μAFS-Projekt: Ein LED-Chip mit 256 individuellen Leuchtpunkten

Bisher galt die Regel “ein LED-Chip = ein Leuchtpunkt”. Ein Verbund von deutschen Firmen hat jetzt aber einen Chip mit 256 individuell leuchtenden Pixeln entwickelt. Das Forschungsprojekt “μAFS” (sprich: Mikro-AFS) soll primär effizientere adaptive LED-Autoscheinwerfer ermöglichen, könnte jedoch auch der LED-Allgemeinbeleuchtung neue Impulse geben.

OSRAM-mikro-AFS-Versuchsaufbau
Der μAFS-Musteraufbau mit komplexer Ansteuerungs-Peripherie und dem LED-Chip in der Mitte (Bild oben). Der kleine Kerl ist zwar mit eineinhalb Jahren noch lange nicht im schulpflichtigen Alter, kann aber mit 256 Leuchtpunkten schon seinen Namen schreiben. (Bild unten links, Fotos: Osram-PR)

OSRAM-mikro-AFS-DemoGerade erst sind die ersten Autos mit Voll-LED-Scheinwerfern auf unseren Straßen zu sehen, da wird schon eifrig an den nächsten Generationen dieser Technik gearbeitet. Noch bis Ende Januar 2016 läuft dazu ein rund 14 Millionen Euro teures und vom Bundesforschungsministerium mit ca. 45% gefördertes Verbundprojekt namens “μAFS”. Entwicklungsziel sind effizientere Frontleuchtensysteme, die dem Fahrer immer und überall dort genug Helligkeit bieten, wann und wo er bei Dunkelheit was sehen muss – ohne jedoch andere Fahrzeuge oder Fußgänger zu blenden.

Osram Oslon CompactSolche adaptiven LED-Scheinwerfer gibt’s zwar schon; die heißen auf englisch “Advanced Front-lighting System” – kurz AFS – und brauchen für jeden Leuchtbereich einzeln ansteuerbare Chips (rechts eine “Oslon-Compact”-LED mit nur 1,6 x 1,2 mm Kantenlänge) bzw. Multichip-Module. “μAFS” mit dem Präfix für “Mikro” ist dagegen ein aus vielen Lichtpunkten bestehender Einzel-LED-Chip, bei dem jedes Pixel individuell leuchten oder abgeschaltet werden kann. Welche Fläche und Tiefe er genau in Anspruch nimmt, fällt leider im Moment noch unter die Geheimhaltung.

Mercedes-CLS_AFS
Aktuelle AFS-Technologie in der neuen Mercedes-Benz-CLS-Klasse: Jedes Modul in den Scheinwerfern ist mit 24 “Oslon Compact”-LEDs von Osram Opto Semiconductors bestückt.

Für Entwurf und Entwicklung dieses Zwischenschrittes auf dem Weg zu künftigen “intelligenten Scheinwerfern” sind sechs deutsche Partner verantwortlich: Osram Opto Semiconductors (die Regensburger Halbleiter-Tochterfirma des Münchener Lichtgiganten), Osram Specialty Lighting (der Auto- und Profilicht-Unternehmensteil), Infineon Technologies, das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM), Scheinwerfer-Spezialist Hella und die Daimler AG.

Ein “Meilenstein” auch für Leuchten zuhause?

Den ersten Musteraufbau bezeichnete Osram jetzt in einer Pressemitteilung als “bedeutenden Meilenstein”, weil schon eineinhalb Jahre nach Projektbeginn eine Chip-Integration von 256 Pixeln mit definiertem Lichtmuster in den Farben blau und weiß gelungen sei. Die Erzeugung der bayerischen Landesfarben auf engstem Raum mag die Verwendung von rund 7 Millionen Euro Steuergeldern vielleicht noch nicht vollständig rechtfertigen (obwohl es da sicher auch andere Meinungen gibt) – das langfristige Projektziel sind jedoch Chips mit über 1000 einzeln ansteuerbaren Lichtpunkten und weitgehend frei und individuell bestimmbaren Farben bzw. Farbtemperaturen.

