Autoscheinwerfer mit 1.000 LED-Pixeln entwickelt
Vier LED-Chips mit je 256 Pixel an Treiberelektronik robust gekoppelt
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Gold-Nanoschwamm: Kontakt zwischen Pixeln und Chip (Foto: izm.fraunhofer.de) |
Berlin (pte026/03.03.2016/12:30) Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) http://www.izm.fraunhofer.de haben gemeinsam mit Partnern aus der Industrie ein hochauflösendes Beleuchtungssystem mit über 1.000 LED-Pixeln entwickelt. Es bietet wesentlich mehr Möglichkeiten zur exakten Lichtverteilung als bisherige Lösungen und ist darüber hinaus energieeffizient.
Bessere Energieeffizienz
Das im Verbundprojekt µAFS gemeinsam mit Infineon, Osram, Hella und Daimler entwickelte Konzept ist als adaptives Frontbeleuchtungssystem aufgebaut: "Uns ist es gelungen, vier LED-Chips mit jeweils 256 Pixel mit dem Treiberelektronik-Chip robust zu verbinden. Durch diese hohe Auflösung können wir die Lichtverteilung bis ins kleinste Detail steuern", erklärt Hermann Oppermann, Gruppenleiter in der Abteilung Wafer Level System Integration beim IZM.
Der Clou an der innovativen Lösung: Der revolutionäre Hightech-Scheinwerfer ermöglicht zwar permanentes Fernlicht, blendet andere Verkehrsteilnehmer jedoch weniger und ermöglicht es, die Lichtverteilung je nach Bedarf zu verändern - etwa nach dem Straßenverlauf, dem Gegenverkehr sowie Abstand und Position zu anderen Verkehrsteilnehmern. Dabei sind immer nur die Pixel eingeschaltet, die gerade benötigt werden. Das ist meist nur um die 30 Prozent der insgesamt verfügbaren Lichtleistung des Gesamtsystems und damit sehr energieeffizient.
Gold-Nanoschwamm im Test
"Die Verbindungen müssen robust sein, zudem brauchen wir einen guten thermischen Kontakt, um die Entwärmung des Chips sicherzustellen", verdeutlicht Oppermann. Die Fachleute aus Berlin verfolgen dazu zwei verschiedene Ansätze: Bei der ersten Variante wird eine Gold-Zinn-Legierung strukturiert auf den Chip aufgebracht. Die Technologie ist in der Optoelektronik etabliert. So feine Rasterstrukturen mit Zwischenabständen von nur 15 µm, wie sie für den LED-Chip benötigt werden, konnten aber bisher nicht realisiert werden.
In ihrem zweiten Ansatz arbeiten die Experten gegenwärtig mit einem Gold-Nanoschwamm. "Diese nanoporöse Goldstruktur hat den Vorteil, dass sie sich wie ein echter Schwamm zusammendrücken und genau an die Topografie des Bauelements anpassen lässt", so Oppermann. Kleine Unebenheiten von wenigen Mikrometern, die unweigerlich auftreten, lassen sich so einfach und schnell ausgleichen. Probleme aktueller Lösungen: LED-Systeme sind groß und teuer: Pro Lichtpunkt benötigt man eine LED. Bis zu 80 einzelne Leuchtdioden werden heute üblicherweise zu einem System zusammengeschaltet.
Um auf der Straße einen zusammenhängenden Lichtkegel zu erzeugen, muss jedoch jede LED über eine eigene, exakt ausgerichtete Optik verfügen. Bei einem anderen Ansatz kommt als Lichtquelle Laserlicht oder ein LC-Display mit LED-Beleuchtung zum Einsatz, das situationsabhängig bestimmte Bereiche der Lichtverteilung ausblendet. Da Licht erzeugt und wieder absorbiert wird, ist dies wenig energieeffizient. Gleiches gilt für die Methode, bestimmte Bereiche durch mechanische Blenden abzuschalten. Beim letztgenannten System lassen sich zudem nur relativ große Bereiche gezielt ausleuchten beziehungsweise abdunkeln.
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