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未来照明技术:激光大灯的应用

2017-08-14 12:41:23 admin 1915

激光大灯每瓦170流明,路照距离达600米,拥有LED大灯大部分的优点......毫无疑问,激光照明技术是世界级、颠覆性的新一代照明技术,影响和带动的产业预计将达万亿级规模。听起来俨然就是一个技术尖端、“钱景”开阔的全新领域。

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什么是激光照明?

激光照明分可见光激光照明,红外激光照明

可见光激光照明,按原理分为以下两种:蓝光激发荧光粉实现白光照明 (如2014年宝马某车型推出的激光车大灯);红绿蓝激光合成白色激光或真彩色光照明。红外激光照明,则多应用于夜视、夜间摄像头监控照明。

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激光光源是基于半极性GaN激光二极管,并结合先进的荧光粉技术。由于激光集中于荧光粉上某个微小点发射光线并转换成白光,光源能够输出安全且高度准直的白光,再加上使用微小的光学透镜及反光罩,对光进行优异的控制以实现较好的照明效果。相比蓝光LED,激光器不存在的光效下降的问题,在照明上,激光照明可实现非常高的效率。

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事实上,LD激光与LED光从激发源上看没有太大的区别,YAG激光在于多了一个受激光辐射,LED是在半导体激发光后增加了一个荧光转换,视觉上的主要区别在于激光的单色性很好,LED的光谱则要更广一些,适合显示屏、照明等。

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此外,两者的亮度没法相提并论,因为激光是直线光,方向性很强,如不经过处理亮度会比LED大很多。 激光作RGB视觉效果目前还不成熟,只停留在实验室状态,激光投影、激光电视目前也只是一个概念。

斩获诺贝尔物理学奖的“蓝光之父”中村修二曾经将激光照明与LED照明的优劣作出比较,他认为,激光照明的发光面积更小,发光效率更高,感官上更容易聚焦且照射距离更远,可以广泛应用于汽车车头灯及其他领域。

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在汽车照明应用上,目前世界知名的汽车品牌如宝马和奥迪,都正在为把这项技术应用在新产品上而作出努力。与此同时,激光照明由于是属于“点光源”,未来还有望与光纤技术集合,相信两者可以衍生出更为巨大的应用前景。

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从左至右,氙气大灯、LED大灯和激光大灯

激光大灯与传统大灯行车对比

关于在未来10年激光照明会否取代LED照明这类问题,坊间的讨论意见不一,基于激光照明体积更小、结构更紧凑、投射距离远等特点,有业内人士认为,在某些领域确实可能会取代LED照明,比如车灯和显示技术领域。在普通照明领域,有人就对激光照明在十年内取代LED照明表示存疑。不过,任何一种创新技术的发展态势都值得保持关注。

下面我们再来看看在车灯方面的应用情况。根据相关测试,激光灯的优势在于如可以通过一个镜片控制激光光束的方向,实现灵活照明,可以有指向性的照射到前方,距离是LED远光灯的两倍。在2014年1月初开幕的美国拉斯维加斯消费电子展上,奥迪就曾发布了SportLaserlightconcept概念车,这也是奥迪首款搭载激光大灯的车型,也预示着奥迪激光大灯的投入使用。

激光大灯的优势:亮度高、照射距离远、导向灵活

通常激光只能发出红、蓝、绿灯几种固定的颜色,因此有着要将它转化成一个亮度比较高的、接近自然光照明要求。白天晴天时日光的色温是5500K,奥迪激光大灯的色温也是5500K。假如在蓝色的激光笔前面涂上一层磷之后,它的光束颜色会变成白色,而奥迪Sport quattro laserlight的激光大灯运行原理是一样的,灯组内含有一个很小的激光二极管,在激光二极管的前方有一个很小的磷化层,它可以将蓝色的光束变成白色。

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奥迪的激光大灯同时存在LED和激光模组,两者相互补充来提供照明

 

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激光大灯的照射范围是LED远光灯的两倍,与LED照明系统起互补作用

5500K是比较接近日光的颜色,肉眼看会是偏白又不至于过白,奥迪方面也认为这是最合适的色温,激光大灯在远近光都可以正常使用。激光在它主要的优势是体积更小且照射距离更远,相比LED远光灯,照射距离从250米增加到500米。至于穿透力的问题,雨、雪、雾这类天气会影响到任何车灯的穿透性,激光大灯自然也不例外。

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在氙气大灯方兴未艾,LED大灯才刚刚普及之际,BMW也早在2014年就将激光大灯装备在i8上。在LED技术尚未挖掘到头的时候就迫不及待地上马激光大灯,原因何在?

除了具备了LED的大部分优点,如快速响应、寿命长、能耗低等,激光独有的定向发光以及极高亮度是其余光源所不可比拟的,特别是激光的光束发散性极小,几乎接近平行。 这也就意味着,只要有足够的能量,激光大灯照射的距离只取决于人类视力的极限。

另外,在目前的科技下激光二极管单元长度可以做到10微米,这仅仅是常规LED单元的百分之一。激光的照明效率也比LED要高许多,LED的光输出约为100Lm/W,而激光单元的光输出可达到170Lm/W。 综上,激光大灯也许会改变将来汽车前脸的设计方向,大灯总成所占车头的面积会越来越小。

BMW的激光大灯是采用了与LED普遍采用的方法,将蓝色单色光与黄磷滤镜配合而产生白光,亮度和色温都经过调整,并且需要经过反复的验证,确认对人类、动物以及周边自然环境安全无害。据介绍,BMW的激光大灯的开启条件非常苛刻,当车辆时速超过40km/h以上才可以开启,并与BMW远光灯辅助系统结合,防止驾驶者没有及时切换远、近光灯而对来车造成影响。

2015年1月开幕的CES国际电子消费展上,宝马就对外展示了一项新的激光大灯技术。在原有激光大灯可达600米最远照射距离的基础上,增加了自动调节光源角度的功能。即在检测到迎面有行驶车辆通过时,升级后的激光大灯可自动调整角度以避免与来车发生炫目情况。

2016北美CES上,BMW K1600GTL概念车首次配备了激光大灯照明科技,这项激光照明科技源于新一代BMW7系和BMW i8,并有意应用在BMW摩托车上。激光大灯能产生特别明亮的纯白灯光。官方表示,其远光灯照明范围可达 600 米,是普通LED大灯的两倍,适合长途旅行的道路照明需求。此外,激光大灯还拥有体积小、免维修和寿命长等特点。

除了车外的照明外,将来激光照射还有机会广泛运用在车内的照明上,如利用导光材料,就可以用激光实现车内照明。所以未来也很可能会用激光通过导光管来实现车内照明。

激光未来一定来

自LED大灯之后,激光大灯已相继被推出。不过可以看到,目前的激光大灯仍然处于初期阶段,普及之路还是困难重重,比如高额的成本,以及照明时产生的巨大热量等,都还是各厂商的需要克服的难题。从当下的情况来看,价格不菲的激光大灯,成本是首要解决的问题。不过小2认为,长远发展下去,激光大灯在某方面甚至最终替代LED亦是不无可能的。未来,我们敬请期待。

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