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07.10.2016 | Fahrzeug-Lichttechnik | Nachricht | Onlineartikel

Das Pixellicht als notwendige Digitalisierung im Lichtbereich

Autor:
Andreas Burkert

Ein Pixelscheinwerfer leuchtet intelligent bei Nacht die Straße aus. Während BMW einst mikrokleine, steuerbare Spiegel vorgestellt hat, hat nun ein Forschungsverbund die Aufgabe elegant mit mehreren tausend LEDs gelöst.

Noch in diesem Jahrzehnt wird es den Pixelscheinwerfer in einem Serienfahrzeug eines deutschen Automobilherstellers geben. Davon ist Stefan Grötsch überzeugt. Als Verbundkoordinator des BMBF-Förderprojekts μAFS bei Osram hat er gestern Abend die technischen Details eines intelligenten Pixelscheinwerfers vorgestellt. "Mit dem lässt sich mehr blendfreies Licht auf die Straße bringen", bringt er es auf den Punkt. Weil jeder Scheinwerfer drei neuartige LED-Lichtquellen mit jeweils 1024 einzeln ansteuerbaren Punkten enthält, lässt sich das Scheinwerferlicht sehr genau an die jeweilige Verkehrssituation anpassen, sodass immer optimale Lichtverhältnisse herrschen, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu blenden. Darüber hinaus kann das Licht an jeden denkbaren Kurvenverlauf so angepasst werden, dass es keine dunklen Randbereiche gibt. Mithilfe von Sensoren im Fahrzeug kann zudem das Umfeld analysiert werden, um andere Verkehrsteilnehmer ausreichend anzuleuchten.

Rund dreieinhalb Jahre hat ein Forschungsverbund deutscher Zulieferer und Technikunternehmen an der technischen Umsetzung gearbeitet. Das nun vorgestellte Demonstrationsmodell, welches vom Gesamtprojektleiter Osram gemeinsam mit den Projektpartnern Daimler, Fraunhofer, Hella und Infineon entwickelt wurde, dient nun als technische Grundlage für eine neue Klasse energieeffizienter LED-Frontscheinwerfer mit ergänzenden Verkehrssicherheitsfunktionen. "Auf dieser Basis können adaptive Frontbeleuchtungssysteme (AFS) entstehen, die Fahrern, Insassen sowie weiteren Verkehrsteilnehmern ein Plus an Sicherheit bringen", erzählt Dr. Jörg Moisel. Moisel ist Leiter Lichttechnologien im Forschungszentrum Ulm bei Daimler.

Neuartiger LED-Chip mit 1024 einzeln ansteuerbaren Lichtpunkten

Für die Umsetzung entwickelte Osram Opto Semiconductors mit Infineon und dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) einen neuartigen LED-Chip mit 1024 einzeln ansteuerbaren Lichtpunkten. Bisher wurden bei adaptiven Scheinwerfern mehrere LED-Komponenten neben- und übereinander eingesetzt. Um das Ein- und Ausschalten von Licht-Segmenten zu bewerkstelligen, waren zusätzliche elektronische Komponenten notwendig. Die Zahl der Segmente war infolge des begrenzten Platzes im Scheinwerfer limitiert. Im neuen Ansatz ist die Elektronikansteuerung der LED in den Chip integriert.

Für das neuartige intelligente Autolicht entwickelte der Geschäftsbereich Osram Specialty Lighting in einem zweiten Schritt rund um den hochauflösenden LED-Chip ein LED-Modul, das mit seiner elektrischen und thermischen Schnittstelle die direkte Anbindung an die Fahrzeugelektronik ermöglicht. Das war nach Auskunft Osrams auch eine der größten Herausforderungen. Für Infineon Technologies hingegen war das Entwickeln der intelligente Treiberschaltung die Aufageb. Mit ihr lässt sich jeder einzelne der 1024 Lichtpunkte individuell ansteuern. Dem Halbleiterhersteller ist es gelungen, sie so zu designen, dass sie im LED-Chip direkt mit dem über ihr liegenden lichtemittierenden LED-Array zu verbinden ist.

Entwärmungskonzept und eine hohe Systemeffizienz

Der Licht- und Elektronikspezialist Hella hat anschließend einen Prototypenscheinwerfer entwickelt, die den funktionalen Anforderungen von Daimler genügen. Vor allem beim Entwärmungskonzept mussten Entwickler tief in die Erfahrungskiste greifen. Ihnen gelang aber eine sehr hohe Systemeffizienz und ein ausgesprochen homogenes Lichtbild bei gleichzeitig guter Abbildungsqualität der einzelnen Lichtpunkte. Die unterschiedlichen Lichtbilder können damit rein elektronisch und somit ganz ohne mechanische Aktoren erzeugt werden. Im Gegensatz zum Pixellicht, welches bereits BMW im Jahr 2002 vorgestellt hat.

Bei dem rein elektronisch gesteuerten System mussten allerdings die LEDs mit einer speziellen miniaturisierten Anschlusstechnik verbunden werden. Hierzu wurden am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin LED-Arrays von Osram mit 1024 Pixeln auf eine aktive Treiberschaltung von Infineon montiert, die jeden Pixel individuell ansteuert. Bei einer extrem guten Entwärmung wurden die Chips so aufgebaut, dass sie den Ausgleich einiger Mikrometer Höhenunterschied ermöglichen. Dabei wurden zwei Technologievarianten parallel untersucht: das Thermokompressions-Bonden mit nanoporösem Goldschwamm und das Reflowlöten mit hoch zuverlässigem Gold-Zinn. Beide Montagetechniken wurden laut Fraunhofer erfolgreich mit hoher Ausbeute angewandt und bewiesen ein robustes Interface für nachfolgende LED-Prozesse.

Noch muss die Straßentauglichkeit erprobt werden

Obschon die Projektpartner die Machbarkeit nachgewiesen haben, muss der Einsatz des intelligenten und hochauflösenden Scheinwerfers für den Automobileinsatz noch erprobt werden. So werden in den kommenden Monaten die Fahr- und Wettersituationen kontinuierlich analysiert. Für die Erprobungstests im Realverkehr war ein Fahrzeug von Daimler mit den intelligenten LED-Scheinwerfern im Einsatz. "Wir wollen diese neue Art hochauflösender LED-Lichtquellen nun zur Serienreife bringen und sehen großes Potenzial für die Anwendung im Fahrzeuglicht", erklärt dazu Stefan Kampmann, Technikvorstand bei Osram Licht.

Das Projekt μAFS wurde durch das BMBF unter dem Förderkennzeichen 13N12510 gefördert und lief von Februar 2013 bis September 2016. Die Fördersumme betrug 14 Millionen Euro. 

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