LED- und OLED-Lichttechnik I...1.Auflage2017,378Seiten ISBN 978-3-8343-3394-0 59,80EUR...

Wissen.Impulse.Kontakte. April 2019

Licht ist Design und hatgleichzeitig eine FunktionLicht im Fahrzeug bietet einen ästhetischen Mehrwert und ist gleichzeitig funktional.Doch zur Umsetzung ist umfangreiches Expertenwissen notwendig.

SONDERHEFT LED- UND OLED-LICHTTECHNIK I

www.elektronikpraxis.de

LED-Pixelschein-werfer im EinsatzSie können den Gegen-verkehr ausblenden oderprojizieren Informationenauf die Straße. Seite 12

Messtechnik fürScheinwerferNormen gelten auch fürLED-Scheinwerfer. Für dieUmsetzung sorgt präziseMesstechnik. Seite 20

Qualität ohneKompromisseMit Qualifizierungspro-grammen soll die Qualitätvon fertigen LED-Modulengarantiert werden. Seite 32

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EDITORIAL

ELEKTRONIKPRAXIS LED und OLED-Lichttechnik April 2019

Die leuchtende Wohlfühlkugelgleitet durch die Stadt

Es ist ein trüber und regnerischerWintermorgen. Die Menschen lau-fen auf den Gehwegen, ohne hoch-

zuschauen.Dannerscheint ein Zebrastrei-fen auf der Straße, die Fahrzeuge haltenanunddie Leute könnendie Straßeüber-queren.Allerdings, andieser Stelle befin-det sich kein stationärer Fußgängerüber-weg. Vielmehr wird dieser von einemautonomen Fahrzeug auf die Straße pro-jiziert.Was sichnochnach ferner Zukunftanhört, ist mit modernen LED-Pixel-scheinwerfern möglich.Fahrenkünftig autonomeVehikel durch

die Stadt, dann müssen sie sich bemerk-barmachen.Hierwird Licht eine zentraleRolle spielen. Aber nicht nur das Exteri-eur-Licht wird wichtiger, auch im Fahr-zeug spielt Licht eine entscheidende Rol-le. Wer sich in ein modernes Auto setzt,wird nicht nur von den vielen Displaysbeeindruckt sein. Dezente Leuchtengeben Orientierung und blinken, wenneineGefahr droht. Setztman sich in solchein Gefährt, dann soll man die Zeit sinn-voller nutzen, als nur selbst Auto zu fah-ren. Schließe ich künftig die Wagentür,dann empfängt mich warmes Licht, undich soll mich gleich geborgen fühlen. Umbei demBild des regnerischenWintermor-

„Das autonome Fahrzeugweiß dank cleverer Algo-rithmen, welches Lichtbenötigt wird.“

Hendrik Härter, [email protected]

gens zu bleiben: Ich fühle mich willkom-men und der Alltag außerhalb des Autosist schnell vergessen. Einfach nur einBuch lesen?DaspassendeLeselicht sorgtfür ausreichend Helligkeit. Am Laptoparbeiten oder einfach ruhig in den Tagstarten, mein autonomes Fahrzeug weißdank clevererAlgorithmenundhinterleg-tenProfilen,welches Lichtmir gerade guttut. Zudem ist das Fahrzeugwie ein SmartHome vernetzt. So sitze ich in der Wohl-fühlkugel und gleite völlig autonom anmein Ziel. Plötzlich ist alles dunkel undich stoppe. Aufgeregt suche ich nach ei-nemSchalter: Ist derAkku leer,wurdedasAuto gehackt oder hat sich eine Softwareinstalliert? Doch dann ein leises Schnur-ren und das Fahrzeug ist wieder hell undsetzt seinen Weg fort. Es ist wieder alleshell und der Schreck schnell vergessen.Nur, was passiert beim nächsten Mal?

Herzlichst, Ihr

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4 ELEKTRONIKPRAXIS LED und OLED-Lichttechnik April 2019

SCHWERPUNKTE6 Light Fidelity: Drahtlos Daten mit der LED übertragen

Seit dem Jahr 2005 wird an der sicheren Datenübertragungmit Licht geforscht. Doch erst jetzt hat sich Li-Fi etabliert.

LED-LeuchtenTITELTHEMA

8 Beleuchtung ist Design und FunktionLicht im Fahrzeug setzt hohe technische Anforderungenvoraus. Mit diesemWissen lassen sich auch Industrie-Produkte nicht nur funktional beleuchten.

LED im Kfz12 LED-Pixelscheinwerfer im Einsatz auf der Straße

LED-Scheinwerfer mit Pixeltechnik leuchten bestimmteBereiche besser aus und der Gegenverkehr wird nichtgeblendet. Selbst Informationen lassen sich mit ihnenauf die Straße projizieren.

16 Die Vorteile vernetzter LEDs in einem FahrzeugLicht hat in einem Fahrzeug neben dem emotionalenAspekt auch eine wichtige Sicherheitsfunktion. Seiteiniger Zeit arbeitet BMW an der ISELED, bei der LED undLogikcontroller eine Einheit bilden.

20 Was Messtechnik für LED-Scheinwerfer leistetDie LED für Automobilbeleuchtung sorgt für Sicherheit undKomfort auf der Straße. Doch müssen LED-Scheinwerferverschiedene Normen einhalten. Hier ist hochpräziseMesstechnik gefragt.

Licht mit LED26 Optimal dosiertes LED-Licht für die Pflanzenzucht

Sollen Pflanzen ohne natürliches Sonnenlicht wachsenund reifen, dann ist neben Wärme und Feuchte vor allemabgestimmtes und schmalbandiges LED-Licht notwendig.

28 Dynamische Lichtszenen mit MikrospiegelaktorDigital Micromirror Device (Mikrospiegelaktor) inProjektoren sind vorteilhafter gegenüber mechanischenSystemen. Der Beitrag beschreibt diese Funktionselemente.

31 Was ein LED-Treiber bieten sollteEin LED-Treiber ist mehr als ein Stromversorger für dieBeleuchtung. Auf Basis eines modularen Ansatzes werdenvorhandene Leistungsbausteine mit einer digitalen Steuer-einheit verknüpft.

32 Bei der Qualität von LEDs gibt es keine KompromisseLED-Hersteller müssen nicht nur ihre Chips testen, son-dern auch die Materialien. Notwendig sind aufwendigeQualifizierungsprogramme. Nur sie garantieren die spätereQualität der fertigen LED-Module.

36 Die Wahl des geeigneten KühlverfahrensDas Wärmemanagement spielt bei der LED-Beleuchtungeine wichtige Rolle. Doch schnell stellt sich für den Ent-wickler die Frage, welches Kühlverfahren am besten passt.

39 Rotes Emittermaterial für warmweiße LEDsIn dem Projekt EuroLED arbeiten vier Partner an derEntwicklung eines nanoskaligen Leuchtstoffsystems fürwarmweiße LEDs, das auf einem neuen Konzept basiert.

LED-LEUCHTEN

Beleuchtung ist Designund FunktionLicht ist nicht nur ein besonderes Designelement,um den Innenraum eines Fahrzeugs zu betonen.Gleichzeitig lässt sich mit Licht Funktionen abru-fen oder auf Gefahren hinweisen. Beispiele sindKofferraumleuchten, Logo-Beleuchtungen oder ganzindividuelle Ambiente-Beleuchtungsszenarien.Doch die Umsetzung ist aufwendig und erfordertviel Expertenwissen. Auf solches Wissen greifen jetztauch verstärkt viele Industrie-Anbieter zurück.

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INHALT

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5ELEKTRONIKPRAXIS LED und OLED-Lichttechnik April 2019

40 Leuchtende Motorradkleidung sorgt für SicherheitKünftig können Motorradfahrer leuchtende Jacken tragen,damit sie bei schlechten Sichtverhältnissen im Straßenver-kehr besser gesehen werden. Solche leuchtenden Textiliengibt es sowohl mit LEDs aber auch mit OLED-Technik.

RUBRIKEN3 Editorial

42 Impressum

20 Was Messtechnik fürLicht leistet

36 Die Wahl des geeignetenKühlverfahrens

26 Optimal dosiertes LED-Licht für Pflanzen

40 Leuchtende Motorrad-kleidung im Verkehr

Smart Home Kongress23.-24. Oktober 2019, NürnbergDer Kongress bietet eineNetzwerk-Plattform mit Vorträgen und einer Fachausstellung sowieinteraktiven Expertenrunden und Working Sessions.Teilnehmer können so Marktchancen identifizieren und sich einenWissensvorteil erschließen, der wirtschaftlichen Nutzen und Mark-terfolg mit sich bringt.www.smarthomekongress.de

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NEWS // ANWENDUNG


Light Fidelity: Drahtlos Daten mitder LED übertragen

Seit 2005 wird an der Datenübertragung mit Licht geforscht. Doch erstin den letzten Jahren hat sich Li-Fi etabliert. Denn mit LED-Leuchten

lassen sich sicher Daten übertragen.

Hinter Light Fidelity (Li-FI) steckt diedrahtlose Datenübertragung mitLicht, womit Kommunikation in

Echtzeit möglich wird. Geforscht wird unteranderem am Dresdner Fraunhofer-Institutfür Photonische Mikrosysteme (IPMS). Ob-wohl Li-Fi schon länger als potenzielle dis-ruptive Technik diskutiert wird, ist die brei-tereÖffentlichkeit erst jetzt so richtig auf dasThemaaufmerksamgeworden. Eine Infogra-fik vonRSComponents betrachtet die Light-Fidelity-Technik näher (Kasten). Li-Fi galtzunächst als reine Underdog-Erfindung. Siebesitzt jedoch einige Stärken, weswegen ander Kommunikation mit sichtbarem Licht,auch Visible Light Communication (VLC)genannt, bereits seit 2005 geforscht wird.

Li-Fi und die Vorteile, Datenmit Licht zu übertragenZu ihren Stärken zählen: hohe Abhörsi-

cherheit und hohe Datenrate. Light Fidelityfunktioniert mit eigens entwickelten LEDs,die mit einer speziellen Signalverarbeitungausgestattet sind und im Lichtstrahl einge-bettete Daten mit ultrahohen Geschwindig-keiten an einen Fotodetektor senden. Ein

Empfänger-Dongle wandelt die Amplitu-denänderungen in ein elektrisches Signalum, das wiederum in einen Datenstromtransformiert wird.Sowohl Wireless als auch Light Fidelity

haben Vor- und Nachteile. Auch wenn dieZielsetzung für die Li-Fi-Technik sehr hochist, so kann man in naher Zukunft nicht aufWi-Fi verzichten. Sie ist nach wie vor die ef-fizientereMethodeund rund60%des globa-len Datenstroms werden darüber abgewi-ckelt. WährendWi-Fi Hochfrequenz als Me-dium zur Datenübertragung nutzt, funktio-niert die Kommunikation zwischenLi-Fi-Geräten auf Basis von VLC und ist bi-direktional. DieseArt derDatenübertragungbeugt Störungen durch elektromagnetischeWellen vor. Erste Tests des Fraunhofer IPMSergaben, dass dieDatenübertragungsrate bei12,5 GBit/s liegt. Allerdings auf einer kurzenStrecke von 10 cm. Das ist eine bis zu Faktor100 schnellere Rate als die von Wi-Fi. Einweiterer Vorteil ist die Datensicherheit: Jedeeinzelne LED stellt einen separaten Daten-kanal dar. Allerdings liegt hier eine der größ-ten Schwächen, da die Datenübermittlungnur bei direkter Sicht auf den Empfänger-

Hohe Datenraten mit LED-Licht übertragen: Li-Fi hat im Vergleich zu Wi-Fi Vor- aber auch Nachteile.

Bild:©

MG-stock.ado

be.com

Li-Fi im ÜberblickRS Components hat eine Infogra-fik erstellt, in der sich Interessierteüber den aktuellen Stand zum ThemaInternetmit Licht informieren können.In der online verfügbaren Grafik wirdnicht nur erklärt, was Li-Fi ist und wiees funktioniert, sondern es wird ineinem Vergleich zu Wi-Fi gezeigt, wodie Vor- und Nachteile liegen. Überden Link https://bit.ly/2C3XmmFkommen Sie direkt zur Infografik.

Dongle funktioniert. Li-Fi-Signale lassen sichnicht durchWände übertragen.Durch denAusbau von 5G steigt die Nach-

frage nach drahtlosen Netzwerken. Somitsteigt die Nachfrage nach Light Fidelty imUmfeld des Internet of Things. Aus diesemGrund beteiligen sich verschiedene Unter-nehmen an der Ausarbeitung dieser disrup-tivenTechnik.Dazu zählendas französischeUnternehmenOledcommsowie Signify (ehe-mals Philips Lighting). Letzteres hat erst vorKurzem in Hamburg ein marktreifes Li-Fi-System demonstriert und letztes Jahr LED-Leuchtenmit Li-Fi-Technik herausgebracht.Oledcommhat auf der CES 2019 in LasVegasebenfalls marktreife Produkte vorgestellt;unter anderem eine Schreibtischlampe, diebis zu 16 mit Dongles ausgestattete Gerätemit Li-Fi-Internet versorgen kann. Zudemplant das Unternehmen die Installation von250.000 Li-Fi-fähigen LED-Leuchten in derPariserMetro, für einendrahtlosen Internet-zugang.Renommierte Institutewie das Institute of

Electrical and Electronics Engineers (IEEE)sind an der Technik interessiert und verfol-gen bereits das Ziel, sie zu normieren. DeraufkommendeHype soll bis 2022 in anwend-baren Produkten resultieren. // HEH

RS Components

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LED-LEUCHTEN // ANWENDUNG

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TITELSTORYLicht ist nicht nur ein besonderesDesignelement, um den Innen-raum eines Fahrzeugs zu betonen.Gleichzeitig lässt sich mit Licht aufGefahren hinweisen oder andereFunktionen abrufen. Beispiele da-für sind Kofferraumleuchten, Logo-Beleuchtungen oder individuelleAmbiente-Beleuchtungsszenarien.Doch die Umsetzung ist aufwendigund erfordert viel Expertenwissen.Auf solches Wissen greifen jetzt auchverstärkt viele Industrie-Anbieterzurück. In den letzten Jahren hatsich Mentor viel Know-how in BezugBeleuchtung angeeignet. Das Wis-sen fließt nun verstärkt auch in dieEntwicklung von Industrieprodukten.


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In Fahrzeug und Industrie –Licht ist Design und Funktion

Licht im Fahrzeug setzt hohe technische Anforderungen voraus. Mitdem Wissen lassen sich auch Industrie-Produkte beleuchten. Das

produktintegrierte Licht ist Design und Funktion in einem.

SEBASTIAN WETTE *

* Sebastian Wette... arbeitet als Produkt-Manager beiMentor Präzisions-Bauteile in Erkrath.

