Laserlicht: Neue Scheinwerfertechnologie

Wegweisende Lichttechnologie für das Fernlicht

Der BMW i8 und der Audi R8 LMX kamen 2014 nahezu zeitgleich als erste seriengefertigte Autos mit Laserscheinwerfern auf den Markt. Wir waren an der Entwicklung der innovativen Laserlichttechnologie maßgeblich beteiligt. Dieser Beleuchtungstrend eröffnet ganz neue Horizonte für das Design und die Performance von Scheinwerfern.

DR. ROLAND FIEDERLING, PORTFOLIOMANAGER:

Mit Lasertechnologie können Scheinwerfer künftig wesentlich kleiner und effizienter konstruiert werden.

Laserlicht ist eine absolute Innovation in der Automobilbeleuchtung und der nächste große Schritt seit der Einführung von Halogen-, Xenon- und LED-Scheinwerfern. Diese Lichttechnologie eröffnet ganz neue Horizonte für das Design und die Performance von Scheinwerfern. Laserdioden überzeugen insbesondere durch ihre geringe Größe: Eine Laserdiode generiert einen fast punktförmigen Lichtstrom von wenigen Mikrometern Durchmesser.

Bereits heute ist die Helligkeit mindestens vier Mal so stark wie die einer LED. Dies bedeutet, dass Scheinwerfer in Zukunft noch kleiner gebaut werden können als bisher – ohne auf Lichtleistung verzichten zu müssen.

Der größte Vorteil für Fahrer: Scheinwerfer mit Laserlicht haben unter allen derzeit verfügbaren Technologien die größte Reichweite. Für den Fahrer bedeutet dies bessere Sicht und höhere Verkehrssicherheit.

BMW i8, Audi R8 LMX und die neue BMW 7er-Serie: die ersten seriengefertigten Fahrzeuge mit Laserscheinwerfern

Der BMW i8 und der Audi R8 LMX kamen 2014 nahezu zeitgleich als erste seriengefertigte Autos mit Laserscheinwerfern auf den Markt. 2015 folgte die neue BMW 7er-Serie. Als Systempartner spielten die Experten von OSRAM dabei eine maßgebliche Rolle: Durch die Lasertechnologie erreicht das Fernlicht dieser Fahrzeuge eine Reichweite von bis zu 600 Metern - doppelt so weit wie derzeitige herkömmliche LED-Scheinwerfer.

Laserlicht im Auto: Fragen und Antworten zu innovativer Lasertechnologie

FRAGE 1:

Wie genau funktioniert Laserlicht?

Dass das Fernlicht im BMW i8 bis zu 600 Meter weit reicht – und damit doppelt so weit wie bisher mit dem LED-Fernlicht üblich – ist den maßgeblich von uns entwickelten Lasermodulen zu verdanken, die in die Voll-LED-Scheinwerfer integriert sind.

Sie werden aktiviert, sobald die Fahrgeschwindigkeit 70 km/h übersteigt und über die Bordkamera sicher erkannt wird, dass kein Gegenverkehr herrscht. Dabei nutzen wir den physikalischen Vorteil des Lasers.

Laserdioden können bei minimalem Platzbedarf sehr viel Licht erzeugen. Eine Laserdiode generiert auf wenigen tausendstel Millimetern einen nahezu punktförmigen Lichtstrom – so können die verwendeten Linsen sehr klein ausfallen.

Die extrem große Lichtintensität ist es auch, die die große Reichweite ermöglicht.

FRAGE 2:

Wie genau wird der Laserstrahl produziert, und was sind die einzelnen Arbeitsschritte?

Grundlage für das Laser-Fernlicht ist eine Entwicklung aus den Forschungslaboren von OSRAM Opto Semiconductors in Regensburg. Erst seit wenigen Jahren stehen blaue Laserdioden mit ausreichend hoher Leistung von mindestens einem Watt zur Verfügung. Sie basieren auf der Indium-Gallium-Nitrid-Technik und wurden ursprünglich für professionelle Projektionstechnik entwickelt. Die Lichtfarbe kann bei solchen Laserdioden durch das Mischungsverhältnis der Elemente Indium und Gallium in weiten Grenzen frei eingestellt werden.

Einfach übernehmen kann man die Laserdioden ins Automobil allerdings nicht: Dort müssen sie in einem weiten Temperaturfenster von minus 40 bis plus 100 Grad Celsius funktionieren.

