封面故事

車用領域的頻率調變連續波(FMCW)雷達應用眾多，涵蓋多項人身安全與舒適功能，例如盲點偵測、車道切換輔助、自動車距控制巡航系統、停車輔助等，這些功能均仰賴雷達能夠在各種天候與任何周遭照明環境下，準確可靠地偵測與定位障礙物。 另外在車用領域內，透過雷達感測器獨特的優勢，也能幫助以下幾項應用： ．自由空間感測 ．駕駛生命跡象監控 ．手勢辨識 ．使用狀態偵測 FMCW雷達可判斷物體的距離與速度，效能不受周遭照明環境影響，也不須額外增設訊號源，高運作頻率(77GHz)可直接轉譯為較小型的整體方案尺寸。FMCW雷達訊號可穿過塑膠材質，故感測器可安裝在設備背面，如保險桿、儀表板或車身包覆層內，不會影響車體外觀。 FMCW雷達原理 圖1為FMCW雷達原理圖，包含發射器(TX)鏈與接收器(RX)鏈各一做為代表(不過實際上共有多鏈支援多件TX與RX天線)，本地振盪器(LO)產生線性頻率斜坡(又稱為Chirp)，傳輸至TX天線，自雷達前場景所反射的訊號進入RX天線後，混合傳送訊號，產生中頻(IF)訊號，再由類比數位轉換器(ADC)將接收到的IF訊號數位化，供後續處理。 快速傅立葉轉換(FFT)處理數位化樣本之後，可以判斷物體距離，距離FFT的峰值頻率直接對應於場景中各物體的距離，如圖1右側所示。 圖1　FMCW雷達原理圖 當距離FFT峰值頻率直接對應至物體距離時，峰值相位對於物體距離的微小變化極為敏感，例如物體位置若改變四分之一個波長(以77GHz情況≈1公釐)，相位會完全翻轉180度。相位敏感度讓雷達能夠估算振動物體的頻率，也成為估算速度的基礎。 為了判斷現場物體的速度，雷達通常會傳送一系列的線性調頻序列，時間間隔相同，稱為「訊框」(圖2)，藉由線性調頻之間的相位差異，判斷與衡量現場場景中物體的速度。 圖2　訊框內包括多項間隔相同的線性調頻。 在一般典型訊號處理鏈之中，裝置以距離FFT執行數位化樣本，對應至每項線性調頻，輸出並儲存在矩陣裡的連續列(圖3矩陣A)。裝置一接收與處理訊框裡的所有線性調頻後，在矩陣A各行的線性調頻產生第二FFT系列(都卜勒FFT)。在執行距離FFT(列)與都卜勒FFT(行)後，可視為對應訊框的數位化樣本平面FFT，判斷物體距離及速度。平面FFT峰值位置將直接對應至雷達前方物體的距離和速度(圖3矩陣B)。 圖3　FMCW雷達的範圍距離與都卜勒處理。 若要判斷斜前方物體，需多項RX天線，裝置先處理每項天線接收到的訊號，形成平面FFT。在處理多項天線獲得的平面FFT矩陣後，可得知前方物體角度。因此雷達能判斷物體距離、速度和角度，雷達效能取決於傳輸訊號，如擴大線性調頻頻寬後，可改善距離解析度；增加訊框長度後，能提高速度解析度，測量速度上限與線性調頻間隔大小成反比；TX/RX天線數量限制角度解析度。 自由空間感測須考量天線配置與視野 自由空間感測器可延伸雷達原有能力，偵測障礙物，例如在打開車門或後車廂時防止撞擊，此種應用仰賴雷達的距離高解析度，以及能夠在近距離偵測障礙物(燈柱、停車擋桿、牆面、鄰近車輛)，見圖4；自由空間感測器亦可做為停車輔助感測器。 圖4　自由空間感測器應用 圖5說明自由空間感測器應用的一般處理鏈，本裝置執行平面FFT，處理訊框內的類比數位轉換器(ADC)資料，判斷物體距離及都卜勒，並區別移動物體與靜止物體。雷達若安裝於車門等活動設備上，都卜勒解析度也能判斷靜止物體與雷達的相對速度，而各天線平面FFT矩陣的非同調資料，會形成偵測演算法能夠處理的距離/都卜勒熱點圖。 圖5　自由空間感測器應用的處理鏈示意圖 偵測演算法可做為基本的平均恆虛警率(CFAR-CA)偵測器，有序統計量恆虛警率(CFAR-OS)等版本更加精密，可改善地面雜波存在時的偵測能力。 處理平面FFT矩陣的對應分類後，可估算物體接近的角度，為善用既有TX/RX天線，建議以多重輸入/輸出(MIMO)模式操作系統。在MIMO模式下，角度估算區塊在虛擬天線使用平面FFT處理後的訊號；角度估算演算法能以FFT或波束成形技術演算法為基礎，若使用多訊號分類(MUSIC)等更精密的演算法，角度解析會更精密。 在自由空間感測器應用當中，天線配置與天線元件視野(FOV)都是重要考量，一般必須在仰角視野與抑制地面雜波之間取捨，或是在仰角估算能力與方位解析度之間抉擇。在眾多可能設計之中，以下介紹兩種策略。一是以方位及仰角廣視野設計天線，而天線擺放位置讓MIMO模式能形成平面虛擬陣列，因此可同時估算仰角及方位的角度。 圖6提供幾項範例，雖然方位及仰角廣視野可提供真正的立體感測，但雷達擺放位置必須謹慎思考，才可將地面雜波降至最低。 圖6　平面2-D天線配置(a和b：TI AWR1642，c：TI AWR1443) 另一選項是以仰角窄視野與方位廣視野設計天線，利用天線擺放位置確保方位估算達到最高解析度(圖7)。表1為自由空間感測應用的線性調頻配置範例。 圖7　1-D天線配置 駕駛生命跡象監控應用設計 FMCW雷達技術是促進道路安全的重要應用，可準確監控駕駛心跳和呼吸速率，持續監控生命跡象。這項感測器尺寸小，可達到非侵入式監控，例如嵌入在駕駛座椅背內。 FMCW雷達對於物體位置微小變化的接收訊號相位極為敏感。先前提到，物體每移動1公釐，距離FFT處理資料的相位改變180度，只要善用這項特性，就能估算物體振動頻率，例如心跳及呼吸氣息所產生的振動。這項裝置傳送一系列的線性調頻，距離FFT峰值代表駕駛胸部的強烈反射，裝置內的演算法追蹤線性調頻內的峰值相位，對相位序列進行頻譜分析，以計算駕駛的心跳及呼吸速率。 圖8是以單一處理鏈代表的原理圖，裝置首先使用距離FFT，處理對應至每項傳輸線性調頻的ADC資料，找到相關峰值後，記錄線性調頻內的峰值相位。呼吸所造成的胸部移動約12公釐，是雷達操作波長的數倍(以77GHz情況~4公釐)，因此必須適當分析相位，才能正確解讀結果。 圖8　駕駛生命跡象監控應用的處理鏈範例 裝置內的演算法以帶通過濾相位序列，取得相關頻譜(呼吸為0.1~0.5Hz，心跳為0.8~2Hz)，以FFT分析產出頻譜之後，可找到心跳及呼吸速率；若希望資訊更加完整，可偵測駕駛體內動作，以彌補缺漏數據或可捨棄讀數。此一應用內無訊框，而是以持續傳送線性調頻方式，並在運作中同時處理。 表2是這項應用的線性調頻配置範例，為求最佳效能，選擇距離解析度能達到最高的線性調頻，有助於區分胸部反應及其他鄰近雜波。若使用多項RX天線衡量角度，可進一步區別駕駛及周遭雜波，甚至可同時測量多人生命跡象。由於心跳和呼吸均為低頻率，可擴大線性調頻間隔，每秒20次的線性調頻就足以確保採樣時，不會出現相位連接；若提高每秒的線性調頻，更可測量心率變化，研究顯示這項數據和睡意有關。 FMCW雷達適用手勢辨識應用 FMCW雷達造就距離與速度(或都卜勒)高解析度的特性，很適合手勢無觸控介面，車用用途包括手勢開啟車門/車廂(圖9)，以及手勢控制車載資訊娛樂系統(例如揮手切換螢幕或扭動手指控制音量)。 圖9　手勢開啟車門/車廂應用 圖10是建議的手勢辨識應用處理鏈。首先，對於訊框內線性調頻蒐集的ADC資料，進行平面FFT，判斷現場的距離及都卜勒，再為每項RX天線(若雷達為MIMO模式則為虛擬天線)運算平面FFT矩陣，而各天線平面FFT矩陣的非同調資料，會形成距離/都卜勒熱點圖。 圖10　手勢辨識應用的處理鏈範例 下一步為從距離/都卜勒熱點圖擷取多項特徵，每項特徵(如平均都卜勒或平均距離)就像從熱點圖內計算一個數字，數值反映出特定參數的加權均值，通常是在預估手勢會出現的熱點圖區域內擷取特徵，例如距離50公分內、都卜勒每秒正負2公尺，這個區域可預先固定或動態調整。 雷達的單一訊框為各個特徵擷取單一數值，而一系列的訊框為各個特徵產生時間系列，分析對應各擷取特徵的時間系列可辨別與分類各種手勢，圖10說明處理區塊中特徵的操作步驟。 特徵處理的策略非常多樣，其中一項是在特定時間範圍內擷取特徵後，傳送至機器學習演算法，例如人工神經網路、決策樹、支援向量機，再進行分類；另一種策略是由人工設定邏輯，辨別特徵內的各種標誌；亦可運用混合方案。 特徵處理的產出為被偵測的手勢類型，特徵處理亦可產出與手勢相關的額外數據(如手勢速度)，進而改善使用者體驗。 距離與速度解析度高低是手勢辦識優勢的關鍵，故須選擇高頻寬線性調頻，訊框時間也應夠長，才能改善速度解析度。由於最大速度需求不高，可擴大線性調頻間隔，將線性調頻數量(及記憶體需求)降至最低，並維持長訊框時間，表3為線性調頻配置範例。 舉例來說，使用德州儀器旗下的AWR單晶片雷達系列的手勢辨識解決方案，對於開啟車門/車廂的單種手勢應用，AWR1443或許適合；當應用內需分類多種手勢時(如資訊娛樂介面)，內建C674x DSP的AWR1642就比較適合。 使用狀態偵測 若孩童和動物困在上鎖的車輛內，很快就會因高溫喪命，此時車內若是有安裝FMCW雷達，便可在車輛無人看管時偵測到他們，進而即時介入拯救生命。 