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Ausstellungsgestaltung:
Modul der Preisträger 2024

„Digitales Licht – eine LED-Technologie für die Welt von morgen“

Für diese Innovation erhielt das Team Dr. rer. nat. Norwin von Malm, Stefan Grötsch und Dr.-Ing. Hermann Oppermann 2024 den Deutschen Zukunftspreis.

Das Modul der Preisträger 2024

Licht fasziniert die Menschen, Licht bedeutet Leben – so ist es unabdingbar für die Photosynthese als einer Grundlage der menschlichen, pflanzlichen oder tierischen Entwicklung. Licht hat für den Menschen auch immer schon eine tiefe symbolische Bedeutung, die Überwindung der Dunkelheit wird mit Sicherheit und Geborgenheit verbunden. Licht ist für die Kunst, die Philosophie, die Wissenschaft und Technologie ein faszinierendes Phänomen, das zu neuen Erkenntnissen führt, die innovative und produktive Umsetzungen ermöglichen.

Die Geschichte der künstlichen Beleuchtung reicht von der Frühzeit mit Feuer, Kerzen und Öllampen über die Erfindung der Gasbeleuchtung im 19. Jahrhundert bis zur Glühlampe, die den Beginn der elektrischen Beleuchtung markiert. Seitdem hat sich die Technologie rasant weiterentwickelt, mit Fortschritten wie Energiesparlampen, LED-Technik und smarten Beleuchtungssystemen.

Und nun das Digitale Licht: Eine erste Umsetzung findet sich in adaptiven Autoscheinwerfern, die erfolgreich im Markt platziert wurden.

Ein Scheinwerfer soll die Straße ausleuchten, andere dabei aber nicht blenden und damit gefährden – dazu muss sich das Licht exakt steuern lassen. Das gelingt mit der neuen segmentierten LED-Lichtquelle, die (derzeit) 25.600 Lichtpunkte auf einer Matrix versammelt, dabei ist jeder Pixel 40 x 40 µm2 groß und lässt sich einzeln digital ansteuern.

Dazu wird die segmentierte LED-Lichtquelle mit der elektronischen Schaltung exakt übereinander positioniert und mit einer ausgeklügelten Verbindungsschicht pixelfein verbunden. Zusammen mit einer Optik entsteht ein Scheinwerfer, der wie ein Videoprojektor funktioniert, mit einer optimalen blendfreien Hell-Dunkel-Systematik. Gleichzeitig können Piktogramme auf die Straße projiziert werden. Weitere bautechnische Feinheiten perfektionieren die Nutzung.

Digitales Licht lässt sich darüber hinaus in der Architektur, als Straßenbeleuchtung oder in künstlerischen Umsetzungen durch die einzelne Ansteuerbarkeit der Pixel sowie die Kleinheit und Energieeffizienz der segmentierten LEDs nutzen. Es kann ebenso zu neuen Formen der Verbreitung von Informationen genutzt werden; das belegen Anwendungen in AR-Brillen mit Projektionen ins Gesichtsfeld und transparente Mini-Displays. Und in Zukunft könnte es für eine parallele optische Datenkommunikation auf kurzen Distanzen Verwendung finden, was wiederum schnelle und vor allem energiesparende Anwendungen Künstlicher Intelligenz ermöglichen würde.

In der Ausstellung zum Deutschen Zukunftspreis ist das Modul der Preisträger 2024 prominent platziert und zieht mit seinem „Einfallstor“, einer künstlerischen oder spielerischen Annäherung an das Thema, die Aufmerksamkeit auf sich. Zwei Würfel symbolisieren als abstrakte Essenz die neue und spannende Verbindung von Elektronik und Licht, die durch die Arbeiten der Preisträger entstanden ist.

In direktem Kontext dazu befindet sich als ein erstes Exponat das Kernstück der Innovation als Modell im Maßstab 1.000:1: Ein leuchtender LED/CMOS-Chip-Stapel, der die Zusammenfügung des LED-Chips mit seiner Vielzahl an Pixeln mit dem CMOS-Chip, der Energie und Steuerungssignale liefert, über die besonders strukturierte Verbindungsschicht anschaulich verdeutlicht.

Den Weg von der Idee zum Produkt zeigt eine weitere Vitrine mit Exponaten und unterschiedlichen Projektionen. Sie veranschaulichen die besonderen Features und Leistungen der bisherigen Umsetzungen des Digitalen Lichts. Dazu gehören die grundlegenden Elemente wie ein Wafer mit segmentierten LED-Chips, der rund 300 Chips, mit jeweils 25.600 lichtemittierende Pixeln beinhaltet, und ein CMOS-Wafer mit Goldschicht für das spätere Verbinden der beiden Komponenten.

Darunter – und ebenso notwendig – sind die chemischen Ausgangsstoffe für die „Bumps“ positioniert: Lötpunkte, mit denen LED- und CMOS-Chips verbunden werden. Dann 30-fach vergrößert und trotzdem nur durch die Lupe überhaupt zu vermitteln, werden die Materialitäten der Bumps dargestellt: Gold-, Zinn- und dann ein Gold-Zinn-Lot. Daneben ist das Ergebnis der Verbindung zu sehen: Der segmentierter LED-Chip, der auf einen CMOS-Chip aufgelötet ist. Wiederum darunter befinden sich der LED/CMOS-Chip-Stapel und die neue LED-Lichtquelle für Autoscheinwerfer.

Ein besonderes Exponat, die erste industrielle Umsetzung des Digitalen Lichts, ein Scheinwerfer-Projektor mit der LED-Lichtquelle, ist rechts davon zu sehen. Dieser zeigt in einer Animation die Qualitäten des neu konzipierten Produktes auf.
Die Innovation der Preisträger beinhaltet weitere interessante, in die Zukunft weisende Anwendungen, eine davon ist in der seitlichen Vitrine zu erleben: Mini-Projektoren mit miniaturisierten segmentierten LED-Lichtquellen, die Bilder in hoher Auflösung auf kleinstem Raum darstellen.

Tiefergehende Informationen zur Innovation und den Exponaten sind über einen Erklär-Screen abzurufen. Darin werden physikalische und philosophische Grundlagen zum Licht und zur Beleuchtung ebenso vermittelt wie die Technologie des neuen Digitalen Lichts und deren Abgrenzung gegenüber bisher bestehenden Lichtquellen.

Im Medienterminal, einem Element, das jedem Modul der Ausstellung zugeordnet ist, befinden sich Statements der Preisträger zu ihrer Arbeit, der Entwicklung und dann der Erreichung des gemeinsamen Ziels. Dort ist auch ein Abriss über die wirtschaftliche Wirkmächtigkeit der Innovation zu finden. Die hier ebenfalls beinhaltete ZDF-Darstellung über die Innovation des am Schluss erfolgreichen Teams war Bestandteil der Preisverleihung im Herbst 2024.