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全新車用照明技術引領現代道路安全革新

 2016-11-23

【德國戴姆勒、佛朗霍夫協會、HELLA KGaA Hueck & Co、 英飛凌、歐司朗照明公司聯合新聞稿】

結合德國產學雙方知名機構的研究聯盟共同開發了智慧型高解析度 LED 車用頭燈的基礎,將適應性頭燈照明提升至全新境界。聯盟由計畫領導者歐司朗偕同成員包括戴姆勒、佛朗霍夫協會、Hella 及英飛凌,共同展示研發成果的模型:兩盞智慧型頭燈皆含三個 LED 燈源,每個燈源均有 1,024 個可個別控制的燈點 (像素),這表示頭燈能夠配合各種交通狀況進行精準的調整,確保隨時提供最佳照明,而不造成對向駕駛人的刺眼眩目。還可依道路上各種可能的彎道而進行調整,使周邊不會出現陰暗的區域。另外,藉由車內感測器的輔助,可以分析周遭環境,針對來車的狀況調整照明,讓駕駛者更清楚地看見來往車輛,同時,光線不會照向對向車輛駕駛者的頭部,因此不會造成對方眩目不適。因此,未來在的鄉村道路上,這種新型轉向式頭燈將不再需要將燈光調暗。

這項專案由德國聯邦教育研究部 (BMBF) 贊助,經過三年半的研發,已成功完成頭燈展示品的生產與實地測試。為了實作此展示品,歐司朗光電半導體、英飛凌、佛朗霍夫協會可靠性及微整合研究院 (IZM) 開發了一款創新 LED 晶片,內含 1,024 個可個別控制像素。目前市面上的適應性頭燈產品中,頭燈中由多個 LED 元件相鄰併排及上下堆疊,且需要額外的元件來切換各個照明區段的開關。由於頭燈空間有限,區段的數量也會受到限制。在新款設計中,LED 的電子啟動功能整合至晶片中,因此可達到更高的解析度,同時符合有限空間的需求。為了提供創新、高解析度的智慧型汽車照明,接下來便由歐司朗專業照明團隊開發 LED 模組。此模組具備電氣與散熱介面,可直接連接至汽車的電子元件。

圖: 新款LED 晶片內含 1,024 個可個別控燈點(像素),尺寸約指甲大小。結合3個晶片將可使車用頭燈達成 3,072像素的解析度。(圖片來源:歐司朗)

這項專案已成功展現出該系統確實可行。使用智慧型、高解析度頭燈時,將可持續分析交通與天氣狀況:道路狀況如何?汽車行駛速度的快慢?周邊有無來車?與其他車輛之間的距離?依據上述各種狀況,可變的適應性照明分佈功能即可針對各種狀況設定最適合的照明方式。例如,在高速行駛時,照明程度會自動增加;而在市區行駛時,則會調整為更寬廣的照明分佈,提高安全性,不只照明路況,人行道與周邊區域的照明也將獲得改善。這些功能完全以電子方式執行,無需使用機械致動器。創造了不刺眼的完整光束,駕駛者在夜間皆可獲得最佳照明,同時不會為其他駕駛者帶來負面影響。這能為駕駛人感知帶來大幅助益,有助於降低夜間駕駛的車禍風險。


歐司朗照明技術長 Stefan Kampmann 表示:「我們希望繼續研發這個新型高解析度 LED 光源,以供量產。我們預見此款LED產品在車用頭燈應用的未來潛力無限。」


這款創新的 LED 晶片由英飛凌科技股份有限公司研發智慧型驅動電路可個別控制 1,024 個像素。英飛凌希望將其設計成可直接連接至上方的 LED 發光陣列。其中的技術挑戰在於如何滿足此設計的特殊需求,同時支援 LED 驅動器的製造技術。英飛凌藉由此智慧型驅動電路與廣博的汽車應用技術知識,協助邁向高度創新、適應性頭燈系統的發展趨勢。

 
圖: μAFS 專案研究成員研發出適應型照明系統的智慧型高解析度LED頭燈之基礎。圖為研究成員 Hella 開發的 LED 頭燈原型。(圖片來源:Hella KGaA Hueck & Co.)

Hella KGaA Hueck & Co 依據戴姆勒的功能需求,訂定了光源的主要技術需求,研發出照明模組的整體光學系統、散熱概念設計和頭燈原型。頭燈原型效率極高,照明形狀非常均勻,而且個別像素的照明品質都相當良好,並可透過電子方式產生不同的照明形狀,無需使用機械致動器。這是照明產業邁向數位化的一大步。此項研發成果讓 Hella 在為客戶研發創新照明系統時創立了新的標準,不僅是在序列生產時必要的精確度與品質,同時也不斷創新技術設計思維。


在此研究專案中,由戴姆勒定義了完整頭燈系統的功能需求以及未來車輛屬性。這是整體頭燈系統元件與模組屬性的基礎,在考量未來感測器與汽車架構後,計算出最佳的照明分佈,並將此資訊傳遞至像素頭燈。就未來的電動車而言,能源效率是此新開發 LED 的一項重要需求。戴姆勒已將裝有智慧型 LED 頭燈的汽車用於實際路況測試。

目前賓士 E-Class 已配備 Hella MULTIBEAM LED 頭燈,每個頭燈包含 84 個可個別控制的歐司朗高效能 LED。戴姆勒持將續開發具有更多像素且更精細的 LED 頭燈,進一步鞏固了該公司在照明領域的先驅地位。