這項應用主要取決於雷達的速度解析度高低，雷達必須從車內靜止雜波區分出就算只有些微動靜的物體(如睡著的孩童)。 圖11為處理鏈範例，訊框包括MIMO模式內，一系列間隔相同的線性調頻。在TX1與TX2之間切換，每一對線性調頻之間的巨大間隙，是為延長訊框時間，並改善速度解析度。 圖11　使用狀態偵測應用的處理鏈範例 首先，裝置計算訊框內所有線性調頻的距離FFT。產出的距離FFT傳送至雜波移除區塊，可以排除對應至靜止雜波的訊號，確保後續區塊能針對有關訊號操作(即對應至緩慢/間歇移動的物體)。 這個區塊可以估算每個距離分類內的DC元件(線性調頻內的距離分類均值)，再從對應的距離分類中移除(涵蓋訊框內所有距離FFT)。 所有天線的距離FFT進入角度頻譜估算區塊，計算每個距離分類中的角度頻譜。經過多項線性調頻所計算出的距離FFT峰值相位，能以相關物體的微小動作排除關聯，藉以提高角度解析度。 當距離FFT判斷訊號距離、角度頻譜估算判斷角度後，空間熱點圖可在平面x-y軸或距離方位軸內，繪出訊號密度，接續的後處理能依據偵測演算法(如CFAR)，或更精密的特徵擷取及分析技巧，在熱點圖內偵測物體，再標示出有關物體是否存在。 此外，後處理區塊也能說明有關物體的空間位置。總而言之，高度整合的AWR雷達裝置系列可開發出小體積的「雷達單晶片」解決方案，提升ADAS以外的駕駛體驗，包括自由空間感測、駕駛生命跡象監控、手勢辨識與使用狀態偵測。 (本文作者皆任職於德州儀器)

隨著「互聯網+人工智慧」逐步滲透進入人們的生活中，汽車已成為搭載多種智慧晶片的智慧移動終端，並逐步走向真正的「無人駕駛」。作為強大的智慧移動終端裝置，汽車透過V2X技術與其他車輛和基地台實現無線通訊，將車輛周圍的資料資訊進行分析與處理，而實現脫離駕駛員的操控，避免因人為因素出現的如疲勞駕駛、超速、闖紅燈等危險行為的發生。透過城市智慧交通網路的建立，可以實現整體調控汽車流量和流向，進而改善高峰期壅堵現象，從源頭上降低汽車交通安全事故，提升交通通行率。 「無人駕駛」依據其「自動化」程度可以分為四級。第一級為特定功能的自動駕駛，僅實現自我調整巡航控制、自動刹車和車道保持功能；第二級是合併功能的自動駕駛、實現部分自動停車入位、交通堵塞時提供輔助和帶轉向的緊急刹車等；第三級為有限的自動駕駛、能夠實現自動並線、基於車道中線定位的自我調整巡航控制、自主停車入位。前三級「無人駕駛」的實現就須要搭載先進駕駛輔助系統(ADAS)。 據前瞻產業研究院「2016~2021年中國無人駕駛汽車行業發展前景預測與投資戰略規劃分析報告」指出，目前ADAS逐漸成熟，2019年全球市場滲透率將超過25%。機構預計，到2020年中國ADAS市場規模在700~800億元，年均複合成長約60%。 ADAS並不是一項配置，而是幾項配置協調作用的系統。簡單來說，就是利用安裝在車上的各種互補感測器，如雷達、超音波、V2X技術等，在汽車行駛過程中即時感知周圍環境並收集資料，透過系統運算與分析，預先讓駕駛者察覺到可能發生的危險，從而有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性。 實現無人駕駛多重感測器不可或缺 一輛汽車要想擺脫駕駛員實現「無人駕駛」就須要配備多個互補感測器，如雷達、攝影機、雷射定位器、超音波和V2X等。它們彷彿是汽車的「眼睛」，透過對汽車周圍事物和環境的感知和監測，收集相關資料再交由駕駛系統處理，讓汽車可以在各種條件下完成自我調整巡航控制、盲點監測、車道偏離警告、夜視、車道保持輔助和碰撞警告系統，並具有自動轉向和制動干預功能。 V2X為無人駕駛千里眼 V2X技術，即車對車及車對基礎設施技術，藉由在肉眼察覺和駕駛輔助系統探測之前發現交通堵塞或交通風險，並向數百公尺範圍內發出預警資訊的方式，使車輛有效接受如危險路況、突發壅堵、交通搶險或道路作業工地等交通資訊；除此之外，配備有V2X互聯設備的車輛還可以接收來自智慧道路訊號的資訊，並自動識別交通號誌的運行週期，大幅提升道路安全，提高通行效率。安全的V2X技術對於未來無人駕駛和智慧交通系統建設至關重要。根據美國交通部的一份調研報告，安全可靠的V2X技術將減少超過80%的交通事故。 雷達感測器為無人駕駛順風耳 伴隨自動駕駛不同層級的演進，每輛車上會安裝更多的雷達感測器，協助實現更高級的自動駕駛。據IHS Research預測，從2016~2019年，汽車雷達感測器的市場年均成長率將達到27%，預計2021年的市場需求總量將達5,000萬。 晶片商也趁勢推出眾多解決方案，像是恩智浦(NXP)發布如郵戳大小(7.5mm×7.5mm)的單晶片77GHz高解析度RF CMOS IC雷達晶片，能準確提供汽車行駛環境的相關資料，且其功耗比傳統雷達晶片產品低40%，為汽車感測器的設計安裝提供了更多便利。 聯網/感應具備　無人駕駛終極大腦不可少 複雜擁擠的路面和瞬息萬變的車況讓智慧聯網汽車只有一雙「千里眼」和一對「順風耳」還遠遠不夠。雖然一系列互補感測器可以繪製出汽車周圍環境的高精度地圖並準確檢測物體，為了做出精確且安全的駕駛操作，汽車還須要配備一個「終極大腦」，快速的處理並整合多條資訊流，並最終完成汽車駕駛操作。 像是恩智浦研發BlueBox平台，為無人駕駛提供人工智慧，還為車間通訊和多重感測器提供介面支援，充當車輛的「神經系統」。在無人駕駛車輛系統中，多個感測器資料流程都匯入BlueBox引擎，資料流程結合起來，將車輛周圍的實體環境創造一個360°的即時模型。 確保道路安全　自駕車須具備完善安全性 無人駕駛當中，最讓人關注的還是資訊的安全性。在一次知名的駭客行動中，由一名Wired雜誌記者駕駛一部吉普車(Jeep)，而兩名駭客成功遠距離終止了吉普車的引擎傳動。在那當下，車輛駭客攻擊就此成為真正的威脅。 自此之後，汽車產業歷經諸多改變，車輛安全性自然成為汽車製造商的首要考量。目前的許多新款車輛搭載電子控制器、具有運算能力、能運行程式碼，還能透過無線網路連通外界，因此攻擊面無疑相當廣大。若媒體對外公布一起駭客攻擊事件，其影響將重重傷害汽車製造商的品牌商譽。 如同在吉普車駭客攻擊所看到的，一旦駭客取得收音機的控制權限，就能輕易透過車內網路攻擊導向和煞車系統。事實上，車輛中的安全閘道能作為防火牆，進而監控進出車輛訊息，也能將至關安全性的系統與其他應用程式隔離(例如資訊娛樂系統)，但該吉普車的車內網路並未搭載安全閘道。 也因此，車內網路必須受到妥善保護，抵禦意圖操縱並竊取資料的入侵者攻擊。這表示必須重新規畫車載網路架構，以區分、隔離車載網路中不同的領域系統。此外，必須採用高強度的加密和驗證技術，確保車輛僅與已知且信任的實體進行安全通訊，並進而保護車載網路內部的代碼和資料。 車用處理器會產生、處理、交換並儲存龐大的敏感資料，無疑會成為駭客攻擊的目標，因此車用處理器必須具備高度安全性。也因此，汽車處理器供應商特別專注於處理器層級的安全性，推出車用專屬硬體安全模組(HSM)，能夠針對車用應用程式提供內建於晶片的安全性功能，防止軟體遭惡意操縱，並且支援安全性軟體更新和資料保護等功能。 像是恩智浦早於2010年，就已推出符合並相容於安全硬體延伸(SHE)的車用MCU產品，且該公司旗下的新款車用處理器和控制器，皆包含專屬的硬體安全性模組，能獨立管理安全性功能，不會影響處理器或控制器本身的效能/功能。這些模組也提高修正作業時的靈活性，讓車輛製造商能修正安全性漏洞，還具備安全的線上更新功能，車輛上路後製造商仍能輕鬆更新軟體，毋須進行耗費高額成本的召回程序；此外還具備生命週期管理機制，能針對若干控制器和處理器功能進行鎖定控制。 另一方面，應用程式處理器也是安全防護的重點。應用程式處理器原本最早的形式是車載資通訊系統，而經過多年發展，今日的駕駛資訊系統包含抬頭顯示器、數位儀表板、導航、媒體播放器、語音和資料通訊，並執行多種複雜的軟體堆疊，無疑需要最高的安全性。因此，半導體業者採用分層次防禦機制，全面保護整個處理單元，從硬體、軟體到通訊連結皆囊括在內。 像是恩智浦的i.MX 8安全控制器(SECO)是系統的信任根(RoT)，其功能不局限在金鑰管理，也可用於驗證、監控和鎖住系統的控制器韌體，同時也是電源啟動和執行時間等多種並行作業系統的RoT；其具備硬體式竄改偵測和防護功能，以及處理器內建硬體防火牆網域則能輔助SECO，維持服務的資料與記憶體完整性，進一步提高駕駛資訊系統的安全性基準。 總而言之，發展無人駕駛必須保障安全性，讓駕駛能信任自己的汽車，絕不能讓駭客取得車輛的控制能力，或窺探駕駛及金融資訊等資料的隱私。車輛製造商務必使用安全性解決方案，防止電子系統遭受潛在的網路攻擊。 (本文作者為恩智浦半導體汽車電子事業部技術長)

