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Lumileds:智能大灯的定制化解决方案

2024年9月12日,在汽车智能照明技术论坛上,Lumileds(亮锐)光学专家张敏谈到,传统ADB方案面临三大痛点:初级光学件工艺复杂、安装精度要求高、模组尺寸大。

相较之下,成像式ADB方案通过芯片级封装LED、高效透镜设计及简化结构,公差小,预计可缩减20%至30%的尺寸与重量,显著提升整体性能与效率。

张敏提出,成像式的ADB方案LUXEON NeoExact具有以下突出特点:芯片级封装,精简设计,去除了多余发光部分;极小间距,量产版间距60微米,支持50微米定制化,远胜传统;灵活光源面,提供0.5及1平方毫米两种尺寸,混贴实现多样设计;卓越对比度,得益于独特的薄膜侧镀专利技术,有效封闭蓝光,对比度极高。Lumileds(亮锐)提供单排入门级、中配方案和百万像素三种方案选择,覆盖市面所有ADB场景。

Lumileds:智能大灯的定制化解决方案
图片来源于网络,如有侵权,请联系删除

张敏 | Lumileds(亮锐)光学专家

以下为演讲内容整理:

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趋势介绍

当前,市面上许多车型都已经具备ADB功能,但许多客户反馈,相较于传统的ADB方案,其具有一定的技术痛点。针对技术痛点,我们公司近两年致力于推荐另一种更简单的解决方案,即成像式ADB。该方案采用的光源是一种芯片级的封装,这种封装可以排布得非常紧凑,只需要简单的成像式透镜就可以实现ADB效果。我们针对这种理念提出了三种解决方案,分别覆盖低配、中配、高配三种不同的应用场景。

图源:演讲嘉宾素材

未来ADB的主流像素应该是多少?是市面上见到的百万级像素DLP,还是万级像素Micro LED?当前市面上主流的观点认为Micro LED将会成为主流,因为大家普遍认为百万级像素用在汽车照明领域有些许浪费,且成本极高。另外,也有人提出可以开发十万级像素,但其开发难度极大,目前尚未有太多消息。

基于市场调研,我们认为未来三到五年的时间里,将会是三种ADB形式共存的时代,包括单排、入门级、十几个像素的ADB,还有多排几十个像素甚至百级像素的ADB。另外还有Micro LED,但Micro LED系统相对而言比较复杂,所占资源较高,可能较多出现在高端车型里。因此占据主流市场的应该是普通的ADB。

针对ADB市场,Lumileds公司很早就开始进行了调研。我们认为,从2023年到2030年的几年时间里,ADB会快速发展,包括单排ADB、多排ADB以及数字化的Micro LED。我们预计,到2030年,这三种形式的ADB总渗透率将在全球范围内达到40%左右。

从不同车型来看,2030年针对E级行政车和F级高端,ADB将趋于饱和。对于E级车,ADB的渗透率将达到60%左右,F级的高端车基本实现全配,达到90%的渗透率。对于C级车和D级车,ADB还在快速增长,预计到2030年渗透率将达到40%左右。

目前市面上的ADB方案主要有两种。一是传统的ADB,结构非常复杂,有两个光学件,其中一个光学件是初级光学件,基本是反光碗的形式或准直透镜的方式,对安装精度及加工精度要求较高,一把会采用holder进行固定。另外一种是近两年主推的成像式ADB,结构相对而言更加简单,对公差的影响敏感度低。

我们从2023年到2030年,这两种形式的ADB解决方案都会持续发展,成像式ADB将在2030年达到40%的市场占有率。因为传统方案存在一定痛点,市场会更加倾向于选择结构相对简单的成像式ADB。

技术痛点

传统的ADB解决方案主要有三大痛点。一是初级光学件工艺较复杂,需要搭载高精度的Holder进行固定。二是安装精度要求极高,传统ADB方案的零件较多,每一个零件都会带来公差,因此公差链较长。初级光学件带来的加工公差约为0.1毫米,Hoder一般安装公差在0.2毫米左右,LED贴片公差也会有0.2毫米,总公差加起来可能会导致0.5毫米的偏差,对于性能的影响非常大。由于初级光学件提供两个作用,一是提供光源利用率,二是解决对光束做整形。如果公差较大,会对性能产生极大影响。我们判断,0.5毫米的公差将会带来至少20%的性能下降。反之,成像式ADB的结构比较简单,公差只来源于透镜和LED的贴装,总公差加起来只有0.3毫米。由于透镜是成像式的方案,因此对公差的影响并不敏感。总公差带来的性能影响约为5%左右。

