vollständiger Bericht (pdf 2,60 MB) - Plan Optik

Headlamps in LED-Technologie
Plan Optik AG
OSRAM Opto Semiconductors GmbH und Plan Optik AG führen Forschungsprojekt zur Serienreife

Die Helligkeit des 21. Jahrhunderts wird zunehmend aus
Licht emittierenden Dioden (LED) stammen. Aktuell erobern LED
auch die Aussenbeleuchtung im Automobilsektor, doch in praktisch
allen Anwendungsbereichen besitzt LED-Technologie gegenüber
anderen Lichtquellen erhebliche Vorteile. Die Plan Optik
AG hat gemeinsam mit der OSRAM Opto Semiconductors GmbH
(Regensburg) ein Forschungsprojekt in die Serienreife überführt:
Speziell beschichtete, mikrostrukturierte Wafer aus Elsoff bilden
ein wichtiges Element der LED-Hauptscheinwerfer moderner
Fahrzeuge. Im Audi R8 oder im neuen Audi A8 zum Beispiel sind
OSRAM LED eingesetzt, die Komponenten der Plan Optik AG enthalten.
LED sind Bauelemente aus Halbleitern. Im LED-Chip wird die
Energie des elektrischen Stroms bei geringer Wärmeentwicklung
in Lichtenergie umgewandelt. Weißes Licht, wie es für Hauptscheinwerfer
benötigt wird, basiert auf Indium-Gallium-Nitrid-
Substraten. In der Neuauflage des Audi A8 sind lichtemittierende
Dioden für das Abblend- und Fernlicht sowie für weitere, spezielle
Lichtfunktionen verantwortlich. Neben ihrer Effizienz überzeugen
die LED durch ihre Lebensdauer, die die eines Fahrzeugs
übersteigt. Außerdem erhöhen sie durch ihr tageslichtähnliches
Licht die Sicherheit für Autofahrer. Durch hohe Energieeffizienz
sorgen LED für wichtige Energieeinsparungen, die sich letztlich
auch in geringerem Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß widerspiegeln.
Außerdem verfügen sie über herausragende Vorteile in
punkto Wartung: Die Lebensdauer der LED-Lösungen entspricht
mindestens der des Fahrzeugs, was Lampenwechsel überflüssig
macht und Kosten für Fahrzeugbesitzer spart.
Die LED für Scheinwerferanwendungen
verfügt über fünf
Chips. Für den Bauteilschutz
und den hinreichenden Kontrast
werden spezielle Wafer von
Plan Optik eingesetzt.
OSRAM nutzt die Glaswafer von Plan Optik, um das Bauteil
LED-Chip zu schützen und gleichzeitig den Blendschutz auf der
linken Seite des Lichtfeldes, also auf der Gegenfahrbahn, sicherzustellen.
„Die Idee war, einen Silizium-Rahmen zu setzen,“ beschreibt
Georg Bogner, Leiter der Produktentwicklung Visible LED,
den Grundgedanken. Dafür werden die 150-mm-Wafer von Plan
Optik ausgesägt, so dass die einzelnen Strukturierungen als monolithische
Fenster, also gewissermaßen als Rahmen um den
LED-Chip aus einem Stück, genutzt werden können.
Damit ist der mechanische Bauteilschutz, zum Beispiel gegen
mechanische Verletzungen der Drähte, gewährleistet. Da die
einzelnen Dioden nur eine geringe Größe besitzen sind die Drahtverbindungen
zur elektrischen Kontaktierung entsprechend dünn
und empfindlich und müssen geschützt werden.
Neben dem Bauteilschutz sorgt das monolithische Fenster für
den hinreichenden Kontrast und damit Blendschutz im Abstrahlungsbereich
des LED-Arrays. Da das Licht der LEDs in Summe
gegenüber bisherigen Technologien über höhere Lumenzahlen
verfügt, kommt dem Blendschutz ganz besondere Bedeutung zu.
Durch die spezielle Mikrostrukturierung des Wafers, die hochwertige
Beschichtung und die Entspiegelung werden die Vorgaben
erreicht. „Das Kontrastverhältnis an der Kante von Hell zu Dunkel
beträgt 200:1“ erläutert Bogner. Dies ist möglich, weil die Wafer
von Plan Optik extrem plan gefertigt sind. Diese Qualität erlaubt
es, diese wenn man so will „Abdeckung“ des Lichtstrahls direkt
vor der LED zu platzieren.
Die Sicherheit der Fahrer wird durch den Einsatz der Dioden
erhöht. LED-Scheinwerfer leuchten die Fahrbahn nicht zuletzt mit
Hilfe der extremen Güte der Plan Optik-Teile optimal definiert
und blendfrei aus und erzeugen ein tageslichtähnliches Weißlicht,
welches die Kontrastwahrnehmung erhöht. Vor allem im
peripheren Sichtfeld, also dort, wo nachts plötzlich Passanten,
Tiere oder schlecht beleuchtete Fahrzeuge auftauchen können,
werden Objekte mit weißem LED-Licht besser erkannt. Aber auch
Schlaglöcher, Hindernisse und abgenutzte Fahrbahnmarkierungen
werden aufgrund der Charakteristik der LED-Beleuchtung deutlich
besser sichtbar. Ein weiterer Vorteil: Da die Farbtemperatur
der des Sonnenlichts nahe kommt, ermüden die Augen des Fahrers
nicht so schnell. Unter dem Strich hat die Technologie das
Potenzial, zahlreiche nachts verursachte Unfälle zu vermeiden.
