Digital Light: Ams Osram entwickelt Micro-LED-Array für Scheinwerfer und mehr

Ams Osram geht bei der Entwicklung des „digitalen Lichts“ den nächsten Entwicklungsschritt und hat eine weitere Miniaturisierung der Komponenten erreicht, sodass sich Zehntausende Pixel im Mikrometerformat in einem Array unterbringen lassen, die sich für einen hochauflösenden Autoscheinwerfer und mehr einzeln ansteuern lassen.

Dünner als ein menschliches Haar

Durchbrüche bei Design und Fertigung hätten laut Ams Osram dazu geführt, dass der Hersteller jetzt Micro-LED-Arrays anbieten kann, die aus Zehntausenden und künftig Millionen Pixeln bestehen, die jeweils dünner als ein menschliches Haar sind und die einzeln angesteuert werden können. Licht soll Ams Osram zufolge künftig nicht mehr als großer Kegel erscheinen, sondern als individuelle Pixel, die innerhalb weniger Millisekunden geschaltet werden können. Ein Anwendungsgebiet sind Autoscheinwerfer.

Die Idee dahinter sei bereits 20 Jahre alt, erklärt Ams Osram. Aber um die Pixelgröße von einem Quadratmillimeter auf Tausende Pixel mit einer Größe von wenigen Mikrometern zu reduzieren, habe es mehrere Durchbrüche in der Halbleiterfertigung und bei den Materialien benötigt. Außerdem sei von Ams Osram eine neue Chip-Architektur entwickelt worden, die eine Verbindung auf Pixelebene und mit der jeweiligen Ansteuerung ermöglicht, sodass ein monolithisches Micro-LED-Array entsteht, wie die nachfolgende Abbildung verdeutlicht.

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Technologie wird bereits für Scheinwerfer genutzt

Die Technologie hat es bereits in die Massenproduktion geschafft und wird für das EVIYOS-System der zweiten Generation genutzt, das für Autoscheinwerfer konzipiert wurde. Dabei bietet das Unternehmen zwei Lösungen an: eine mit 320 Reihen × 80 Spalten für 25.600 Pixel und eine mit 240 Reihen × 80 Spalten für 19.200 Pixel. Bereits im Sommer 2023 hatte Ams Osram verkündet, dass Marelli unter dem Namen „h-Digi microLED“ ein erstes Multipixel-LED-Headlight-Modul auf Basis von EVIYOS 2.0 entwickelt hat. Mehrere „weltweit bedeutende Automobilhersteller und Tier-One-Zulieferer“ würden auf EVIYOS 2.0 setzen, hieß von Ams Osram im Juli 2023.

Mercedes-Benz nutzte erste Generation

Von der jetzt zweiten Generation ist deshalb die Rede, weil vor mittlerweile acht Jahren die erste, auch unter dem Namen „µAFS“ bekannte Generation von Mercedes-Benz mit den Projektpartnern Infineon, Osram sowie der Fraunhofer Gesellschaft IZM und Hella entwickelt wurde. μAFS (micro-structured Adaptive Front-lighting System) nutzte einen sehr kleinen LED-Chip (siehe Bildmitte) mit 1.024 einzeln ansteuerbaren Lichtpunkten. Das System soll hocheffizient arbeiten und sei deshalb insbesondere für den Einbau in E-Autos geeignet, erklärte Mercedes-Benz. Beim damals aktuellen Stand der Entwicklung wurden pro Autoscheinwerfer von Mercedes-Benz vier LED-Chips verbaut, sodass das Fahrzeug insgesamt 8.192 Lichtpixel projizieren konnte.

Millionen Lichtpixel gab es bereits, aber ineffizient

Deutlich weiter in puncto Auflösung ging eine alternative Technologie mit mehr als 1 Million Lichtpixeln pro Scheinwerfer. Die zugrundeliegende Technologie war dabei gar nicht so neuartig, denn zum Einsatz kam das von Texas Instruments entwickele Digital Light Processing (DLP). Lichtquelle war eine einzelne Hochstrom-Leuchtdiode, die ihr Licht in einen Hohlspiegel projiziert, der es gebündelt auf ein Mikrospiegel-Array – das DLP-Modul – wirft. Das DLP-Modul ist kleiner als ein Fingernagel, besteht aber aus mehr als 1 Million winzigen Mikrospiegeln, die einzeln angesteuert und mit einer Frequenz von bis zu 5.000 Hz gekippt werden können. Der Zustand des Spiegels entscheidet dann über den Weg des Lichts. Diese Methode der Lichterzeugung ist aber auch ein Nachteil der Technik, weil sie nicht so energieeffizient wie µAFS arbeitet. Ab 2018 war das Digital Light auf DLP-Basis als Sonderausstattung für S-Klasse und Maybach-Modelle verfügbar.

Micro-LED-Technik für AR-Brillen und Datacenter

Ams Osram stellt für die weiterentwickelte Micro-LED-Technologie jetzt aber auch andere Anwendungsbereiche als das Automotive-Segment in Aussicht. Die Micro-LEDs seien so klein, dass man daraus ein Micro-LED-Display zusammensetzen könne, das als Mikro-Projektor in einer AR- oder VR-Brille dient und Informationen mit dem Sichtfeld des Anwenders überlagert. Machbarkeitsstudien hätten gezeigt, dass bis zu 1 Million Lichtpixel mit einer Größe von jeweils 1 μm für dann HD-Auflösung in ein solches Pixel-Array integriert werden können.

An anderer Stelle könnte ein 3D-Drucker die Micro-LEDs nutzen, um das Aushärten mit hoher Auflösung zu ermöglichen. Für das Datacenter stellt Ams Osram die Technologie zur optischen Datenübertragung in Aussicht. Anstelle von Laser als Lichtquelle könnten die Micro-LEDs zum Einsatz kommen und über ein entsprechend bestücktes Array eine parallele statt serielle Datenübertragung mit höheren Geschwindigkeiten ermöglichen.