车灯研究院 leopw
激光照明技术是继白炽灯、荧光灯和LED照明之后的第四代照明技术，其核心是基于半极性GaN激光二极管，并结合先进的材料技术，形成可用于照明的白色光源。
迄今为止配置有激光大灯的车型已经超过20款，（参考研究院文章：激光大灯->传送带），虽然激光大灯的车型越来越多，但是真正热衷于激光大灯技术的车厂，主要都还集中在奥迪，宝马和路虎和长城四家车企上，最新的消息是特斯拉的下一个车型-电动皮卡Cybertruck也将会配备激光大灯，从而正式加入激光车灯的大家庭。姑且不论这是不是埃隆.马斯克的又一个营销套路，但是一经披露，就已经成功的吸引了媒体和用户的眼球。特斯拉Cybertruck的上市发布时间已经推迟至2022年，或许会掀起激光大灯的又一波小浪潮也未可知。
（图1：特斯拉 Cybertruck，推迟至2023年上市）
除了国外的几大灯厂巨头，国内灯厂里研发激光大灯的领头羊应该算是曼德， 在2021年4月的上海车展上，曼德光电带来了全球首发全激光光源远近光模组，进一步深耕激光光源在汽车灯具的应用。
（图2：曼德激光大灯）
与LED 大灯相比，激光大灯除了拥有LED 大灯大部分的优点（比如响应速度快、亮度衰减低、体积小、能耗低、寿命长等）外，在体积、发光效率与照射距离方面均更胜一筹。激光拥有的这些特性，便于车灯进行光学设计，减少了车灯的尺寸，车灯的造型具有很多新的可能性。激光二极管只能发射单色激光，需要通过多个单色激光源合成，或者使用单色激光激发荧光粉而形成白光。车灯领域现在常用的是蓝色激光二极管远程激发黄色荧光粉方案，现在我们来重点分析一下这个技术方案以及它的技术限制因素是什么？通过蓝色激光二极管激发黄色荧光粉来产生白光，可以通过两种方式实现。第一种方式为透射式（图1）。其原理如下：来自异侧的蓝色激光穿过透明基板，在荧光粉转换层内，将部分转换为黄光，并与剩余未转换的蓝光混合，形成白光。由于激光需要穿透几个材料层，因此基板和粘合层也必须是透明的， 而且是具有散热性能的高导热性材料。第二种产生白光的方法是反射式（图3）。反射式的原理为：同侧的蓝色激光射入荧光粉转换器中，部分转换为黄光。荧光粉转换器具有高反射背面，并安装在散热基板上。发射光混合了蓝色和黄光，形成白色。在此方案中，粘合层和基板都不需要透明，因此材料的选择有更大的灵活性，可以选择最佳散热性能的材料。
白光转换的过程通常会受到两种物理现象的限制，一种是光限制，一种是热限制。其中最重要的是热限制，热限制的大小决定了出射光的光通量多少和亮度高低，当蓝色激光光子被吸收并发射出黄色光子时，约20%的光子能量在荧光粉内转化为热量，即斯托克斯损耗。还有一些光子损耗来自于激光的不完全转换，一般用量子效率来衡量：量子效率等于黄色光子相对于蓝色光子的比值。荧光粉变热会直接导致量子效率降低，因此需要更高热传导的材料。在车灯应用中，远近光的输出光强很高，因此必须保证量子效率足够高。图3显示了测量的相对量子效率与荧光粉温度之间的关系。可以看出，在荧光粉温度高于200°C时，热量造成的光子转换损失就非常高。因此在车灯设计中，必须要求荧光粉转换区的局部温度低于200°C。实验已经表明， 100W/mm²的蓝色激光会使荧光粉局部产生热点，从而导致量子效率降低，量子效率降低又会进一步导致局部加热，形成恶性循环，所以这种情况必须是绝对要避免发生的。激光转换中的第二个限制因素是光限制。当激光强度很高时，荧光粉材料本身会导致转换效率降低。当激光强度低于100W/mm时，对目前的荧光粉而言，降低得很少，这种降低可以忽略不计。下图8模拟了透射和反射式的基板温度分布横截面。在反射方式中，由于基板和粘接层不需要透明，可以选用更高导热性的材料，因此热阻小得多。而且，在透射的情况下，具有散热功能的透明基板必须有开口，来容纳激光的通过，因此也显著的降低了散热性能。因此综合透射和反射式方案的不同，我们可以得出如下结论可是这种技术也有缺点，由于散热的限制，产生的光通量较低，最大光通量的极限一般约为1000 lm。当光源光通量的要求超过1500lm时，则需要反射式的转换技术。反射式的缺点为需要复杂的光学系统和复杂的人眼安全系统。
简而言之，当光通量在200到1000流明之间时，透射式是个很好的选择。这项技术已经相当成熟，而且市面上已经有很多量产的车灯产品。透射式激光大灯的尺寸很小，非常适合于辅助远光。不同流明值的辅助远光功能很大程度上取决于可用的激光二极管的功率。但是需要更高的光通量和亮度范围时，透射式就有点力不从心，反射式技术可能更好。反射式技术在散热性能方面具有明显的天然优势，因此可以实现更高光通量和更高亮度。输出亮度的大小可以通过简单改变荧光粉转换区域的大小来实现。所需的输出光通量越高，所用的荧光粉转换面积越大，相应的散热冷却面积越大。最高可达到超过2000lm的亮度。可以用作DMD、MEMS扫描仪、LCD等技术的光源方案，用来实现高像素自适应ADB功能。我们期待着激光ADB方案量产的那一天。
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