Head-up-Displays Laser fordert TFT heraus

Seit Jahren forscht BMW an einer möglichst ablenkungsfreien und sicheren Darstellung von Informationen für den Fahrer. Mit der Einführung des Head-up-Diplays (HUD) im Jahr 2003 wurde diesbezüglich ein richtungsweisender Schritt unternommen. Aktuell fokussieren sich die Ingenieure des bayerischen OEM auf die Weiterentwicklung und Optimierung der Anzeigetechnologien, egal ob bei der etablierten TFT- oder bei der zukunftsweisenden Laserprojektionstechnologie.

Bei den bisher eingesetzten HUDs wird auf der Windschutzscheibe ein virtuelles Bild erzeugt, das nur für den Fahrer sichtbar ist und für diesen „über der Motorhaube schwebt“. Dabei strahlt im Inneren der Instrumententafel eine Lichtquelle durch einen lichtdurchlässigen TFT-Bildschirm und überträgt das Bild über speziell geformte Spiegel auf die Frontscheibe. Hierbei dient die Windschutzscheibe als Reflektor, der allerdings aufgrund der gewölbten Form und der physikalischen Eigenschaften von Glas sehr komplex ist. In der Windschutzscheibe entstehen so unweigerlich Brechungen des Lichtweges, die Doppelbilder erzeugen. Um dies zu verhindern, ist eine besondere Folie in die Scheibe integriert, die für eine Überlagerung der Bilder und damit für eine homogene Darstellung sorgt.

Vollfarb-HUD für alle Darstellungen

Bisher kamen bei Head-up-Displays nur die Farben Rot, Orange, Gelb und Grün zum Einsatz. Mit dem vollfarbigen HUD von BMW stehen nun alle Farben im Anzeigeraum zur Verfügung, was neue Darstellungsmöglichkeiten eröffnet und so den Erfassensprozess für den Fahrer erleichtert. Hinzu kommt, dass sich realitätsnahe und intuitivere Bilder und Symbole dar stellen lassen – diese sind schneller erfassbar  und benötigen keinerlei Interpretation durch den Fahrer (Bild 1). Zudem lassen sich mit einem vollfarbigen Display sämtliche Verkehrsschilder authentisch darstellen. Folglich werden dem Fahrer die Schilder virtuell nun so präsentiert, wie er sie auch in Wirklichkeit neben oder über der Straße sieht – dies reduziert die Zeit der Informationsverarbeitung.

Auch bereits gewohnte Navigationsfunktionen sind durch die Vollfarbigkeit besser darstellbar, etwa eine 3Dähnliche Gestaltung mit Farbverläufen und perspektivischer Einbettung. Ein Ziel der BMW-Entwickler ist eine einheitliche Darstellung im Innenraum des Fahrzeugs. Daher soll innerhalb der verschiedenen Anzeigen möglichst kein Unterschied mehr zwischen der Gestaltung der Inhalte im Kombiinstrument, dem zentralen Informations- Display in der Mittelkonsole und dem HUD bestehen. Dadurch erhält der Fahrer eindeutige Signale und kann entsprechend schneller reagieren – unabhängig davon, welcher Anzeige er die Information entnimmt. Ein weiterer Forschungspunkt bei der Display- Technologie ist die Stromaufnahme der Lichtquellen.

Um das virtuelle Bild des HUD auf der Frontscheibe unter allen Umgebungsbedingungen gut sichtbar darstellen zu können, sind sehr hohe Helligkeiten nötig – seit der Einführung des HUD ist daher die Helligkeit von 7000 auf 11 000 Candela gesteigert worden. Um diese Helligkeit möglichst energiesparend zur Verfügung zu stellen, bereiten die Ingenieure den RGB-Farbraum so hell auf, dass auch Weiß in einer Helligkeit von 10 000 bis 11 000 Candela realisierbar ist. Bisher setzten die Entwickler als Lichtquelle hierfür über 100 LEDs ein – bei den HUDs der neuen Generation genügen hingegen nun noch weniger als zehn.

Weiteres Einspar-Potential liegt auf dem Weg des Lichts zwischen Lichtquelle und dem Display, das das virtuelle Bild erzeugt. Strahlte Licht bisher noch ungenutzt am Display vorbei, sorgt nun eine Optik für eine verlustfreie Lichtausbeute. Dadurch ließ sich der Energiebedarf nahezu halbieren und sinkt von 13 auf 7 Watt. Um eine größere Anzeigefläche zu generieren, haben die Forscher von BMW beim Head-up-Display Max in einem Versuchsfahrzeug zwei herkömmliche HUDs nebeneinander verbaut. Dadurch umfasst die Anzeige den Bereich vom Primärsichtstrahl aus bis einschließlich zwölf Grad nach rechts versetzt – also die gesamte Breite des „aktiven“ Sichtfelds des Menschen. Wäre sie breiter, könnte der Fahrer das Straßengeschehen an der Peripherie nicht mehr wahrnehmen. Die größte Herausforderung auf dem Weg zur Realisierung eines so großen HUD ist derzeit die Bauraumknappheit im Fahrzeug. Daher besteht die größte Herausforderung für die Zukunft darin, die Maße der bildgebenden Teile zu reduzieren. Mögliche Lösungswege könnten hier spezielle Linsen oder Laserprojektion statt TFT-Technologie sein.