Spätestens hier wird der LED-Fan hellhörig: Was für Autoscheinwerfer gut ist, könnte doch auch für flexibel steuerbare, integrierte LED-Leuchten zuhause und im Büro taugen. Tatsächlich verriet mir eine Sprecherin von Osram Opto Semiconductors auf Nachfrage, dass prinzipiell jede Anwendung interessant sei, “die wechselnde und feinabgestimmte Lichtverteilungen einer Farbe erfordert.” Und da hätten meine Blogleser doch sicher schon eine lange Wunschliste, oder?

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Apps und Sensoren: Wie “intelligent” kann LED-Lichtsteuerung sein?

Funksysteme wie Osram-“Lightify”, Philips-“hue” oder “MiLight”, vorgeschaltete Bewegungs- oder Präsenzmelder: Es gibt viele Möglichkeiten der LED-Lichtsteuerung. Aber wie sinnvoll und “intelligent” sind sie wirklich?

Osram-Lightify-App-Lampe
Mit der Osram-“Lightify”-App können entsprechend ausgerüstete LED-Lampen und -Leuchten nicht nur die Helligkeit, sondern auch ihre Farbtemperatur verändern oder sogar unzählige Lichtfarben erzeugen. (Fotos: Osram-PR)

Wenn man diversen Marketing-Phantasien glauben darf, scheinen spezielle LED-Leuchtmittel gute Chancen zu haben, einen IQ-Testvergleich gegen manche ihrer künftigen Besitzer knapp zu gewinnen. “Intelligenten” Autos gelingt dieser Coup ja nachweisbar schon häufig – dank elektronischer Helferlein wie ESP, ABS, Abstandsradar, Spurassistent, Licht- oder Scheibenwischer-Automatik. Warum sollte das nicht ebenso mit technisch ziemlich komplexen LED-Lampen und -Leuchten funktionieren – wenn auch in kleinerem Maßstab?

Osram-Lightify-SurfaceZeit genug zur Entwicklung hatten die Hersteller ja. Das Philips-“hue”-System ist schon seit zwei Jahren auf dem Markt und wird ständig erweitert und verbessert; Osram-“Lightify” und -“Lightify Pro” durften nach der Vorstellung im März 2014 noch rund sieben Monate “reifen” – bis zur tatsächlichen Markteinführung in diesem Herbst (im Osram-PR-Bild rechts die brandneue “Lightify Surface Light Tunable White”-Leuchte mit 28 Watt, bis zu 2000 Lumen und zwischen 2700 und 6500 Kelvin steuerbar).

“Intelligente” LED-Lichtsteuerung?

Viele weitere Anbieter sind mit Bluetooth-, W-LAN-, “ZigBee Light Link”- und anderen drahtlosen Produkten bereits präsent, am Start oder wollen es zumindest bald sein. Allen Konzepten gemeinsam ist grundsätzlich die Notwendigkeit einer externen Steuerzentrale und/oder dezentralen Geräten wie Smartphone oder Tablet-Computer. Aus dieser Verknüpfung leiten einige Hersteller die Bezeichnung “intelligentes Licht” ab, obwohl es eigentlich nur relativ simple “regelbasierte Systeme” sind, die mit humaner oder “künstlicher Intelligenz” (KI) wenig bis nichts zu tun haben. Aber “Intelligenz” kann natürlich teurer verkauft werden.

Eigenwerbung Juni 2014

Warum geht’s denn überhaupt? Auf die Essenz eingedampft: Das Licht soll passend zu Anlass, Ort und Zeit in optimaler Menge, Farbe bzw. Farbtemperatur sowie möglichst automatisiert zur Verfügung stehen und auch noch bezahlbar und stromsparend sein. App-gesteuerte LED-Systeme scheitern jedoch in der Praxis häufig an diesem Lackmustest – etwa, weil sie mit horrend teuren Leuchtmitteln arbeiten, nicht alle relevanten Parameter berücksichtigen (beispielsweise die Zeitumstellungen zweimal pro Jahr oder besondere Wetterlagen), ohne direkten manuellen Zugriff nicht flexibel genug sind oder nur auf jene Nutzer beschränkt sind, die gerade via Smartphone und Georeferenzierung als anwesend und steuerungsberechtigt identifiziert werden.

