led车灯光源的核心技术报告是什么，led车灯原理
chanong
|纵观上海车展上推出的众多车型，车灯的扁平化设计依然是汽车造型设计发展的一大趋势。这些风格趋势在将更多功能融入到车头灯中的同时，例如ADB和道路投影，不可避免地会给车头灯远光灯和近光灯设计带来更多挑战。近光灯不再局限于静态光型，远光灯还配备了智能防眩光并使用多种附加功能来适应不同且复杂的天气、道路和交通条件。
综上所述，随着数字化、智能化的不断发展，车灯的功能不断增加，外观所需的开孔尺寸不断减小，对LED光源提出了各种挑战。这些新的挑战正在推动LED光源向高亮度、小型化、集成化三个维度发展。
下面，我们将分别介绍这三种LED光源的发展方向。高亮度
考虑到车灯的薄型化趋势，LED光源的体积也需要扁平化。这是因为车灯的孔径越小，光损失必然越大，从而降低光效率。为了保持车头灯的发光性能，需要进一步扁平化光源的尺寸并提高其亮度。
下图为车灯高度与LED光源尺寸的线性对应关系。例如，要设计透镜高度为12毫米的车灯，以达到光学扩展量100的像素高度，如果透镜高度为3，则LED芯片的高度尺寸应控制在0.68以下mm.如果不控制在那个时间内，整个光学系统的效率将会明显降低。
图1：远近光束透镜高度与LED 光源尺寸之间的线性对应关系。
CCC/ECE/SAE 仅允许远光灯和近光灯满足最低监管值，但对于大多数汽车制造商来说，需要考虑的是最终用户的要求。一般来说，600lm以下的近光灯也符合法规要求。这对于想要创建黑暗效果的最终用户来说非常重要。也就是说，目前满足用户需求的LED近光灯至少需要800lm到1000lm的道路照明。也就是说，假设光学模块的光学效率为40%至55%，则近光LED光源的光通量必须至少为1500 lm至2000 lm。假设头灯中有1至3个近光透镜模块，则每个LED透镜模块的光源光输出将为500流明至2000流明的光源。因此，从上面简单的数学计算来看，对于典型发光面积~1mm的高功率LED颗粒来说，要达到150Mcd/m到500Mcd/m的亮度水平就必须达到。输出分别为500lm和2000lm。
目前主流的LED工艺技术可以达到约200Mcd/m的亮度水平。为了实现更高的性能水平，LED供应商需要开发下一代高亮度LED芯片。
图2是高度为12毫米的薄透镜前灯的示例。它由两个近光透镜模块和两个远光透镜模块组成。
如果单芯LED的高度为0.68mm，像素高度的光展小于2，则根据图1的函数关系，远光透镜模组的高度值大于2 .马苏。对其光学扩展的限制。结合光学器件和玻璃透镜的光学损耗以及进一步的光学模拟，计算出该模块的光学效率非常低，仅为38%。
图2：假设示例系统具有四个高度为12 毫米的镜头模块
图3：左：近光光学器件的模拟。右：远光光学模拟
当LED芯片的亮度超过200Mcd/m时，LED芯片的整个结构和光学必须重新优化以获得更高的能量密度。在LED芯片领域，尽量减少LED效率的下降非常重要。
目前LED芯片的电流密度通常在3A/mm2左右，但要达到200Mcd/m2的能量密度，LED芯片的电流密度需要提高到5-8A/mm2。有必要重新规划LED 外延区域，以增加外延延伸区域中的电流密度和电迁移数量，同时最大限度地减少磷光体抑制。现在，我们估计要实现500 Mcd/m 的能量密度，在8 A/mm 的电流密度下，LED 结点需要30% 的光伏转换效率。因此，有必要对汽车车灯散热系统进行优化。如图4 所示，LED 芯片受益于在较高电流密度下优化前照灯散热系统。结温预计将从110C 降至85C，电流降至接近1A。这种减少对于提高效率和延长LED的寿命非常有利。
图4: 不同结温下LED 光通量与输入电流的关系。
图4 显示了不同LED 结温下光输出和电流之间的关系。 LED芯片的发光面积为1mm。虚线代表1570 lm 的极限值，相当于500 Mcd/m（假设远场中存在朗伯辐射图且整个发射区域的亮度均匀）。小型化
还有新的汽车照明功能，例如Matrix ADB，其中每个LED芯片必须独立供电和控制，并且在LED板上集成了数百个LED芯片，ADB模块的尺寸变得越来越大。与此同时，系统光效和散热问题也成为一大问题。自适应ADB功能集成进一步促进了LED光源的小型化。
目前，基于单个LED阵列的ADB矩阵模块已经上市多年。然而，这些模块通常需要前置光学系统设计，以增加镜头模块的深度（见图5，左）。使用更小、更高亮度的LED 阵列可以避免额外的前置光学系统并减少模块深度。
图5：左：带有准直透镜的矩阵模块光学器件。右：用于密集LED 阵列直接成像的光学系统。