Ein Klassiker der Filmzitate stammt ausRambo III: „Wozu ist das? – Das istblaues Licht. – Und was macht es?“ –

Es leuchtet blau.“ Licht hatte schon immereine besondere Stellung. Wer aufmerksamseine Umgebung betrachtet, stellt fest, dassLicht viel mehr kann als einfach nur zuleuchten. Die Funktion von Licht über denfunktionalen Aspekt hinaus erkannten vorallem die Automobilbauer frühzeitig. AufLicht im Fahrgastinnenraum liegt dabei einbesonderer Fokus. Neben dem ästhetischenMehrwert hat Licht im Fahrzeug vor allemeine Funktion: Es soll spezifischeDesignele-mente hervorheben und dem Fahrer dabeihelfen, den Innenraum besser wahrzuneh-men und sich zu orientieren.Ob Ambiente, Kontur oder Funktionsbe-

leuchtung: Gefragt ist eine weitreichendeErfahrung, um den Innenraum gemäß kun-denspezifischerAnforderungen zu illuminie-ren. Mentor verfügt über umfangreichesKnow-how und bietet nicht nur Kunden ausdemAutomobilbau seinWissen vomKonzeptbis zur Serie an. Unternehmen aus vielenBereichen setzen auf Mentor. Dem Kundensteht dabei ein ExpertenteamzurVerfügung,das sie von der Entwicklung, Beschaffungund Produktion bis hin zur Logistik und zurQualitätskontrolle berät und betreut.

Hoher Anspruch von Seiten derAutomobilherstellerGegründet wurde Mentor vor knapp 100

Jahren.DasUnternehmensziel galt vor allemder Produktion elektronischer Bauteile. DerTrend, Licht als Kommunikationsmittel inForm unterschiedlich beleuchteter Tasterund Schalter zu nutzen, erweiterte das Ge-

schäftsfeld um optoelektronische Bauteile.Noch heute produziert Mentor LED-Baustei-ne, derenLeuchtfarbe auf denGerätezustandverweist. Gleichzeitig ergab sich durch dieenge Zusammenarbeitmit der Automobilin-dustrie die Entwicklung immer komplexererLED-Lichtlösungen. Heute arbeitet Mentormit bedeutendendeutschenund internatio-nalen Automobilbauern zusammen, um In-terieur-Lichtanwendungen gemeinsam zuentwickelnundumzusetzen.ObKofferraum-leuchte, Logobeleuchtungoder individuelleAmbientebeleuchtung:Umdieunterschied-lichenKundenprojekte umsetzen zukönnen,steht Mentor ein breites Spektrum ganz un-terschiedlicher Techniken zurVerfügung.Die

technischen Möglichkeiten reichen von imSpritzguss oder Laserschnittverfahren her-gestellten Lichtleitern über flexible Fasernbis zuFasermatten.DieAutomobilherstellerverlangen von ihren Zulieferern hohe Stan-dards. Dementsprechend verfügt Mentorüber das entsprechende technische Niveau.Davonprofitieren auchKundenaus anderenBranchen, für die Mentor zunehmend Pro-jekte realisiert.Damit hochwertiges Licht möglich wird,

müssen Farbort und Temperatur der LEDsabgestimmt sein. Der Einsatzmehrerer LEDsin einer Applikation verlangt eine genaueKalibrierung. Dazu hat Mentor eine Produk-tionsanlage entwickelt, um RGB-Elektronik

Anwendung Licht: Im Fahrzeugbau sind die Anforderungen an die Leuchten sehr hoch. Das Know-how lässtsich ebenfalls auf die Industrie übertragen.

Bilder:M

entor

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Bild 1: Für hochwertiges Licht im Fahrzeug müssen Farbort und Temperatur der LEDs abgestimmt werden.Dazu sind ausführliche Tests notwendig.

zu kalibrieren. ZumEinsatz kommt ein Spek-trometer undunter Einsatz eines integriertenMikrocontrollers werden AbweichungenbezüglichFarborten,Helligkeit, Temperatur-verhalten undBinning ausgeglichen. Insbe-sondere bei langenLichtleitern stellt das dieLichttechniker und Ingenieure vor Heraus-forderungen. Optimale Ergebnisse lassensich daher am besten erzielen, wenn dasTeamaus Physikern, Photonik- und Elektro-IngenieurendieKundenbereits bei der Fest-legung des Farbraums berät.

Licht im Produkt als einMehrwert für die IndustrieEs kommtauf Präzision an, damit das Licht

dort ankommt,wo es hin soll. Entscheidendsind auch harmonische Farblichtlösungen.Die Entwickler von Mentor verwenden imhauseigenen Lichtlabor aktuelle Technik.Die entwickelten Lichtlösungen werden da-bei in verschiedenenMessverfahrengetestet,um eine homogene Farbwahrnehmung zugarantieren. Das Messen der Lichtqualitätnach objektiv festgelegten Kriterien ist dieeine Seite. Ein Großteil der empfundenenLichtqualität ist allerdings subjektiv. Dabeiliegt die empfundene Lichtqualität sprich-wörtlich im Auge des Betrachters. WelcheAbweichungen erlaubt sindundwelcheKos-

„In Bezug auf Vorgaben und Qualitätsanspruch unterscheidensich Industrie und Automobilbau kaum noch.“

Sebastian Wette, Mentor

ten den adäquatenNutzen bringen, umPro-duktions- undTemperaturunterschiede aus-zugleichen; hier kümmert sich ein interdis-ziplinäres Team. Es sind genau diese Kom-petenzen, welche Kunden aus der Industrienutzen. In der Industrie gilt: Der funktionaleNutzen vieler Produkte ist ausgereift, dochmit produktintegriertemLicht ergibt sich eindesignorientierter Mehrwert. Licht ergänztoder ersetzt Benutzerschnittstellen, da sichGeräte beispielsweise besser bedienen las-sen,wenn sie ihren Status anzeigen. Genau-so gewinnenÄsthetik undAmbiente zuneh-mend an Bedeutung. Licht wird so zumKommunikationsmittel zwischen Gerät undAnwender. Zu den Industriekunden vonMentor gehören Grohe, Vorwerk, Busch-Jä-ger, Siemens oder Kärcher.Der Kunde kommt oft mit konkreten Vor-

stellungenbezüglichder Lichtintegration zuMentor, die Pläne für das zu entwickelndeProdukt sindbereits fix. Dabei ist eswichtig,die Entwicklungsingenieure von Beginn anin den Design- und Entwicklungsprozesseinzubinden. Das garantiert optimale Licht-integration.Dazumussdie Lichtentwicklungbewertet, der Bauraum untersucht, die De-signstrategie erstellt und die produktions-technischeUmsetzungbewertetwerden.DasErgebnis sind lichttechnischeKomponenten

in Produkten wie der Grohe Spültischarma-tur Blue Home bzw. Red Duo oder eineWas-seraufbereitungsanlage von BWT. Mit demLicht in den Grohe-Armaturen lässt sich dieArmatur intuitiv bedienen. Auch dieWeich-wasseranlage von Best Water Technologyvon BWT kommuniziert mit Licht. Das an-sonstendemCorporateDesign entsprechendblau leuchtende Logo wechselt bei einerFehlfunktion die Farbe. Ähnlich verhält essich bei dem Geberit Monolith Plus, einemSanitärmodul, dessen LED-Licht sowohlfunktionalen Nutzen als auch ästhetischenMehrwert in Form von Komfort bietet. Dieaus diesen Projekten gewonnene Erfahrun-gen zeigen, dass sich die Vorgaben und derQualitätsanspruch der Industrie von derAutomotive-Branchekaumnochunterschei-den. So ist esMentormöglich, unterNutzungvonSynergieeffekte ausderAutomobilbran-che und Industrie, bestmögliche Produktefür alle Kundengruppen umzusetzen.Eine komplexeProduktentwicklung ist die

BeleuchtungdesCook-Keys fürVorwerk.Miteinem pulsierenden oder gleichbleibendenLicht wird der Gerätezustand signalisiert.Hierzu arbeitete Mentor an verschiedenenKonzepten, umdenoval geformtenCook-Keyunter Einsatzmöglichst weniger LEDs rund-herum hochwertig zu beleuchten. MehrereKonstruktionsphasen waren nötig, um mitzwei LED-Einkopplungen ein homogenesLichtbild mit vertretbarem Kostenaufwandzu realisieren.

Ausblick: Die Seitenlichtfaserfür viele AnwendungenDie weitere Entwicklung der flexiblen Fa-

sern erlauben maßgeschneiderte Lichtan-wendungen für immermehr Produkte.Men-tor hat mit dem Seitenlichtfasersystem M-Fibre ein System aus leistungsstarken LED-Modulen, passenden Treibern undSeitenlichtfasern in verschiedenen Längenentwickelt. Umdie Fasern entsprechenddemgewünschten Lichtszenario aktivieren zukönnen, ging Mentor eine Technologieko-operation ein. Je nach Aktivierungsart derFasern ist eine homogene oder kundenspe-zifische Ausleuchtung möglich. Dazu gehö-ren beispielsweise partielles oder Lauflicht.Entwickeltwurde es sowohl für dieAutomo-bilindustrie als auch für andere Einsatzge-biete. Einsatzmöglichkeiten finden sich imAuto-Cockpit, in Möbeln oder Wearables.Aufgrundder TrennungvonLichtquelle undLichtaustritt kann die M-Fibre auch unterWasser, imEx-Schutz oder bei Lebensmittelneingesetzt werden. // HEH

Mentor Präzisions-Bauteile

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ELEKTRONIKPRAXIS LED und OLED-Lichttechnik April 2019 11


INTERVIEW MIT WOLFGANG MURSCH

„Licht muss über den Designaspekt hinauseinen funktionellen Mehrwert bieten.“Herr Mursch, wo sehenSie die Trends imBereich produktintegriertes Licht?Moderne Lichttechnik erfordert längstmehr als das simple Beleuchten durchsolitäre Einzelleuchten. Licht mussheute erlebbar sein. Neben dem De-signaspekt muss Licht einen funkti-onellen Mehrwert generieren. Damitmeine ich: Licht wird inszeniert. Eswird intelligenter, dynamischer, hellerund bunter.Einen Trend sehe ich beispielswei-se bei der Entwicklung großflächigerAnwendungen und die Umsetzungvon Lauflichtern. Wie etwa komplettbeleuchtete Auto-Innentüren und derDachhimmel. Aber auch bei Sicher-heitskleidung wie beispielsweiseeiner Warnweste. Würde man eineVielzahl an Lichtquellen, die alle ein-zeln ansteuerbar wären, in die Warn-weste einkoppeln, so könnte sie mitverschiedenen Farben und Symbolenganz unterschiedliche Zustände sig-nalisieren. Mentor arbeitet auch ander Weiterentwicklung dieser Technik.

Welche Rolle spielt Licht beim Themaautonomes Fahren?Smartes Licht und intelligente Sen-sorik werden in die zukünftigen Fahr-zeuginnenraumarchitekturen sehr vielstärker implementiert werden. Einebedeutende Rolle wird es sein, Funk-tionen und Fahrsituationen an dieunterschiedlichen Bedürfnisse des je-weiligen Fahrers individuell anzupas-sen. Ein anschauliches Beispiel dazuist, dass dynamische Beleuchtungs-

sequenzen dazu genutzt werden kön-nen, um dem Fahrer zu signalisieren,dass er die Kontrolle über das Lenkradübernehmen soll.

Wo sehen Sie den wichtigsten funktio-nalen Nutzen des Lichts außerhalb vonAutomobil-Anwendungen?Neben den wichtigen Aspekten wieKomfort und Sicherheit sind vor al-lem Information, Kommunikation undInteraktion zu nennen. Produkte wer-den zunehmend multifunktionalerund damit komplexer. Gleichzeitig isteine einfache und möglichst intuitiveBedienung entscheidend für die so-genannte User Experience. Licht kannhier im Dialog zwischen Mensch undProdukt sehr gute Dienste leisten.

Worin sehen Sie die Herausforderungenbei diesen Trends?Bei der Entwicklung von der Ambiente-beleuchtung bis zu Anwendungen fürTageslicht müssen wir das Thermoma-nagement so gut beherrschen, dassim Ergebnis helleres Licht ermöglichtwird – selbst bei kleinsten Bauräu-men. Das bestätigen uns steigendeProjektanfragen für Tageslichtapplika-tionen.Die Entwickler und Produktverant-wortlichen wissen unsere Expertiseentlang der Wertschöpfungskette zuschätzen. Solch schwierige Prozessesind für Unternehmen, die keine jah-relange Erfahrung haben, nicht reali-sierbar. Schließlich gilt: nur ein gutesLicht macht ein Produkt besser!

Auf ein Wort: Seit gut 6 Jahren istWolfgang Mursch als CTO bei Mentorverantwortlich. Im Gespräch mitder ELEKTRONIKPRAXIS erklärt er,wie sich in diesem Zeitraum dieKundenanforderungen und -wünschedeutlich verändert haben.

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LED-Pixelscheinwerferim täglichen Einsatz auf der Straße

LED-Scheinwerfer mit Pixeltechnik leuchten bestimmte Bereiche besseraus und der Gegenverkehr wird nicht geblendet. Selbst Informationen

lassen sich mit ihnen auf die Straße projizieren.

STEFAN GROETSCH UND STEFAN SEIDEL *

* Stefan Groetsch... ist Principal Key Expert Applications

Vonder immer besserwerdendenLED-Technikprofitiert geradedieAutomo-bilbeleuchtung sehr stark. Mit der

Integration von Elektronik in LED-Kompo-nenten sind jetzt völlig neue Möglichkeitenfür zusätzliche Funktionenmöglich.DieAn-zahl der einzelnen LEDs lässt sich dank derdeutlich verringerten Systemkomplexitätwesentlich erhöhen. Am Beispiel der adap-tiven Frontbeleuchtung zeigt der Text, wel-cheneuenMöglichkeitenundVorteile diesesSetup erschließt. Umbei Dunkelheit andere

Verkehrsteilnehmer nicht zu blenden, kannin ganzunterschiedlichenVerkehrssituatio-nennur dasAbblendlicht eingesetztwerden.Allerdings sieht der Fahrer kaum wichtigeDetails der jeweiligenVerkehrssituation,wieeinen Radfahrer (Bild 1). In der Vergangen-heit setzten viele Hersteller auf adaptiveFrontbeleuchtungmitmechanischerAbblen-dung, umdie gefährlicheEinschränkungderSicht zu verringern. Eine signifikante Ände-rung ergab sich mit der Einführung LED-basierter adaptiver FernlichtsystemeAnfangder 2010er Jahre. Jetzt ist esmöglich, einzelnschaltbareBereichedes Fernlichts abzudun-keln oder komplett abzuschalten (Bild 2).Einzeln ansteuerbare LED-Pixel sorgen füreine weitere Verbesserung. Mit Hilfe dieserTechnik können jetzt deutlich kleinere Be-reiche, wie beispielsweise die Frontscheibedes entgegenkommendenFahrzeugs, gezielt

ausgeblendet werden. Gleichzeitig sieht derFahrer einen nahenden Fahrradfahrer, dadieser beleuchtet wird (Bild 3). In einer sol-chen 2D-Matrix geht es um Elemente mitweniger als 0,5°.

