资讯丨车灯核心技术——紧凑ADB模组
国际汽车照明联盟
2022-02-01 17:01
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车灯产业快速转型,市场日新月异,瞬息万变。从2006年首款LED前大灯面市,到现在2021年大多数汽车头灯都配备了LED大灯,从传统远近光到现在ADB市场份额急剧增长,车灯正快速向智能化发展。


在2021年,车灯研究院拆解了2款重量级的车灯,特斯拉model 3/Y(参考研究院文章-> 传送带)和奔驰新s级(参考研究院文章->传送带)。通过对比,小伙伴们发现了一个现象,特斯拉里面的ADB模组比奔驰里面的ADB模组尺寸小很多,内部设计也更简单,零件少且重量轻,而且ADB像素数量还更多。



当我们完全拆开2个ADB模组时,其实里面最核心的差别就是led光源的差别,奔驰新S里使用的传统贴片式的84像素 led,而特斯拉模组里使用的是半导体工艺的三星pixcell 102像素led芯片。


如下图所示外观差别清晰可见。


很多小伙伴在问,为什么特斯拉的ADB模组使用了半导体工艺的pixcell led 就可以如此显著的降低模组尺寸。本篇我们就来重点的分析一下。




Section 1  

Led 芯片结构



现阶段ADB大灯最常用到的技术基本还是离散的阵列式贴片led方案。贴片式LED技术成熟,设计灵活,可靠性较好且性价比高,但是用离散的阵列贴片式LED实现高像素ADB还是比较困难和复杂的。


为了实现离散led的ADB光源,即使不到100个像素,也需要比较大的芯片面积,而且只能采用方形设计。此外,由于贴片工艺和芯片本身的限制,LED芯片和芯片之间有较大的间隙,而且不发光,所以光学内透镜必须能够收集离散led芯片的光,因此奔驰新S的ADB模组里使用了复杂的硅胶透镜(参考研究院文章-> 硅胶透镜传送带)。下图显示了离散贴片LED和半导体工艺PixCell LED之间的区别。




与传统的离散贴片LED相比,半导体工艺PixCell LED不是基于蓝宝石上的氮化镓外延层,而是基于硅上的氮化镓外延层。使用硅基半导体工艺生产单个PixCell芯片,它由荧光粉、顶电极和硅壁组成。


半导体工艺PixCell是单一led光源,不需要考虑单个led芯片之间的贴片对齐风险,比如偏移、旋转和倾斜等。而且单一PixCell-LED的发光芯片比离散贴片LED的发光芯片小。在相同的像素情况下,半导体工艺pixcell的芯片面积只有贴片LED芯片面积的1/6。其次,半导体工艺PixCell LED的间距非常窄,最小可以做到20μm。由于间距如此之小,ADB可以达到很高的对比度,最高可达500。


下图为带有控制电子元件和单个PixCell led的驱动模块,驱动模块中央是102个像素的半导体工艺PixCell芯片。PixCell LED芯片与铜基板相连,PixCell芯片与铜基板PCB之间的电连接采用硅树脂封装的引线键合。与传统led芯片不同,它以芯片状态而不是封装形式结合到铜基板上,因此它具有较好的热特性,具有相对较低的热阻值。由于客户的设计不同,它可能会根据芯片的大小而变化,但小于1.3K/W。



传统的离散贴片LED相比,应用硅半导体工艺的pixcell led 可以实现厚度最小为20μm的薄硅壁,芯片面积可以减少为贴片式led 的1/6,因此可以大大扩展ADB模组的设计自由度。此外,由于较窄的暗区和较小的发光面积,因此不需要使用昂贵的硅胶聚光内透镜。





Section 2  

Pixcell LED 的主要特点



参考上文的结构和技术分析,不难总结出半导体工艺PixCell LED有如下几个优点。


第一个优点是高亮度和高对比度,高对比度是通过在各个led芯片之间的硅壁来防止串光的。这是ADB大灯应用的最重要和最关键的优点。


相对于传统的前大灯只有简单的远近光,高对比度的特质可以使ADB模组不需要使用其它光学零件就可以生成截止线。如果像素数量再多一些,即可以实现无眩光远光功能,这是ADB的最主要功能。


第二个优点是不仅增加了led芯片阵列设计的自由度,而且可以有不同的组合。如下图(1)(2)所示,芯片的数量取决于ADB模组所需的分区数量,(3)中的设计是“可定制PixCell”的概念,可以根据ADB模组所需的光型进行定制。这一优点意味着ADB模组的分区模式可以由led光源来直接决定,即使是使用单颗led芯片也不需要复杂透镜。



第三和第四个优点是现有的LED贴片技术几乎不可能实现的,这是半导体工艺PixCell LED技术的一个独特特点。可称为“渐变效果”和“单片多色”,如下图所示。渐变功能结合了灵活的组合优势,也许是多功能车灯模组的有力选择。通过在单个像素设计中简单地改变硅壁的结构,可以容易地实现渐变效果。同样,在led芯片中设置不同的颜色排布,还可以很容易的实现单片多色效果。






Section 3  

总结和展望



理论上半导体工艺PixCell LED技术可以应用于大多数汽车外部照明。在前大灯领域,它可以实现32到192像素的ADB方案,同时为入门级车型提供一个紧凑和性价比高的解决方案。当然,性价比指取决于车厂的需求量和ADB模组的像素数量。此外,多色特性的半导体工艺PixCell led可以实现DRL、转向灯和远近光的集成,同样的方案理论上也可以应用于后尾灯。因此半导体工艺PixCell单LED解决方案为车辆下一代照明提供了一种独特的解决方案。


综上所述,半导体工艺PixCell LED是由硅壁隔开的多个独立led组成的像素矩阵。这种独特的结构使其发光表面的尺寸只有传统贴片LED的六分之一。相应地,其小尺寸的特质也可缩小电路板和散热器等其它光学零件的尺寸。此外,较小的发光面产生的光线更直、更有针对性,且无需依赖硅胶内透镜,从而简化了整个光学系统。ADB模组的尺寸因此可以大为减小。鉴于电动汽车的大规模普及和移动出行的快速发展,更小尺寸的车灯模组可以实现大多数汽车制造商需要的造型需求,以建立独特的品牌标识和实现更面向未来的设计。在能源效率方面,较小的ADB模组也可以做出更大贡献。就电动汽车而言,如前所述,最大限度地减少电池消耗和提高电池性能是一个关键问题。通过减轻电动汽车的整体重量,可以降低运行所需能量。


——The End——