Die “Basics” sind relativ einfach

Dabei sind die meisten Alltagsanforderungen recht simpel: Das LED-Licht wird prinzipiell nur angeschaltet, wenn es sonst zu dunkel wäre – also nicht bei ausreichendem Naturlicht. Die Helligkeit muss stufenlos gedimmt werden können; beispielsweise als Additiv zum Tageslicht. Die Lichtfarbe sollte chronobiologisch zur Tages- und Nachtzeit passen – also “kälter” bei Aktivität und “wärmer” bei Passivität der Bewohner. Jedes Familienmitglied im halbwegs zurechnungsfähigen Alter sollte problemlos mit der grundlegenden Bedienung klarkommen. Alles andere – etwa die Einstellung von zigtausend verschiedenen RGB-Farbtönen – ist mehr Spielerei als Notwendigkeit und verliert ohnehin schnell seinen Reiz.

Philips-hue-tapTheoretisch wären die Regel-Basics schon mit kleinen Modifikationen der vorhandenen Hausinstallation in den Griff zu kriegen. Osram bietet dafür in seinem “Lightify Pro”-System einen “Push-Button-Koppler”, der unsichtbar unter dem herkömmlichen Lichtschalter angeschlossen wird, Philips den ortsunabhängigen “hue tap”-Controller (PR-Foto rechts) als vermutlich achte bis zehnte Funkfernsteuerung im Haushalt. Wirklich “intelligent” oder “automatisch” machen solche Geräte die Lampen und Leuchten im Haushalt allerdings nicht.

LED-kompatible Sensorsteuerungen tun’s auch

PEHA-PraesenzmelderFür die meisten, teils automatisierten Lichtsteuerungsaufgaben dürften schon normale Schalter, Dimmer, Bewegungs- oder Präsenzmelder mit zusätzlichen Dämmerungssensoren und Zeitschaltern ausreichen, sofern sie mit LED-Beleuchtung kompatibel sind (im PR-Bild links ein PEHA-Präsenzmelder).

Je nach Anforderung registrieren Infrarot-, Ultraschall-, Mikro-/Radarwellen die Annäherung bzw. Anwesenheit von Personen oder Fahrzeugen, aktivieren die angeschlossenen Leuchtmittel und schalten sie nach einer voreinstellbaren Zeitspanne oder bei ausbleibender Aktivität im Erfassungsbereich wieder aus. Einfachstes Beispiel sind die verbreiteten IR-Sensor-LED-Außenstrahler, deutlich komplexer die dimmbaren und teils vernetzten LED-Straßenleuchten.

App, Smartphone und Tablet brauchen Sie hier im “Consumer”-Bereich meistens gar nicht, höchstens mal für die Erstinstallation und -Inbetriebnahme, danach geht’s auch ohne. Häufig sind nicht mal zentrale Steuergeräte erforderlich, weil jeder Stromkreis oder jede Leuchte autark funktioniert und die jeweilige Umgebungshelligkeit individuell berücksichtigen kann. Auf Zusatz-Komfortmerkmale wie Fernsteuerung via W-LAN und Internet müssen Sie dann allerdings verzichten.

Das intelligenteste Licht ist das unauffälligste

Merke: LED-Lichtsteuerung darf kein Selbstzweck sein – allenfalls für den verschwindend geringen Prozentsatz technikverliebter “Geeks” und “Nerds”, die vermutlich einen überproportionalen Anteil der Blogleser hier bilden, immer die neuesten “Gadgets” kaufen, die aktuellsten Steuer-App-Updates herunterladen, im Zimmer ein Dutzend Farbszenarien pro Minute ausprobieren und damit jeden normal veranlagten Besucher ganz fix in die Flucht schlagen – Besucherinnen sogar noch schneller.

Das beste, “intelligenteste” LED-Licht wäre für die allermeisten Haushalte wohl jenes, das wirklich automatisch, flexibel, antizipierend, im Optimalfall unmerklich ins Geschehen eingreift und sich genau so unauffällig wieder verabschiedet, wenn es nicht mehr gebraucht wird. Diesen hohen Anspruch erfüllt meines Erachtens noch kein bezahlbares Steuerungssystem auf dem Markt, obwohl damit sicher über 90% Stromersparnis gegenüber traditioneller Glühlampen- und Schaltertechnik möglich wäre – sogar mit ordentlichem Helligkeits- und Komfortgewinn.

P. S.: Vielleicht ist ja die neue “Alba”-Lampe des US-Startups “Stack” schon ein Schritt in die richtige Richtung.

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