Es war harte Arbeit, Laserdioden zu entwickeln, die bei Temperaturen von mehr als 50 Grad sicher funktionieren, denn solche Temperaturen sind bei intensiver Sonneneinstrahlung schnell erreicht.

Die Laserdioden emittieren monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge von 450 Nanometern, das vom menschlichen Auge als blau wahrgenommen wird. Dieses Licht wäre für den Einsatz im Automobil ungeeignet. Benötigt wird hier weißes Licht, am besten mit einer Farbtemperatur von rund 5.500 Kelvin.

Daher haben unsere Spezialisten ein Modul entwickelt, in dem das Laserlicht aus mehreren Dioden zunächst auf einen Konverter trifft. Dieser wandelt mit Hilfe eines Leuchtstoffes blaues in weißes Licht um - genauso, wie es auch bei modernen Leuchtdioden passiert.

FRAGE 3:

Wann begann Ihr Unternehmen mit der Entwicklung von Laserlicht, was waren dabei technische Meilensteine, und wer waren dabei die Projektpartner?

Die Entwicklung automotiver „Laser Activated Remote Phosphor“-Lichtquellen (LARP) startete vor ca. fünf Jahren. Meilensteine waren dabei die Erarbeitung der verschiedenen Konzepte sowie die Entwicklung der Prototypenlevel bis hin zur Serienfertigung.

FRAGE 4:

Wo fand diese Forschung und Entwicklung statt?

Die Entwicklung der Automotiven LARP-Systeme ist eine globale Zusammenarbeit verschiedener Bereiche von OSRAM. Die Sparten Specialty Lighting, Opto Semiconductors und Corporate Technology haben dabei sehr engzusammengearbeitet. Heute sind die daraus entstandenen Produkte Teil des Produktportfolios von OSRAM CONTINENTAL.

FRAGE 5:

Worin unterscheidet sich der Laser für den Autoscheinwerfer von Lasern für andere Bereiche (zum Beispiel Entertainment)?

Die wesentlichen Unterschiede der automotiven LARP-Systeme zu anderen Bereichen sind die spezifischen Kundenanforderungen aus der Automotive-Branche an den Bauraum, die Umweltbedingungen sowie die Schnittstellen zum Scheinwerfer und der Zeit- und Kostendruck.

FRAGE 6:

Wie viel kostet ein Scheinwerfer mit Laserlicht? Wie lassen sich in Zukunft die Kosten reduzieren?

LARP-Systeme sind heute noch kostspielige Lösungen für die Premium-Fahrzeughersteller. Die Kosten können durch steigende Stückzahlen gesenkt werden. Dies ist beispielsweise durch die Implementierung der LARP-Systeme in Mittelklasse-Fahrzeuge möglich.

FRAGE 7:

Worin besteht der Vorteil von Laserlicht gegenüber anderen Lichttechniken (Halogen, Xenon, LED)?

Laserlicht erzeugt extrem hohe Leuchtdichten, welche weit oberhalb der Leuchtdichte von konventionellen Technologien liegen. Die erreichbare Leuchtdichte einer Laserlichtquelle ist mindestens um den Faktor 3 höher als bei LED Lichtquellen. Dies ermöglicht den Einsatz von sehr kleinen optischen Komponenten. Diese können im Scheinwerfer beliebig angeordnet werden und generieren somit sehr großen Freiraum für den Scheinwerfer-Designer. Im Umkehrschluss können ähnlich große optische Systeme, wie sie bei LED Anwendung finden, zu extremen Reichweiten führen. In den aktuellen Serienfahrzeugen werden bis zu 600 Meter Reichweite erzielt.

FRAGE 8:

Wie ist der Status quo und wie sieht die Roadmap des Laserlichts für die nächsten Jahre aus?

LARP unterliegt einem starken Entwicklungsdruck. Neben den heutigen komplexen Systemen im Serieneinsatz wird es in Zukunft auch kleinere Packages geben, welche den Scheinwerfer-Designern freien Raum lassen sowie neue Anwendungsgebiete eröffnen. In Zukunft werden komplexe Module mit einer entsprechenden Lichtstrom-Performance sowie kleine, kompakte Module mit niedriger Performance angeboten werden.