汽車技術的大趨勢(即電動車、自動駕駛及連線)正在動態發展並彼此互動，而網路安全逐漸成為更重要的主題，自動駕駛的解決方案也必須考量其他趨勢。因此，半導體業者研發專為雷達應用的微控制器，提供高運算能力以及駕駛輔助系統與自動駕駛功能的擴充能力，同時實現小尺寸、高能源效率且安全的雷達解決方案，並內建安全機制進一步強化汽車網路的保護。 雷達感測器是發展自動化/自動駕駛的重要元件，現代雷達系統具備高可用性、容錯能力以及在各種光線與氣候環境中的耐用性，可促進強大駕駛輔助系統的實現；但是，新一代雷達系統的要求越來越多，像是汽車製造商要求降低成本、高可擴充性、符合安全要求(NCAP、SAE第2級及更高等級)，並且不會因干擾而造成擾動。 因此，為滿足更高解析度的雷達系統，並具有更快的回應時間、高抗擾性、更好的物體擷取與分類、支援功能安全性、安全的汽車網路通訊，以及低功耗，半導體業者紛紛致力開發新一代的雷達微控制器，例如英飛凌旗下的AURIX雷達微控制器，其結合雷達收發器與安全電源供應器，構成適用於77/79/24GHz應用的可擴充雷達晶片組的基礎(圖1)，此晶片組可擴充為相同射頻(RF)與訊號處理平台的多種雷達版本(圖2)。  圖1　77/79/24GHz應用的可擴充雷達晶片組架構示意圖 圖2　AURIX雷達微控制器可擴充多種版本 SPU扮雷達創新應用新要角 雷達應用的關鍵創新是全新硬體加速器(訊號處理單元SPU)。例如英飛凌新一代微控制器便整合SPU，其所整合的SPU具有特殊的RIF介面(基於LVDS IEEE 1596-3標準的雷達介面)，最多可使用四支接收天線。雖然微控制器的安全機制最高支援符合ISO 26262標準的ASIL-D，但與微控制器後端鏈接的SPU-IP最高可為雷達解決方案提供ASIL-C ISO 26262的功能安全性。 SPU的概念基礎(圖3)，是兩個不同資料路徑上的主記憶體與加速器之間的運算元再循環；運算元會從雷達記憶體擷取出來，經過處理之後再寫回記憶體。 圖3　SPU概念基礎 與此同時，SPU具有高度可設定性，其整合可同時運算的各種執行單元(例如開視窗、FFT、CFAR等)；可設定的輸出DMA單元能夠讓不同的結果儲存於不同的記憶體區域，因此TriCore CPU可以存取這些結果並進一步處理。 另外，SPU的時脈為300MHz，可非常快速地處理AD轉換器取樣與FFT BIN，僅需1時脈週期/BIN(或是如果已啟用CFAR，則需2時脈週期/BIN)。因此，可達到14 GOperations/s的綜合效能。與配備quad-MAC的高速極長指令字(VLIW)DSP進行基準比較，獲得提升7至14倍效能/時脈週期的結果。 除了具有高效能之外，SPU還提供多個創新機制以最佳化高成本RAM的使用。這些機制包括以16位元浮點格式(而非32位元定點)儲存運算元結果；可在儲存之前移除BIN的BIN拒絕單元；FFT的自動「填充」，僅儲存相關BIN；以及就地FFT，結果將儲存於原始FFT。 雷達記憶體將區分為獨立的區域(磚)，這些項目可進行設定，因此在存取記憶體時，CPU(或系統DMA)與SPU之間不會產生干擾。 SPU降低雷達回應時間提升安全性 另一方面，使用雷達提供安全關鍵任務(例如緊急剎車)時，需要快速的回應時間。考量到車輛以時速100公里行駛時，每秒移動27公尺，這表示以40ms取樣率時，取樣當下車輛已向前移動1.1公尺。為了減少決策前所需資料擷取期間次數以及一個擷取期間的運算時間，SPU可鎖步運作並在更短時間內產生安全結果。 又或是使用兩個SPU，可同時運作以加快處理速度。由於採用以硬體實作的CFAR與濾波器，SPU可即時執行FFT(第1級)以及明顯更快的第2級FFT，速度為2時脈週期/BIN(最多節省10ms並提供寶貴的幾公分剎車距離)。 除此之外，在過去資料因干擾而流失的事實，有時候仍然是可接受的。但是在自動駕駛的情況之下，雷達系統避免干擾是非常重要的；也因此，這是在訊號傳輸期間已建立相位調變的地方，而SPU內建硬體支援解調已相位編碼的訊號。 總結來說，未來世代的雷達感測器需要更精確的物體擷取，特別是行人、自行車騎士等。SPU也是針對此目的而設計，由於其高處理能力與32位元精度(定點)及其CFAR單元(恆定錯誤警報拒絕)，可允許更複雜的臨界值。 因此，像是英飛凌新款雷達微控制器便基於與 AURIX版本相同的安全概念，具備鎖步並支援最高ASIL-C的應用；且雷達SPU以14 GOperations/s的效能支援未來的解析度需求，並提供特殊功能單元以加速MIMO雷達的運算，以及提供4MB嵌入式RAM以儲存複雜的FFT及其他結果。 晶片商力推新一代雷達解決方案 綜上所述，雷達SPU具有高度可設定性，但無法程式化。這意味著使用者不必學習新的程式語言與程式庫，可在幾分鐘內開始設計。程式碼產生對於開發程序與生產力而言極為重要。因此，雷達SPU支援使用MatLab自動產生程式碼，與整個系列產品的雷達訊號處理具有二進位相容性，也有助於高效率的設計。 SPU具有標準化軟體架構，能以SPU模型進行無縫開發，甚至在實際目標系統上進行軟體除錯。可設定與不可程式化IP的另一項優勢是不需要特殊的編譯器。像是Tasking公司也提供LAPACK介面(包括BLAS)的實作，做為英飛凌旗下TC3xx雷達系列的程式庫，此二進位程式庫為最佳化形式並經過測試，可搭配使用Tasking TriCore編譯器及其他架構。 此外，為促進快速且簡單的設計實作，亦可使用以下工具：以MatLab為基礎的SPU評估工具(圖4)，除了英飛凌的雷達晶片組評估板之外，還有用於AURIX TC3xx雷達系列產品的評估板，內含LVDS連接器與MatLab支援。 圖4　採用MatLab為基礎的SPU評估工具 總而言之，為解決駕駛輔助系統及自動駕駛功能的任務，半導體業者致力推出新一代高效能雷達解決方案，例如英飛凌所發布的新款AURIX雷達微控制器，其可涵蓋SAE第4級自動駕駛等廣泛的應用；且功能包括軟體無線更新(SOTA)，可讓系統在使用環境中直接重新組態。這需要正確驗證感測器，並確保感測器與控制單元之間的資料安全交換。此處通常會使用依據AES的加密方法，此外，由於採用HASH或基於ECC的MAC的非對稱金鑰，HSM可提供進階安全性，以滿足網路安全方面的更高要求。 另外，該款微控制器還具備LVDS介面，可在每次的主動擷取作業之間進入低功耗模式。其次，它可使用具有硬體回應的3D-DMA，以低功耗讀取與使用來自記憶體的所有運算元。 最後是SPU，它具有平行執行單元以減少記憶體存取次數。如此一來便能夠在單一計算步驟之中執行多個運算，並且大幅減少對雷達記憶體的存取次數。總而言之，上述產品提供高效能SPU以帶來更高解析度、快速回應時間、高抗擾性、更好的物體擷取，以及低功耗，以促進快速與簡單的設計實作。 (本文作者皆任職於英飛凌)

ADAS需求持續增加，諸如主動式車距調節巡航系統(ACC)、自動煞車系統(AEB)等功能相繼在一般房車上出現；毫米波雷達的使用量也因此而大漲，成為兵家必爭之地。為此，汽車雷達供應商也紛紛推出新一代的解決方案，而互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程也趁勢而起，與BiCMOS製程二分天下。 雷達商機增　晶片商軍火競賽再起 汽車雷達需求持續攀升，驅使各大晶片商紛紛投入此一市場發展，像是IDT近期宣布與Steradian Semiconductor攜手，為自動駕駛市場，以及新興的工業、安全與醫療應用提供超高解析度的4D毫米波影像雷達(4D mmWave imaging RADAR)，此一4D毫米波雷達可以測量物體的距離、高度、深度和速度。 據悉，與Steradian Semiconductor合作研發的SenseVerse SVR4410 IC，為多通道高解析度MIMO雷達設備，其工作頻段為76~81GHz，具有更高的抗干擾性能與更高的通道數量。另外，憑藉整合波束成形和支援多設備聚合(Multi-device Aggregation)，該產品擁有更小的外型、更佳的角度解析度/範圍，以及更低的功耗。 恩智浦(NXP)近期則於「2018恩智浦未來科技峰會」正式推出新一代車用雷達解決方案，在新的參考平台上將S32R處理器、射頻收發器及天線設計組合在一起，擴展恩智浦的雷達生態系統。 新型RDK-S32R274雷達解決方案由恩智浦與Colorado Engineering合作建構，此一開發平台導入模組化架構，採用S32R27處理器、TEF810x CMOS收發器及FS8510電源管理IC，旨在提供簡化雷達實施的硬體、軟體及工具，降低雷達應用開發的門檻，加快客戶雷達應用的上市。 恩智浦半導體汽車微控制器暨處理器事業部亞太市場總監易生海表示，該公司為客戶提供了具擴展性的產品系列，包括之前推出的S32R27及S32R37。