Kontakt

LASER COMPONENTS GmbH
Werner-von-Siemens-Str. 15
82140 Olching / Germany

Telefon: +49 (0)8142 / 28 64-0
Fax: +49 (0)8142 / 28 64-11

E-Mail: info@lasercomponents.com

Nehmen Sie Kontakt mit uns auf. Wir sind gerne für Sie da!

(Felder mit einem * sind Pflichtfelder)
Kontaktaufnahme:
Drucken
  • English
  • Deutsch
  • Français

Photonics News 77

Mit dem Lesen der Firmenzeitschrift Photonics News bleiben Sie auf dem aktuellen Stand. Alle Technologie- und Produktneuigkeiten sowie aktuelle Informationen zum Unternehmen LASER COMPONENTS erhalten Sie hier in gebündelter Form. Abonnieren Sie die Zeitschrift noch heute – Für Sie kostenlos!

OSRAM entwickelt Laserdioden für die Automobilbeleuchtung

Blaues Laserlicht wird bereits auf der Straße eingesetzt


D77-243

Ralf Hying, OSRAM. Autofans sind fasziniert und Designer begeistert von den neuen Gestaltungsmöglichkeiten. Für Lichttechniker ist das Laserlicht eine willkommene neue Lichtquelle. Doch was steckt hinter der Technologie?
Zwei Missverständnisse sind im Zusammenhang mit dem Laserlicht verbreitet. Das erste lautet, dass ein Laserstrahl zur Beleuchtung der Straße dient. Und es nährt damit die Befürchtung, das hochkonzentrierte Licht sei gefährlich. Diese Ansicht ist aber falsch, die Angst unbegründet. Es ist zwar ein blauer Laser im Spiel, doch kein Laserstrahl verlässt den Scheinwerfer.

Laserlicht – wie funktioniert das?
Das Funktionsprinzip für die Automobil­beleuchtung ist anders. Der Laserstrahl trifft im Inneren des Scheinwerfers auf einen Leuchtstoff und regt diesen zum Leuchten an – es findet also eine „Umwandlung“ des Laserlichts statt, die sogenannte Konversion. Vergleichbar ist dieses Prinzip der Konversion mit einer klassischen Leuchtstofflampe oder einer weiß leuchtenden LED. Bei der Leuchtstofflampe wird UV Licht in sichtbares Licht umgewandelt, bei der LED wird blaues Licht umgewandelt. Leuchtstoffe heißen in der englischen Fachsprache „­Phosphors“. Das reine Element Phosphor findet keine Verwendung, vielmehr handelt es sich bei den verwendeten Leuchtstoffen um keramische Hochleistungsmaterialien, die auch Phosphorverbindungen enthalten können. Die Leuchtstoffe werden mit einem Trägermaterial zu einem teilweise lichtdurchlässigen Plättchen verarbeitet. Neben der Geometrie sind Materialwahl, Verarbeitung und optische Eigenschaften der Konvertereinheit für die Performance entscheidend und daher Gegenstand der Entwicklung.
Die zweite Fehleinschätzung beim Laserlicht betrifft die Lichtmenge. Die Entwicklung wurde nicht in Gang gesetzt, weil die vorhandenen Lichtquellen zu wenig Lichtstrom produzieren, sondern um Lichtquellen mit bisher unerreichter Leuchtdichte einzusetzen. Entwickler verfügen über ausreichend andere, herkömmliche Leuchtmittel, die bereits sehr hohe Lichtströme generieren. So kommt beispielsweise seit über 20 Jahren die Gasentladungstechnologie, im Auto in Form von Xenon-Scheinwerfern, zum Einsatz.

Viel Licht
aus ganz kleinen Scheinwerfern

Der Vorteil des Laserlichts liegt darin, viel und exakt geführtes Licht aus sehr kompakt gebauten Scheinwerfern erzeugen zu können. Ein Beispiel kann dies verdeutlichen: Ein gebräuchlicher Halogenscheinwerfer für Fernlicht mit einer Lichtstärke von rund 100.000 Candela (cd) hat einen Durchmesser von etwa 220 Millimeter. Für eine vergleichbare Lichtmenge benötigt die Lasertechnologie nur 30 Millimeter.