OSRAM arbeitet mit Plan Optik zusammen, da das Unternehmen
von der langjährigen Expertise der Spezialisten für mikrostrukturierte
Wafer aus Elsoff profitiert. Früher, so Bogner,
habe man über den Siemens-Konzernverbund know-how im Nassätzen
besessen, dieses Spezialgebiet dann aber nicht weiter
verfolgt. „Plan Optik war unseren Mitarbeitern als leistungsfähiges
Unternehmen bekannt, so ist der erste Kontakt zustande
gekommen.“ In gemeinsamer Entwicklungsarbeit wurde die nun
serienreife Lösung erarbeitet. „Dabei hat sich Plan Optik als leistungsstarker
und sehr flexibler Partner bewährt“, lobt Bogner.
LEDs werden sich in vielen Bereichen aus zahlreichen Gründen
durchsetzen und verfügen damit über ein hohes Umsatzpotenzial
auch für Plan Optik: Nicht nur Abblend- und Fernlicht
lassen sich umsetzen, auch spezielle Funktionen wie Autobahnlicht,
Kurvenlicht und Allwetterlicht werden mit Leuchtdioden
realisiert. Die mit Plan Optik entwickelte Produktplattform ist aktuell
mit einem bis zu fünf LED-Chips erhältlich.
Die LED-Technologie macht´s möglich: Die aufwändige Mechanik
mit Stellmotoren, die beispielsweise für die Umsetzung
eines Kurvenlichts mit herkömmlichen Leuchtmitteln nötig ist,
kann dank entsprechend ausgerichteter LED entfallen. Scheinwerfer
entwickeln sich so von einem mechanisch geprägten Bauteil
zu einem Elektronikmodul, das mit der restlichen Fahrzeugelektronik
vernetzt arbeiten kann. Bei einem neuartigen
blendfreien Fernlicht werden zum Beispiel Daten des Navigati-
onssystems sowie Informationen aus einem lichtbasierten Fahrerassistenzsystem
kombiniert. Dadurch kann das Beleuchtungssystem
in Kurven oder bei Gegenverkehr selbstständig nur die
nötigen Bereiche der Straße ausleuchten. Eine besondere Rolle
spielen dabei künftig auch LED-Arrays: Je nach Lichtfunktion können
einzelne LED-Pixel zu- oder abgeschaltet werden, was eine
perfekte Anpassung des Lichts an unterschiedliche Bedingungen
ermöglicht.
Die elektrisch ansteuerbaren LED-Chips lassen sich mit Sensoren
im Automobil verknüpfen und sogar die Navigationsdaten
für die optimale Steuerung des Lichts mit einbeziehen. Dank der
Navigation weiß das Lichtsystem, wo sich das Fahrzeug gerade
befindet. Es erkennt Ortschaften und schaltet auf das breiter
strahlende Stadtlicht um. Auch Kreuzungen sind bekannt, und
natürlich weiß das System auch, wann auf der Autobahn das
weitreichende Autobahnlicht benötigt wird.
LED-Licht erlaubt es den Designern, durch die Verwendung von
mehreren Lichtmodulen die Umsetzung eines markentypischen
Auftritts zu realisieren. Ein Vorteil, der angesichts immer ähnlicher
werdenden Grundformen als Folge des aerodynamischen
Die Weiterverarbeitung von LED-Chips findet bei OSRAM
Semiconductors stets unter Reinraumbedingungen statt.
Diktates nicht zu unterschätzen ist. Die geringe Baugröße bei
hoher Lichtleistung und hoher Bedarfsgerechtigkeit des Lichtes
erlaubt gleichzeitig aerodynamisch günstige Konstruktionen an
der Stirnfläche des Automobils.
Neben dem Automotive-Bereich inklusive der Sparte Nutzfahrzeuge,
der sich im Fall der LED-Technologie als Innovationstreiber
bestätigt, sehen Analysten breite Anwendungsmöglichkeiten
zum Beispiel in der Signaltechnik etwa im Schienen- oder
Flugverkehr. Denn LEDs ermöglichen eine Colour on Demand-
Funktion. Das bedeutet, durch veränderte elektrische Ansteuerung
des Chips lässt sich die Farbgebung verändern. Man benötigt
also nicht mehr grüne, gelbe oder rote Lampen oder
Vorsatzgläser, sondern kann das Licht direkt an der Quelle verändern.
Plan Optik bietet für solche Anwendungen mit der Conductive
via Wafer-Technologie bewährte Lösungen an, um bei gleichzeitiger
hermetischer Verkapselung der zentralen Bauteile
kompakte und vielseitige Arrays umzusetzen.