這些元件整合高效的雷達處理器，與傳統數位訊號處理器(DSP)相較，效能與功耗都明顯提高；可針對於安全關鍵型應用，如防撞、車道變換輔助及自動緊急剎車系統，實現更長的監測距離及更高的解析度與精確度。 易生海進一步指出，恩智浦的全套雷達收發器構成了基於BiCMOS和RFCMOS製程技術的雷達產品組合，利用完整的系統解決方案來滿足汽車製造商需求。 除了新推出的雷達解決方案之外，今年年初於CES展會上，該公司也展示了77GHz雷達產品組合的新品--MR3003雷達收發器，專為前向雷達和角雷達開發設計，以滿足需要高解析度和長測距功能的自動駕駛應用；而該公司在產品研發上也十分重視與生態鏈夥伴的合作，像是近期宣布與吉利汽車合作，共同定義下一代毫米波雷達(圖1)。 圖1　恩智浦宣布與宣布與吉利汽車展開合作，共同探索下一代毫米波雷達感測器及多雷達系統的前瞻性合作定義。 另一方面，ADI則是以Drive360雷達技術平台搶攻雷達市場。此一平台採用CMOS製程技術，可支援多種高級訊號處理整合選項，甚至可以允許客製化IP整合，使設計人員能夠將其系統設計差異化；並且配有高整合型的電源管理輔助晶片(Companion Chip) 。 ADI大中華區汽車電子市場經理崔正昊說明，該平台融合了公司旗下的毫米波雷達、光達和IMU等產品組合，能偵測形狀更小、移動速度更快、距離更遠的物體(如摩托車、行人、動物等)，在自動駕駛汽車周圍打造了一道360度的保護屏障，全方位保護汽車和乘客安全。 同時，該平台還適用於多種應用，包括高階的遠距離自動駕駛和ADAS、中到短距的自動緊急剎車、盲點偵測、倒車兩側來車警示系統和近距離自動停車。 此外，除了發表新一代的雷達產品外，為提升市場競爭優勢，ADI也於今年3月宣布收購Symeo，將雷達產品擴展到覆蓋24GHz、77GHz的完整頻段，既支援自動停車等超短程應用，也支援自我調整巡航控制等長距離應用，能夠靈活地根據客戶需求提供完整的雷達系統解決方案。 上述提到，為搶攻雷達市場，各大晶片廠商皆紛紛推出新一代解決方案，而隨著各晶片廠市場目標、策略不同，毫米波雷達製程也開始進入BiCMOS與CMOS二分天下的時期。 BiCMOS/CMOS各有千秋　依應用需求選擇是關鍵 意法半導體(ST)亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成表示，BiCMOS是屬於類比的製程，而此種製程的優勢在於，可確保打造出來的射頻(RF)元件具備高精確度、低功耗、高抗噪能力、高效能；至於CMOS，則較偏向數位製程。採用CMOS製程好處在於，可有效減少電路板空間，進一步縮小元件尺寸，因而能夠整合數位訊號處理器(DSP)、微控制器(MCU)等。 陳錫成表示，基本上BiCMOS和CMOS製程並沒有孰優孰劣的問題，每家業者都是以其市場策略、客戶需求選擇合適的製程。以ST為例，該公司認為雷達是對於「功耗」和「效能」十分敏感的產品，如何更進一步的提升雷達精確度、抗噪能力，以及降低功耗，是最主要的發展目標，而ST認為採用BiCMOS製程，較符合此一產品設計方向。 因此，該公司旗下的77GHz和24GHz雷達產品目前皆採用BiCMOS製程，以滿足各種應用。陳錫成進一步說明，77GHz雷達主要用於極端氣候之下，以偵測遠距離的物體，常見的應用有ACC、AEB等；而24GHz的應用多是盲區警示、停車輔助(PA)、防撞等。 德州儀器(TI)半導體行銷與應用嵌入式系統總監詹勳琪則指出，以往採用BiCMOS方式的毫米波雷達，須搭配DSP或是MCU，如此一來無法有效縮減尺寸；而CMOS的優勢在於整合度高，能減少電路板空間，進而整合DSP與MCU成為一個系統單晶片(SoC)，如此一來便可加速終端產品設計時程，滿足大量生產需求。 不過，詹勳琪說明，採用CMOS製程也須克服許多挑戰。CMOS製程雖有利於實現高整合度雷達，但由於整合的元件數多，在同一個晶片上，有著射頻(RF)訊號，也有基頻(Baseband)訊號，因此，要如何降噪，減低元件間訊號彼此干擾，是設計時的關鍵。另外，使晶片保持良好的散熱也是設計重點，因為所有的元件都包在同一個空間中，彼此發熱一定會互相影響。 詹勳琪表示，目前市場上的毫米波雷達製程確實分為BiCMOS與CMOS兩種方式，端看各家業者市場策略選擇合適的製程。而TI一開始在規畫進入雷達市場時，便決定要以CMOS製程為主。像是前段時間推出的毫米波產品組合(AWR1x及IWR1x系列)，即採用CMOS製程，該兩款產品為整合DSP和MCU的CMOS單晶片，或僅具一個MCU或DSP的單晶片。此一設計可加快終端產品設計時程，實現更多創新應用，如將雷達嵌入駕駛座偵測駕駛人狀況、偵測車內乘載人數、手勢辨識等，並滿足大量生產需求。 英飛凌(Infineon)汽車電子事業處大中華區汽車安全市場經理王龍飛則認為，未來將會依照毫米波雷達的應用需求來選擇CMOS或是BiCMOS製程。以前向車用雷達為例，由於偵測距離較遠，精確度要求會更高，因此較適合使用BiCMOS製程；而四個角雷達使用CMOS或是BiCMOS製程皆可；若是用於車邊偵測的雷達，則使用CMOS較為合適。 王龍飛進一步解釋，CMOS雷達優勢在於尺寸小、整合度高，但散熱是CMOS雷達須克服的挑戰。當CMOS雷達發熱溫度提高之後，精度會開始飄移，須花費許多時間進行軟體補償，以確保雷達精準度；這也是未來CMOS雷達要實現長距離偵測須克服的挑戰。而車邊偵測應用因偵測範圍、距離較小外(一般約40公尺)，且一般車邊(像是車門)都裝有安全氣囊，餘裕空間較少，因此適合小體積、高整合的CMOS雷達(圖2)。 圖2　未來汽車上會安裝許多雷達，前向車用雷達適用於BiCOMS製程，而車邊應用雷達則適合CMOS製程。 資料來源：英飛凌 為搶攻雷達市場，英飛凌前段時間推出新一代雷達感測器等自動駕駛基礎半導體解決方案，其中包含77/79GHz MMIC「RXS8160」、配備專用感測器處理單元的高效能多核心微控制器(AURIX系列)以及安全的電源供應器，以加快高級雷達系統的開發。 對此，王龍飛指出，目前該公司的雷達解決方案仍是以BiCMOS為主，不過，隨著雷達需求持續增加，未來CMOS和BiCMOS兩種方式皆會並存於市場上。因此，英飛凌日後也將考慮跨入CMOS領域，而未來該公司所生產的CMOS雷達預計將以28奈米以下為主，因基於此一製程，發熱問題會比較容易克服。 半導體商致力推動　光達發展逐步邁進 另一方面，除了毫米波雷達之外，光達也是未來自動駕駛和ADAS重要的感測元件之一，目前各大感測器供應商也已開始摩拳擦掌，跨足光達領域。像是IDT便宣布與加拿大光達研發商LeddarTech結盟，雙方將合作研發LeddarCore LCA2晶片。兩家廠商合作的LCA2為最新技術，能以晶片建置高效能低成本的車用光達。 IDT台灣/東南亞/印度/紐澳區總經理暨業務總監詹維青(圖3)表示，該公司和LeddarTech攜手，是希望結合雙方長處，像是IDC擅長後端(具備高效能ADC)，而LeddarTech擅長前端，共同打造新一代光達解決方案。 圖3　IDT台灣/東南亞/印度/紐澳區總經理暨業務總監詹維青表示，光達與安全息息相關，未來可能不只應用於汽車，還可能用於飛機等其他載具上。 詹維青指出，光達跟自動駕駛安全息息相關，勢必是未來發展趨勢。當自駕車行進期間，主要靠各式感測器偵測距離和時間點，而距離和時間點又是隨時在變動，因此感測器的效能須不斷提升。光達也是如此，未來光達須跟其他元件相互配合，例如GPS，才有望進一步提升偵測準確性。 然而，光達目前的導入挑戰在於價格昂貴，甚至許多光達的價格是汽車平均售價兩倍多，同時還有功耗高、產生資料量大，體積大等缺點。對此，崔正昊表示，大多數光達系統是為飛機上的自動駕駛系統和實驗專案而設計的，必須根據汽車產業的需求重新設計系統架構。 崔正昊說明，也因此，ADI幾年來一直致力於為汽車市場開發感測器到雲端光達系統，目的便是降低光達尺寸與成本，目前正在開發原型，並設法進一步提高性能和減小尺寸。 此外，為加速光達開發，ADI也收購了Vescent Photonics。Vescent Photonics開發了一種固態雷射波束引導技術，此次收購將使ADI能提供縮減光達系統的尺寸和成本的方案，並消除笨重的機械引導，同時提高性能和可靠性。 另一方面，固態光達(Solid State LiDAR)開發商Quanergy Systems近日也宣布旗下固態光達生產線已通過IATF 16949認證，這是繼7月初獲得ISO 9001認證後又一里程碑，在獲得這些品質管理認證之後，該公司將開始批量生產S3固態光達。 Quanergy執行長與聯合創始人Louay Eldada則表示，自駕車目前已發展到Level 3階段，Level...