Hybride Lichtkonzepte
Die ersten Fahrzeuge mit Laserlicht sind bereits auf der Straße. Die Automobilhersteller setzen dabei hybride Lichtkonzepte ein: LEDs werden für die Haupt-Lichtfunktion eingesetzt; ein zusätzliches Fernlicht, welches sich erst bei höheren Geschwindigkeiten zuschaltet, wird mit Laserlichttechnik realisiert.
In ähnlicher Form dürfte die neue Technologie auch in Zukunft auftreten, also in Kombination mit etablierten Lichtquellen. Jedes Beleuchtungskonzept wird seine besonderen Eigenschaften ausspielen können und eine Vielzahl von Verbindungen ist denkbar. Neben LED, Xenon und Laser im Frontscheinwerfer kommt künftig OLED im Rücklicht zum Einsatz.
Die Automobilhersteller werden Laser, LED und OLED besonders für das Design nutzen, aber auch, um ihren technischen Anspruch und ihre Innovationsfreudigkeit zu unterstreichen. Lichttechnisch bieten Laserlichtquellen eine deutlich höhere Leuchtdichte als alle im Automobil bisher etablierten Lichtquellen. Aus diesem Grund darf Laserlicht als Spezialist für Fernlichtfunktionen gelten. Weiterhin kann es überall dort das Leuchtmittel der Wahl sein, wo sehr viel Licht bei kleinstem Einbauplatz und ebensolcher Lichtaustrittsfläche gewünscht ist. Die Ingenieure von Osram denken aber noch weiter. Sie sehen bereits Anwendungsszenarien im Innenraum des Fahrzeugs, z. B. Laserprojektoren, die bisherige Displays ersetzen könnten.

Design-Vorteile durch LWL
Eine weitere Option des Laserlichts ist, dass die eigentliche Lichtquelle, die Laserdioden, nicht zwangsläufig im Scheinwerfer sitzen muss. Über einen Lichtleiter verbunden, können sie an praktisch jeder beliebigen Stelle im Auto untergebracht sein. Das macht die Technologie besonders dann interessant, wenn im Motorraum nur wenig Einbauplatz zur Verfügung steht.

Innovative Lichttechnologie
aus jahrzehntelanger Expertise

Mit der Entwicklung von Laserdioden entsprechender Eignung begann Osram bereits 2006. Diese ersten Prototypen basieren auf Indium-Gallium-Nitrid-Verbindungen. Als das Thema Laserlicht für den Automobilbereich aktuell wurde, führte der Lichthersteller zwei bislang singulär vertretene Technologien zusammen, den Laser und den Konverter. Mit letzterem ist der anfangs beschriebene Leuchtstoff gemeint, der aus dem Laserstrahl erst das Nutzlicht erzeugt. Auf beiden Gebieten verfügt Osram über langjährige Erfahrung. So entwickelt und produziert Osram Opto Semiconductors seit nahezu 40 Jahren sowohl LED als auch Halbleiterlaser. Im Regensburger Werk werden seit 1996 InGaN-basierte Leuchtdioden gefertigt. Die bei den blauen LED erworbenen Kenntnisse kamen auch maßgeblich der Entwicklung des blauen Lasers zugute.

Eine besondere Herausforderung war die Steigerung des Wirkungsgrads für blaues Licht. Aus physikalischen Gründen setzen Laserdioden für rotes und infrarotes Licht die eingesetzte Energie besser um, als es am anderen Ende des Lichtspektrums – im blauen Bereich – möglich ist. Deshalb erzeugen Laserdioden für blaues Licht mehr Verlustwärme, die durch geeignete Kühlmaßnahmen abgeführt werden muss. Osram konnte 2013 den Wirkungsgrad für blaue Laserdioden im Wattbereich auf 30 Prozent steigern und den Kühlungsbedarf damit mindern.

Ein herausforderndes Umfeld: Die Automobilindustrie
Sehr viel Aufwand war für die Anpassung der Laserdioden an das automobile Umfeld nötig. Die Anforderungen des Betriebs und der Fahrzeughersteller sind hoch. So müssen der Scheinwerfer und damit die Laserdioden in einem Temperaturbereich von minus 40 bis plus 80 Grad arbeiten. Hohe Feuchtigkeit darf ebenfalls kein Problem darstellen. Sehr aufwändig sind auch die Tests, mit denen die Laserdioden und das gesamte Lichtmodul ihre Beständigkeit gegen starke Vibrationen beweisen müssen. Solche Belastungen sind aus der Consumer-Elektronik unbekannt. Dort ist ein deutlich niedrigerer Temperaturbereich üblich. Dieser Unterschied zeigt sich beispielsweise, wenn ein an der Windschutzscheibe befestigtes Smartphone bei warmem Wetter und Sonnenschein schon mal den Betrieb einstellt, während die Autoelektronik selbstverständlich weiter funktioniert.

