デジタルライト：新しいLED技術が明日の世界での照明へインテリジェンスと高精度を導入
歴史の大部分を通じて、人類は炎を利用して光を生み出してきました。やがて、彼らは電球内で金属を白熱させることで便利な照明が得られることを発見しました。しかし、この技術もまた、LEDに置き換わっています。
こうしたすべての形態の照明には、共通点があります。いずれも、広い照射範囲へある程度均一な光束を放射する、単一の光源であることです。このため、ビームの方向はほとんど制御できません。LEDは電球やろうそくよりも簡単に制御できますが、レンズや反射板は、LEDのビームですら、わずかにしか操作できません。
しかし今では、ams OSRAMが行った一連の設計と製造のイノベーションのおかげで、照明の歴史は転換点を迎えています。超小型のLEDアレイ構造を持つ光源の開発 - 髪の毛の10分の1の直径のデバイス - が、新しい種類の照明を生み出しました。ブロックやビームとしての光ではなく、数千、あるいは数百万の微細なソース（ピクセル）のマトリクスであり、それぞれがデジタルデータの流れで操作され、ミリ秒単位でマトリクスの光出力を常に調整できます。
光生成の全く新たな方法であり、私たちが「デジタルライト」と呼ぶ、新たなコンセプトの基礎です。
図0：高解像度投影のおかげで、インテリジェントライトが毎日の生活をより安全にしてくれます。
半導体技術のブレークスルー
最初のアイデアは、20年前に遡ります：新型のLEDチップを用いてマイクロメートル級の光源アレイを構成し、高解像度の光源を作成することです。しかし、従来の平方ミリメートル級のLEDを用いて、数千ものわずか数マイクロメートルの光ピクセルで構成されるマトリクスへ分割する作業は、物理、半導体製造、材料科学で複数の技術的ブレークスルーが必要でした。
また、各LEDピクセルとドライバー間を接続して単一の統合デバイスを形成するためには、ams OSRAMは新しいチップアーキテクチャと、ピクセルレベルのボンディング技術を開発する必要がありました。共に、こうしたイノベーションを通じて、ams OSRAMはモノリシックマイクロLEDアレイ（図1、2を参照）のコンセプトを実現していきます。
図1：光源ポイントのアレイ：モノリシックマイクロLEDチップ
図2：すべて一体型：25,600以上の個別光源をすぐに使えるパッケージへ格納
新型の高性能プロジェクションヘッドランプでマイクロLEDアレイが路上を照射
その結果生まれた技術が、今や量産されています。ams OSRAMの工場で生まれた最初のLEDピクセルアレイは、全く新たな光源として、配光可変型ヘッドランプ（ADB）、EVIYOS™システムに組み込まれています。EVIYOS™チップの初の商業顧客は自動車メーカーでした。240 x 80ピクセルアレイの個別制御可能なLEDピクセルを含む、高度なヘッドランプ設計を構築しています。このデジタルライトのアプリケーションはナイトドライブでの安全性とドライバーの楽しさを大きく改善し、ドライバーや他の道路ユーザーへの信号伝達の範囲を広げます。
光源をデジタルでピクセルごとに制御できるため、ヘッドランプは恒久的にハイビームモードで安全に操作できます。向かってくる車の位置や、歩道の歩行者など他の道路ユーザーの位置についてのカメラ入力を利用して、EVIYOS™ベースのヘッドランプは他のユーザーの視界を遮るピクセルをオフにしつつ、ドライバーの前方の道路を照らせる最大輝度を維持できます。ピクセル制御は何分の1秒単位で動的に調整され、他の道路ユーザーの視界を妨げずに、ビームを最も広く、最も長く維持します。このため、ドライバーの快適性が大きく増し、すべての道路ユーザーの安全性も高まります（図3を参照）。
図3：ぎらつきなし：すべてのユーザーの安全性を向上
EVIYOS™ LEDベースのヘッドランプが、路上へメッセージと情報も投影します。例えば、マイクロLEDヘッドランプの応用可能な用途には、自動車が占有する前方の道路へガイドラインをプロジェクトする、などがあります。ヘッドライトは、狭い場所に車が収まるか否かをドライバーへ見せたり、一時的な道路工事などの複雑な構成の中で、車をガイドします。