根據內政部警政署交通事故統計資料顯示，107年1月至7月的交通肇事件數共達16萬3,002件，平均每個月約有2萬件的事故發生，受傷人數高達21萬4,683人。 由上述數據可看出，交通事故頻繁的發生在生活周遭，促使消費者越來越注重行車安全，而在安全意識高漲之際，汽車車商也開始強化車體的安全配備，先進駕駛輔助系統(ADAS)逐漸普及於各車種之中。 意法半導體(ST)亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成(圖1)表示，交通事故頻傳，也因此，消費者在選購汽車的時候，安全成了最大考量；而對於車廠來說，安全功能，也成了吸引消費者的最大賣點。 圖1　意法半導體亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成表示，安全功能是消費者在選購新車時的最大考量。 陳錫成補充，也因此，ADAS需求急速增加，可以看到，為提升安全性，近幾年出廠的新車都配備了主動安全功能，像是主動車距控制巡航系統(Adaptive Cruise Control, ACC)、自動緊急剎車功能(Autonomous Emergency Braking System, AEB)、車道偏離警示系統(Lane Departure Warning System, LDWS)等。 另外，陳錫成指出，這些主動安全功能可讓一般消費者實際感受到，這對保障他生命安全是正相關；而車廠也依此將安全功能當做是主要賣點。因此，具備ADAS功能的汽車已不只限於高階車種，而是逐漸成為中階車款的標準配備，至於低階車款則是採用選配的方式。也就是說，隨著消費者安全意識抬頭，ADAS需求快速攀升，車廠的導入速度也逐步的加快。 德州儀器(TI)半導體行銷與應用嵌入式系統總監詹勳琪(圖2)也認為，安全是目前消費者購買汽車時的首要考量，所以，配有ADAS安全功能的車款即便價格較高，也不會降低消費者的購買意願。而對於車廠而言，ADAS則是用來吸引消費者購車的一大賣點，這趨勢從近幾年的汽車廣告就可看出端倪；以往的售車廣告多主打車載娛樂系統，安全面強調有幾個氣囊，如今，汽車廣告的主軸轉向安全，如常介紹配備有哪幾種主被動安全功能等。 圖2　德州儀器半導體行銷與應用嵌入式系統總監詹勳琪指出，從汽車廣告中可看出，安全是目前車廠推銷新車時的一大賣點。 像是中華三菱所推出的Outlander車款，將ACC 主動定速巡航、FCM智慧煞車輔助系統列為全車系標準配備，同時還新增盲區警示(BSW)、車道變換輔助(LCA)、後方交通警示等輔助系統(RCTA)；Honda CR-V的S車型，也配上了Honda Sensing智慧安全主動防護系統，包含ACC、車道偏移警示，以及車道維持輔助(LKAS)等在列的整合式安全防護系統。 總而言之，過去的汽車設計，多以因應突發事故的被動安全配備為主。不過，人的需求總是隨著時代推移而改變，在消費者安全需求大增的情況下，車廠也從過往被動防護的安全觀念，轉變成主動預防；進而使得新世代汽車的安全配備等級也從過去的氣囊數、ESC電子穩定控制系統等，轉向智慧設備自動感應車距，預估碰撞係數，主動向駕駛預警行車風險等功能。 ADAS為安全而生　落地各式車款 上述所提，消費者購車觀念轉變，開始重視汽車的安全配備等級，使得ADAS發展已不再只是前幾年的紙上談兵，而是真正已落地於生活之中，其市場商機可說更蓬勃發展。 在安全意識抬頭帶領之下，ADAS市場發展也跟著走揚，根據市調機構Grand View Research一份新報告指出，全球ADAS市場到2025年預計將成長到674.3億美元，年複合成長率(CAGR)達19%；成長主因在於政府為降低交通事故，要求車輛須配備駕駛輔助系統，像是歐盟要求超過7公噸以上的重型商用車須加裝ADAS系統，如LDWS、AEBS；以及上述所提，駕駛輔助系統逐漸導入在一般房車之中，因而進一步提高ADAS市場需求。 報告指出，ADAS技術，如夜視，睡意監測系統和道路標誌識別系統等，預計將會大幅成長；或者像是輪胎壓力監測系統，由於其低廉的價格和便利的售後市場，也預估未來在整個ADAS市場中會有顯著的滲透性。此外，上述提到的ACC可為駕駛員提供更高的安全性，並有助於避免致命的交通事故，因此預估到2025年，ACC的市場需求會有更高的成長。 ADAS市場走揚　雷達需求有增無減 ADAS市場不斷成長，而感測器是打造ADAS的主要關鍵元件，恩智浦(NXP)半導體汽車微控制器暨處理器事業部亞太市場總監易生海(圖3)表示，事實上，ADAS並不是一項配置，而是幾項配置協調作用的系統。簡單來說，就是利用安裝在車上的各種互補感應器，例如雷達、超音波、V2X技術等，在汽車行駛過程中即時感知周圍環境並且收集資料，透過系統運算與分析，預先讓駕駛者察覺到可能發生的危險，進而有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性。 圖3　恩智浦半導體汽車微控制器暨處理器事業部亞太市場總監易生海說明，ADAS是由各種感測技術協調配制而成。 ADI大中華區汽車電子市場經理崔正昊則指出，在現今的ADAS與自動駕駛系統當中，毫米波雷達正扮演最重要的角色。雷達能夠協助偵測是否有「某些東西在汽車周邊的物體」，雖然它不像「眼睛」一樣能夠清楚的看到每個單一物體並分辨出它們是什麼；然而，在一般情況下，雷達比較不會受環境條件的影響，而且在偵測距離(範圍)以及移動物體的速度上表現較佳。 換言之，雷達的重要性在於，透過對汽車周圍事物和環境的感知和監測，收集相關資料再交由駕駛系統處理，讓汽車可以在各種條件下完成自我調整巡航控制、盲點監測、車道偏離警告、夜視、車道保持輔助和碰撞警告系統，並具有自動轉向和制動干預功能。也因此，汽車搭載雷達數量的多寡，也成為國際組織安全評鑑等級的基準。 英飛凌(Infineon)汽車電子事業處大中華區汽車安全市場經理王龍飛(圖4)表示，以新車評估計劃(New Car Assessment Program, NCAP)評鑑為例，該計畫以星等做為評鑑標準，分別從1星到5星，獲得5顆星的車型便代表安全度最高。目前汽車若在車體後端搭載兩顆24GHz的毫米波雷達，以及於車體前端搭載一個影像感測器與77GHz的毫米波雷達，一共3顆雷達和一個影像感測器，便可獲得5顆星的評等。 圖4　英飛凌汽車電子事業處大中華區汽車安全市場經理王龍飛透露，汽車雷達的數量也是安全評鑑的主要基準之一。 不過，到了2022年之後，安全標準愈加嚴格，汽車必須在四個角落及車頭加裝77GHz毫米波雷達(共5個)，同時也須搭配一個影像感測器，如此一來，才能達到NCAP的5星評等(圖5)。由此可見，為了因應更加嚴格的安全標準，毫米波雷達的數目快速增加，基本數目已從3個增加至5個，若車廠想在汽車側邊的四個車門再加裝毫米波雷達，其數目將會從9個起跳。因此，可以看到不管是車廠或是晶片廠商，都非常重視雷達技術發展，可想而知，雷達市場也跟著快速成長。 圖5　NCAP汽車安全評鑑示意圖 資料來源：英飛凌 根據TrendForce旗下拓墣產業研究院最新報告指出，車載毫米波雷達受到中國新版新車評價指標(C-NCAP)實行，與美國NHTSA將自動緊急煞車系統列為新車標配的驅動下，將進入高速成長階段，預計2018年車載毫米波雷達出貨量將達6,500萬顆，2018~2023年年複合成長率達15%。 拓墣產業研究院分析師林雅惠指出，毫米波雷達因波長介於厘米波與光波之間，故同時具備光波導引與電磁波導引的特性，於軍事領域已被廣泛應用。隨著汽車電子發展與自動駕駛需求，毫米波雷達已成為ADAS與自動駕駛的關鍵感測器之一。為了避免與其他設備頻段衝突，車載毫米波雷達需要專屬的頻段，以往各國對於車載毫米波雷達使用頻段混亂的情況使其發展受限，一直至2015年世界無線通訊大會(WRC-15)，決議76~81GHz皆可用於車載雷達，才為全球車載毫米波雷達發展提供明確的方向。 車載毫米波雷達因具備受天候影響程度低、不受前方目標物形狀與顏色干擾等特性，並可實現250公尺的探測距離，有效補足其他感測器的劣勢，因此已被車廠廣泛應用於BSD、AEB與FCW等主動安全系統。目前具備FCW、AEB功能的量產車款，多採用一顆長距毫米波雷達搭配兩顆短距毫米波雷達的感測方案，具備BSD功能之車款則需二顆短距毫米波雷達。 林雅惠表示，2018年由於中國首次將FDW、AEB等主動安全系統列入C-NCAP中，將驅動毫米波雷達出現大幅增長，全球出貨有望達到6,500萬顆；另一個驅動力則是來自於全球第二大車市美國2022年將把AEB列入新車標配，同樣將驅動長距毫米波雷達需求。 綜上所述，在中、美兩大車市對於主動安全需求帶動之下，拓墣產業研究院預估，2023年車載毫米波雷達年出貨量將達1億3,200萬顆，2018至2023年年複合成長率為15%。 政府法規助力　車用攝影機後勢看漲 若將毫米波雷達譬喻成汽車的耳朵，那麼攝影機就是汽車的眼睛，可用來偵測與辨識物體與交通號誌等。前面提到，要達到NCAP的5星評等，汽車不僅須裝有毫米波雷達，還同時須配備攝影鏡頭，使得攝影機市場也如雷達一般加速成長。 根據市調機構Stratistic MRC調查指出，全球車載攝影機市場成長率，預計將從2016年的117.6億美元成長到2023年的256.9億美元，複合年成長率為11.8%。主因在於越來越多的交通事故，驅使愈來愈多的汽車採用ADAS系統。 此外，政府政策推動也是攝影機市場向上攀升的重要推手。以台灣為例，交通部公告「道路交通安全規則」第16、39、39-1條條文及第23條條文之附件十五、第24-1條條文之附件十四修正草案指出，自中華民國109年1月1日起，大客車與大貨車應裝設合於規定之行車視野輔助系統或以下任一裝置： 1.左右兩側視野鏡頭及可顯示車身兩側影像之車內螢幕。 2.於車輛右側裝設一個外部近側視鏡並於車輛右前側裝設雷達警示系統。 3.可顯示車輛四周影像之環景顯示系統。 瑞薩電子(Renesas)車用事業部市場行銷經理何吉哲(圖6)表示，市場成長與法規推動息息相關，目前ADAS市場成長動能多來自於消費者需求，不過，若要再進一步推動成長力道，還須仰賴政府法規的制訂；一旦法規完成後，有了強制性，市場成長速度會更快。以台灣為例，在政府規定商用車自109年起都必須加裝行車視野輔助系統之後，可想而知車用攝影機的需求會明顯增加。 圖6　瑞薩電子車用事業部市場行銷經理何吉哲指出，法規的制定，也是推動ADAS市場加速發展的因素之一。 另一方面，為確保行車安全，車用攝影機的畫質標準要求也開始提升，從720p提升到1080p。何吉哲指出，不論是商用車或是一般房車，加裝車用攝影機已成趨勢，然而，為了讓駕駛人能更了解周遭環境狀況，甚至能進一步的辨識物體，高解析度的攝影機可說是不可或缺。 假設安裝解析度太低的鏡頭，安全輔助的效果並不好，在畫面模糊的情況下還不如直接看後照鏡，如此一來便失去了原本安裝行車視野輔助系統的意義；因此，目前車廠對於攝影鏡頭的畫質要求，多是1080p。 因應此一趨勢，瑞薩備有R-Car V3M入門套件，以簡化並加速符合新車評估計劃的前置攝影鏡頭應用、環視系統，以及光達(LiDAR)的開發。 此一新入門套件是以R-Car V3M影像辨識系統晶片(SoC)作為核心，為成長中的NCAP前置攝影鏡頭市場提供了低功耗以及高性能的組合。藉由R-Car...