Bei der Erfüllung der Vorgaben kam Osram die Erfahrung zugute, die das Unternehmen als Weltmarktführer im Automobilbereich mit anderen Licht-Produkten wie der Xenon- oder auch Halbleiter-Lichttechnologie bereits gesammelt hat. Darunter sind auch Laserdioden für Anwendungen wie die Entfernungsmessung in Fahrerassistenzsystemen. Sie haben allerdings eine weitaus geringere Leistung und arbeiten im infraroten Spektrum. Eine Laserdiode der für das Laserlicht erforderlichen Leistungsklasse war zuvor noch nie im Auto und seinen – im Verhältnis extremen – Umweltbedingungen eingesetzt worden.

Neben den technologischen Herausforderungen sind für den Serieneinsatz des Laserlichts auch solche für die Sicherheit und Zulassung zu bewältigen. Mehrere Sicherheitssysteme werden installiert, um zu gewährleisten, dass beim ordnungsgemäßen Betrieb kein Laserlicht aus dem Scheinwerfer nach außen dringen und beispielsweise das menschliche Auge schädigen kann. Die Systeme sind so konstruiert, dass selbst bei einem beschädigten Scheinwerfer – z. B. durch einen Unfall verursacht – der Laser sofort abgeschaltet wird.
Kaum etwas am Auto ist so stark reglementiert wie das Licht. Die Eigenschaften des Scheinwerfers müssen den bestehenden ECE-Regelungen genügen. So gelten die Höchstwerte von 200.000 Candela für das Fernlicht. Höhere Blendwerte als bei anderen Scheinwerfern sind also nicht zu befürchten. Das Laserlicht soll ja die Sicherheit erhöhen und nicht andere Verkehrsteilnehmer gefährden.


Ralf Hying, Dipl.-Ing. Elektrotechnik, Osram
Ralf Hying hat an der RWTH Aachen Elektrotechnik studiert. Der Diplomingenieur war zunächst mehrere Jahre bei Siemens Mobile als Entwicklungsingenieur im Bereich Elektronik und Software sowie als Projektmanager für Technologie und Innovation für Displays tätig, bevor er im Jahr 2005 zu Osram wechselte. Dort übernahm er als Projektmanager die Entwicklung der Elektronik für Projektionsapplikationen und verantwortete von 2008 bis 2011 die Leitung der Elektronik-Entwicklung für den Bereich Specialty Lighting bei Osram. Seit 2011 zeichnet er als Programm-Manager für den gesamten Bereich der Laser-Applikationen beim Münchner Lichthersteller verantwortlich.



Datenblatt:

 PL 450B 801 K
 PLT5 450B 813 K

Weitere Produktinformationen:
CW-Laserdioden (blau)

Hersteller:
OSRAM Opto Semiconductors

Kontakt:

Ansprechpartner:    Winfried Reeb
Firma:    Laser Components GmbH
Adresse:    Werner-von-Siemens-Str. 15
PLZ / Ort:    82140 Olching
Telefon:    +49 (0) 8142 2864-42
Fax:    +49 (0) 8142 2864-11
E-Mail:    w.reeb@lasercomponents.com
 

Autoscheinwerfer: Funktionsprinzip der Konversion im Durchlicht

Autoscheinwerfer: Funktionsprinzip der Konversion im Durchlicht

Autoscheinwerfer: Laserlicht schlägt LED

Reichweite Laserlicht bei Autoscheinwerfern

Blaue Laserdiode von Osram

Blaue Laserdiode

Photonics News abonnieren

Sie möchten sich regelmäßig über unsere Produkte und Services informieren? Abonnieren Sie hier unsere kostenfreie Photonics News und seien Sie ständig auf dem neuesten Stand.

Gedruckte Version abonnierenNewsletter abonnieren.

Ihr Ansprechpartner

Claudia Michalke

+49 (0) 8142 2864-85

c.michalke@lasercomponents.com