小型汽车级LED 阵列的现有制造方法包括：首先，在平板上创建LED 芯片阵列，然后用硅基密封剂填充/侧面涂覆以实现光学隔离。这种方法有很多缺点。 1、随着填充膜厚度的增加，填充层的不透明度降低，难以减少LED芯片之间的杂散光，降低矩阵分区内像素之间的对比度。此外，创建三排以上的LED 阵列还面临许多挑战，包括制造和成本。考虑到光学性能和成本问题，需要开发新的LED芯片结构，以实现紧凑的布局、最小化的灯串以及可阵列配置的小型LED芯片（参见小型LED的原理图）（如图6所示）。
图6: 小型LED 示意图。
图7 显示了具有13 个紧密排列的LUXEON Neo Exact LED 的矩阵车头灯的物理示例。两个相邻LED之间的距离仅为50m。矩阵模块采用40mm直径的圆形镜头，通过光学模拟，镜头中心最大对比度可达到1:200像素分区高光。为了使远光灯图案的分布更加均匀，并补偿像素之间间隙造成的暗区问题，需要优化镜头设计，使像素划分更加平滑。当相同的LED阵列涂有硅基封装材料时，像素对比度仅为13,336,060。
图7：矩阵系统LED 阵列，具有13 个紧密排列的LUXEON Neo Exact LED，发射间隙仅为50m。左上：系统前视图，右上：电路板图，左下：所有LED 均打开的模拟照明模式，右下：LED 每秒关闭的模拟照明模式。融合的
还有新的全数字汽车照明技术，如道路投影，分辨率达到数万像素规模，需要LED工艺技术升级到小于50m x 50m的微米级别。并且每个LED芯片的光学控制都是相互独立的，LED芯片之间的间隙最小。这时就需要连接一个与CMOS集成的、可以独立控制每个LED的电路，以便可以使用更高级别的协议来控制高速公路上的成像图案。
这些新型数字头灯技术解决方案的集成带来了对创新型和创新型Micro-LED系统开发的要求，要求微型光学设计具有高分辨率和同步性。
功能集成的最后一个应用是更高分辨率的数字车头灯。如果LED 阵列具有足够的分辨率和尺寸精度，单个数字头灯可以产生多种光图案。功能包括高分辨率ADB、AFS 功能、与导航或摄像系统相关的后续转向、近光明暗截止线的自适应调整、车道标记、�**锖捅曛就怀鱿允镜取� Micro-LED 的要求可以从这些应用中得出。
ADB系统需要12或更大的水平光束角。为图案建立明确的截止线需要至少1:250 的对比度。远光ADB划分的目的是为了降低分辨率，50m外的0.085亮点是一个宽7.5cm长4m的矩形亮点，所以对应的ADB函数是求分辨率，你可以猜一下那。例如，对于车道投影，假设长宽比为1:3的LED阵列面板，我们可以直接计算出实现清晰车道投影所需的最小19,000个像素。典型的远光灯必须在250 m 范围内产生至少1 lx 照度（相当于65000 cd）。将照度=光通量/立体角的关系转化为光学公式，可以计算出每个芯片所需的光通量为0.14lm/芯。假设ADB 系统的光效率为33%，每个LED 芯片应提供0.43 lm/core。如果使用90 Mcd/m合适的光源亮度，单节Micro-LED阵列的发光面积可估算为40m x 40m。
当LED阵列架构需要满足ADB市场的需求时，存在许多技术挑战。首先，要创建大约20,000 个密集像素的micro-LED 阵列，micro-LED 阵列必须由单个块或几个大的子块组装而成，并且很明显，每个micro-LED 都是一个芯片分区。对每个芯片的寻址必须通过CMOS驱动器完成（见图8）。
图8: LED芯片与CMOS集成（原理图）
集成LED 芯片和CMOS 时，最大的挑战是对比度和整体效率。如果单个Micro LED芯片的尺寸为40m，则每个芯片之间几乎没有空间来分隔灯串。如果Micro-LED之间的距离为10m，则LED发光面积将为30m x 30m，与-40m x 40m发光面积相比，面积减少更多。 40%。由于面积减小，要实现相同的光输出，电流密度必须相应增加，这会降低整体光效率10%。 Micro-LED内部的光电跃迁和边缘处的非辐射复合进一步降低了效率，解决方案是增加LED的发光面积，但这会显着增加LED和系统的成本。所以这是两个相互冲突的计划。无论如何，所有这些困难都是LED厂商必须解决的问题，而随着技术的发展，这些问题都是可以克服的。 LED光源概述及展望
简而言之，新形状和新功能不断推动LED技术进步的同时，新LED技术正在快速推动新形状和新功能在汽车前灯中的应用。 LED 亮度水平的提高可实现超薄、高性能的车头灯设计。
LED 的小型化使得ADB 矩阵头灯的尺寸显着减小。 Micro-LED 的进一步发展将使功能集成和汽车头灯所需的紧凑性完美结合成为可能。此外，Micro-LED还具有仅在需要时发光的先天优势；换句话说，对于数字头灯而言，该技术相对于DMD具有明显的效率优势。
从长远来看，与单个LED 阵列相比，完全集成的Micro-LED 封装工艺可显着降低成本。因此，micro-LED阵列无疑将成为智能数字头灯最有效、最具成本效益的解决方案。据悉，数万像素数字头灯已完成样品生产，计划两年内搭载新车上市。