Fazit: LED-Technologie wird sich im Automotive-Bereich durchsetzen
und wie andere Technologien zuvor von der Luxusklasse
in untere Marktsegmente hindurchdiffundieren.
n Info-Kasten LED:
LED sind Bauelemente aus Halbleitern. Im LED-Chip wird die Energie
des elektrischen Stroms bei geringer Wärmeentwicklung in Lichtenergie
umgewandelt. Dabei wird ein sehr schmalbandiges Licht ausgesendet.
Eine Leuchtdiode besteht aus mehreren Schichten (layer) halbleitenden
Materials. Beim Betrieb der Diode mit Gleichspannung wird in der aktiven
Schicht Licht erzeugt. Das erzeugte Licht wird direkt oder durch
Reflexionen ausgekoppelt. Im Gegensatz zu Glühlampen, die ein kontinuierliches
Spektrum aussenden, emittiert eine LED Licht in einer bestimmten
Farbe, die wiederum vom verwendeten Halbleiter-Material
abhängt.
Zwei Materialsysteme (AllnGaP und InGaN) werden benutzt, um LED mit
hoher Helligkeit in allen Farben von Blau bis Rot und auch in Weiß
(Lumineszenzkonversion) zu erzeugen. Dabei sind unterschiedliche
Spannungen erforderlich, um die Diode in Durchlassrichtung zu betreiben.
Um weißes Licht zu erzeugen, wird das Licht von blauen LED durch
meist phosphorhaltige und damit gelbe Leuchtstoffe geleitet. Durch die
Zusammensetzung des Leuchtstoffes wird die Lichtfarbe gesteuert.
Die rasante Entwicklung der Leistungsfähigkeit der LED macht sie jetzt
zusammen mit der Hochtechnologie von Plan Optik auch für das Abblend-
und Fernlicht nutzbar. Dabei nähert sich die Lichtfarbe der weißen
LED mit einer Farbtemperatur von ca. 5.500 Kelvin dem Tageslicht (ca.
6.000 Kelvin) noch wesentlich weiter an als das Xenonlicht mit ca.
4.000 Kelvin. Die Lichtausbeute der LEDs steigt rapide: Liegt sie heute
bei mehr als 40 lm/W, so gibt es in den Forschungslabors bereits Prototypen
mit ca. 130 lm/W. (im Vergleich dazu Xenonlicht: ca 90 lm/W,
Halogenlicht 20 lm/W).

Über OSRAM Opto Semiconductors
As one of the world‘s leading manufacturers of optoelectronic
semiconductors for the lighting, sensor and visualization
sectors, OSRAM Opto Semiconductors regularly launches
new technologies and products that make a lasting
difference to these sectors.
More than three decades of experience in the development
and manufacture of optoelectronic semiconductor
components have made OSRAM Opto Semiconductors one
of the most significant innovation and technology drivers
in Germany. With its solid platform of experience and
know-how, OSRAM Opto Semiconductors is not only a manufacturer
of optoelectronic semiconductor components
but also as a reliable partner for semiconductor technologies
in a wide range of lighting applications. The extensive
product portfolio of OSRAM Opto Semiconductors includes
above all high-brightness high-power LEDs in the visible
range.
With its headquarters in Regensburg (Germany), Sunnyvale
(USA) for North America and Hong Kong for Asia, production
sites in Regensburg (Germany) and Penang (Malaysia)
and a global network of sales and marketing
centers, OSRAM Opto Semiconductors is in an excellent position
to meet the challenges faced by a global high-tech
company.
Plan Optik AG
Über der Bitz 3
56479 Elsoff • Germany
Über Plan Optik
Die Plan Optik AG liefert als Technologieführer in der Herstellung
strukturierter Wafer die aktiven Elemente für zahlreiche
Anwendungen der Mikro-Systemtechnik in unterschiedlichen
Branchen. Die Wafer aus Glas, Glas-Silizium
oder Quarz werden in Durchmessern bis zu 300 mm angeboten.
Insbesondere in den Bereichen Health Care (Mikrodosiersysteme,
Lab on Chips), Automotive (Sensoren für
Fahrerassistenzsysteme und Motorsteuerung), Luft- und
Raumfahrt (Stell- und Lagesensoren) sowie Consumer
Electronics basieren innovative Lösungen auf mikrostrukturierten
Bauteilen von Plan Optik. Durchkontaktierungswafer
sowie Wafer als Carrier in der Halbleiterindustrie finden
zunehmende Verbreitung. Die Herstellung von Mikrolinsen
aus Glas auf Waferebene hat Plan Optik zu einem wichtigen
Lieferanten für Anbieter von Mikrooptiken werden
lassen.
Plan Optik arbeitet mit Kunden wie OSRAM, Infineon, Motorola,
Samsung, Honeywell, Zeiss und Bosch zusammen
und adressiert damit Märkte in Asien, Europa und Nordamerika.
Das Unternehmen ist im Open Market (Entry Standard)
der Frankfurter Wertpapierbörse notiert.
T +49 2664 5068 0
F +49 2664 5068 91
info@planoptik.com
www.planoptik.com