這幾年發光二極體(Light Emitting Diode, LED)的微小化，掀起一陣顯示器產品的革命。直下式微型LED背光模組能提供LCD TV更細膩的區域調光技術(Local Dimming)，更能提升影像對比與高動態範圍(HDR)。在索尼(Sony)推出8K×2K 10公尺寬的超大LED顯示螢幕CLEDIS(Crystal LED Integrated Structure)之後，三星(Samsung)也不示弱地推出146吋4K×2K The WALL LED顯示螢幕。甚至今年首先在瑞士蘇黎世推出Onyx品牌，也推出了10公尺寬5公尺高並具備4K×2K解析度的Cinema LED Screen，企圖逐步取代投影式的D-Cinema。 在中小尺寸方面，友達光電(AUO)推出了8吋1280×480的MicroLED顯示器，而和蓮光電(Jasper Display)則推出0.7吋的矽基背板供MicroLED單色可達1920×1080的超高解析度，可應用在AR/VR、HUD、HMD與智慧車頭燈等領域，顛覆將LED做為傳統照明光源的印象。 MicroLED/MiniLED應用大不同 在風起雲湧的潮流中，這些新型態微型發光二極體都被冠以MicroLED之名而風行一時，但是LED大小將造成應用端極不一樣的面貌，對技術的挑戰也有截然不同的難度。尤其是將巨量的微型LED轉移(Mass Transfer)至基板的技術，更是一大挑戰。因此或許可以將微型LED從尺寸做進一步的分類，以利更深一層的探討。目前業界常見的分法是：若LED尺寸在100μm以上歸類為MiniLED，若是LED尺寸小於100μm則歸類為MicroLED。 以100μm做為分界的原因多少與傳統LED製程相關。傳統LED製程以藍寶石為基板，其微小化目前只能做到5mil×6mil，亦即127μm×152μm，當尺寸再往下縮，藍寶石基板的良率就會變差。因此MicroLED大多以非藍寶石的基板做開發，例如AUO以LTPS背板開發8吋全彩的顯示幕，和蓮光電則以矽基背板開發出0.55吋以及0.7吋的MicroLED等開發套件。MicroLED與MiniLED的應用面截然不同，MiniLED大多應用在大尺寸的直下式背光模組或是直視型顯示器，而MicroLED則大多在小尺寸的顯示應用，各有各的技術複雜度與挑戰。 高亮度優勢助MicroLED對抗OLED MicroLED因其高亮度、低功耗特色在近幾年受到業界的矚目。原本有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode, OLED)已在AR眼鏡、手機面板與智慧手表等小尺寸應用上，已有不錯的成績。但是在室外的強光環境，有時其顏色亮度表現不如預期。隨著MicroLED的技術趨近成熟，由於MicroLED結構簡單，加上無機材質、無殘影與壽命長、低功耗與高亮度的優勢，讓該技術成為能與OLED競爭的技術，LEDinside更在2018年4月大膽宣稱MicroLED即將變成AR顯示器產業的新主流。 任何顯示技術想要應用在AR眼鏡，重點在於輕薄短小。過去的AR眼鏡，結構上多以液晶螢幕(Liquid-Crystal Display, LCD)或LCoS(Liquid Crystal on...

近年來由於LED通用照明(General Lighting)市場廝殺激烈，因此台廠正積極開發新興的利基市場，試圖以技術實力對抗削價競爭。其中，智慧照明的推廣備受關注，但是智慧照明所涉及的應用場域非常廣泛，不同領域對於系統控制的要求各有差異。 正因如此，在過去幾年智慧照明多是雷聲大雨點小，並未真正普及。但2017年隨著產品多元、技術持續提升、產業鏈生態系日臻成熟以及廠商的積極推動，全球智慧照明市場進入高速發展階段。根據研究單位LEDinside最新數據顯示，2017年全球智慧照明市場規模接近46億美元，年成長率高達95%，預計2020年可達134億美元。 在政府帶頭推廣下，智慧照明的社會接受度提高。智慧照明具備節能、便利、易於控管等優點，而物聯網的崛起也讓企業有導入聯網照明的必要性。在數位化發展下，智慧照明將為相關產業帶來更多新的商業模式和價值提升。 通用照明利潤降低　大廠調整業務比重應戰 近年來全球照明廠商採取不同戰略加速轉型升級，相繼放棄利潤低的通用照明，轉攻目前利潤更高且前景更好的智慧照明。目前發展較為快速的廠商包含Philips Lighting、OSRAM、Cree、GE、LEDVANCE、LIFX、Acuity Brands等。中國廠商歐普照明透過產品研發和跨界合作(例如與華為合作推出智慧家庭產品套裝)，已實現照明產品間的互聯互通和智慧終端遠端控制；飛樂音響、洲明科技等則大力推廣智慧路燈，目前主要承接中國政府相關專案。台灣廠商光寶科技則是在2017年8月宣布加入史丹佛數位城市聯盟計畫，目前除了路燈，也研發智慧監控方案與搭配使用的攝影機還有通訊模組。 晶元光電營業暨市場行銷中心產品管理群資深處長鄧紹猷(圖1)則指出，在未來3年之內晶元光電依然會有40%左右的營收比例來自通用照明市場。鄧紹猷進一步說明，通用照明應用已相當成熟，產品價格與利潤率將會降低；因此將會把一部分產能投入較有前瞻性與獲利空間的應用，然而通用照明短時間內依然會是晶元光電的業務基礎。 圖1　晶元光電營業暨市場行銷中心產品管理群資深處長鄧紹猷指出，在未來所有三五族材料可能發展的應用，都將是晶元光電的研究範疇。 鄧紹猷進一步指出，儘管晶元光電長年專注於LED磊晶、長晶技術，然而近年來智慧照明、物聯網等終端應用蓬勃發展，晶元光電也開始將技術觸角向外延伸。不僅是要開發LED的無限應用可能，在未來所有三五族材料可能發展的應用，都將是晶元光電的研究範疇。 隆達電子技術中心副總經理黃兆年(圖2)則指出，該公司受到母公司友達的業務影響，因此營收以面板背光產品為最大宗，占整體營收60%以上。但是來自通用照明產品的營收比例依然有20%之多。然而，由2018年開始隆達也將會調整營運方向，目標是將通用照明的營收占比壓低至10%，並將技術研發與市場推廣能量著重於智慧照明等新興市場。 圖2　隆達電子技術中心副總經理黃兆年表示，由2018年開始，隆達將更為著重智慧照明等新興市場的技術研發與市場推廣。 智慧照明控制系統助節電4成 事實上，對於LED各製程階段的廠商而言，在照明領域的生產上，許多產線資源均可以共用，技術也多有雷同之處。因此，無論是室內LED照明的發展，或是新興的車用LED顯示與照明技術開發，其實最重要的當務之急是找到殺手級的關鍵應用。以智慧照明、智慧路燈技術而言，目前業界都還在尋找關鍵應用領域，然而黃兆年指出，其實只要把照明的控制系統做好，便能有效節約40%以上的電力浪費，這也是許多廠商眼下最主要的產品需求。 和蓮光電行銷暨專案事業處副總經理林宗毅(圖3)表示，對於智慧照明領域而言，系統控制是最為重要的技術，然而在智慧路燈、智慧車頭燈等不同應用之中，照明控制其實也各有講究。例如，在車燈應用之中，由於必須要做到高亮度，因此電流量必須提升，同時對散熱機制的要求也更高。 圖3　和蓮光電行銷暨專案事業處副總經理林宗毅表示，對於智慧照明領域而言，系統控制是最為重要的技術。 正因如此，儘管目前各LED大廠的產品與營利模式各有差異，然而卻都有志一同地對於終端應用越來越為關注，以即時了解市場需求與推廣困難，並提供解決方案。 MiniLED進攻車尾燈應用　裸晶可靠度成最大挑戰 往微型化發展是LED未來的一大重要趨勢，微型化的MiniLED/MicroLED不僅能在顯示技術上有所應用，在智慧照明領域的發展同樣備受注目。目前看來將由車尾燈率先導入MiniLED，但是微型化的LED裸晶封裝製程與傳統LED不同，該如何提升可靠度依然是一大挑戰。 聚積科技微發光二極體事業部經理黃炳凱表示，目前已有大型車廠開始投注資源，試圖將MiniLED/MicroLED導入至車燈之中，並將以車尾燈率先開始導入。 以往亦有許多車廠將OLED照明應用於車燈之中，其最大賣點在於能在車燈上打出字樣、圖示以傳遞各種資訊，以及其可撓特性能夠做出多種車燈造型。然而，由於車內環境時常處於高溫度、高濕度，為OLED車燈的可靠度帶來挑戰。有鑑於此，目前開始有車廠投入資源開發，試圖將MiniLED/MicroLED導入至車燈應用中，期盼能藉由其無機材質的特性，做到相較於OLED車燈更高的可靠度。 黃炳凱進一步說明，由於目前通用照明使用的LED燈泡能做到相對完善的封裝程序，因此在面對車內可能的高溫高濕環境時可靠度較高。但是由於目前封裝尺寸難再縮小，MiniLED/MicroLED多使用黑膠固定(Molding)而非傳統封裝製程，原先仰賴封裝做到的抗UV、抗高溫、防水等等保謢功能，爾後都必須重新思考該如何透過黑膠固定做到。因此，在MiniLED/MicroLED導入車燈照明的過程中，裸晶的可靠度與黑膠固定的材料研發將會是最重要的課題。

