【车灯核心技术报告2111】紧凑ADB模组

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。

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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。

与传统的离散贴片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。

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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。

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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。