Mit den Worten „Das ist absolute Weltspitze“ kommentiert Dr. Jörg Moisel, Leiter des Fachgebiets Lichttechnologien in der Daimler-Konzernforschung, die neue Pixellicht-Technologie: „Das Teilfernlicht ist die Killerapplikation und wird bis in die Kompaktklasse heruntergebrochen.“

Bild 1: Das Pixellicht in Aktion

Bild 1: Das Pixellicht in AktionAlfred Vollmer

Was steckt hinter dieser Technologie, deren Machbarkeit die Verbundpartner im vom BMBF-geförderten Forschungsprojekt µAFS demonstrierten? Im Folgenden werfen wir einen Blick auf die einzelnen Produkt- und Integrationsebenen vom Chip zum Fahrzeug, wobei Osram im Rahmen von µ-AFS (micro-structured Adaptive Front-lighting System) für die Lichtquelle, Fraunhofer IZM für die Montagetechnik und Infineon für die Ansteuerung zuständig ist, während Hella die Systemintegration in den Scheinwerfer und Daimler die Integration und Homologation ins Fahrzeug übernimmt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) trägt mit einer Summe von 6,9 Millionen Euro etwa 48 % der Gesamtkosten des Projekts.

Das Logo von µ-AFS

Das Logo von µ-AFSµ-AFS

Die Lichtquelle

Der aktuell übliche Ansatz zur Realisierung von Matrix-Scheinwerfern mithilfe von Einzelbauteilen (Bild 2) ist nach Angaben von Dr. Moisel nicht skalierbar: „Wir stehen bei der integrierten Optoelektronik da, wo wir in der Elektronik vor 50 oder 60 Jahren standen, bevor es ICs gab. Wir brauchen für unsere Systeme ein optoelektronisches IC mit integrierter Ansteuerelektronik, OEIC – und dazu ist es notwendig, die Halbleitertechnologien für Silizium und GaN quasi zu verheiraten.“

Bild 2: Diese Platine mit 24 LEDs ist das Herzstück des Matrix-Lichts im neuen Mercedes CLS. Noch mehr LEDs im Scheinwerfer ermöglicht das Pixellicht

Bild 2: Diese Platine mit 24 LEDs ist das Herzstück des Matrix-Lichts im neuen Mercedes CLS. Noch mehr LEDs im Scheinwerfer ermöglicht das PixellichtDaimler

Osram Opto Semiconductors entwickelte hierfür einen neuartigen LED-Chip mit derzeit 256 Leuchtpunkten (Pixeln). Jedes dieser 256 Lichtpixel hat eine Fläche von 0,5 mm2, ist individuell ansteuerbar und benötigt in etwa 1 bis 1,5 W. Ein gemischtes Team aus Mitarbeitern von Osram Opto Semiconductors, Osram Specialty Lighting, Infineon Technologies sowie dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM entwickelte gemeinsam den Prototypen eines Musteraufbaus. Dieser neuartige Pixelchip gibt ein definiertes Lichtmuster in den Farben blau und weiß ab. „Die Herausforderung war dabei, die Lichtpunkte bereits während der Chip-Prozessierung zu definieren und zu ermöglichen, dass diese direkt mit der Ansteuerung verbunden werden können“, hebt Dr. Ulrich Steegmüller, CTO von Osram Opto Semiconductors, hervor.

Bild 3: Osrams CTO Dr. Ulrich Steegmüller bei der ersten öffentlichen Präsentation des Pixellichts.

Bild 3: Osrams CTO Dr. Ulrich Steegmüller bei der ersten öffentlichen Präsentation des Pixellichts.Alfred Vollmer

Infineon Technologies entwickelte den elektronischen Treiberchip, der die individuelle Ansteuerung jedes einzelnen Lichtpixels ermöglicht. Dabei kann der Treiber den Pixellicht-Chip hochdynamisch mit einer Frequenz von bis zu 200 Hz bei einer Auflösung von 8 bis 10 Bit ansteuern. Als Spezialist für Montagetechnik sorgte das Fraunhofer IZM für die Kopplung zwischen dem lichtemittierenden Pixelchip (Galliumnitrid-Halbleiter) und dem Treiberchip (Silizium-Halbleiter). Durch die Strukturierung der Chip-Oberfläche und das Aufbringen des Konverters zur Erzeugung von weißem Licht vervollständigte Osram Opto Semiconductors schließlich den Musteraufbau. Thomas Liebetrau, der das Projekt für Infineon betreut, sieht hier noch sehr viel Potenzial: „Wir glauben, dass es noch sehr viel Potenzial gibt, Elektronik und LEDs zu kombinieren.“

Bild 4: Die derzeit mit einem Pixellicht-Chip bestückte Fläche ist deutlich zu sehen. Der nächste Schritt ist die Erweiterung von 256 auf 1024 Lichtpixel.

Bild 4: Die derzeit mit einem Pixellicht-Chip bestückte Fläche ist deutlich zu sehen. Der nächste Schritt ist die Erweiterung von 256 auf 1024 Lichtpixel.Alfred Vollmer

Dieses LED-Fernlicht wird etwa 50 % weniger Energie benötigen als ein vergleichbares Xenonlicht. Noch arbeitet der Demonstrator mit 256 Pixeln, aber zum Projektende am 31.1.2016 wollen die Firmen bereits mit 1024 Pixeln arbeiten. Die entsprechende Optik scheint schon darauf ausgerichtet zu sein, denn bei der Demonstration leuchtete nur ein Viertel der offensichtlich für die Chip-Lichtquelle vorgesehenen Fläche auf. Daimler plant Dr. Moisel zufolge etwa fünf Jahre nach Ende des Förderprojekts den SOP, „aber wenn es bei über 1000 Pixeln ein größeres Problem geben sollte, dann wird es später“. Immerhin sei bereits die Hälfte der Ziel-Intensität des Lichtes erreicht – und das bei einem Viertel der vorgesehenen Leuchtfläche.

Übrigens: in einem Video erklärt Osram Opto Semiconductor auf der electronia das Pixellicht.