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Automobilfrontscheinwerfer der Zukunft

Osram & Co. stellen ersten Pixel-Matrix-LED Frontscheinwerfer vor

7. Oktober 2016, 10:22 Uhr | Markus Haller

Der Prototyp des ersten Pixel-LED-Frontscheinwerfers mit über dreitausend Lichtpunkten wurde von Osram, Infineon, den Fraunhofer Instituten IZM und IFA und Hella entwickelt. Den Finalen Schritt, die Integration ins Automobil, hat Daimler übernommen.

Eine ganze Reihe namhafter deutscher Firmen und Forschungsinstitute hat in einem Gemeinschaftsprojekt den Prototyp eines Pixel-LED-Frontscheinwerfers mit über dreitausend Lichtpunkten entwickelt. Heutige serienreife Matrix-Scheinwerfer haben maximal vierundachtzig Lichtpunkte.

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Herzstück des neuen Scheinwerfer-Prototyps ist ein Lichtquellenmodul mit drei Pixel-LED-Chips, die aus jeweils 1024 einzeln ansteuerbaren Leuchtpunkten bestehen (Bild 1).

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Die Grundfläche eines Chips beträgt dabei nur 4 x 4 mm². Zum Vergleich: Der zur Zeit fortschrittlichste Matrix-Frontscheinwerfer auf dem Markt ist der »Multibeam-LED-Scheinwerfer« in der Mercedes E-Klasse und hat vierundachtzig Leuchtpunkte. Das LED-Modul hat dabei eine deutlich größerer Grundfläche als der kompakte Pixel-LED-Chip (Bild 2).

Durch das Mehr an Lichtpunkten lässt sich das Lichtbild eines Frontscheinwerfers besser an typische Situationen im Straßenverkehr anpassen. Der Lichtkegel wird dabei durch Ein- und Ausschalten einzelner Lichtpunkte so geformt, dass der Gegenverkehr nicht geblendet wird, aber der Straßenrand voll ausgeleuchtet bleibt. Das mit den aktuell serienreifen Matrix-Scheinwerfern aufgrund deren begrenzter Anzahl an Lichtpunkten noch nicht möglich, da die einzeln ansteuerbaren Lichtsegmente zu groß sind. Die Folge ist, dass nach dem Abschalten des Segments, das den Gegenverkehr blendet, auch Teile der Fahrbahn im Schatten bleiben, die für ein sichereres Fahren ausgeleuchtet bleiben sollten.

Entwicklung des Chips und Projektpartner

Für die Herstellung des Chips kamen verschiedene innovative Herstellungsverfahren zusammen: Osram stellte den Pixel-LED-Chip durch Mikrosktrukturierung eines 150 mm Wafers her. Die einzelnen Pixel sind 115 x 115 Quadratmikrometer groß und liefern bei 11 mA Stromaufnahme 3 lm. Ein Chip erzeugt insgesamt etwa 3000 lm – sofern alle Pixel eingeschaltet sind. Innovativ ist die Integration von Pixel-LED und Ansteuerelektronik auf einem einzigen Chip. Ähnlich wie bei einem Aktiv-Matrix LCD, bei dem es zu jedem Pixel eine eigene Ansteuerschaltung gibt, ist auch hier jedes LED-Pixel kontaktiert, kann ein- und ausgeschaltet und auch gedimmt werden.

Den Ansteuer-IC lieferte Infineon. Damit sich der IC für die Kontaktierung mit dem LED-Chip eignet, hat das Unternehmen seine Halbleiter-Fertigungstechnik für diese Art von IC angepasst. Die Kontaktierungstechnik für IC und Pixel-LED-Chip wurde im Fraunhofer IZM entwickelt – sie erfolgt auf Wafer-Level in einem einzigen Schritt. Bei 4 x 4 mm² Grundfläche des Pixel-LED-Chips passen mehrere hundert davon auf einen Wafer und das bedeutet, dass in einem Schritt knapp 1 Mio. LED-Pixel kontaktiert werden. »Mit den Wafer-Level-Prozessen sind wir zur Zeit unschlagbar, was die Kosten betrifft«, erklärte Hermann Oppermann vom IZM.

Das Lichtquellenmodul wurde von Hella in einen Scheinwerfer eindesignt. Der Automobilzulieferer übernahm damit das Thermomanagement für das Gesamtsystem und die Optikentwicklung. Der letzte Schritt zum fertigen Prototyp, die Integration ins Automobil, fand bei Daimler statt.

»Wir sind überzeugt, dass wir mit diesem System modernes Autolicht der Zukunft Made in Germany […] geschaffen haben«, sagte Dr. Stefan Kampmann, Technikvorstand der Osram Licht AG am Ende der offiziellen Vorstellung des Prototyps. Gefördert wurde das Projekt mit etwa 7 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Weitere 7 Mio. Euro investierten die Projektpartner aus der Industrie in das Projekt.