佛朗霍夫協會為此專案貢獻其連接技術 (LED IC) 與材料、瑕疵偵測與隔離的專業能力。透過優異的微型化連接技術,以更精細的結構達到極高的解析度。為達到此目標,德國柏林佛朗霍夫可靠性及微整合研究院 (IZM) 將歐司朗的 1,024 像素 LED 陣列組裝到英飛凌可個別控制像素的主動式驅動電路上。這類晶片散熱性能極佳,在組裝時可提供微米等級的高度落差,以達到最佳的平衡。

專案期間研究了兩種連接技術:以多孔黃金奈米海綿進行熱壓接合,以及利用高度可靠的金錫進行回流焊接。事實證明,這兩種組裝技術皆能達成高良率,並為後續的 LED 製程提供堅固的介面。

高解析度 LED 頭燈的其中一項技術挑戰在於含有 1,024 個可個別控制像素的晶片,其尺寸相對較大。挑戰之處在於隨著 LED 晶片尺寸增加,製造過程中個別像素故障或亮度降低的風險也會隨之提高。為克服這個問題,德國佛萊堡的佛朗霍夫應用固態物理研究院 ( IAF) 開發了一項新技術,來修復瑕疵。這項技術採用紫外雷射光微加工技術,可在製造過程中修復 LED 晶片中的瑕疵。原理大致如下:識別細微的瑕疵並以紫外雷射光以精密移除材料的方式除去瑕疵,或透過電子方式隔離以免雷射不慎造成新的瑕疵,即所謂的漏電流路徑。經過修復之後,像素將恢復完整亮度,「照明形狀」也會恢復平均。


圖: 有了上千個可個別控制的像素,全新等級的智慧型適應性頭燈可以避免造成其他用路人眩目不適,同時週遭區域仍然獲得最佳的照明。(圖片來源:歐司朗照明)

佛朗霍夫 IAF 雷射微加工的經濟效益不僅能在製造過程減少瑕疵,同時可降低大型 LED 晶片的生產廢品與成本。此製程亦可提高 LED 的平均壽命,這是重要的競爭優勢,也能提高客戶滿意度。

此 μAFS 專案由德國聯邦教育研究部贊助,贊助編號為 13N12510。該專案從 2013 年 2 月執行至 2016 年 9 月,由專案成員共同為打造全新等級,具備擴增道路安全功能的節能 LED 車用頭燈建立技術基礎,研發智慧型照明解決方案,目標已順利達成。採用此技術開發出的適應性前方照明系統 (AFS)將為駕駛者、乘客及其他用路人創造更高的安全性。


關於英飛凌
英飛凌科技股份有限公司是全球半導體領導廠商,致力於讓生活更簡單、更安全、更環保。英飛凌的微電子是進化未來的關鍵技術。2015 會計年度 (截至9月底),公司營收為 58 億歐元,全球員工約 35,400 名。


關於戴姆勒
戴姆勒 是全球最成功的汽車公司之一,而戴姆勒集團為全球高級汽車大廠,同時也是全球商用汽車的大規模製造商,於全球設有眾多據點,旗下企業包括 Mercedes-Benz Cars、Daimler Trucks、Mercedes-Benz Vans、Daimler Buses、Daimler Financial Services。Daimler Financial Services 提供融資、租賃、車隊管理、保險、金融投資、信用卡,以及創新的行動服務。戴姆勒在全世界幾乎所有國家皆有銷售汽車及提供服務,並且在歐洲、北美、南美、亞洲及非洲設有生產廠房。除了全球最具價值的高級車品牌賓士 (Mercedes-Benz) 之外,該公司目前的品牌組合還包括 Mercedes-AMG、Mercedes-Maybach、Mercedes me、smart、Freightliner、Western Star、BharatBenz、FUSO、Setra 及 Thomas Built Buses,還有戴姆勒金融服務的品牌:Mercedes-Benz Bank、Mercedes-Benz Financial、Daimler Truck Financial、moovel、car2go、mytaxi。該集團於 2015 年銷售約 290 萬輛汽車,聘用員工 284,015 人,總計營收 1,495 億歐元,EBIT 達 132 億歐元。


關於佛朗霍夫
佛朗霍夫協會 (Fraunhofer-Gesellschaft) 為歐洲頂尖的應用研究組織,其研究活動由遍佈德國各地的 67 個佛朗霍夫研究所及研究單位負責執行。佛朗霍夫協會聘用 24,000 名員工,全年研究預算超過 21 億歐元,其中有超過 18 億歐元的預算來自受託研究。佛朗霍夫協會有超過 70% 的受託研究營收,是來自與業界與公開資助研究專案簽訂的委託合約。該協會在美洲與亞洲的分會則負責促進國際合作。


關於 HELLA KGaA Hueck & Co
HELLA 是全球性的家族企業,公司股票上市交易,員工人數約 34,000 人,在約 35 國設有 125 個據點。HELLA Group 開發並製造汽車業適用的照明技術與電子產品,且旗下的汽車零件、配件、檢查及維修零售組織規模為歐洲數一數二。該集團的合資企業也生產完整的汽車模組、空調系統及汽車電氣系統。HELLA 公司延攬 6,000 名研發人員,為市場上最重要的創新業者之一。另外,HELLA 集團 2015/2016 會計年度銷售額為 64 億歐元,名列全球 40 大汽車供應商,同時也是德國百大工業公司之一。


關於歐司朗
歐司朗 (OSRAM) 總部位於德國慕尼黑,為擁有百年以上歷史的全球照明製造龍頭大廠。產品組合涵蓋以半導體技術為基礎的高科技應用 (例如紅外線或雷射照明),以及樓宇與城市的智慧型與連線照明解決方案。截至 2015 會計年度末 (9 月 30 日),歐司朗公司全球員工人數達到大約 33,000 人,該會計年度的營收將近 56 億歐元。


詳細資訊請瀏覽: www.osram.de.