Aktuelle Pixelscheinwerfermit höherer AuflösungDas ist ein deutlicher Sprung imVergleich

zu den Segmenten im Bild 2, die typischer-weise rund 1 bis 2° breit waren. Die bisherbehandeltenWeiterentwicklungender funk-tionalen Frontbeleuchtung zählen zur klas-sischen Illumination. Jüngste Fortschritte beider Entwicklung eröffnen den Automobil-bauern zusätzliche Einsatzmöglichkeiten.Der Fahrer kann zusätzliche Informationenmithilfe des Lichts auf die Straßeprojizieren.Hier geht es um Funktionen, die über diereine Lichtverteilung hinausgehen oder ver-

Pixel-Scheinwerfer und LED-Technik:Mit ihnen lässt sich nicht nur die Straße effizient ausleuchten, sondernsie können auch Informationen projizieren oder mit anderen Verkehrsteilnehmern kommunizieren.

Bilder:

Osram

Opto S

emicondu

ctors

* Dr. Stefan Seidel... ist Senior Manager Marketing. Beide arbeitenfür LED/Automotive-Beleuchtung bei Osram OptoSemiconductors in Regensburg.

LED IM KFZ // ANWENDUNG

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hindern, dass Licht blendet. Vielmehr gehtes darum,dass Fahrzeuge via Car2Xmit ihrerUmgebung kommunizieren.Hier kommuniziert das Fahrzeug oder ge-

nauer das Lichtsystem über visuelle Infor-mationen mit dem Fahrer, Passanten oderanderenVerkehrsteilnehmern. Es lassen sichInformationen wie Führungslinien, Naviga-tionshinweise oder Distanzwarnungen anden Fahrer übermitteln (Bild 4). Die Sicher-heit im Straßenverkehr lässt sich erhöhen,da den Fußgängernmitgeteilt wird, dass siegefahrlos die Straße überqueren können,indem beispielsweise ein Fußgängerüber-gang auf die Straße projiziert wird (Bild 5).Der unter Illumination zusammengefassteBereich deckt einen weiten Winkelbereichvon ungefähr -25 bis 25° horizontal und un-

gefähr -5° bis 5° vertikal ab. Die Definitiondes ausgeleuchteten Bereichs für die Visua-lisierung bezieht sich auf eine kleinere Zonein der horizontalen Mitte der Scheinwerfer-lichtverteilung bis knapp über die Horizont-linie sowie den vertikalenBereich vonunge-fähr -5°.

Subtraktive versus additivePixel-LichtsystemeEs gibt zwei grundlegende Konzepte von

Pixel-Lichtquellen für Frontbeleuchtungs-systeme: Das sind zum einen sogenanntesubtraktive Lichtmodulatoren. Sie verwen-den räumlicheModulatoren, wie in der Pro-jektionstechnik. Digitale Spiegelsysteme,auchDMD (Digital Mirror Devices) genannt,benötigen Lichtquellen mit sehr hohen

Bild 1: Im Gegensatz zum Fernlicht (links) ist beim herkömmlichen Abblendlicht (rechts) die Ausleuchtungstark eingeschränkt.

Bild 2: Adaptives Fernlicht mit Ausblend-Funktion durch einzeln adressierbare LEDs.

Bild 3: Hochauflösende Pixel-Array-Lichtquellen können heute Verkehrsszenen wesentlich detaillierterausleuchten.

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Leuchtdichten. Dadurch lassen sich Größeunddamit auchdieKostenminimieren. BeimEinsatz von LEDs resultiert das in einer ge-ringeren Effizienz an der Lichtquelle, dazwei- bis dreimal mehr Licht aus der ver-gleichbaren Fläche herkömmlicher LEDserzeugt werden muss. Der Stromverbrauchverringert sich außerdemnicht,wenneinzel-ne Pixel mithilfe der Mikrospielgel ausge-blendetwerden, dadie Lichtquellemit vollerLeistung eingeschaltet bleibt.Der bisher am besten energie-optimierte

Ansatz wird über aktive LED-Pixel-Arrayserreicht. Aktueller Stand der Technik, eineadaptive Beleuchtung umzusetzen, basiertauf mehrere diskrete LEDs wie die OslonCompact CM. Sie fungieren im System alseinzelnePixel. In diesemSystemstreckt eineausgeklügelte Primäroptik die untere undobere Pixelreihe vertikal auf mehrere Grad.Die horizontale Auflösung kann so bei rund1,2° belassen werden, was die Anzahl erfor-derlicher LEDs senkt und den Einsatz her-kömmlicher Integrationsmethoden ermög-licht. Eine deutlich höhere Anzahl aktiverPixel erfordert die Integration der Treiber-elektronik und der aktiven LED auf Halblei-ter-Ebene.

LED-Scheinwerfer mit unter-schiedlicher IntensitätEin neuer Ansatz istmit einer Hybrid-LED

mit der Bezeichnung Eviyos möglich. DasAkronym steht für Efficient, Versatile, Intel-ligent, µ-structured LED Chip von OsramOpto Semiconductors. Dabei ist ein großerLED-Pixel-Array-Chipdirektmit demaktivenSilizium-IC verbunden und adressiert dieeinzelnen Lichtpixel. Damit lässt sich derAnschlussbedarf von je zwei Pads pro LEDaneine Stromquelle auf eine Spannungsver-sorgung und eine digitale serielle Schnitt-stelle reduzieren. Konkret sind das bei derEviyos 1024 Pixel auf einer Grundfläche vonrund 4mm x 4mm. Vier nebeneinander lie-gendeEviyos deckendas Fernfeld ab,was zueiner horizontalenundvertikalenAuflösungvon etwa 0,25° führt. In den Bildern 6a und6b sind zwei fiktive Intensitätsverteilungen

eines Scheinwerfers dargestellt, die mit vierEinheiten der Eviyos-LED-Lichtquelle undihren 1024 Pixel ausgeleuchtet werden. DieLichtintensitätwirddirekt in die Pixelhellig-keit modelliert.Das Fernlicht hat einendurchschnittlichen

PWM-Wert von rund 32%, was einen Licht-strom von rund 4500 lmder hypothetischen14.000 lm ergibt, wenn alle LED-Pixel mitvoller Leistung betrieben würden. Bei einerOptikeffizienz von 40% ergeben sich rund1800 lm auf der Straße und eine LED-Leis-tungsaufnahme von rund 46 W. Wenn diePixel oberhalb der Abblendgrenze für einAbblendlicht ausgehen, sinkt die durch-schnittliche PWM des Arrays auf 18% beieiner Leistung von 26 W, die in den Kompo-nenten verbraucht werden. So werden mitder gleichen Optik rund 1000 lm von denerzeugten 2500 lm auf die Straße gebracht.UmdenEnergiebedarf eines Scheinwerfers

mit 84 LED-Pixeln zu schätzen, gehen dieEntwickler von einem durchschnittlichenPWM-Wert von ungefähr 33,3% aus und be-treiben die LEDs mit 0,5 A und 3,2 V. Dasentspricht ungefähr einer Leistung von45W.Eine mögliche Lichtquelle für ein DMD-Sys-temmit rund 0,55 Zoll wären beispielsweisedrei LEDsdes TypsOslonBoostHXmit einerEmissionsfläche von jeweils 2 mm². Diesedrei LEDs benötigen ungefähr eine Leistung

von 46 bis 65 W und arbeiten mit Strömenzwischen 4,5 und 6 A und rund 3,5 V. BeimEnergieverbrauch vonFernlichtverteilungenbieten sich vier Ansätze an: 84 LED-Pixel,vier Eviyos-Einheiten, eine einfache DMD-Lösung und eine DMD-Lösung kombiniertmit einer 84-Pixel-Lösung.Hier ist bei der Eviyos die Leistung der

Stromlängsregler imSiliziumenthalten,wel-cher bei den andern Ansätzen noch dazu-kommt. Ihr Ansatz erhöht die Auflösung imvollenAusleuchtungsbereich, ohnedass derEnergieverbrauch erhöht wird.

Künftig höhere Pixel-Anzahlim ScheinwerferDie technische Weiterentwicklung für

Automobil-Scheinwerfersysteme, die auf Ba-sis der aktueller LED- undHalbleitertechnikumgesetzt werden kann, verbessern SichtundSichtbarkeit imFahrzeugundgleichzei-tig blenden sie weniger. Hinzu kommen in-telligentere adaptive Funktionen.Damitwirdeine erhöhte Sicherheit für den Fahrer undalle anderen Verkehrsteilnehmer erreicht.Ein entscheidender Faktor für diesen Fort-schritt war der Entwicklungssprung im Be-reichderMultipixel LEDs.Die Eviyos hatmitihren 1024 Pixeln auf kleinstem Raum füreine deutliche Vorwärtsentwicklung in derBranchegesorgt.Heute arbeitendie Entwick-ler in Regensburg bereits an einem Bauteilmit einer sehr viel höheren Pixelanzahl. Zu-dem haben die Entwickler elektronischeKomponenten für eine neueGeneration vonHybrid-LEDs integriert, umdie Eviyosweitervoranzubringen. Damit verbunden sind ge-ringere Systemkosten und Modulgrößen,eine verbesserte Zuverlässigkeit, Farbgenau-igkeit und schließlich geringere thermischeVerluste.Die Optoelektronik liefert nicht nur die

Grundlage für leistungsfähigere Frontschein-werfer in einemFahrzeug, sondern dient alsBasis für weitere Entwicklungen in der Be-leuchtung für das Kfz. Die Integration vonintegrierter Mikroelektronik mit LEDs ebnetbeispielsweise denWeg für dynamischeRGB-Systeme.DiemöglichenEinsatzgebiete einerRGB-LED sowie vonLiDAR, Infrarot-Technikund Sensoren wachsen beständig. Fahras-sistenzsysteme, adaptiveGeschwindigkeits-regelung, Pre-Crash-Sensorik, Systeme zurErkennung von Objekten im toten Winkel(Blind Spot Detection) sowie dynamischeFunktionen sowohl im Interior- als auchExterior-Bereich sind nur einige Beispiele,denen indenkommenden Jahrennoch zahl-reiche weitere folgen werden. // HEH

Osram Opto Semiconductors

Bild 4: Ein verengter Fahrstreifen wird mithilfe vonPixelscheinwerfern auf die Fahrbahn projiziert.

Bild 5: Selbst ein Fußgänger-Übergang kann mitden Scheinwerfern auf die Straße projiziert werden.

Bild 6a: Generische Fern- und Abblendlichtvertei-lung basierend auf den vier mal 1024 Pixeln einerEviyos Hybrid-LED.

Bild 6b: Generische Abblendlichtverteilung basie-rend auf den vier mal 1024 Pixeln einer Eviyos-Hybrid-LED.

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Die Vorteile vernetzter LEDsin einem Fahrzeug

Licht hat in einem Fahrzeug neben dem emotionalen Aspekt auch einewichtige Sicherheitsfunktion. Seit einiger Zeit arbeitet BMW an der

ISELED, bei der LED und Logikcontroller eine Einheit bilden.

ROBERT ISELE UND FRANZISKA HERTLEIN *

* Robert Isele... ist Gruppenleiter Nachtdesignund Innenlicht BMW Group Interieur-Elektronik.

Wer heute in einmodernes Fahrzeugsteigt, dem fällt neben einem gro-ßen Display oft die Beleuchtung

auf, die nicht mehr nur auf das Cockpit be-

schränkt ist. Das Innenlicht hat sich in denletzten Jahren rasant weiterentwickelt. Gabes vor zehn Jahren noch überwiegend Glüh-fadenlampen und vereinzelt vernetzte mo-nochrome LEDs in Fahrzeugen, so hat dieAnzahl verbauter LEDs für die Interieurbe-leuchtung wie bei der BMW Group stetigzugenommen. Beispielsweise hatte der BMWi3 ausdem Jahr 2013nur drei diskret verdrah-tete LEDs. Bei dieser Anwendung war diekundenwahrnehmbare Veränderung desLED-Lichts bedingt durch die LED-typischeBandbreite vonHelligkeit und Farbe aus derProduktion sowie die Veränderungen wäh-renddesBetriebs nicht gelöst.Mit fortschrei-

tender Industrialisierungder LEDskamsehrschnell die nächste LED-Generation.Für den BMW i8 aus dem Jahr 2013 mit

zehn LEDs in RGB wurden erstmals LIN-fä-hige LEDs entwickelt. ZurWeiterentwicklungder Farbstabilität unter nahezu allen Bedin-gungenwurden die LED-Binnings optimiertund eine bauteilspezifische Kalibrierungeingeführt. Zusätzlich konnten die Entwick-ler damit das Problemder diskretenVerdrah-tung lösen. Wie rasant sich der Trend zurAnwendung von Licht für eine hochwertigeInnenraumgestaltung entwickelt hat, zeigtder BMW X7: Jedoch stößt ein einzelner LINbereits bei 26 LEDs an seine technischeGren-

Licht mit LED: Der neue BMW X7 zeigt, was mit LEDs bereits heute möglich ist.

Bilder:B

MWGroup

Franziska Hertlein... ist Doktorandin für das ThemaNutzerwahrnehmung von dynami-schem Innenlicht als Funktionsträger.

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ze,weshalb innerhalb der Fahrzeugarchitek-tur seit dem BMW 7er aus 2016 bereits zweiLINs pro Fahrzeug verbaut werden.

