Lichttechnik Neue Beleuchtungskonzepte mit Laserlicht

Fernlicht auf Laser-Basis hat eine besonders hohe Reichweite.
Fernlicht auf Laser-Basis hat eine besonders hohe Reichweite.

Für Lichttechniker ist das Laserlicht eine willkommene neue Lichtquelle, die nun etwa im BMW i8 eingesetzt wird. Aufgrund der enormen Leuchtdichte eignet sich Laserlicht insbesondere für Fernlichtfunktionen. Aber auch andere Einsatzgebiete sind möglich.

Ein verbreitetes Missverständnis im Zusammenhang mit Laserlicht ist die Annahme, dass hier ein Laserstrahl direkt zur Beleuchtung der Straße verwendet werde. Tatsächlich verlässt jedoch kein Laserstrahl den Scheinwerfer, sondern der Strahl trifft im Inneren des Schweinwerfers auf einen Leuchtstoff und regt diesen zum Leuchten an - es findet also eine Umwandlung des Laserlichts statt, die sogenannte Konversion (Bild 1).

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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 jedoch 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 Leistungsfähigkeit der Laserdiode entscheidend. Entsprechend konzentriert sich auch die weitere Entwicklung auf die hier genannten Punkte. Worin liegen nun die besonderen Vorteile von Laserlicht? Anders als manchmal vermutet, gehört die absolut erzeugte Lichtmenge nicht dazu. Leuchtmittel, die sehr hohe Lichtströme generieren, sind schon lange verfügbar. So kommt beispielsweise seit über 20 Jahren die Gasentladungstechnologie – im Auto in Form von Xenon-Scheinwerfern – zum Einsatz. Die Stärke des Lasers ist es dagegen, Lichtquellen mit bisher unerreichter Leuchtdichte zu realisieren.

Viel Licht aus sehr kleinen Scheinwerfern

Aufgrund seiner hohen Leuchtdichte kann Laserlicht viel und exakt geführtes Licht aus sehr kompakt gebauten Scheinwerfern erzeugen. Zum Vergleich: Ein gebräuchlicher Halogenscheinwerfer für Fernlicht mit einer Lichtstärke von rund 100.000 Candela (cd) hat einen Durchmesser von etwa 220 Millimetern. Für eine vergleichbare Lichtmenge benötigt die Lasertechnologie nur 30 Millimeter.

Der Scheinwerfer des BMW i8 hat allerdings keine so extrem kleine Lichtaustrittsfläche. Die Ingenieure von BMW, vom Scheinwerferhersteller ZKW und von Osram lenken das Phosphorlicht nicht direkt auf die Straße, sondern leiten dieses über einen Reflektor um. Auf diese Weise können sie die Vorteile eines Reflexionssystems nutzen und benötigen trotzdem nur ein extrem kleines Gehäuse. Das Laserlicht dient in diesem Pionierfahrzeug übrigens als Zusatzfernlicht mit Spot-Charakteristik; das normale Fernlicht kommt ebenso wie das Abblendlicht aus LEDs. Die Zusatzscheinwerfer sind auf eine optimale Reichweite des Fernlichts ausgelegt.

Das Lichtmodul im Laserlicht des BMW i8 enthält drei blaue Laserdioden der Osram-Tochter Osram Opto Semiconductors (Bild 2). Durch fortlaufende Weiterentwicklung der Laserquellen wird es in Zukunft aber möglich sein, vergleichbare Lichtmengen auch aus weniger Lasern zu generieren.

Hybride Lichtkonzepte mit LED und Laser

BMW verfolgt beim Lichtkonzept des i8 einen hybriden Ansatz, der mit LEDs realisierte Haupt-Lichtfunktionen und ein Zusatzfernlicht in Laserlichttechnik vereint. In ähnlicher Form dürfte die neue Technologie auch in Zukunft auftreten, also in Kombination mit etablierten Lichtquellen. Jede Technologie – Xenon, LED, Laser – kann so ihre besonderen Eigenschaften ausspielen. Laserlicht mit seiner hohen Leuchtdichte wird im Frontscheinwerfer eine wichtige Rolle spielen, insbesondere bei Fernlichtfunktionen. Beim Rücklicht werden als neue Technologie zukünftig organische Leuchtdioden (OLED) zur Verfügung stehen.

Die Automobilhersteller werden Laser, LED und OLED sowohl für ein flexibleres Design nutzen als auch, um ihren technischen Anspruch und ihre Innovationsfreudigkeit zu unterstreichen. Laserlicht wird 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. Eine weitere Besonderheit des Laserlichts ist, dass die eigentliche Lichtquelle, die Laserdioden, nicht zwangsläufig im Scheinwerfer sitzen müssen. 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 für die Scheinwerfer zur Verfügung steht.