不一樣的LED技術：特斯拉燈光技術解密

2021年12月24日，特斯拉為車主們推出重磅更新，車機v11全新UI和FSD Beta V10.8版本，更新后車主驚喜發現增加了燈光秀功能，其中前大燈打出“TESLA”的圖案時，讓人甚為驚嘆。

一部分原因是此前特斯拉并未在宣傳中強調此事，讓人看到此種情形，瞬間驚喜萬分；另外一部分原因是，不管是矩陣式LED大燈還是激光大燈，基本是“燈廠”-奧迪的噱頭，由于成本高昂，加裝費用不菲，離普通消費者還比較遙遠，而特斯拉在二三十萬起步的Model3和ModelY車型中標配，應該說是比較良心的。與朋友圈中的熱鬧展示相反的是，特斯拉行事如此低調，讓人覺得此事絕非簡單。

筆者從事LED行業多年，出于技術上的好奇，通過多方查證相關公開資料，希望能還原了特斯拉前大燈光源的技術路線。

TESLA大燈效果

公開資料顯示，特斯拉的車大燈由德國著名零配件供應商HELLA制造，其中發光單元的供應商為三星電子。

“2021年4月，三星半導體發布新一代車載光源 PixCell LED 模組，此產品將應用于汽車的智能大燈。

三星半導體表示，最新研發的 PixCell LED 是適用于車載智能大燈的超小型 LED 解決方案，通過更小的發光面積和明暗對比，可以實現照明控制。

此外，三星的產品將發光面積減少到普通智能大燈的 1/16，使整個燈的體積變小，有助于提高汽車燃油效率，還增加了車燈的設計靈活度。”

PixCell LED模組（圖片來源：三星電子官網）

從國內研究機構-車燈研究院發布的拆解分析看，特斯拉確實采用的是三星電子的PixCell LED技術。因此，有必要深挖一下該技術。

特斯拉車大燈拆解光源（圖片來源：車燈研究所）

PixCell LED為了提升顯示效果，防止相鄰光源串擾，每個像素之間設立了硅墻隔板。

PixCell LED（圖片來源：三星電子官網）

從最終的顯示效果看，PixCell LED中的每個像素單元實現了單面出光效果。根據以往的認知，能夠實現這種發光效果的，芯片段主要是薄膜型芯片，例如垂直型薄膜芯片、倒裝型薄膜芯片（TFFC）芯片等；封裝端也可以采用倒裝芯片+CSP（Chip Scale Package）技術，將芯片四周的光通過白墻的遮擋和反射，使得側向光反射到正面，也可以實現單面出光的效果。

PixCell LED看起來與CSP技術似乎有類似的地方，不過是用硅墻取代了白墻(鈦白粉等高反射材料)，且從宣傳的示意圖看，硅墻高度更高、熒光膜在硅墻上并沒有覆蓋。這種設計，實際是減少了像素串擾，提高了像素的分辨率。

為了進一步弄清PixCell LED是如何實現的，我們多方查詢，最終查詢到了三星最近公開的一件專利：

公開專利號：US17373038

專利名稱：LIGHT-EMITTING DEVICES HEADLAMPS FOR VEHICLES  AND VEHICLES INCLUDING THE SAME

該專利詳細介紹了PixCell LED核心發光器件的基本設計理念：

基本設計思路采用倒裝薄膜芯片技術(TFFC)以及晶圓級封裝（WLP）理念。

硅襯底1000通過腐蝕形成硅墻120

并在硅墻側壁制作了反光層72

硅墻內填充了光轉材料74，實現了晶圓級封裝

實際TFFC的電極是通過引線引出的，這種設計超越了TFFC的設計范疇，將晶圓級封裝技術又向前推進了一步。

從工藝流程和最終設計看，三星PixCell LED采用的是硅襯底外延工藝，芯片架構采用帶有硅墻的類TFFC結構，通過晶圓級封裝Wafer Level Package（WLP）技術做成白光芯片。

盡管專利中并沒有局限在硅襯底，但實際藍寶石和碳化硅襯底都比較難具備這種襯底選擇性去除的效果，以及硅襯底天然不透明，有利于防止相鄰芯片串光干擾。

該專利呈現的內容具備較高的創新性，可以拓展開發者的視野，該方案對長期從事薄膜芯片開發的從業者來講，實現起來可能并沒有想象中的復雜，但確實比較新穎。當然，要達到車規級，且打入前裝市場，應該是要花不小精力和投入。

與目前比較成熟的藍寶石和碳化硅上氮化鎵外延相比，該方案采用的GaN-On-Si（硅上氮化鎵）外延技術，由于氮化鎵與硅晶格失配較大，導致該技術路線生長的氮化鎵晶體質量較差。晶體質量上的差距在一定程度上會體現到可靠性和性能上。從用戶反饋看，特斯拉車主升級燈光秀后個別存在大燈燒毀的問題，不排除或許與此相關。

從某種意義上講，三星的PixCell LED能夠得到頭部車企的認可，打入汽車前裝市場，對基于硅襯底的GaN-On-Si技術來講，絕對是一個具備里程碑意義的事件。

也許特斯拉事先知道GaN-On-Si技術方案存在一定風險，但確實可以實現更小的發光面積和明暗對比。因此，特斯拉采用該技術符合其一貫的技術驅動的行事風格。

PixCell LED除了采用GaN-On-Si技術外，還結合了Wafer Level Package(WLP)、Thin Film Flip Chip(TFFC)、Drive On Board(DOB)等技術，并將其向前進行了演化和推進。PixCell LED是三星電子在發光芯片領域和半導體領域交叉創新的結晶，其創新視野和創新能力值得國內廠商借鑒和學習。

當然，GaN-On-Si技術不是實現矩陣式LED大燈的唯一途徑，例如以激光剝離技術來實現TFFC芯片，國內乾照光電、三安光電、易美芯光等在薄膜性芯片領域深耕多年，利用成熟的藍寶石激光剝離技術，也可以有對應的方案呈現。且從光效和可靠性方面來講，基于藍寶石激光剝離技術的薄膜芯片會比硅襯底LED技術更加具備優勢。（文：曲曉東）

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