Licht im autonomen Fahrzeugbietet neue MöglichkeitenNachAnsicht vonBMWsind inden letzten

Jahren die Kundenwünsche hinsichtlich In-nenraumbeleuchtung stets gewachsen.Ähn-lichwie demwachsendenMarkt an Lampenund Leuchten für den privaten Anwender.Für einen Automobilhersteller hat das dieKonsequenz, neue Innovationsfelder zu er-schließenundbestehendeweiter auszubau-en. Hier helfen neue Designansätze, umAutomobilkunden durch geschickte Gestal-tung abwechslungsreiche Lichterschei-nungsbilder in Form von Dekoren, Durch-leuchtungen oder Projektionen zu bieten.Dabei kommt es auf eine flexible Farbgestal-tung sowie eine in sich variable Lichtszeneriean. Licht soll ein Erlebnis seinundgleichzei-tig den Komfort des Fahrers verstärken. Zu-demkannesmit demFahrer kommunizieren:Über Parameter wie Farbe, Anzeigeort undBewegungsfrequenzen kann das Licht denFahrer mit notwendigen Informationen ver-sorgenoder in kritischenSituationenwarnenund somit die Sicherheit der Insassen erhö-hen. Damit der Fahrer sich auf die Anzeigedes Lichts verlassen kann, ist natürlich eineentsprechend sichere und zu jederzeit deut-lich sichtbareAnzeige des Lichts imStraßen-verkehr unerlässlich.Das autonome Fahren wird die Automo-

bilbranche verändern:Mit demVision iNEXThat BMW ein Fahrzeugkonzept vorgestellt,das Ort der Entspannung, der Interaktion,des Entertainments oder der Konzentrationsein kann. Entsprechend gleicht das Interi-eur eher einem modern eingerichteten, be-haglichenWohnzimmers auf vier Rädern. Fürdie Lichtgestaltung bedeutet das beispiels-weise: Für produktive Tätigkeiten muss einproduktives Licht zur Verfügung stehen.Licht hat somit eine unterstützende Funkti-

on. Der Arbeits-/Lesebereich muss gut aus-geleuchtet seinund einmöglicher Schatten-wurf vermieden werden. Am besten bietetsich daher nachwie vor eine Positionierungdes Lichts imDachhimmel an, welches gän-gige Anforderungen der Farbtemperaturge-staltung zu unterschiedlichen Tageszeitenerfüllen könnenmuss.Die Entwickler arbei-ten daran, dass das Auto selbstständig er-kennt, was der Fahrer tun möchte und wel-ches Licht dafür notwendig ist. Schließt derFahrer das Fahrzeug auf einem dunklenParkplatz auf, so geht das Licht im Auto an.So findet der Fahrer sein Auto schneller undbeim Einsteigen leuchtet es nicht nur diePfützen aus, sondern auch alle Ablagen imInnenraum.BeimStart des Fahrzeugs dimmtdas Licht auf ein angenehmesNiveau für dieFahraufgabe herunter.

Das Fahrzeug weiß um dieWünsche der InsassenAktuell bedient der Fahrer oft nochmanu-

ell über Schalter: Das Leselicht wird übereinen Knopfdruck aktiviert. Künftig soll dasautonome Fahrzeug erkennen, dass der In-sasse ein Buch aufschlägt, wo im Fahrzeuger das tut und das Leselicht automatisiertanschalten und ausrichten. Die Intelligenzdes Fahrzeugsmuss also an dieser Stelle für

Bild 1:Die Komplexität der Fahrzeu-ge nimmt zu. Die erste Liniezeigt das Jahr 2014, die zweite2018 und die Prognose reichtbis 2021.

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des BMW Individual M850i xDrive Coupé Night Sky.

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denKomfort desKunden zunehmen.Ähnlichverhält es sich sich in einem Smart Home.Hier ist das vernetzte Gebäude mit Sensorikund Steuerelektronik ausgestattet, um dieBewohner zu unterstützen. Damit dies imAutomobilbaumöglich ist, sind verschiede-ne Techniken und Steuermöglichkeiten imAutomobil notwendig. Mit nur einer LEDwäre es unmöglich, verschiedene Orte aus-reichend auszuleuchten. Dabei sind geradedasdieAnforderungen:mehrOrte, aber auchDurchmischungen und unterschiedlicheAusprägungen der Lichterscheinung. EinAnwendungsfall, wo diese Anforderungenzum Tragen kommen, ist die Follow-Me-Si-tuation, in welcher der Lichtkegel einer Per-son folgenkönnenmuss.Das Licht als Funk-tionselement sowie als Designelement ver-bunden mit ansprechender Inszenierungwird in künftig sowohl die Technik als auchdie Architektur der Vernetzung im Fahrzeuggrundlegend verändern.Im Vorfeld zum Launch des aktuellen

BMWX5 imNovember 2018wurde klar, dasseine Hochgeschwindigkeits-Vernetzung derLEDsnotwendigwird. Die nächsteGenerati-on muss vom Herstellprozess verbessert, inAnzahl und Anwendung einfach skalierbarund kostenoptimiert, genauso wie einfachins Fahrzeug zu integrieren sein. Zudemmuss die Entwicklung skalierbar undkostenoptimiert sein. Schnell war klar: LEDundLogikcontroller verschmelzen. Entstan-den ist ISELEDals ein smartes LED-Konzept,mit einer optimalen Vernetzung und Daten-raten mit bis zu 2 MBit/s, um bis zu 4000LEDs in Millisekunden in beinahe Videoge-schwindigkeit zu betreiben. Der Logikcont-rollermit integrierter Temperaturkompensa-tion ist Verlustleistungsoptimiert und wirdimFertigungsprozess der LEDdirektmit den

Kalibrierungsdaten für Farbe undHelligkeitprogrammiert. Probleme mit Binnings undLieferabhängigkeitenderKlassen sind somitüberflüssig und das allesmit einer Genauig-keit nachMacAdamsStep 1 undmit optimier-tem Yield.

Anzeige, Display, Licht undSensoren verschmelzenIm Bordnetz werden diese smarten LEDs

im ersten Schritt über LIN-Hubs (ILH) ange-bunden. Bestehende LIN-LEDs werden umMulti-LED-Konfigurationen erweitert. Aktu-ell verfügbare RGB-LEDs und Multi-LED-Systememit LIN-Anbindung sind allerdingsnur der notwendige Grundstein für künftigeKundenfunktionen. Mit der zunehmendenDominanz von Anzeige-Elementen im Fahr-zeug zeichnet sich ein weiterer technischerTrendab:Anzeige/Display/Licht undSenso-

rik verschmelzen. Damit einher geht dernächste technische Schritt: die LIN-LEDs,Multi-LEDs mit LIN-Anbindung sowie Sen-sorenundweitereAktuatoren in einemFeld-bus direkt im Fahrzeug zu vernetzen. Einmöglicher Schritt ist die Entwicklung desICN-Systems. Solch ein Netzwerk kann übereine zentrale Steuersoftware Schalter, Sen-soren, Licht bis hin zu einfachenProjektions-systemenmiteinander verbinden.Damit sindLEDs realistisch,welchedie definierte Infra-struktur optimal nutzen und weitere Fea-tures ermöglichen. ImSinnederVernetzungund Smart-Funktionen sind neue Anwen-dungsfälle möglich wie Matrix-Schaltungoder LEDsmit einstellbarer Farbtemperatur.Die mit ISELED neu geschaffenen techni-

schen Möglichkeiten liefern die Grundlagefür weitere Entwicklungen. Im Mittelpunktsteht dabei immer der Anwender, wenn esumFunktionsinhalte geht.WirdderAnwen-der frühzeitig eingebunden, kanndieGestal-tung ganz auf dessen Bedürfnisse ausgelegtwerden. Bei der BMWGroupwurde schonvoreinigen JahrenmitÜberlegungenbegonnen,inwelchenSituationenkünftig unterstützen-de Lichteffekte angezeigt werden könnenund sollen. Diese ursprüngliche SammlunganUseCaseswurde inzwischenmithilfe vonNutzerstudien in verständliche Kategorienaufgeteilt. Durch Interviews haben die Ent-wicklerwertvolle Kenntnisse darüber gewon-nen, wie die Nutzer in verschiedenen Situa-tionen unterstützt werden möchten undwelche Merkmale eines Lichteffekts dabeientscheidend sind.Um die Anforderungen mit wahrneh-

mungspsychologischenGrundsätzen zu ver-einen, wurden weitere Probandenstudiendurchgeführt. Dabeiwurdeder Fokus auf dieindividuelle Wirkungsweise der einzelnenLichtbausteine gelegt: Wie schnell kann einFahrer auf unterschiedliche Farbenoder Be-wegungsarten eines Lichteffekts reagieren?Welche lenken ihn dabei von einer Primär-tätigkeit ab?Wie schönwird ein Effekt emp-funden?UndwelchenEinfluss hat eigentlichdie Lieblingsfarbe einesKunden?Die umfas-senden Ergebnisse lassen Schlüsse zu, wasein Kunde möchte und auch was für einenKunden in einer Situation am geeignetstenhinsichtlich einer potenziellen Fahrsituationist.Die gesammelten Erkenntnisse ermögli-

chen es BMWmitWeitblick für die nächstenJahre ansprechende Kundenfunktionen zugestalten, die den Insassen ein gelungenesfahrsituationsübergreifendes, unterstützen-des Erlebnis bieten. // HEH

BMWGroup

Bild 3: Die Motivations-Roadmap von BMW. Künftig entwickeln sich die Fahrzeuge hin zu einem Ort, an demFahrer und Passagiere mehr Zeit verbringen – nicht nur zum aktiven Fahren.

Bild 4: Probleme mit Binnings und Lieferabhängig-keiten der Klassen sind somit überflüssig und dasalles mit einer Genauigkeit nach MacAdams Step 1und mit optimiertem Yield.

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AKTUELLE PRODUKTE // LED-TREIBER


Die PRE-Treiber von Tridonic imLow-Profile-Gehäuse messen360mm x 30mmund in der Hö-he 11 beziehungsweise 16 mm.Sie bieten den angeschlossenenLeuchten einen nahezu flicker-freien Dimmbetrieb mit weniger5% von 1 bis 100 Prozent undsind mit Schnittstellen wie NFC(Near-Field-Communication)oder der integriertenDALI powersupply po4a ausgestattet. ÜberNFC kann der Treiber mit dem

LED-TREIBER MIT DALI-STROMVERSORGUNG

Flaches LeuchtendesignSoftwarepaket companionSUITEdrahtlos programmiert werden.Über eineAntennewerdenkom-pletteVerpackungseinheitenmitbis zu zehn Stück drahtlos kon-figuriert. Die Schnittstelle po4a(erweiterte one4all-Schnittstelle)versorgt Sensorenmit Stromunderleichtert sensorgesteuerteLichtlösungen. Zusätzliche DA-LI-Leitungen für denSensor sindnicht mehr nötig.Typisches Einsatzgebiet sind

Linear- undFlächenbeleuchtun-gen im Büroumfeld oder für Si-cherheitsbeleuchtungen nachEN 50172. Alle Treiber bietenanwendungsoptimierte Betriebs-fenster, Stand-by-Verluste vonweniger als 0,15 W sowie eineEffizienz von besser 92%.

Tridonic

Die Triac-dimmbaren LED-Netz-teile der Serien SLD15-IL-ES,SLD20-IL-ES, SLD30-IL-ES undSLD40-IL-ES vonSelf Electronics(Vertrieb: Schukat) bieten einenAusgangsstromvon300bis 1050mAsowie die Schutzklasse IP20.Sie lassen sich auch in beengtenBauräumenunterbringen.Damiteignen sie sich für LED-Leuchtenin Innenräumen. Die Netzteilebesitzen einen Wirkungsgradvon bis zu 87% und lassen sich

TRIAC-DIMMBARE LED-NETZTEILE

Montage in Innenräumenüber Phasenanschnitts- oder-abschnittsdimmer von 100 auf10%dimmen. Selbst bei ungüns-tigsten Betriebsbedingungenhaben sie eine lange Betriebser-wartung.Zusätzlich zu dem SELV-kon-

formenAusgangbieten die LED-Netzteile Schutz gegenUnterbre-chung, Kurzschluss, Überlastund Überhitzung. Ist die Fehler-ursachebehoben,wird ein auto-matischer Neustart durchge-führt. Dank des MM-Zeichenslassen sichdie LED-Netzteile aufMaterialienmit nicht bekanntenEntflammungseigenschaftenmontieren, auch eine Verwen-dungals unabhängigesBetriebs-gerät außerhalb vonLeuchten istmöglich.

Schukat

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LED-Scheinwerfer und wasMesstechnik für Licht leistet

Die LED für Automobilbeleuchtung sorgt für Sicherheit und Komfortauf der Straße. Doch müssen LED-Scheinwerfer verschiedene Normen

einhalten. Hier ist hochpräzise Messtechnik gefragt.

MARTIN SENFT *

*Martin Senft... ist Head of R&D bei InstrumentSystems Optische Messtechnik an derNiederlassung Berlin.

Die Lichttechnik amAutomobil entwi-ckelt sich ständigweiter und ist einerschnellen Entwicklung unterworfen.

Bis zu den 1980er Jahren bestand ein Auto-scheinwerfer noch aus einer Glühlampe, ei-nem Reflektor und einer Streuscheibe. Heu-

te sindScheinwerfer unddieweiterenLeuch-ten am und im Auto hochkomplexe Gebildeaus bis zu 1000 Einzelteilen. Der Siegeszugder LED hat daran einen bemerkenswertenAnteil.Mit der LEDwird vielesmöglich, stelltjedoch auch gleichzeitig hohe Anforderun-gen an die Messtechnik. Denn bevor ein Au-toscheinwerfer für denStraßenverkehr zuge-lassen wird, muss dieser ausgiebig getestetwerden.Bis in die 1980er Jahre enthieltenpraktisch

alle Automobilscheinwerfer und -leuchten

ausschließlich Glühlampen als Lichtquelle.Erst Anfang der 1990er kam mit miniaturi-sierten Hochdruck-Entladungslampen dasXenonlicht auf,welches einedeutlich besse-reAusleuchtungder Fahrbahnbei gleichzei-tig verringertem Stromverbrauch und höhe-rer Lebensdauer brachte. Sein bläulichesLicht wurde allerdings vom entgegenkom-menden Verkehr oft als unangenehm emp-funden. Inzwischenhat die LEDbreitenEin-zug gehalten. Zunächst waren es rote undgelbe LEDs für die Rück- undBlinkleuchten.

Licht auf die Straße:Komplexe LED-Scheinwerfer müssenverschiedene Normen erfüllen. Dazu ist präziseLichtmesstechnik notwendig.

Bild:©

valtrifo

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LED IM KFZ // LICHTMESSTECHNIK

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ELEKTRONIKPRAXIS LED und OLED-Lichttechnik April 2019 21


Beim Bremslicht brachte die LED durch ihrverzögerungsfreies Ansprechen einen zu-sätzlichen Sicherheitsgewinn. Und seit derWeißlicht-LED steht eine Halbleiter-Licht-quelle auch für den Frontbereich zur Verfü-gung.Die LEDbringt ganz verschiedeneVorteile:

Beispielsweise lässt die geringe Größe derLED-Bauelemente denAutomobilherstellerngenügendRaum fürmarkenspezifischesDe-sign, was wiederum beim Tagfahrlicht ver-wendetwird. Kombiniertmanmehrere LEDs,so sindkomplexe Lichtverteilungenmöglich,die beim sogenannten adaptiven Frontlichtverwendetwerden.Dieseswird vonKamerasundweiteren Sensoren in Abhängigkeit vonUmgebung, Fahrsituation und Fahrge-schwindigkeit gesteuert und ermöglicht so-wohl eine breite Ausleuchtung des Nahbe-reichs im Stadtverkehr als auch eine hoheLichtreichweite bei Autobahnfahrten. Auchdas sogenannte blendfreie Fernlichtwirdmitder LED realisiert. Weitere Vorteile der LED-Technik: Sie benötigenweniger Energie undunterliegen praktisch keinem Verschleiß.Neueste Entwicklungen kombinieren LED-Licht mit LCD- oder DLP-Projektoren undkönnen fast beliebige LichtverteilungenundsogarVerkehrszeichenoder andere Symboleauf die Fahrbahn projizieren.

