Neue LCD-Scheinwerfer sollen für mehr Sicherheit sorgen

Die LCD-Technologie war bisher hauptsächlich im Home-Entertainment-Bereich vertreten – etwa in Form von Flachbildschirmen oder Videobeamern. Aber: „Erstmalig haben wir nun die Liquid Crystal HD Technologie in ein Fahrzeug integriert. Dank ihrer hohen Auflösung und Detailschärfe bietet sie ganz neue Wege in der automobilen Lichttechnik“, so Dr. Michael Kleinkes, Leiter der Entwicklung Lichttechnik beim Beleuchtungsspezialisten Hella. Das Unternehmen aus Lippstadt war als Projektkoordinator maßgeblich an der Entwicklungsarbeit beteiligt – Seite an Seite mit den Firmen Merck, Porsche, Elmos Semiconductor und Schweizer Electronic sowie dem Institut für Großflächige Mikroelektronik (IGM) der Universität Stuttgart und der Universität Paderborn. Grundlage ist das Forschungsprojekt „Volladaptive Lichtverteilung für eine intelligente, effiziente und sichere Fahrzeugbeleuchtung“ (VoLiFa2020) des BMBF.

Vom Heimkino auf die Straße

Insgesamt 30 000 Bildpunkte projiziert der neue LCD-Scheinwerfer auf die Fahrbahn – damit kann das Lichtbild intelligent, stufenlos und in Echtzeit an verschiedene Fahrsituationen angepasst werden. „Die Nutzung eines LC-Displays ist ein weiterer Schritt in Richtung Digitalisierung des Lichts“, sagt Christian Schmidt, Leiter der lichttechnischen Vorentwicklung bei Hella. Das bedeutet: Die Adaption des Lichtbildes erfolgt in Zukunft mehr und mehr softwaregesteuert. Der Fahrer bekommt die bestmögliche Sicht auf die Straße. Einzelne Segmente, in denen sich beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer oder stark reflektierende Verkehrsschilder befinden, lassen sich gezielt ausblenden oder dimmen.

Auch hochkomplexe Funktionen sind denkbar: Navigationspfeile oder Linien, welche die ideale Fahrspur vorgeben, können auf die Straße projiziert werden. „Die LCD-Technologie ermöglicht Funktionen, die auch für das autonome Fahren relevant sein werden“, sagt Christian Schmidt. „Wir werden die Technologie deshalb zur Serienreife bringen.“

Die Kernkomponente des Scheinwerfers ist das LC-Display. Dieses befindet sich zwischen der LED-Lichtquelle und der Projektionslinse. Das Display generiert eine Matrix von 100 x 300 Bildpunkten, die sich einzeln schalten und dimmen lassen. Eine im Fahrzeug verbaute Kamera sowie ein Sensor, der optisch Abstände und Geschwindigkeiten misst (Light detection and ranging Sensor, LiDAR), geben die Umfeldinformationen über einen Rechner an das Scheinwerfer-Steuergerät weiter. Dieses steuert die einzelnen Bildpunkte des Displays bis zu 60 Mal pro Sekunde an. Als Lichtquelle werden 25 in drei Reihen angeordnete Hochleistungs-LEDs eingesetzt. Die Leuchtstärke jeder LED wird an die jeweilige Beleuchtungssituation angepasst.

Forschungsprojekt mit klarer Aufgabenverteilung

Im Forschungsprojekt entwickelte Hella das Konzept für das optische System des LCD-Scheinwerfers. Grundlage waren die Systemanforderungen des Automobilherstellers Porsche und des Forschungsinstituts für Lichttechnik und Mechatronik der Universität Paderborn (L-LAB). Zu den Aufgaben von Hella gehörten weiterhin die Sicherstellung hoher Systemeffizienz sowie ein Thermokonzept, das die Automotive-Tauglichkeit des Moduls gewährleistet.

Notwendig dazu war ein spezieller Flüssigkristall, der von Merck speziell für diesen Zweck entwickelt wurde. Unter Verwendung dieser chemischen Komponente entwickelte und fertigte das IGM der Universität Stuttgart Prototypen-Displays. Elmos Semiconductor entwarf und fertigte innovative elektronische Halbleiterkomponenten, welche von Schweizer Electronic dann auf völlig neuartige Weise in die Leiterplatte integriert wurden (Embedding). Durch diese Technologie realisierten die Experten eine zuverlässige, effiziente und platzsparende Ansteuerung der LED-Beleuchtungseinheit.

Hella sorgte für die Integration der unterschiedlichen Komponenten in das Gesamtsystem und entwickelte eine Schnittstelle zwischen Lichtsteuerung und Scheinwerfer. Es wurde ein Prototyp aufgebaut, der – integriert in einen Porsche Panamera – aktuell mit Probanden in realistischen Fahrsituationen von der Universität Paderborn getestet wird.

Aufgrund des wachsenden Verkehrsaufkommens und des steigenden Sicherheitsbedürfnisses gewinnen intelligente Beleuchtungssysteme immer mehr an Bedeutung. Die LCD-Technologie ermöglicht hier ganz neue Funktionalitäten und Möglichkeiten – dabei ist der Einsatz nicht auf PKW beschränkt: Auch in anderen Fahrzeugklassen wie etwa Nutzfahrzeugen und Bussen ergeben sich sinnvolle Anwendungsfelder.

Markus Richter ist Unternehmenssprecher der HELLA KGaA Hueck & Co. in Lippstadt.