高亮度發光二極管(下稱HB LED)作為光電半導體器件，已經廣泛應用到指示、顯示、照明等領域。業內人士普遍預期HB LED將在汽車照明領域得到普遍應用。當前，在汽車照明與信號燈具方面，如轉向燈、牌照燈、剎車燈等方面確實有較多車型已經應用了LED燈具，但在前照燈領域的應用至今依然鮮有，僅奧迪A8L等極少數車型采用。此現狀與普遍預期的差距固然有材料成本因素，但是HB LED單模塊功率不足和大功率應用熱管理要求高這兩個技術瓶頸仍是未能廣泛應用的關鍵。筆者通過深入了解現代汽車對前照燈的性能要求，就以上兩個關鍵問題進行一些探討。
前照燈應用HB LED的優勢
LED從上世紀50年代誕生到現在經歷了過半個世紀的發展，適用于照明的高亮度白光LED于90年代中后期取得突破，十幾年來拓展HB LED的應用一直都沒有停止過。HB LED應用到汽車前照燈領域可獲得的以下特性：
超長的使用壽命和優越的可靠性
HB LED的預期使用壽命約50000小時，遠遠超過現有鹵鎢燈、充氣燈甚至氙燈的使用壽命，此外無燈絲、無空腔、結構堅固，不易受顛簸振動而影響正常工作，可靠性高;
優秀的電光轉換效率
此前(2011年底)HB LED光效記錄已經達到了230Lm/W，是氙燈的近三倍，更是鹵鎢燈、普通充氣燈的十數倍以上。達到照度要求的情況下，降低功耗能有效降低發電機、蓄電池負荷及導線截面積，利于車輛向輕量化發展的需求;
極短的響應時間
普通燈泡由于燈絲熱惰性，啟動時間約250mS，氙燈需要建立啟輝高壓，啟動時間則更長一些。LED的啟動時間只在nS級，這一優勢在極端情況下能為前、后車提供更多的反應車距;
汽車前照燈對光源的特別要求
前照燈的配光應使近光具有足夠的照明和不產生眩目，遠光具有良好的照明。
前照燈包括遠、近光燈，不論兩燈制還是四燈制車輛，都要求光束有良好的匯聚和特定的分布，通過透鏡、反光鏡進行匯聚要求光源集中，以利于配光鏡對車前照明進行配光，照度和配光同等重要。
前照燈應具有良好的散熱性，防止光源熱堆積，前照燈即使在低溫凝凍的環境下仍能正常工作。
汽車前照燈當前形勢下仍然是汽車常規燈具中功率最大的，燈具高溫失控將是很危險的火災隱患。同時燈具高溫也給其自身也帶來工作穩定性和使用壽命的影響。此外，燈具熱堆積將導致光源色溫改變，使雨霧環境下光線穿透性能和反射光強度等產生變化，將影響駕駛安全。
前照燈應用HB LED必須解決的關鍵技術問題
根據前照燈對光源要求的以上分析，以及HBLED技術現狀，筆者認為汽車前照燈應用HB LED在技術上主要存在以下兩個關鍵問題。
開發小型大功率模塊的需求非常迫切
就率先應用HB LED到前照燈的奧迪A8LW12車型而言，為達到照度要求，每側使用了76個LED光源。以近光燈為例，單側能耗達到了40W。且構件之復雜、組合之精密遠遠超出普通前照燈總成的結構和技術水平。
過多的LED數量給燈具設計提出了非常高的難度，要解決點光源分散、光束匯聚、水平配光、防眩目等結合難題。一種方案是將LED布置在反光鏡拋物面內，以浪費各個器件部分光通量來確保匯聚后的整體光照度，再對光束進行配光。此方案導致成本高而節能優勢削弱，成本浪費大。另一種方案是LED單體聚光，分組承擔車前各區域的配光，例如對側方人行道分配的光照由某幾個LED實現。此方案的缺陷是個別LED失效將導致某配光分區不合格，嚴格意義上是整個前照燈不合格。當前奧迪A8LW12前照燈采用此方案(遠、近光共用8個HBLED)，各LED在應用時保留非常多的冗余量以策保險。此時器件性能的浪費也推高了制造成本。
因此，除了個別豪華車型撇除成本因素采用HBLED前照燈外，絕大多數廠家都在等待單顆功率更大的HBLED面世，以期應用更少量的LED元件降低設計難度和制造成本。
大功率HB LED的熱管理難題
HBLED發光區別于燈絲發光和電弧發光，因為沒有熾熱部分將熱量通過輻射耗散，工作時自身熱能堆積，只能夠通過傳導的形式向外耗散，需要散熱裝置和預留散熱路徑。另外前照燈在寒冷氣候中還要面臨積雪和凝凍狀況，傳統燈具有燈泡的輻射熱存在，一定程度上對抗了工作中積雪和凝凍。采用HBLED光源后，前照燈就有必要配備化霜裝置，否則無法實現全天侯照明。同時，要解決光源自身的散熱，且必須不受前照燈化霜熱量的影響，因此，可靠控制LED的關鍵是熱管理措施。
首先，結溫波動的控制。結溫波動直接影響LED的光效，汽車前照燈照度大小關系到低能見度環境的行車安全，且車輛行駛時，環境溫度、濕度等因素變化頻繁，燈具所處散熱環境復雜，要穩定結溫必須散熱速度可控，且感溫和控制模塊必須靈敏度高、響應快;
其次，結溫高低的控制。結溫過高是影響LED工作壽命的最重要因素，就目前成本而言，HB LED前照燈總成是普通前照燈總成的好幾倍。高造價要求控制模塊有足夠的可靠性，驅動電流必須結合散熱速度調節;
再次，結溫高低的選定。結溫影響到LED的色溫和顯色指數，高色溫時，人眼的敏感度高，但對車外人員易造成眩目，不符合交通安全法規要求;高色溫還帶來顯色指數的下降，加速駕駛員的視覺疲勞。作為制造廠家必須確保不同批次的LED都工作在適當的色溫和較好的顯色性。所以要求控制模塊具有結溫參數設定的功能。
當前奧迪A8LW12車型的LED前照燈通過在燈組尾端安裝冷卻風扇來解決散熱問題，結構復雜和可靠性不足，且結溫高低和散熱工況波動控制不夠理想。
控制芯片方面，當前安森美半導體開發了NCV78663，通過PWM控制平均電流，其高能效、高可靠性、集成控制、LED自檢及動態控制系統參數等功能被業界普遍認可，至于大功率HBLED應用于汽車前照燈要求對工作結溫和散熱參數的精確控制卻并沒有被納入，也就是說仍處于開環控制系統，一旦出現嚴苛的工作環境，熱失控的現象將馬上顯現。
總結
基于汽車前照燈的特別工況和特殊的性能要求，HBLED并沒有如大眾所想象的順利應用到汽車前照燈技術中。但是HB LED的優點是顯著的，未來汽車前照燈使用HB LED光源將是必然的趨勢。更高功率的單顆HBLED將簡化前照燈結構，閉環熱管理的控制系統將充分發揮其高光效、長壽命的優點，使系統更加可靠。彼時，才是全面普及LED前照燈的時代。
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