Das Leuchtendesignmesstechnisch bewertenFürAutomobilscheinwerfer und -leuchten

existieren strenge Vorgaben und Normen.Diesemüssen Hersteller in der Entwicklungund zur Fahrzeugzulassung belastbar ein-halten.Der Lichttechnik-Entwickler brauchtdaher hochwertige und präzise Möglichkei-ten, umsein Leuchtendesignmesstechnischzubewerten.DieReichweite des Lichtkegels,die gleichmäßige Ausleuchtung der Fahr-bahn und die möglichst zu vermeidendeBlendung anderer Verkehrsteilnehmer sindnur einigeKenngrößen für einenScheinwer-fer. Bei Rückleuchten spielen die Lichtfarbeund die gute Erkennbarkeit eine wichtigeRolle. Vor allemsinddiese Lichtquellen abersicherheitsrelevante Fahrzeugteile. Sie un-terliegen der Zulassung durch akkreditiertePrüfinstitute, denen die Einhaltung gesetz-licher Normen vor der Markteinführungnachzuweisen ist. Die Normung zur Fahr-zeugzulassung ist überschaubar geregelt. Inder EU gelten für den Straßenfahrzeugbe-reich die ECE-Regelungen. Gemäß einemAbkommen von 1958 genügt die Zulassungeines Fahrzeugs oder Fahrzeugteils in einemder Unterzeichnerstaaten für die Anerken-nungaller übrigenTeilnehmerstaaten. VieleNicht-EU-Staatenhaben sichdiesemSystem

angeschlossen oder setzen –wie China oderIndien – ein den ECE-Regeln sehr ähnlichesRegelwerk ein. Die USAdagegen verwendenein stark abweichendes System, die FederalMotor Vehicle Safety Standards (FMVSS).

Von Messgrößen und denverwendeten MessgerätenWas genau wird gemessen? Der weitaus

größte Teil der lichttechnischenAnforderun-gen an Automobilleuchten bezieht sich aufdie Lichtstärke und deren räumliche Vertei-lung.Die Lichtstärke gibt denproRaumwin-kelelement abgestrahltenLichtstromanundwird in Candela (cd) gemessen. Die Vertei-lung der Lichtstärke beschreibt dann denVerlauf der Lichtstärke als FunktionderAus-strahlrichtung. Winkelabhängige Messgrö-ßen werden üblicherweise mit dem Gonio-photometer (Bild 1) ermittelt, mit denen dieLeuchtenumfassend charakterisiertwerdenkönnen.DerDetektor befindet sich auf einerfiktivenKugeloberfläche,welchePositionumPosition abgerastert wird. Die zu prüfendeLichtquelle sitzt im Zentrum. In der Praxisist der verfügbare Raum für diese Messauf-bauten oft begrenzt und macht die Einhal-

Bild 1: Das Goniophotometer-Prinzip für die win-kelabhängige Charakterisierung von Prüflingen.

Bilder:Instru

mentSystems

Bauform 1206

Bauform 1210

C-FLEX-SMD-LED®

0,35mm

3,2mm

2,7mm

12

34

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0,35mm

3,2mm

2mm

1,5mm

InGaN

AIGaInP

AIGaInP

InGaN

2xAIG

aInPAIG

aInP2x

InGaN

+-

+-

12

34

-+ +

-

12

34

R4-+3

G2-

B1-

+-

+-

red / 620nm

orange / 600nm

yellow / 585nm

red / y-green620nm / 565nm

red / yellow620nm / 585nm

yellow / y-green585nm / 565nm

red / p-green620nm / 520nm

yellow / p-green585nm / 520nm

red / blue620nm / 465nm

RGB620nm / 520nm / 465nm

p-green / 520nm

blue / 465nm

white / x=0.2948-0.3091y=0.2829-0.3100

y-green / 565nm

•identischeFarbenbeiMono-,Bi-undRGB-LED

•Serie

0603/0606mitfarbgleichenDiesab2/19

•hoheESD-Festig

keitdurchTVSbeiInGaN

•abLagerverfü

gbar

•Bauhöhe:0.35mm

•auchmitTVSantip

arallelschaltb

ar

•neuerStandard

fürFolientastaturen

•idealfürLow-Curre

ntApplikatio

nen

Bild 2: Eine schematische Achsen-Anordnung fürein Typ-A-Goniometer.

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tung der genormten Messabstände von biszu 25 m bei einem Scheinwerfer schwierig.Eine platzsparende Variante löst das Prob-lem: Es bewegt sich nicht der Detektorkopf,sondern der Prüfling.

Wie die zu prüfenden Schein-werfer vermessen werdenFür Messungen an Fahrzeugen kommen

meist Systememit einer Typ-A-Achsenanord-nung zum Einsatz (Bild 2). Der zu prüfendeScheinwerfer wird auf einem um die Hoch-achse drehbaren Probentisch befestigt. Die-ser ist an einemSchwenkarm für die vertika-le Bewegungsachse montiert. Die optischeAchse, auf der sich auch der Detektor befin-det, verläuft durch den Schnittpunkt beiderDrehachsen und senkrecht zu diesen. Line-are Justage-Achsen in allen drei Raumrich-tungen sorgendafür, dass sichdas Lichtzen-trum des Prüflings im Schnittpunkt der bei-den Rotationsachsen befindet. Für Automo-billeuchtengibt es genormteMessabstände,die einzuhalten sind. Sie betragen 25 m fürScheinwerfer und 3,162m für Signalleuchten.Bei einer typischen Winkelauflösung desGoniometers von0,01° ergibt dies eine räum-liche Auflösung von ungefähr 4,4 mm in ei-ner Entfernungvon 25m. EntsprechendhochsinddieAnforderungenandie Stabilität undPräzision der mechanischen Konstruktiondes Goniometers.Das als Detektor meist eingesetzte Photo-

meter misst mit der Beleuchtungsstärke diemit dem Hellempfindlichkeitsgrad des

menschlichen Auges bewertete Strahlungs-leistung pro beleuchteter Fläche. Die Multi-plikationmit demQuadrat des Messabstan-des ergibt die gesuchte Lichtstärke des Prüf-lings. Verwendetman als Detektor ein Spek-tralradiometer, dann lassen sich zusätzlichdie LichtfarbeundweiterewichtigeKenngrö-ßenwie Rot- oder UV-Anteil bestimmen. Be-sitzt der Detektor eine hinreichend kleineLichteintrittsfläche, so lassen sich noch fei-ne, räumliche Details der Lichtverteilungauflösen. Die gesamte Anordnung wird üb-licherweise in einem ausreichend großemLichtlabor betrieben, das mit mattschwar-zen, reflexionsarmen Wand- und Bodenflä-chen ausgestattet ist, um das Streulicht zuminimieren.Normenexistierennicht nur fürdie Leuchten, sondern auch für dieMessauf-bauten. InstitutionenwieDIN, GTBoder CIEhaben zurAutomobil-Lichtmessung zahlrei-che Standards undEmpfehlungenherausge-geben. Diese beschreiben einerseits Quali-täts- undGenauigkeitsanforderungenandasverwendete Equipment. Dazu zählenGonio-meter, Photometer und Spektralradiometer,aber auch die Stromversorgung des zu ver-messendenPrüflings unddie Eigenschaftendes Lichtlabors. Anderseits geben sie Emp-fehlungenhinsichtlichder Prüflingsmontageund -justage und die eigentliche Messung.LEDs lassen sich durch (Pulsweiten-)Mo-

dulation einfachundpräzise dimmen.Damiteröffnen sich in der Fahrzeugbeleuchtunginteressante Möglichkeiten. So kann eineeingebaute LEDmehrere Funktionengleich-

zeitig übernehmen: als Bremslicht und fürdasRücklicht. Das in denFrontscheinwerferintegrierte Tagfahrlicht wird gedimmt, umdie Erkennbarkeit des Blinkers bei dessenBetätigung zu verbessern. Und beim blend-freien Fernlicht sorgt das Dimmen der ein-zelnen vertikalen Streifen bei Annäherungeines entgegenkommenden Fahrzeugs fürweiche Übergänge der dynamischen Licht-verteilung.

Das messtechnische Problembei modulierten LEDsFür dieMesstechnik sindmodulierte LEDs

etwas schwieriger zu handhaben. Fahrzeug-leuchten besitzen übliche Modulationsfre-quenzen von wenigen hundert Hertz. Eineauf halbe Helligkeit gedimmte LED ist somitdieHälfte der Zeit fürmehrereMillisekundenausgeschaltet. Zwar lässt sichdie Lichtstärkedurch zeitliche Mittelwertbildung einfachbestimmen, wenn die Lichtquelle stillsteht.UmMesszeit einzusparen,wirddie Lichtver-teilung aber meist On-the-Fly, also in derBewegung,mit demGoniophotometer abge-rastert. Die Bewegungsgeschwindigkeit kanndabei bis zu 50°/s betragen, so dass esMess-abschnitte imBereich von einemZehntelgradgibt, in denen die LED nicht leuchtet. Den-noch soll die Lichtstärke auch an diesen Po-sitionen bestimmtwerden. Oft ist dieModu-lationsfrequenz der vermessenen LED nichtbekannt, nicht beeinflussbar undnicht zwin-gend synchron mit dem gewählten räumli-chenAbtast-Raster. Ein geeignetes Photome-ter kombiniertHigh-Speed-Analogverstärkerund digitale Signalverarbeitung. AdaptiveFilter sorgen mit weiteren Echtzeit-Prozess-schritten dafür, dass modulierte LEDs ohneKenntnis der Signalform – im Rahmen desphysikalischMöglichen–ebensowieGleich-lichtquellenmit demGoniophotometer prä-zise gemessen werden können. Die Signal-verarbeitung im Photometer wird über Soft-ware ermöglicht, wodurch jederzeit ein Re-mote-Update und damit die Anpassung anzukünftige, noch nicht bekannte Signalfor-men und Lichttechnologien möglich ist.Vielfältige Anforderungen und Möglich-

keiten forcierendenEinsatz vonLEDs. ImmerausgefeiltereVerfahrenundProdukte stellensowohl für den Autofahrer als auch für dieanderen Verkehrsteilnehmer eine optimaleBeleuchtungssituation sicher. Die Lichtmes-sung ist mit speziell auf die Anforderungender Automobil-Lichttechnik abgestimmtenGeräten und Systemen ein wichtiges Hilfs-mittel, um die Ergebnisse zu bewerten undzu qualifizieren. // HEH

Instrument Systems

Bild 3:Lichtlabor mit reflexionsar-men Wand- und Bodenflä-chen zur Minimierung desStreulichts.

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AKTUELLE PRODUKTE // LED-TREIBER

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LED-TREIBER

Treiber-IC unterstützt AC- oder DC-EingangsspannungenDen zweistufigen LED-Treiber-bausteinXDPL8221 ausder Fami-lie XDPvon Infineonkombinierteine quasiresonante Leistungs-faktorkorrektur (PFC)mit einemquasiresonanten Flyback-Cont-roller und Regelung auf der Pri-märseite, zusammen mit einerseriellen Kommunikations-Schnittstelle. Außerdem verfügtder ICüber einenSatz vonkonfi-gurierbaren Schutz-Mechanis-men (Standard und erweitert).Der LED-Treiberbaustein XD-

PL8221 bietet Funktionen wieMehrfachregelung für konstante

umschalten.Die serielle Schnitt-stelle UART des Treiberbausteinsteuert mit seinem Befehlssatzdie Baustein-Funktionen oderliefert entsprechende Status-In-formationen.Das ermöglicht dennumerischenDatenaustausch inEchtzeit. DieDatenkönnendannzur Überwachung oder zusätzli-che lokale Regelungs-Funktio-nen genutzt werden.Mit dem Treiber-IC lässt sich

flackerfrei bis unter ein Prozentdimmen,währenddie Stromstär-ke genau geregeltwird. Der Chipbietet außerdemeineDim-to-Off-

Funktion, um den Baustein imStandby-Betrieb zuhalten.Dannist die Leistungsaufnahme klei-ner 100mW, abhängig vomTrei-ber-Design.

Infineon

Spannung, konstanten Stromund Leistungsbegrenzung miteinstellbaren Betriebs-Parame-tern. Dank seiner Funktionalitätlässt sich der IC für effizienteGeräte einsetzen. Unterstütztwerden AC- oder DC-Eingangs-spannungen mit Nennwertenvon 100 VAC bis 277 VAC bzw.127VDCbis 430VDC. Abhängig vonder aktuellen Situationwählt dieintegrierte digitale Regelungdenjeweils besten Betriebs-Modusaus: Sie kann zwischen einemquasiresonanten, diskontinuier-lichen und aktiven Burst-Modus

KONSTANT-STROM-TREIBER

Flache Bauform und integrierte Dimm-FunktionenDie LED-Treiber der Produktfa-milie LDC von Mean Well (Ver-trieb: Emtron) bieten eine flacheBauform mit einer Höhe von 21mm. Außerdem kennzeichnetdie Serie verschiedene Dimm-Optionen. Die Geräte sind alsKonstant-Strom-Treiber ausge-führt undbietendieMöglichkeit,den maximalen Ausgangsstromüber einen externenWiderstandvorzuwählen.Darüber hinaus ist eine Funk-

tion zur Temperaturkompensati-on über einen externem NTC in-tegriert. So lässt sich die Tempe-

von 35W (LDC-35), 55W (LDC-55)und 80 W (LDC-80) zur Verfü-gung. Optional sind die Modellemit der bekannten 3-in-1-Dimm-Funktionen verfügbar. Sie er-möglicht die Einstellung desAusgangsstroms und damit derLED-Helligkeit auf drei Arten:Über eine externe Steuerspan-nung zwischen 0und 10VAC, perPulsweitenmodulation mit 10 VAmplitude oder über einen ex-ternen Steuerwiderstand. DieDA-Modelle sindmit einer DALI-Schnittstelle ausgestattet. DieseVariante bietet weiterhin die Al-

ternative zum Push Dimming.Die LED-Treiber unterstützenflickerfreies Beleuchtungsde-sign. Sie lassen sich flacheLeuchtkörper integrieren, wiebeispielsweise Lichtbandinstal-lationen.Mit ihrer geringenLeis-tungsaufnahme im Leerlauf er-füllen die LED-Treiber aktuelleBestimmungen für umwelt-freundliche Stromversorgungen.Die Treiber sind zertifiziert ge-mäß EN 61347-1.61347-2-13, UL8750, GB 19510.1.

