车灯方面的应用情况。根据相关测试，激光灯的优势在于如可以通过一个镜片控制激光光束的方向，实现灵活照明，可以有指向性的照射到前方，距离是LED远光灯的两倍。在2014年1月初开幕的美国拉斯维加斯消费电子展上，奥迪就曾发布了SportLaserlightconcept概念车，这也是奥迪首款搭载激光大灯的车型，也预示着奥迪激光大灯的投入使用。 通常激光只能发出红、蓝、绿灯几种固定的颜色，因此有着要将它转化成一个亮度比较高的、接近自然光照明要求。据介绍，白天晴天时日光的色温是5500K，奥迪激光大灯的色温也是5500K。假如在蓝色的激光笔前面涂上一层磷之后，它的光束颜色会变成白色，而奥迪Sport quattro laserlight的激光大灯运行原理是一样的，灯组内含有一个很小的激光二极管，在激光二极管的前方有一个很小的磷化层，它可以将蓝色的光束变成白色。 有研究发现，5500K是比较接近日光的颜色，肉眼看会是偏白又不至于过白，奥迪方面也认为这是最合适的色温。激光大灯在远近光都可以正常使用。激光在它主要的优势是体积更小且照射距离更远，相比LED远光灯，照射距离从250米增加到500米。至于穿透力的问题，雨、雪、雾这类天气会影响到任何车灯的穿透性，激光大灯自然也不例外。 在氙气大灯方兴未艾，LED大灯才刚刚普及之际，BMW也早在2014年就将激光大灯装备在i8上。在LED技术尚未挖掘到头的时候就迫不及待地上马激光大灯，原因何在？据透露，除了具备了LED的大部分优点，如快速响应、寿命长、能耗低等，激光独有的定向发光以及极高亮度是其余光源所不可比拟的，特别是激光的光束发散性极小，几乎接近平行。这也就意味着，只要有足够的能量，激光大灯照射的距离只取决于人类视力的极限。 另外，在目前的科技下激光二极管单元长度可以做到10微米，这仅仅是常规LED单元的百分之一。激光的照明效率也比LED要高许多，LED的光输出约为100Lm/W，而激光单元的光输出可达到170Lm/W。综上，激光大灯也许会改变将来汽车前脸的设计方向，大灯总成所占车头的面积会越来越小。 BMW的激光大灯是采用了与LED普遍采用的方法，将蓝色单色光与黄磷滤镜配合而产生白光，亮度和色温都经过调整，并且需要经过反复的验证，确认对人类、动物以及周边自然环境安全无害。据介绍，BMW的激光大灯的开启条件非�？量�，当车辆时速超过40km/h以上才可以开启，并与BMW远光灯辅助系统结合，防止驾驶者没有及时切换远、近光灯而对来车造成影响。 在2015年1月开幕的CES国际电子消费展上，宝马又对外展示了一项新的激光大灯技术。在原有激光大灯可达600米最远照射距离的基础上，增加了自动调节光源角度的功能。即在检测到迎面有行驶车辆通过时，升级后的激光大灯可自动调整角度以避免与来车发生炫目情况。 来到2016北美CES上，BMWK1600GTL概念车首次配备了激光大灯照明科技，这项激光照明科技源于新一代BMW7系和BMW i8，并有意应用在BMW摩托车上。激光大灯能产生特别明亮的纯白灯光，官方表示，其远光灯照明范围可达 600 米，是普通LED大灯的两倍，适合长途旅行的道路照明需求。此外，激光大灯还拥有体积小、免维修和寿命长等特点。 目前，BMW摩托车激光照明科技正通过K 1600 GTL概念车进行可行性测试，BMW摩托车部门正在着手这项科技在量产车型中的应用。虽然激光照明科技在摩托车上的使用成本依然非常高昂，但是，随着该科技在汽车工业中大范围应用，其成本有望进一步下降。 2015年，曾经有外媒报道，松下开发出了可使汽车前灯亮度达到世界最高水平的技术。新技术将电力转换为光的半导体激光器采用了新材料，将光的强度提高至以往的1.5倍。在黑暗环境下也易于发现远方行驶的汽车等，有助于提高行车的安全性。 据指，松下在DVD播放机等使用的半导体激光器领域在全世界掌握约8成份额。松下计划利用优势技术，开拓不断增长的汽车相关市场。半导体激光器输入功率的7成为热能，如果封闭在内部，发光的能力易于下降。此次为行业内首次降低热能的节能型激光器的开发成为可能。 新型半导体激光器在元件的一部分上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，作为发光的性能，激光器的输出功率从以往被视为极限的3瓦提高至世界最高的4.5瓦。此外，照射距离有可能从现在的500米左右增加至700米左右。作为属于增长领域的汽车相关市场的战略性零部件，松下力争在2019年之前实用化。 汽车用前灯正不断采用节能性高的发光二极管（LED）。半导体激光器由于价格昂贵，目前在汽车领域仅有一部分高档车采用。松下将宣传能照射得更远的激光器照明的优点，以拓展需求。此外，松下还将作为体育场等的聚光灯和激光加工机的光源来销售。 松下将汽车相关领域定位为增长业务。计划到2018年度将车载相关业务的销售额提高至2.1万亿日元，比2014年度增长8成。锂离子电池和车载导航仪系统等拉动增长，但将来希望将汽车用前灯相关产品打造为核心产品。 除了车外的照明外，将来激光照射还有机会广泛运用在车内的照明上，如利用导光材料，就可以用激光实现车内照明，所以未来也很可能会用激光通过导光管来实现车内照明。 自LED大灯之后，激光大灯已相继被推出，不过可以看到，目前的激光大灯仍然处于初期阶段，普及之路还是困难重重，比如高额的成本，以及照明时产生的巨大热量等，都还是各厂商的需要克服的难题。从当下的情况来看，LED灯并未普及，激光大灯成本也有待控制，不过长远发展下去，激光大灯在某方面甚至最终替代LED亦是不无可能的。
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