传统方案的第三个痛点是模组尺寸较大。以痛点最明显的硅胶透镜方案为例,模组的尺寸较大主要是三个方面。首先,PCB和散热器的尺寸较大,因为采用的光学是普通LED,这种LED的间距通常都非常大,至少1-2毫米左右。如果我们要做百级像素,一百颗LED在 PCB面积占有率是非常大的,因此整个PCB包括散热器尺寸相对来说都比较大。第二个大的原因是前面的投影透镜,传统方案必须提高利用率,以达到比较好的光学性能。只有透镜尺寸较大,才能达到比较高的Emax性能要求。第三个原因是深度,主要受透镜的焦距和硅胶透镜的高度影响。

相对而言,成像式ADB在这三方面都能减小,芯片级封装的LED间距可以做到非常紧凑,对于PCB的面积占有率非常小,因此整个PCB和散热器的尺寸都是可控的。另外是透镜的尺寸,由于成像方案透镜距离LED非常近,因此它的光学利用率已经很高,只需要很小的尺寸就可以达到比较高的Emax。此外,在深度上也非常明显,因为这个模组的深度只来源于透镜的焦距本身,没有初级光学件的影响,因此成像式ADB预计可以减少20%到30%的尺寸及重量。

光源介绍

这种成像式ADB所采用的LED并非市面上见到的普通光源,而是芯片级封装的光源,我们称之为NeoExact,这是一个LED的系列,该系列有四个突出的特点。首先,它是芯片级的封装,基本把所有不发光部分都去掉了。第二,芯片级的封装排布间距可以非常小,我们目前量产的版本是60微米,最小可以提供50微米的定制化服务。第三,它的发光面比较小,我们的NeoExact有两个版本,最小是0.5平方毫米,稍大尺寸的是1平方毫米,客户可以通过两种尺寸光源的混贴实现自由化的设计。第四,芯片级的封装对比度非常高,因为我们有独特的专利技术。

随着科技进步,近20年来LED的发展速度非常快,从一开始尺寸非常大,慢慢演变成带白边不发光的,再到现在已经完全去除了白边。白边的主要目的是防止蓝光泄露,在去掉白边后,我们防止蓝光泄露的方式是薄膜侧镀工艺,通过在侧边镀许多层光学薄膜,可以把蓝光有效封在里面,达到高对比度的目的。 

图源:演讲嘉宾素材

封装的LED和普通封装带白边的LED最明显差距就是其间距可以排得非常小。带白边的LED发光面与发光面之间的间距最小只能做到500微米,而我们不带白边的LED芯片级封装间距可以缩小60微米,降了一个数量级,这为成像式的ADB提供了可能。

解决方案及应用场景

下面将介绍我们的三种解决方案。一是百级像素。由于其像素数量较多,我们可以采用0.5平方的LED排列四排来实现,透镜可以采用三片成像式的方案,通过直径50毫米实现Emax140lx的效果。当我们以PWM控制的方式,把所有光源都打开时,它的光形是一个非常均匀的远光效果。但当我们关闭三列时,会有一个明显的暗区,这就实现了ADB防眩光目的。

二是中配方案,这个方案只有几十个像素。由于像素数量相对较少,我们可以用1平方的光源实现,透镜数量从三片减为两片,透镜尺寸从50毫米缩减到40毫米,Imax可以达到117Lux左右。我们同样可以实现非常均匀的远光效果,关闭两列时可以形成明显的暗区,实现ADB防眩光目的。1平方的光源的尺寸稍大一点,分辨率大概在2度左右,对于0.5平方,其分辨率可以做到1.5度左右。

三是单排ADB。目前市面上这种方案非常多,但设计起来也具有一定难度,如果采用我们这种成像式的ADB就会简单很多,只需贴一排就可以实现,可以都用1平方毫米,也可以0.5毫米和1平方毫米混用。由于通过单排的设计要拉一个7度的高度,这样必然带来Imax的下降,我们的解决方案是把透镜适当增大,采用52×35毫米的透镜尺寸,实现135Lux的效果。

总体而言,我们通过这三种技术方案,无论是0.5平方毫米,还是1平方毫米,都可以实现目前市面上所有ADB的场景,包括单排、入门级、十几个像素,以及中配的20到30个像素、高配的百级像素等。目前单排和百级像素我们都有量产,无论是性能还是PCB定制,基本能够满足大部分主机厂的要求。

性能层面,Imax在100到120Lux左右;FOA的宽度能够做到35度到40度;高度基本维持在7度;分辨率可以自由选择,如果想要高分辨率,可以选用0.5平方的LED,如果对于分辨率要求不高,可以选择1平方毫米。

(以上内容来自Lumileds(亮锐)光学专家张敏于2024年9月12日在汽车智能照明技术论坛发表的《智能大灯的定制化解决方案》主题演讲。)

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