Emtron

ratur der angeschlossenen LEDüberwachen und bei einer mög-lichenÜberhitzungwirdderAus-gangsstrom reduziert. Die Le-bensdauer der LED wird verbes-sert. Es stehen Modelle mit ma-ximaler elektrischer Leistung

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AKTUELLE PRODUKTE // LED-TREIBERBright-ness

Mit demPowerController V2 bie-tet der LED-Experte Lumitronixden Leuchtenherstellern ein fle-xibles Steuergerät. Dazugehörenvier Eingangskanäle, über diesich beispielsweise Taster, Dim-mer oder Sensoren anschließenlassen.Hingegen sorgendie vierAusgangskanäle für viel Flexibi-lität bei der Planung der unter-schiedlichstenBeleuchtungssze-narien. Außerdem erlaubt dasschlankeFormat von99mmx29mm x 13 mm die Installation innahezu jeder Art von Leuchte.Mithilfe der eigens von Lumitro-nix entwickelten Software kön-nen Leuchtenbauer das Steuer-gerät genaumit den Funktionenausstatten, die für eine bestimm-te Produktfamilie gewünschtwerden.Mankann sich entwederfür eine vorprogrammierte Stan-dardkonfiguration entscheidenoder selbst definieren, wie dieEin- und Ausgänge belegt oderwelche Funktionen ausgeführt

LED-STEUERGERÄT

Individuell programmieren

werden. Auch an die smarte Be-dienbarkeit hat der Herstellergedacht: es gibt Ausführungender Mini-Steuereinheit, die mit-hilfe von Erweiterungen die In-tegration von Casambi (Blue-tooth), DALI (Netzwerk) undZigBee (Funk) unterstützen. Solassen sich Leuchten vom Sofaaus mit dem Smartphone oderTablet zu bedienen.

Lumitronix

Das Phoscon Ambiance Kit vondresden elektronik versprichteine Lichtlösung imKomplettpa-ket für Beleuchtungsmöglichkei-ten für gleichwohl private alsauch gewerblich genutzte Räu-me. Der im Bundle enthaltenefünfMeter lange LED-Streifen istmit 120 LEDsproMeter bestückt.Diese bieten einen Lichtstromvon bis zu 1500 lm/m. Das Lichtkann ganz individuell bestimmt

TREIBER UND LED-STREIFEN

Kit für individuelles Lichtwerden, in welcher Abmessungder LED-Streifen benötigt wird.Alle 10 cm lässt sich der LED-Streifen teilen. Ein weiteres Ele-ment des Kits ist das Vorschalt-gerät Phoscon FLS-CT lp, wel-ches sich für die Kopplung mitdemCCT-Streifen eignet. Zudemist im Paket ein Adapterkabelbeigelegt. Damit lässt sich dieBeleuchtung direkt umsetzen,ohne langwierigeVorinstallatio-nen zu tätigen.Zur Steuerungder Lichtinstal-

lation bietet sich der Einsatz derhauseigenen und Phoscon Appan.Anwender erhaltenüber eineStep-by-Step-Anleitung einenEinstieg indiemoderneBeleuch-tungssteuerung.DieApparbeitetin Kombination mit dem Kit zu-sammen mit Bewegungs- undHelligkeitssensoren vonPhilips,IKEA und XIAOMI.

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AKTUELLE PRODUKTE // LICHTMESSTECHNIK


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LEUCHTDICHTE-MESSSYSTEM

Leuchtdichte- und spektroradiometrische MessungenMit derGLOPTICAM1.0bietet GLOptic ein System für Leuchtdich-temessungenan. Zusammenmitder Leuchtdichtekamera GL OP-TICAM 1.0 sind Leuchtdichte-messungen von beleuchtetenFlächen wie Wänden oder Stra-ßen oder von selbstleuchtendenElementen,wieDisplays, hinter-leuchtetenAnzeigen- undBedie-nelementen sowie SchalternundTastern, möglich.Bei LC-, LED- und OLED-Dis-

plays ist die Homogenität wich-tig. Diese Eigenschaft kann oftnur durch exakte Leuchtdichte-

Ein solches Lichtaudit kann ein-gesetztwerdenumPotenziale fürdie beleuchtete Fläche aufzuzei-gen und anschließend eine Op-timierung vorzunehmen. Die GLOPTICAM1.0 kombiniert Leucht-dichtemessungenmit spektrora-diometrischen Messungen. DasInstrument basiert auf einer di-gitalen Kamera und enthält zu-sätzlich ein optisches SystemmiteinemV-Lambda-Korrekturfilterund einem photosensitivenCMOS-Bildsensor. Wie bei einerherkömmlichen Kamera fängtdieGLOPTICAM1.0 ein komplet-

tes Bild ein, für welches dieLeuchtdichtewerte für jeden ein-zelnen Bildpunkt über eine PC-Software ausgelesen werdenkönnen.

GL Optic

Messungen erfasst undoptimiertwerden. ImAllgemeinenwirddieMessanwendung bei der Mes-sung von LED-Lichtquellen, In-nen- undAußenbeleuchtung, imRahmen von Lichtaudits oderauch inForschungundEntwick-lung, Produktion und Qualitäts-sicherung eingesetzt. Bei einemLichtaudit einer Straßenbe-leuchtung oder eines Tunnelskönnendie exaktenLeuchtdich-tewerte unddieHomogenität derLichtverteilung in verschiedenenBereichenwie Bordstein, Straßeoder Umfeld bestimmt werden.

LICHTMESSTECHNIK

Leuchtdioden und Laser-Lichtquellen charakterisierenMit dem Goniophotometer LGS650 bringt Instrument Systemsein Mess-System auf den Markt,mit demsichLED-Komponentenund -Anwendungen vermessenlassen. Es ist Teil der LGS-Familieund eignet sich in Kombinationmit einem Spektralradiometerzur präzisen Bestimmung spek-traler Kenngrößenwie Farbkoor-dinaten, Farbtemperatur undFarbwiedergabeindex als Funk-tiondesWinkels. DasModell LGS650 bietet laut Hersteller eineAlternative für Proben bis zu ei-nemDurchmesser von 1300mm

senschaftlicheundhochtechno-logische Anwendungen oder inder Sensorik und BeleuchtungnehmennebendenSSL-Quellendie Laserquellen an Bedeutungzu. Sie finden Einsatz in derStruktur- und Oberflächenana-lyse, im medizinischen oder in-dustriellen Umfeld.Zur absoluten Charakterisie-

rung dieser schmalbandigenEmissionsquellen ist ein hoch-auflösendes Spektralradiometererforderlich. Der Hersteller hatspeziell dafür das Array-Spekt-ralradiometer des Typs CAS

140CT-HR entwickelt, welchesauf demSpektralradiometer CAS140CT basiert und für die licht-messtechnische UntersuchungvonLaserdiodenoptimiert ist. EsliefertMessergebnissemit hoherspektraler Auflösung bei gleich-zeitig kurzerMesszeit. Vor allembei der schnellen Prüfung vonLaserdioden oder von Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Lasern(VCSEL) bereits in der Produkti-onslinie bietet dasCAS 140CT-HRVorteile.

Instrument Systems

und einem Gewicht von 10 kg.Kombiniert mit einem Spektral-radiometer, wie dem CAS 140D,oder einem Photometer könnenalle Kenngrößen als Funktiondes Winkels mit höchster Präzi-sion bestimmt werden. Für wis-

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LICHT MIT LED // ANWENDUNG


Optimal dosiertes LED-Lichtfür die Pflanzenzucht

Sollen Pflanzen ohne natürliches Sonnenlicht wachsen und reifen,dann ist neben Wärme und Feuchte vor allem abgestimmtes und

schmalbandiges LED-Licht notwendig.

RICHARD BLAKEY *

* Richard Blakey... ist Applikation Engineer bei WürthElektronik eiSos in Waldenburg.

Ineiner Tiefe von 33Meternunter denStra-ßen von Londonwerden Salat und Kräu-ter angebaut. Zugegeben, ein Extrembei-

spiel, doch zeigt es, was mit aktueller LED-Technik möglich ist. Künstlich beleuchteteGewächshäuser oder fensterlose Räumekönnendurch einenplatzsparendenvertika-len Aufbau zur Nahversorgung in Ballungs-räumen beitragen oder als hoch effizienteAnzuchteinrichtungdienen. EinGroßteil derGewächshäuser weltweit nutzt natürlichesLicht. Doch dank des Fortschritts bei Licht-technik, Beheizung, Bewässerung sowieSteuerung lohnt es sich, in geschlossenenRäumen, künstlich beleuchtete Gewächs-häuser zu errichten.Solche smarten Indoor-Gewächshäuser

können im Vergleich zu konventionellerLandwirtschaft und Lowtech-Gewächshäu-sern bei geringeremWasserverbrauch deut-lich höhere Erträge auf derselbenAnbauflä-

che erzielen. Dank gesunkener Preise undtechnischer Weiterentwicklung verdrängenLEDs andere Leuchtmittel. Ihr entscheiden-der Vorteil: Sie bieten dieMöglichkeit, LichtspezifischerWellenlängen zu emittieren. BeiSmart Horticulture bekommen Pflanzennicht nur die genau richtige Menge WasserundDünger, sondern einen jeweils optimier-tenLichtmix. Licht verschiedenerWellenlän-

gewirkt unterschiedlich auf Pflanzen. Pflan-zen nutzen nur bestimmte Lichtfrequenzenfür die Photosynthese. Diese Frequenzenstehen im Zusammenhang mit den Absorp-tionseigenschaften verschiedener Pigmente,die in den Chloroplasten genannten Zellor-ganellen eingebunden sind. Die meistendieser Pigmente absorbieren Licht in denWellenlängen, die den Farben Blau und Rot

Abgestimmt: Speziell für die Bedürfnisse von Pflanzen abgestimmtes und schmalbandiges LED-Licht.

Bilder:W

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Bild 1: Charakteristische Absorptionsspektren verschiedener Pigmente für die Photosynthese.

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entsprechen. Deshalb erscheinen die meis-ten Blätter grün, da diese Wellenlängen zueinem geringen Teil absorbiert werden. Diewichtigsten Pigmente sind Chlorophyll A,Chlorophyll B und die Carotinoide. Interes-santerweise kommt den einzelnen Pigmen-ten in verschiedenen Phasen der Pflanzen-entwicklung eine unterschiedliche Bedeu-tung zu.

Rote und blaue LEDs liefernviel Energie für die PflanzenEin wichtiger Begriff ist in diesem Zusam-

menhang ist PhotosyntheticallyActiveRadi-ation (PAR). Als photosynthetisch aktiveStrahlungwerdendie vorwiegendabsorbier-ten Wellenlängen bezeichnet. Die PAR um-fasst ein Spektrum von 400 bis 700 nm. Da-rüber hinaus gibt es die Phytochrome, dassind Photorezeptoren, die in den PflanzenProzesse wie die Wachstumsrichtung oderdie Blütenöffnung steuern.Die PhytochromeabsorbierenLicht derWellenlängen660und730nm.Hier liegt viel Potenzial für die Erfor-schung spezifischer Optimierungspotenzia-le. DerGrund:welcheWellenlängewas steu-ert, hängt vonder Pflanzengattung ab. Sogarvon Sorte zu Sorte gibt es Unterschiede, dieman nutzen kann.Diemeiste Energie für Pflanzen liefern ro-

te und blaue LEDs. Doch sollte man sich beider Beleuchtung in einem Gewächshausnicht auf die beidenWellenlängenbeschrän-ken. Das dunkelrote Licht oder auchFar RedLight mit einer Wellenlänge von 720 bis 740nm, befindet sich im Infrarotspektrum. Die-ses Licht verkürzt beispielsweise Keimung

undBlütezeit vonPflanzen. Zugleich fördertes aber auch im Zusammenhang mit derSchattenflucht das Längenwachstum.Alleindieses Beispiel zeigt: Wer für alle Spektreneigene LEDs hat und diese individuell steu-ern kann, hat dieMöglichkeit, Pflanzenmit-hilfe spezifischer Lichtwellenlängen imSin-ne der Ertragssteigerung zu beeinflussen.Für denGartenbau ist esmit den üblichen

Farben nicht getan. Würth Elektronik eiSoshat beispielsweise mit der LED-Familie Mo-no-Color-Keramik WL-SMDC, die zudemSMT-bestückbar ist, über die üblichen Far-benBlau,Gelb, GrünundRot hinaus ergänzt(Bild 2). Die Horticulture-LEDs bieten Wel-lenlängen mit 450 nm (Deep Blue), 660 nm(Hyper Red) und 730 nm (Far Red). Der Ver-gleich der Emissionsspektren der LEDs mit

den Absorptionsspektren der Photosynthe-sepigmente zeigt: Die Leuchtmittel erfüllendieBedürfnisse der Pflanzen.Die aufGarten-bau spezialisierten Hersteller von Beleuch-tungsanlagen können immer wieder neueWellenlängenkombinationen speziell fürbestimmte Arten und sogar auf Sorten ab-stimmen.Erforschtwerdenbeispielsweise verschie-

dene Lichtmixturen, um das LED-Licht aufdie gewünschten Eigenschaften von Pflan-zen abzustimmen. Während Aloe vera mög-lichst fleischigeBlätter haben soll, bevorzugtman bei Salatpflanzen natürlich dünne undleichte Blätter. Zierpflanzen sollen ihre Blü-ten so lange wie möglich erhalten. // HEH

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Bild 2: Die Emissionsspektren der WL-SMDC-LEDs überlagern mit den Absorptionsspektren derphotosynthetischen Pigmente.

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Dynamische Lichtszenen mitDigital Micromirror Devices

Digital Micromirror Device (Mikrospiegelaktor) in Projektoren sindvorteilhafter gegenüber mechanischen Systemen. Der Beitragbeschreibt die Funktionselemente eines solchen Systems.

ZHONGYAN SHENG UND BRANDON SEISER *

* Zhongyan Sheng... ist Entwickler für optischeAnwendungen.

