Deutscher Zukunftspreis - Digitales Licht

Licht: fast ein Alleskönner. Es gibt Orientierung, kann Leben retten, ist zugleich auch Information und unabdingbar für unseren Leitsinn – das Sehen. Daher versucht der Mensch seit jeher, die Nacht zum Tag zu machen, denn Licht gibt Sicherheit.

Das gilt bis heute, und insbesondere im Straßenverkehr. Wer Gefahren früher erkennt, hat mehr Zeit, um darauf reagieren zu können. So ist der Autoscheinwerfer bis heute eines der wichtigsten Instrumente für die Sicherheit im Straßenverkehr bei Nacht. Scheinwerfer am Auto werden deshalb seit über einem Jahrhundert stetig verbessert – und man könnte daher annehmen, dass der Scheinwerfer nach einer so langen Entwicklungszeit kaum noch zu optimieren sei.

Wer aber viel Einfallsreichtum besitzt, kann den Scheinwerfer auch nach über 100 Jahren noch einmal völlig neu denken. So hat das Team die Entwicklung einer Scheinwerfer-Lichtquelle auf den Weg gebracht, die kleiner, leichter, effizienter, intelligenter und präziser in ihrer Lichtabstrahlung ist. Ein Scheinwerfer soll die Straße möglichst genau und hell ausleuchten, ohne dabei andere zu stören oder gar durch starkes Blenden zu gefährden. Aber wie macht man das?

Diese Herausforderung lässt sich nur lösen, wenn sich das Licht in seiner räumlichen Verteilung steuern lässt und es sich somit auf die jeweilige Situation optimal anpasst. Mit einer einfachen Abblend-Fernlichtkombination lässt sich das nicht realisieren. Deshalb hat die neue Lichtquelle nicht nur zwei, sondern sogar 25.600 LEDs in einer Matrix aus 320 x 80 Lichtpunkten. Dabei lässt sich jede einzelne LED durch ein digitales Signal ansteuern. Zusammen mit einer Optik entsteht so ein Scheinwerfer, der ähnlich wie ein Videoprojektor funktioniert.

Bereiche, die hell sein sollen, werden somit präzise ausgeleuchtet, während andere Bereiche, wie etwa ein entgegenkommendes Fahrzeug, im Dunklen bleiben, um den Gegenverkehr nicht zu blenden. Ohne die Sicht anderer Verkehrsteilnehmer zu beeinträchtigen, erlebt der Fahrer dennoch außerorts ein komplettes Fernlicht. Das bringt ein Plus an Sicherheit.

Das Neue und Besondere an diesem System ist, dass es nicht nur mit minimalem Bauraum auskommt, sondern auch sehr effizient arbeitet. Denn nur die für die gewünschte Lichtverteilung wirklich benötigten LEDs werden eingeschaltet. Andere Systeme mit passiver Lichtmodulation arbeiten mit Abschattung. Das bedeutet, dass eine Primärlichtquelle durchgehend mit voller Leistung betrieben und anschließend das unerwünschte Licht wieder weggefiltert wird.

Das hat Nachteile: Zum einen ist es nicht effizient, Licht zu erzeugen und es gleich wieder zu vernichten, zum anderen muss die so entstehende Verlustleistung abgeführt werden, was wiederum große und teure Kühlsysteme bedingt. Bei dem neuen System entstehen diese Verluste gar nicht erst, denn es werden nur die LEDs in der Matrix eingeschaltet, die auch tatsächlich benötigt werden.

Eine solche LED-Matrix zu bauen, birgt aber einige Herausforderungen. Eine große LED muss in eine Matrix aus vielen kleinen LED-Pixeln unterteilt werden und jede LED auf der Matrix muss einzeln kontaktiert werden, um sie getrennt ein- und ausschalten zu können. Dazu wird eine weitere Matrix mit einer dafür notwendigen elektronischen Schaltung exakt unter der LED-Matrix positioniert und dann pixelfein mit der LED-Matrix verbunden. Da der lichtemittierende Halbleiter und der Halbleiter der elektronischen Schaltung recht unterschiedliche Eigenschaften haben, mussten dazu spezielle Verbindungsschichten und -Prozesse entwickelt werden.

Eine weitere Herausforderung war das Aufbringen des Leuchtstoffs auf die LEDs. Dieser ist notwendig, damit die LED-Matrix weißes Licht emittiert. Eine LED leuchtet zunächst nur in einer Farbe. Scheinwerferlicht muss aber weiß sein – und weißes Licht ist eine Mischung aus mehreren Lichtfarben.