Mini/MicroLED是備受矚目的前瞻技術，其應用領域除了顯示器之外，也可以用在照明設備上。由於其晶粒大小不到200微米，因此可製作成任意形狀的顯示或照明設備，若搭載在軟性基板上，也能實現軟性顯示，與OLED有非常類似的應用特性。 與OLED相比，因為Mini/MicroLED使用的是無機材料，因此對空氣、水氣有相當高的抵抗力，不像OLED只要封裝稍有缺陷，讓發光材料暴露在空氣中，壽命立刻大打折扣。因此，Mini/MicroLED很有機會成為在需要高可靠度的應用上大勝OLED。 不過，Mini/MicroLED目前還有許多技術障礙需要克服，特別是巨量轉移跟LED晶粒的檢測方法，將是此技術能否走向大眾市場的關鍵。目前雖然已經有業者推出基於MiniLED的顯示設備，但其所採用的製程方法太過緩慢，因此很難發展成大眾負擔得起的消費性產品。 QMAT執行長Francois Henley表示，每項新技術在剛問世的時候，看起來都是很難量產的。舉例來說，映像管剛發明的時候，以當時的科技水準而言，是結構相當複雜的零組件，很難相信這種零組件可以每年生產成千上百萬台，而且價格會低廉到家家戶戶都負擔得起。液晶顯示(LCD)技術剛開始朝電視應用進軍的時候，情況也是類似。LCD面板的結構層層疊疊，基板尺寸大，導致其生產成本極高，良率又差，很難想像這種產品會變成人人買得起，而且尺寸還越買越大的大眾商品。 良率/量產速度為應用普及兩大關鍵 Mini/MicroLED顯示器，目前也遭遇到許多技術上的瓶頸，但隨著產業界上下游努力，Henley相信，許多目前讓業界感到棘手無比的難題，是有機會克服的。歸根究柢，Mini/MicroLED顯示器走向普及，最大的問題在於生產良率跟生產速度，許多技術創新都聚焦在解決這兩個問題上。 其實，LCD產業所發展的技術，有一部分是可以沿用在Mini/MicroLED上的。圖1為Mini/MicroLED顯示器的製造流程，其中有打勾記號的製程步驟，就是LCD產業已經發展成熟的製程技術。至於有底色的部分，則是Mini/MicroLED特有的製程步驟，每個步驟都有一些難題需要克服。 圖1　Mini/MicroLED顯示設備製造流程 KGD測試為良率把關　EL/PL測試缺一不可 Henley指出，目前LED產業所發展出來的磊晶基板(EPI Substrate)跟有機化學氣相沉積(MOCVD)製程，都還沒有針對MicroLED的需求最佳化，這部分是業界還需要努力之處。另一方面，由於磊晶製造的良率很難做到100%，因此在執行巨量轉移製程之前，必須先對MicroLED進行功能測試，剔除不良品。但目前要對MicroLED進行功能測試，還有相當多挑戰。 針對LED測試，目前業界有電致發光(EL)跟光致發光(PL)兩種測試方法，但很不幸的是，EL跟PL能抓到的缺陷是不一樣的，在PL測試中看起來是KGD的元件，在EL測試時，可以看得出是有缺陷的元件。這是因為PL測試比EL更容易出現偽陽性(False Positive)結果，導致誤判。圖2是同一片LED磊晶圓在EL跟PL測試下所獲得的結果，由圖可以看出，EL跟PL的測試結果有明顯出入，EL能看到更多缺陷。但這不表示PL一無可取，以EL為主，PL為輔，有助於更準確地找出KGD。 圖2　EL/PL測試結果對照 為確保Mini/MicroLED顯示器的最終良率，準確找出晶圓上的KGD是必要的，否則在後面執行巨量轉移時，若把不良的元件轉移到顯示基板上，則顯示器上恐怕會有大量壞點，而且重工會十分麻煩，甚至是不可能的任務。 然而，EL跟PL測試都需要花時間，因此，如果能同步進行兩種測試，將有助於節省磊晶測試的成本。這也是設備商Tesoro Scientific正在力推的方案。 巨量轉移流派眾多　機械式方法速度過慢 在巨量轉移方面，目前業界發展出許多不同方法，有基於機械方法的取放式製程，也有基於流體跟雷射定址的製程，且這三大流派底下，還有許多衍生的製程方法，例如取放式製程還可以分成壓印式(圖3)跟滾筒式(圖4)。流體製程則是將MicroLED元件置於懸浮液中，然後用電荷把元件吸引到預定位置的方法(圖5)。但也有以磁力取代電荷，讓元件在磁力吸引下，自動在基板上就定位的磁力巨量轉移方式，惟磁力法不需要使用懸浮液，因此嚴格來說不算流體製程。 圖3　各類壓印式巨量轉移方法 圖4　各類滾筒式巨量轉移方法 圖5　流體式巨量轉移法 新創公司SelfArray執行長Clinton Ballinger表示，跟既有的巨量轉移方法相比，磁力式巨量轉移最大的優勢在於其組裝時間跟陣列的大小幾乎沒有關係，因為這種技術可以一次轉移數以百萬計的MicroLED元件到顯示基板上。不過，這種巨量轉移方式無法控制LED元件是以哪一個面朝向顯示基板，因此其所使用的MicroLED元件，必須採用特殊的貫通式電極，才能確保LED晶粒的電極可以連上線。目前該公司正與晶電合作，開發這種特殊的MicroLED。 韓國機械與材料研究院(KIMM)奈米機械部門主管Jae-Hyun Kim解釋，一般來說，LED可分成正裝(Face up)與倒裝(Face Down)兩種，正裝的MicroLED電極跟發光面在同一邊，因此其發光面積較小，亮度比較低，但卻很適合用薄膜電晶體(TFT)製程來實現連線；倒裝的MicroLED發光面積大，但因為本質上是覆晶技術，因此其連線必須透過PCB板。這也意味著在電視這類應用上，目前的面板廠若要轉向Mini/MicroLED，採用正裝的機率比較高。倒裝MicroLED則可能運用在其他比較利基型的顯示應用市場。 至於雷射定址釋放法(Beam Addressed Release, BAR)，則是QMAT與Tesoro Scientific主推的技術。該技術需要使用帶有轉移釋放層(Transfer Release Layer)的來源基板，然後以雷射光從來源基板背後掃過，被掃到的MicroLED元件就會從來源基板上脫離，留在目標基板上(圖6)。 圖6　BAR巨量轉移方法 Henley分析，目前用來生產MiniLED顯示器的巨量轉移技術，屬於壓印式製程。這種製程雖然已經成熟到可以運用在量產上，但其最大的問題在於速度太慢，視壓印頭的尺寸大小，要生產一片75吋4K面板，耗時在2.3~160小時之間。但即便採用目前最大尺寸的壓印頭，其生產速度對TV顯示器應用來說，還是太慢了。流體製程的速度則比壓印式或滾筒式要高得多，每小時的元件轉移量可上看5,000萬顆。但BAR製程則比流體製程再快10倍，其每小時元件轉移數量理論上可達5億顆。 除了轉移速度的優勢之外，BAR製程還有另外一個特點--毋須使用中介載板，甚至連切割都不需要。元件磊晶完成，並通過功能測試，標定出不良品在晶圓上的所在位置後，該磊晶基板就可以直接執行巨量轉移，不像壓印或滾筒製程，還得把測試後的KGD轉移到壓印頭或滾筒上，然後再轉移到顯示器基板上。流體製程雖然不需要這道工序，但還是要把KGD切割下來，然後投入懸浮液中，才能進行巨量轉移。 戲法人人會變　各有巧妙不同 從巨量轉移技術存在諸多流派，以及眾多新創公司/研究單位雲集的現象，不難看出這個產業還在發展初期階段，主流技術尚未現身。不過，對Mini/MicroLED應用的開發業者來說，或許不存在一個業界通用的最佳解，而是要看該公司鎖定的應用領域有何需求，藉此決定應該採用何種技術。舉例來說，對顯示應用來說，巨量轉移的速度固然是越快越好，但對照明來說，巨量轉移速度是否還這麼關鍵，就有待商榷。 新技術的發展跟未來走向總有不確定性，但這也是技術創新如此引人入勝的原因。不確定性才有夠大的想像空間。

標準動態範圍(Standard Dynamic Range, SDR)是現行影像的播放標準，很不幸地SDR的規格並無法忠實呈現人眼所能看到的每一種顏色。所以有了高動態範圍(High Dynamic Range, HRD)規格的產生。 早在2014年的消費電子展(Consumer Electronics Show, CES)會上，杜比實驗室(Dolby Laboratories)就展出了Dolby Vision技術規格。但因Dolby Vision為封閉規格，且每生產一台Dolby Vision相容的電視就必須付出3美元的專利費。於是三星(Samsung)、索尼(Sony)、樂金(LG)等家電大廠都希望能有一個比Dolby更開放的平台，節約支付給Dolby專利費，又毋須增加一個提交認證的流程來削弱對於自身產品的控制權，因此他們開始開發自己的對於HDR影音的方案，最終進化成一個標準--HDR10(表1)。 圖1為一相同的小點間距LED顯示器，左側以14-bit Gamma顯示SDR畫面，右側以16-bit Gamma顯示HDR畫面，兩者的視覺刷新率皆是3840Hz(4KHz)。簡而言之，將SDR與HDR放在一起比較，HDR可以讓你看到更多顏色和細節。 將HDR的基本要求轉換成小點間距LED顯示器驅動IC的規格要求，將可得到如圖2所示。下文中，自解析度開始，順時針方向逐一解說。 圖1　SDR vs. HD 圖2　HDR規格與驅動IC規格轉化 解析度與分辨率 在相同的顯示面積中，越高的解析度即代表更高的像素密度或更小的點間距。在傳統的驅動架構中，如圖3所示的P0.992的小點間距LED顯示器，可分為三大部份：①是定電流驅動IC；②是電源切換開關；③是其他邏輯IC。從圖3中可以發現電路板的布局已經相當緊湊，若要再進一層次提高解析度，明顯地，我們需要新的驅動架構，並且封裝尺寸也須要隨之縮小或採用WLCSP或COB等不同封形式。 圖3　點間距P0.992 LED顯示器燈板 為了解決上述問題，所以有了將定電流，電源開關和邏輯IC整合在一起的高整合型的驅動IC，圖4則是使用高整合型的驅動IC的P0.9375 LED顯示器燈板。顯而易見的，在電路布局上與傳統驅動架構寬鬆許多。且將封裝從一般的SSOP或QFN類型改為下方出腳的BGA，以爭取在有限面積下有更多的出腳數，以驅動更多的LED。此類型的IC約可支持到最小P0.55點間距的小點間距LED顯示器。 圖4　點間距P0.9375 LED顯示器燈板 視覺刷新率與換幀率 主動驅動(Passive Matrix, PM)架構，利用視覺暫留達成連續畫面效果。當換幀率提高，對於視覺刷新率的要求也會提高，需要更快的頻率協助完成。然而Gamma Table的灰階數與視覺刷新率呈反比，相同的灰階頻率下，越高灰階數的視覺刷新率越低。在下一段落中，再深入探討論灰階頻率這個主題。 動態範圍與對比度 HDR10的對比表現少則20,000：1；多則高達100,000：1，受限於灰階頻率的快慢，行掃數與PWM灰階數呈反比，32行掃下，最高PWM...