DieMöglichkeit, ParameterwieHellig-keit, Farbe und Lichtverteilung einesBeleuchtungskörpers zu variieren, ist

in vielen Anwendungen durchaus sinnvoll.Denn sie erlaubt völlig neueFunktionalitätenundkannSzenenabhängig vonbestimmtenAktivitäten durch dynamische Effekte auf-werten. Als ein zentrales Bauteil von DLP-Chipsätzen, demDigital Light Processing, ist

esmit denDigitalMicromirrorDevices (DMD,Mikrospiegelaktor)möglich, Licht inAnwen-dungen wie digitalen Kinos oder Projektio-nenbei Großveranstaltungen zu steuernundauszurichten. Möglich ist das nicht nur beigroßen Projektoren, sondern auch bei trag-baren oder eingebauten Projektoren. SolcheSysteme sind oft mit LEDs bestückt.Damit ein Entwickler einen Eindruck von

den Möglichkeiten beim Einsatz von LEDszusammen mit DLP-Chipsätzen bekommt,beschreibt der nachfolgendeText eineArchi-tektur, welche die DMDs für die Bühnenbe-leuchtung nutzt. Sie beruht auf der DLP-Technik vonTexas Instruments unddient derProjektionmithilfemehrerer kleiner, gebün-delter Lichtquellen. Abgesehen von LEDskommtdie Lösungauch für andereBeleuch-tungs-Anwendungen auf der Basis von La-sern oder Laser und Phosphor zum Einsatz.

Zudem lässt sich das Konzept auf geringereHelligkeit skalieren – mit einem kleinerenDMD, einer einfacherenOptik und niedrige-ren Kosten.

Die Mikrospiegel undwie sie funktionierenDLP ist eine auf MEMS (Micro Electro-

Mechanical System) basierendeTechnik, dieLicht mithilfe eines DMD moduliert. JedesDMDkannausMillionenunabhängiger Spie-gel bestehen, die in der Diagonale nurweni-ge Mikrometer messen und jeweils einemoder mehreren Pixeln eines Bildes entspre-chen. Die Mikrospiegel lassen sich sehrschnell zwischen den beiden Zuständen einund aus wechseln, um ankommendes Lichtzu steuern und umzuleiten. Aufgrund ihrergeringen Größe können die Mikrospiegel inwenigen Mikrosekunden zwischen beiden

Projektion:Mithilfe eines DMDs für die Bühnenbeleuchtungkönnen dank der Mikrospiegel-Arrays unterschiedlicheMotive projiziert werden.

Brandon Seiser... arbeitet in einem interdisziplinärenRotationsprogramm. Beide sind imDLP-Geschäft von Texas Instruments.


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Bild:©

Ratta

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Zuständenumschalten. Bild 1 zeigt einDMD,dessen Mikrospiegel sich einzeln ansteuernlassen. DasDMDnutzt dieMikrospiegel, umzukontrollieren,wannundwoLicht auf eineProjektionsfläche fällt. Viele DLP-basierteSysteme enthalten nur ein einziges DMD,welches das Licht steuert. Nutzt ein Entwick-ler einen DMD, um Farbe ständig darzustel-len, erleichtert das Systemdesign im Ver-gleich mit einem mehrfarbigen System. Eineinzelnes DMD kann auch mehrfarbige Bil-der undVideos darstellen,wenndas Systemein Farbelement enthält, das aus unabhän-gigen roten, grünenundblauenLichtquellenoder einem rotierenden Farbrad bestehenkann. Die Mikrospiegel in einem DMD sind

so schnell, dass sehr kurze Blitze aus farbi-gemLicht auf die einzelnenPixel der Projek-tionsfläche fallen. Unsere Augen setzen die-se kurzenLichtblitze so zusammen, dasswirBilder oder Videos in brillanten Farben er-kennen. Großen Erfolg verzeichnet die DLP-Technik inKinos:Mehr als 80%der digitalenFilmtheaterweltweit sindmitDLPausgestat-tet. AbgesehenvonKinos, demAusbildungs-sektor und Beamern für den Hausgebrauch,kommt die DLP-Technik noch für eine Viel-zahlweiterer Anwendungen in Frage:Head-up-Displays in Autos, Lithografie, Spektro-grafie und 3D-Druck.

Die DLP-Technik im Einsatzzur BühnenbeleuchtungBühnenbeleuchtungenwerden schon seit

einiger Zeit dafür benutzt, bei Live-Auftrittenoder Konzerten den visuellen Eindruck fürdie Zuschauer zu verbessern. In der Tat lässtsich mit der richtigen Beleuchtungstechnikdie Stimmung eines Akteurs auf der Bühnevisuell hervorheben. Darüber hinaus sindweitere visuelle Effekte realisierbar. Auchaktuelle Systeme können bereits eine Viel-zahl von Mustern und Farben darstellen,dochdie genaueAnzahl hängt davonab,wievieleGobos (GraphicalOptical Blackout) daseinzelne System speichern kann. Anstatt ei-nes Gobo-Filters, der Muster erzeugt, kannein auf der DLP-Technik basierendes Büh-nenbeleuchtungs-SystemeinDMDzur dyna-mischenErzeugungvonBildernundMusternverwenden. Der Ersatz der traditionellenGobo-Filter durch einDMDeröffnet denPro-duzenten eröffnet eine große Auswahl anein- oder mehrfarbiger Muster und Videos,womit sich visuelle Effekte darstellen lassen.Da zur Darstellung des neuen Bildes keiner-lei weitere mechanische Bauteile benötigtwerden, kanneinDLP-basiertes Systemwäh-

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rend eines Auftritts oder einer Show unbe-grenzt viele Bilder wiedergeben.Die Konstruktion eines Systems für die

Bühnenbeleuchtung mit der DLP-Technikhat noch einenweiteren Vorteil: Diemecha-nischen Bauteile zum Wechsel der Goboswährend eines Auftritts entfallen. Soll einherkömmliches System ein neues Musterdarstellen, muss ein neues Gobo zwischenLichtquelle und Projektionsoptik platziertwerden.Notwendig ist hierfür einRotations-wechsler oder eine anderemechanischeVor-richtung, die für den Wechsel mehrere Se-kundenbenötigen kann. DieDMDspunktenmit ihrer hohen Geschwindigkeit und ihrerProgrammierbarkeit. Sie kommenohneohnemechanische Komponenten aus, wenn sieein neues Bild darstellen. Diese Eigenschaftkann die Abmessungen des Systems ebensoreduzieren wie den Wartungsaufwand unddie Reparaturkosten. Obwohl die DLP-Tech-nik in der Bühnenbeleuchtung von Vorteilist, so lassen sich mit der Gobo-Projektionimmer nochhellere Systeme realisieren. DieTabelle bietet eineGegenüberstellunggrund-sätzlicher Eigenschaften vonDLPundGobo-Projektion.

Die Elektronik eines DLP-Systems im Detail betrachtetZwar sind DMDs die wesentlichen Bautei-

le für die DLP-Technik. Allerdings kommenweitereAspekte hinzu, die vondenEntwick-lern berücksichtigt werden müssen. Dazugehören die zusätzlich erforderlichen elekt-ronischen Bauelemente, der Lichtweg vonder Lichtquelle zumDMDund zumProjekti-onsobjektiv, das Thermomanagement undschließlich die verwendete Lichtquelle. ZurIllustration ist in Bild 2 das Blockschaltbildeines typischen DLP-basierten Systems dar-gestellt. Die Elektronik eines DLP-Systems

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lässt sich in vier Hauptkomponenten auftei-len: Frontend-Prozessor, die Leiterplatte(PCB),DMD-PlatineundTreiber für die Licht-quelle. Jede Komponente ist entscheidendfür die Funktion des gesamten Systems undist beim Design des Komplettsystems. DerFrontend-Prozessor wandelt ankommendeBilder oderVideos in ein Format um,das derDLP-Controller verarbeiten kann.Man kannsichhier für einenProzessormit zusätzlichenFeatures wie etwa Bluetooth- oder Wi-Fi-Konnektivität entscheiden. Damit kann derAnwender seine Designs individuell gestal-ten. Zudem lässt sichder Frontend-Prozessormit applikationsspezifischer Bildverarbei-

tungs-Software ausstatten. Die Leiterplatteenthält denDLP-Controller und die notwen-dige Elektronik, um den Chip anzusteuern.Der DLP-Controller sendet Daten vom Fron-tend-Prozessor andasDMD in einem für dasDMDgeeignetenFormat. Für jedesDMDgibtes einenbestimmtendigitalenController undteilweise ein Power-Management-IC, damitdie Leistungsfähigkeit optimiert wird. DiePlatine enthält dasDMDselbst sowie die ge-samte Elektronik, die für seinen Betrieb er-forderlich ist. Die DMD-Platine ist an denDLP-Controller auf der Leiterplatte ange-schlossen, damit sieDaten entgegennehmenund das gewünschte Bild darstellen kann.

Abgesehen davon ist die DMD-Platine Be-standteil der Optikeinheit. Das Subsystemmit der Beleuchtungs-Elektronik umfasstsämtlicheKomponenten, die zumAnsteuernder Lichtquelle benötigt werden. Die Be-leuchtungs-Elektronik kann SchnittstellenzumDLP-Controller und zur Leiterplatte ent-halten, damit die Stärke des auf das DMDtreffenden Lichts für eine bessere Schwarz-darstellung strategisch variiertwerdenkann.Die Treiberelektronik kannausPlatzgründenauf der Leiterplatte untergebracht werden.

Wenn es auf die eingesetzteOptik ankommtObwohl sie in Bild 2 nicht dargestellt ist,

stellt die thermische Lösung einen entschei-denden Bestandteil des DLP-basierten Sys-temsdar. IhreAufgabe ist es, dasDMD inner-halb des empfohlenen Betriebstemperatur-bereichs zuhalten. Eine effiziente und effek-tive thermische Lösung verbessert Lebens-dauer und Zuverlässigkeit des DMD. Nichtnur das DMD muss gekühlt werden, auchandere ICs verlangennachKühlmaßnahmen.Nicht zu vergessen die Lichtquellen wieLEDs. Die Hersteller optischer Module fürDLP-Anwendungenproduzieren ganzunter-schiedliche Optiken. Sie sind unterschied-lich groß, nutzen verschiedene DMDs undbieten zusammen mit den Lichtquellen einbreites SpektrumvonHelligkeiten. Entwick-ler optischer Systemkomponenten müssenabschätzen, wie viel Helligkeit (Lumen) dasDesignbenötigt,welche Lichtquelle verwen-detwerden soll,welcheGrößenrestriktionenes gibt und wie das System insgesamt zukonfigurieren ist. So fügt sich eine flexibleSingle-Chip-Architektur einfacher in ein Sys-tem ein. Da die Mikrospiegel extrem kurzeSchaltzeiten erreichen, lassen sichmit einemDMD-Chip per Pulsweiten-Modulation so-wohl eine Grauskalen-Darstellung und einesequenzielle Farbwiedergabe realisieren.

Die Vorteile des Digital LightProcessingLichttechnischeAnlagen, dieDLPnutzen,

eignen sich gut als Ersatz für Gobos auf derBühne. Lichtszenarien lassen sich dyna-misch umprogrammieren, womit verschie-dene Lichtmustermöglich sind. Kommt bei-spielsweise ein SXGA-DMDmit einer Diago-nalen von 0,95 Zoll in einem Typ-A-Gehäusezum Einsatz, lässt sich zusammen mit aus-reichender Zwangsbelüftung eine Lichtstär-ke von 15.000 Lumen erzeugen. Bei licht-schwächeren Systemen können kleinereDMDs und LEDs verwendet werden. // HEH

Texas Instruments

Bild 2: Das Blockschaltbild mit allen Elementen eines DLP-basierten Systems.

DLP-TECHNOLOGIE GOBO

Auflösung Bis zu Millionen vonprogrammierbaren Pixeln

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Zuverlässigkeit und Kosten Seit über 20 Jahren im Einsatzbewährte MEMS-Technologie

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Tabelle: Vergleich zwischen DLP-Technologie und Gobo-Projektion

Bild 1: Die einzelnen Mikrospiegel des DMD lassen sich separat ansteuern.

Bilder:Texas

Instruments

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ALLGEMEINBELEUCHTUNG // TREIBERBAUSTEIN


* Hermann Püthe... ist Geschäftsführender Gesellschaf-ter bei inpotron Schaltnetzteile inHilzingen.

WermoderneLED-Beleuchtungs-technik entwickelt, mussbei den Schaltnetztei-

lenumdenken.Denn zukünf-tige LED-Treiber sindnichtmehr nur Stromversorger,sondern zunehmend ei-ne flexible Schnittstel-le zur vernetzten IoT-Welt. Dank führen-der Analog-Tech-nik konnten dieHersteller vonSchaltnetzteilen denTrend zur Digitalisierunglange Zeit gelassen aussitzen.Dochmit der LED haben sich die Ansprüche derBeleuchtungsindustrie an die Stromversor-ger in den letzten zehn Jahren enormgewan-delt. Es genügt inzwischen nicht mehr, nureine Blackbox zu liefern, die etwa eine Spe-zialleuchte an ihrem Einsatzort ohne War-tung für lange Zeit am Laufen hält.

Gängige Ansteuerungs-protokolle beherrschenEin LED-Treiber sollte nicht nur zuverläs-

sig Energie für die angeschlossene Leuchtebereitstellen, als Regel- undSteuerungszen-trale muss er auch alle gängigen Ansteue-rungsprotokolle beherrschen. Außerdemsollte er flexibel auf geänderte Einsatzzweckereagierenkönnen. Symbiose vonDigitaltech-nik, analogenSchaltkreisen sowie Leistungs-elektronik ist daher notwendig. Ein Beispielist die mehrkanalige Stromversorgung fürRGBW-Flächenstrahler mit Leistungen von150 W sowie 350 W des Chemnitzer Design-Centers exscitron, eine 100-prozentige Toch-ter der inpotron Schaltnetzteile. Grundlage

für die Entwicklung bildet ein modularerAnsatz, mit dem sich bereits vorhandeneLeistungsbausteinemit einer digitalen Steu-ereinheit verknüpfen lassen. Ein Master-Slave-Konzept sorgt dabei für die Skalierbar-keit der Basiskonfiguration.DerRückgriff aufbereits bewährte Komponenten erleichtertzudemdieQualitätssicherungundverringertden Aufwand für Zertifizierungen.