透明ディスプレイとマイクロプロジェクターが技術製品設計を一変
しかし、デジタルライトの可能性は照明の分野をはるかに超えます。例えば、マイクロLEDピクセルはあまりにも小さいため、透明なディスプレイ画面に組み込むことができ、その状態ですら、鮮明で明瞭な画像を生成します。この透明ディスプレイの初期利用例は、車のリアウィンドウになります。ここで、後方の自動車へ向け、記号や警告メッセージを表示できます。
マイクロLEDディスプレイの透明性は、マイクロメートルサイズのライトポイントが広い空間に点在しているために実現できました。高解像度TVでは、RGBマイクロLEDのアレイは、最小で合計表示面積のわずか0.5%しか占有しません。マイクロLED間の空間が大きいことも、分散カメラや赤外線センサなど、他の微細コンポーネントを追加する余地を生んでおり、ジェスチャーセンシング、近接検出、その他の機能を提供する多機能ディスプレイに変貌します。
超小型ピクセルを持つマイクロピクセルアレイは、次世代の拡張現実と仮想現実（AR/VR）機器で必要不可欠な要素でもあります。例えばスマート眼鏡では、マイクロLEDディスプレイをマイクロプロジェクターとして組込み、装着者の視野へAR情報を自然な形で重ね合わせる手法を提供できます。コンセプト情報では、200万以上もの個別アドレス指定可能なLEDピクセルが実現され、それぞれが約1μmのエッジ長さを持ちます。1つのピクセルアレイへ組み込んで、フルHD解像度でスマート眼鏡の装着者へ画像を提供できます（図4を参照）。
図4：未来を想像してください：視野へ直接高解像度画像を投影
こうした投影システムを超えて、デジタルライトは他の多くのアプリケーションで新しい付加価値を提供します。例えば、3Dプリンターは、超高解像度での硬化が可能になるため、より正確で緻密な構造を構築できます。
また、人工知能（AI）アプリケーションのデータセンターでは、デジタルライトを使用することで、はるかに効率的な広帯域の光通信が可能になります。今日の高速光通信リンクは、レーザー光源を非常に高周波で切替え、光ファイバーケーブルへシリアルのデータストリームを送信します。レーザー光源よりも数百分の1の大きさにLEDが収まるマイクロLEDアレイを使用すれば、データを直列ではなく並列で送信する可能性が生まれ、はるかに高い帯域を実現して、エネルギーを大量に消費するデータセンターのエネルギーフットプリント削減に寄与します。
想像できるすべての場所へライトを組込み
個別にアドレス指定可能なピクセルで構成された光源を開発するには、10年以上もの間、非常に多くの努力が投入され、ams OSRAMだけでなく、ベルリンを拠点とする、信頼性・マイクロインテグレーション研究所 Fraunhofer IZMなどの産業パートナーを得て、かつ政府と欧州連盟の資金提供で支える必要がありました。柔軟でデジタル的にアドレス指定可能なライトのビジョンを成功裏に実現するには、1つだけでなく、多数の、また多くの分野にわたる技術的ブレークスルーが必要でした。この光学技術は全く、真に斬新であり、それはつまり応用範囲は想像すらつかないことを意味します。最初のユースケース（夜間のドライブ体験を一変させるADBヘッドランプ）は、マイクロLEDアレイがもたらす付加価値の一例にすぎません。他にも、多数が存在します。
産業、コンシューマ、自動車、その他の市場にまたがって新たな製品の応用範囲を広げる能力は、才能と情熱にあふれる人々が複数の組織にわたって、巨大で重要なブレークスルーを求めて、産業面と科学面での能力を組み合わせた成果です。これは、重要な製品カテゴリーで画期的な発展を行ってきた長い歴史を持つ、ams OSRAMの歴史で活気あふれる新たな一章となります。
デジタルライトは、そうしたイノベーションの長い伝統で、次の一歩です。