在2018年各大消費性電子或顯示技術展會中，MicroLED顯示器以及MiniLED背光源的液晶(Liquid Crystal Display, LCD)螢幕無疑是鎂光燈的焦點。包括三星(Samsung)、索尼(Sony)、友達(AUO)等大廠皆展示相關的概念性產品。 MicroLED在技術壽命、對比度、能耗、反應時間與可視角等均勝過LCD和有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode, OLED)，全球各大龍頭廠商早已積極布局，鴻海更砸重金打造MicroLED全產業鏈，皆有助推進MicroLED商業化進程。在2018年8月底登場的智慧顯示與觸控展(Touch Taiwan 2018)，更首度新增了「MicroLED/MiniLED產品與解決方案」主題專區，眾台灣LED與面板大廠皆參戰展示最新技術與解決方案。根據研究單位LEDinside報告預估，至2022年MicroLED以及MiniLED的市場產值將會達到13.8億美元(圖1)。 圖1　MicroLED與MiniLED產值預估 資料來源：LEDinside LED技術進展神速，如今LED燈泡的滲透率已比幾年前預期的還要快上許多。晶元光電(Epistar)營業暨市場行銷中心產品管理群資深處長鄧紹猷認為，在2005年時，業界普遍認為LED通用照明(General Lighting)市場將在2020年達到飽和，然而時至今日，市場上LED燈泡與螢光燈管的價格已經不相上下，LED通用照明市場的飽和比預期提早了2~3年發生。因此，鄧紹猷亦指出，儘管現今業界普遍認為尚需5~6年MicroLED顯示器才能量產並普及，然而依照目前的技術發展速度，MicroLED顯示器很有可能將會如同LED通用照明的發展歷程一般提早發生。 台LED產業鏈完整　精密機械市場有潛力 從映像管(Cathode Ray Tube, CRT)顯示器當道的時代，一直到近期的OLED顯示器崛起，亞洲的廠商一直都在顯示器產業鏈中扮演相當重要的角色。在台灣，更有著非常豐富的LCD、LED生產經驗，掌握了相當多關鍵技術；再加上強健的設備製造產業，在未來有望在MicroLED製程的精密機械製造領域占有一席之地。 台大光電研究所副所長黃建璋(圖2)指出，台灣是難得少見在LCD與LED產業都非常完備的區域，因此，在MicroLED顯示技術的發展過程中，台灣廠商將更有能力往終端品牌與精密機械進行布局。 圖2　台大光電研究所副所長黃建璋指出，在MicroLED顯示技術的發展過程中，台灣廠商將更有能力往終端品牌與精密機械布局。 然而，目前LCD製造所涉及的精密機械製造技術多為日本廠商掌握，儘管台灣的精密機械製造廠商生產品質優異，但多以生產工具機為主。加上目前巨量轉移技術未定，因此台灣業者多還在觀望，少有廠商開始投入資源展開研發。 不過黃建璋認為，儘管目前巨量轉移眾流派各自發展，何種轉移技術將會是未來的主流尚未出現定論，但是無論未來何種技術方法成為主流，在轉移過程中皆會需要高度精密的物理對準處理，因此精密機械的市場需求潛力將相當龐大，而台灣廠商在精密機械製造的表現優異，因此將有很大的發揮空間，也將是台廠在MicroLED產業鏈中成為關鍵製造商的重要切入點。 由於看好台灣LED人才與技術資源，許多國外大廠也開始在台投入更多資源，搶攻MicroLED製造市場。默克(Merck)全球識別與照明科技銷售處長楊貴惠(圖3)便指出，無論是由LED或是顯示器製造市場看來，亞洲都還是最重要的區域，因此默克近年來逐漸將LED與顯示相關的業務主管駐點於亞洲區域。 圖3　默克全球識別與照明科技銷售處長楊貴惠指出，無論是由LED或是顯示器製造市場看來，亞洲都還是最重要的區域市場。 楊貴惠也提到，由材料供應到量產的過程中，應用測試(Application Test)是最為重要且費時的階段。為了時時提供台灣客戶最新LED相關材料，並且讓實驗結果回饋更加即時，因此默克在台灣設立了三座實驗室。其中包含在桃園的液晶原料研發實驗室，以及2017年在高雄創立的積體電路(IC)材料應用研究與開發中心，期盼能藉此近距離與客戶合作並即時提供解決方案。 OLED經驗為助力　MicroLED驅動IC發展更快 隆達電子技術中心副總經理黃兆年指出，LED產業在台發展近50年，許多現今正熱議中的MicroLED技術發展方向以往都曾嘗試過，然而當時資源、設備、材料尚未到位，因此未具體實現相關概念，看見商用成品。但時至今日許多條件已滿足，因此過往所累積的技術能量將逐漸看到成果。 舉例而言，台灣在10年前曾經投入過OLED顯示技術開發，然而近年來該顯示技術的關鍵設備與材料由韓國廠商控制的產業狀況已底定。台灣廠商雖已難在OLED顯示器生產鏈中成為關鍵供應商，然而當初投入該顯示技術研發時所留下的研究成果將有助於MicroLED顯示技術發展，例如驅動IC的架構便是一個重要的項目。 巨量轉移方法多　晶粒製程為重要挑戰 MicroLED顯示技術的發展備受矚目，其中巨量轉移無疑是眾廠商迫切需要突破的技術瓶頸。業界普遍認為轉移良率必須要達到99.99999%才算是及格，然而目前無論是何種轉移方法，良率皆尚未突破99.999%。不僅如此，不同的轉移方法將對應到不同的晶粒製程，在轉移後的壞點修復方法也有所差異，提升良率的挑戰不僅是在轉移過程。 鄧紹猷便指出，如何在將LED微型化的同時，依然保有一樣的效能，便是LED在磊晶、長晶製程階段的重要挑戰。 黃兆年也表示，MicroLED由LED的晶粒製程開始，便與傳統的LED製程大有不同。例如，在長晶過程中必須導入弱化結構，使晶粒易於抓取，後面的轉移過程才能夠順利進行。 另一方面，KLA-Tencor產品行銷經理Mukund Raghunathan指出，在MicroLED技術中，每個LED晶片構成一個像素，只要一個缺陷或污染粒子就可以導致像素損壞。因此，生產無缺陷的磊晶晶圓也是製程工程師面臨的重要任務。 降低巨量轉移難度　玻璃基板成MicroLED小尺寸主流 由於玻璃基板相較於PCB基板而言，較容易實現巨量轉移，因此已成為眾廠商們的技術優化方向。玻璃基板更已經成為手機、智慧手表等中小尺寸MicroLED顯示器的首選方案。 研調機構集邦科技綠能事業處研究協理儲于超(圖4)指出，在2018年比較值得留意的是，許多廠商開始展示拼接式的大型MicroLED看板。例如，索尼(Sony)在2017年便展出了「CLEDIS」(Crystal LED Integrated Structure)顯示器，並宣告即將開始開賣；三星也宣稱The Wall即將在2018年下半開賣，大型MicroLED顯示器即將量產。 圖4　研調機構集邦科技綠能事業處研究協理儲于超指出，在2018年許多廠商開始展示拼接式的大型MicroLED看板。 儲于超認為，在所有目前所展示過的產品中，以Sony的CLEDIS顯示器之技術最為成熟。由於Sony CLEDIS所使用的PCB板尺寸已是目前的極限，MicroLED的晶粒等級已小於30微米(Micrometer, μm)，更採用了主動式驅動方案。以此技術架構而言，未來會遇到比較大的挑戰依然將在於MicroLED巨量轉移至PCB板的過程。 儲于超進一步說明，由於PCB板的平整度不高，因此MicroLED晶粒難以直接轉移至PCB板。以Sony小於30微米的晶粒尺寸而言，在晶粒轉移至PCB板的過程中，必須要先轉移至一個暫時的基板，才有可能再次轉移至PCB板上。而MicroLED晶粒轉移至玻璃基板的程序則相對比較容易，因此，目前眾廠商們皆在思考，未來若是MicroLED成本要降低，可能必須考慮將PCB板換成玻璃基板，再以玻璃基板去做TFT的主動式驅動方案，以此方式降低製造成本。正因如此，目前在如智慧手表的中小尺寸MicroLED顯示器開發上，玻璃基板已成為主流方案。 大型看板以PCB為主流　解析度需求逐漸提升 儘管玻璃基板能夠降低巨量轉移難度，然而，若採取玻璃基板拼接製成大型顯示螢幕，也可能會遇到許多尚未解決的技術問題。因此在大型看板(Signage)應用中，將依然以PCB基板方案為主。 目前傳統LED大型看板市場已相當成熟，並且對於RGB LED晶片的需求量非常龐大。因此短時間內，該市場將是重要的LED產能出海口。而LED的微型化趨勢，對於相關廠商而言，先將目前的市場經營妥善，再慢慢往較小的晶粒尺寸的方案前進，也無非是一個應戰的好策略。 聚積科技微發光二極體事業部經理黃炳凱(圖5)指出，對於解析度要求較高的室內大型看板市場是該公司目前的重要經營方向。現今室內大型看板的主流像素間距(Pixel Pitch)為0.9~1.5mm，而Pixel Pitch越低需要搭配越高階的驅動方案。 圖5　聚積科技微發光二極體事業部經理黃炳凱指出，對於解析度要求較高的室內大型看板市場是該公司目前的重要經營方向。 由於對大型看板顯示品質的要求逐漸提升，然而RGB...