Ein LED-Treiber mit vierregelbaren AusgängenEntstanden ist ein kompakter LED-Treiber

PSU-0164-09mit vier individuell regelbaren,flickerfreien sowie parallelschaltbaren Aus-gängen. Das Leistungsmodul kommt ohneZwischenkreis-Elektrolythkondensator ausund erzeugt praktisch keinen Einschalt-stromstoß. Somit konntendie Entwickler dieZuverlässigkeit aber auch die Lebensdauererhöhen. Zudem verhindert der LED-Treibereinen Sicherungsfall, wie es der Fall sein

kann,wennbeispielsweise bei einerNetzun-terbrechung gleichzeitig zuschaltbareGerä-

te hinzukommen. Die Auftei-lung und Regelungder vier Kanäle er-folgt über einenSingle-Stage-Reso-nanzwandler mit pa-tentiertem Strom-splitter. Dieserverfügt über eineEffizienz von98%, was wiede-rum zu einem Ge-samtwirkungs-grad des Treibersvon 93% führt. Fürdie digitaleAnsteu-erung werden ne-ben den Single-Sta-ge-Resonanzwand-ler noch zwei Micro-Controller benötigt.Damit lässt sich der

LED-Treiber mit Protokollen wie DALI (De-vice Type 8), DMX (512 und RDM), 1...10 V,Zigbee-Port undPhasendimmungansteuern.Alle Steuersignalewerdenanalog aufbereitetund digital weiterverarbeitet. Über eineMaster-Slave-Schaltung lassen sichmehrereLED-Treiber in einemLeuchten-Netz gemein-sam ansteuern. Die Leistung lässt sich etwavon 150 auf 300 W erweitern, indem einegeänderteAnsteuerung realisiertwird.Übereine separate Schnittstelle lässt sich nichtnur die Temperatur der angeschlossenenLeuchten erfassen und auswerten, sondernbei Bedarf die Leistung reduzieren. Nahezualle Steuer-Applikationen verlangen inzwi-schen eine permanente Verfügbarkeit desTreibers, auchwenndie Leuchte ausgeschal-tet ist. Hier sorgt eine patentierte Standby-Funktiondafür, dass die Leistungsaufnahmeunter 0,5 W gehalten wird. // HEH

inpotron Schaltnetzteile

Modularer LED-Treiber:Der PSU-0164-09 ist modularaufgebaut und bietet eine Leistung von150 W bei vier Kanälen. Bild: inpotron Schaltnetzteile

Was ein LED-Treiber für vernetzteBeleuchtung bieten sollteEin LED-Treiber ist mehr als ein Stromversorger für die Beleuchtung.

Auf Basis eines modularen Ansatzes werden vorhandeneLeistungsbausteine mit einer digitalen Steuereinheit verknüpft.

HERMANN PÜTHE *

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ALLGEMEINBELEUCHTUNG // LED-FERTIGUNG


Bei der Qualität von LEDsgibt es keine Kompromisse

LED-Hersteller müssen nicht nur ihre Chips testen, sondern auch dieMaterialien. Notwendig sind aufwendige Qualifizierungsprogramme.Nur sie garantieren die spätere Qualität der fertigen LED-Module.

MARTIN WERKOVITS *

* Martin Werkovits... ist Head of R&D im LED-Kompetenz-zentrum bei Tridonic in Jennersdorf/Österreich.

Qualitativ hochwertige, vernetzte Be-leuchtungsszenarien, die exakt aufdie Zielgruppe abgestimmt sind,wer-

den immerwichtiger. DieBeleuchtungsbran-che kommtohneLEDsheute nichtmehr aus.Die kompakten Lichtquellen liefern speziel-le Lichtspektren, die genau auf eine be-stimmteAnwendungabgestimmt sind. In der

Anwendung entfalten sie ihr Lichtpotenzial:sie betonen die Frische von Gebäck undFleisch, setzenKunstwerke in Szeneund sor-gen für eine hohe Farbwiedergabe in Ver-kaufsräume. Als Teil moderner Beleuchtun-gen sichern sie aber auch Produktionspro-zesse, erleuchten Städte oder verwandelnBüros oderHotels in behaglicheWohlfühlor-te.Die LEDs gehören zudenaktuell kleinsten

Lichtquellenund sie lassen sich flexibel ein-setzen. Zu ihrenVorteilen gehören eine langeLebensdauer, hoheEffizienz,Umweltfreund-lichkeit, gute Farbwiedergabeundvielfältige

Gestaltungsmöglichkeiten. Damit eine LEDauf einer Leiterplatte angebracht werdenkann, stehen zwei Technologien zur Verfü-gung, die je nachAnwendungsfall der Licht-quelle zum Einsatz kommen. Bei Chip onBoard (COB)werdendie Einzelkomponentendes LED-Modulswie der Chip, das Konversi-onsmaterial und elektrische Verbindungenauf der Leiterplatte zusammengesetzt. BeiSurface-Mounted-Device- (SMD-)Technikwerden dagegen Bauelemente vorgefertigtund anschließend als Ganzes aufgelötet.

Die Qualität der LED ist eindurchgängiger ProzessEines der wichtigsten Qualitätsmerkmale

der LED ist ihre Effizienz beziehungsweisegenauer Lichtausbeute, also der erzeugteLichtstrom pro eingespeister elektrischerLeistung. Dank der technischen Weiterent-wicklungwirddie Lichtausbeute kontinuier-lich verbessert. Effizienzwerte von über150 lm/W sind aktuell in vielen Anwendun-gen realistisch. Eine höhere Effizienz lässtsich beispielsweise durch eine verbesserteLichtauskopplung erreichen: SpezielleOber-flächenstrukturen am Chip optimieren dieWirkung der Primäroptik. Eine geringereVorwärtsspannung der Diode verbessertebenfalls die Effizienz. EinweitereswichtigesKriterium ist die Lichtqualität der LED.Dazugehörendie Lichtfarbe, die Farbtoleranzunddie Farbvarianz über den Abstrahlwinkel.Welche Anforderungen und Qualitätseigen-schaften die Lichtquelle im Einzelnen erfül-len muss, hängt immer von der jeweiligenAnwendungab.UmdieQualität der LEDs aufeinem sehr hohen Niveau zu gewährleisten,ist ein durchgängigerQualifizierungsprozessnotwendig. Dieser beginnt bei der AuswahlvonKomponentenund zieht sichüber sämt-lichePhasender Entwicklung vonLED-Licht-quellen: vomDesignüber die Produktionbishin zur Endkontrolle.Die Zuverlässigkeit vonLED-Modulenund

-Bauteilen kann durch eine Reihe an Tests

Tests von LEDs: Bevor die LED-Module die Fertigungsstätte verlassen, werden sie vom Hersteller intensivgetestet. Das stellt sicher, dass die LED-Produkte innerhalb der definierten Farborte und der engenFarbtoleranzen liegen.

Bilder:Trid

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nach dem JEDEC-Standard nachgewiesenwerden. Dabei handelt es sich um internati-onal standardisierte Methoden zum PrüfenvonHalbleiterbauelementen. In vielfältigenTests wird dabei untersucht, wie sich Kom-ponentenunter harschenBetriebsbedingun-gen verhalten, wie sich ihre Eigenschaftenverändern und wie stabil sie sind.BeimTestHigh-Temperature-over-Lifetime

werden die Lichtquellen einer Umgebungs-temperatur von 60 bis 90 °C ausgesetzt. Inregelmäßigen Messungen wird getestet, in-wiefern sichderenEigenschaften verändern.Nimmt der Lichtstrom mit der Zeit relativstark ab, deutet das auf Qualitätslücken beiden Komponenten hin. Gute Komponentendagegen verlieren über die Dauer von 1000Stundenbei einer Temperatur von 90 °Cnurunwesentlich bis gar nicht an Lichtstrom.Der weitere Test High-Temperature-High-Humidity prüft das Verhalten der Lichtquel-le bei hohen Temperaturen und gleichzeitighoher Luftfeuchtigkeit – in Betrieb oder imLagerzustand. So werden Module für denEinsatz im Freien beispielsweise einer Um-gebungstemperatur von85 °Cund einer Luft-feuchtigkeit von 85% ausgesetzt. Verändertsich die Vorwärtsspannung, gibt das Auf-schluss über die Qualität. Steigt sie signifi-kant an, deutet das auf eine Erhöhung vonFehlstellen imHalbleiter oder auf Schwach-stellen inder elektrischenVerbindungstech-nik hin, was eine verringerte Effizienz undLebensdauer bewirkt.Ein Temperaturschocktest deckt mecha-

nische Schwachstellen indenVerbindungen

der einzelnenBauteile der Komponente auf.Dabei werden die Lichtquellen über 1000Zyklen abwechselnd in zwei verschiedenenTemperaturkammernbei -40und85 °C gela-gert. Damit die Lichtquellen das täglicheEin- und Ausschalten schadlos überstehen,testet derSchaltzyklentestdieBelastbarkeitder LED. Im30-Sekunden-Rhythmuswerdendie LEDs über 100.000 Zyklen abwechselndein- und ausgeschaltet undmüssen den da-mit verbundenen thermomechanischenStress überstehen.

Europäische Spezifikationensind Maßstab für QualitätIst die Zuverlässigkeit der einzelnenKom-

ponenten gewährleistet, setzt sich die Qua-litätssicherung in der Produktentwicklungund Produktion fort. Hier sind es vor allem

Bild 1:Der LED-Hersteller Tridonicfertigt seine Produkte nachstrengen europäischen Spe-zifikationen. Gerfertigt wirdauf SMD- und COB-Anlagen inReinraumatmosphäre.

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die hohen europäischen Spezifikationen,welche den Maßstab für die Qualität festle-gen.HoheAutomatisierung sowie größtmög-liche Flexibilität in der Fertigung sind dabeientscheidende Faktoren. Zudem sorgen siefür eine schnelle und zuverlässigeVerfügbar-keit der LEDs. Intensive Endtests stellen ab-schließend sicher, dass die Spezifikationenhinsichtlich Lichtstrom, Farbwiedergabe,elektrischer Parameter und Effizienz sicher-gestellt sind.Nachden erfolgreichenTests sind auchdie

qualitätssichernden Maßnahmen abge-schlossen und die LED-Lichtquelle verlässtdie Produktion zur Weiterverarbeitung beiLeuchtenherstellernund zumEinsatz in spe-ziellen Beleuchtungslösungen. // HEH

Tridonic

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Im Interview: Die Qualität von LED-Modulen

Damit die LEDs in ihrer jeweiligen Anwen-dung mit ihren speziellen Lichtspektrendas optimale Licht bieten, sind Tests fürdie hohen Qualitätsanforderungen not-wendig. Im Interview erklärt Martin Wer-kovits im Detail, worauf es beim ThemaQualität und LED ankommt.

LED-Technik schafft viel mehr Möglich-keiten als klassische Leuchtmittel. Wel-che Auswirkungen hat das auf die Ent-wicklung und Produktion?LEDs kommen in unterschiedlichenAnwendungen zum Einsatz: von derIndustrie bis Handel, Büro oder imFreien. Die Module müssen dabei stetsoptimal an die Bedingungen angepasstsein. Als einer der ersten Anbieter welt-weit entwickelte Tridonic optimierteSpektren, die für Einsatzszenarien wieBeleuchtung von Fleisch oder Obst undGemüse geeignet sind. Dabei sondie-ren wir ständig neue Möglichkeiten derLED-Technik. Unsere Experten beob-achten den Markt nach neuen Kompo-nenten, die für zukünftige LED-Produk-te interessant sein könnten.

Welche Kriterien sind bei den LEDs ent-scheidend?LEDs werden hinsichtlich verschiede-ner Charakteristika geprüft, ob sie ihreSpezifikation einhalten. Zum einen ge-

hören elektrische Parameter dazu. Zumanderen werden farbmetrische undphotometrische Aspekte berücksich-tigt, wie Lichtstrom, Spektrum, Farb-wiedergabe, Farbkoordinaten, Effizienzund Abstrahlverhalten.

Wie stellen Sie bei Tridonic die Qualitätvon LED-Lichtquellen sicher?Damit wir eine durchgehend hohe Qua-lität unserer LED-Module gewährleistenkönnen, dürfen nur Komponenten fürein Design verwendet werden, die un-ser Programm zur Qualifizierung positivabschließen und entsprechend für eineAnwendung klassifiziert. Dabei wer-den die Komponenten nicht nur tech-nisch bewertet, sondern auch andereAspekte der Qualität beurteilt. Dazugehört es, dass wir uns patentrechtlichabsichern und die Rohmaterialien undKomponenten ausschließlich von zerti-fizierten Herstellern beziehen.

Wie sehen die Qualifizierungsprozes-se der LED-Komponenten bei Tridonickonkret aus?Bevor mit der Produktentwicklungbegonnen wird, durchlaufen Kompo-nenten bei Tridonic einen dreistufigenQualifizierungsprozess. Bei der opto-elektronischen Charakterisierung wirddas Farbshift-Verhalten der LEDs bei

unterschiedlichen Bestromungen undBetriebstemperaturen zwischen -40und 120 °C geprüft. Die Komponentenmüssen sich problemlos im Fertigungs-prozess verarbeiten lassen.Die Mitarbeiter der Prozesstechnikuntersuchen die LEDs und bewertendie Prozessfähigkeit. Dabei prüfen wirunter anderem, wie gut der Pick-and-Place-Prozess funktioniert. Getestetwird außerdem, ob ein Löten in der ge-forderten Qualität möglich ist. Die Zu-verlässigkeit jedes Bauteils wird durchTests nachgewiesen, die sich haupt-sächlich am JEDEC-Standard orientie-ren. Hier werden die Komponenten un-ter extremen Bedingungen hinsichtlichRobustheit, farbmetrischen und pho-tometrischen Aspekten und mechani-scher Stabilität untersucht.

Inwiefern unterscheidet sich Tridonic indiesem Prozess von anderen Herstellern?Tridonic prüft die Schaltfestigkeit ge-nerell im Umfang von 100.000 Zyklen,was für Allgemeinbeleuchtung weitüber die Forderung der Norm hinaus-geht. Im Rahmen der Qualifizierungtesten wir auch Materialverbindungenund geben geprüfte Kombinationenfrei. Denn nicht jede LED ist für jedesSubstrat geeignet.

Welche Entwicklungen in der Lichttech-nik erwarten Sie in Zukunft?Jede neue Generation von Modulserienwies bisher eine Effizienzsteigerungvon mindestens 10% auf – und einigebestehen bereits in der siebten Gene-ration. Es wird noch Verbesserungenbei der Effizienz geben, allerdings ineinem moderaten Rahmen, da es phy-sikalische Grenzen gibt. Kühlkörper,Reflektoren, Linsen und mechanischeBefestigungselemente bieten hier Po-tenzial für Innovationen und lassensich noch verbessern. Weiterhin gibt eseinen Trend zur Miniaturisierung undzur Integration von zusätzlichen Funkti-onalitäten. Dazu gehören beispielswei-se Leistungsversorgung, Kommunikati-onsmodulen und Sensorik.Wir forschen weiter und pflegen engePartnerschaften zu Herstellern, natio-nalen und internationalen Normengre-mien sowie akademischen Forschungs-einrichtungen.

Bild 2: Substrate, Kleber, Terminals und die LED-Packages werden zusätzlich Qualifizierungsprozesse.Die LED-Chips werden nach optischer Chrakteristik, Prozessierbarkeit und Zuverlässigkeit getestet.

Bild:Trid

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AKTUELLE PRODUKTE // ALLGEMEINBELEUCHTUNG

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ße bis neutralweiße Lichtfarbebei Farbtemperaturen von 3000,4000 und 5000 K. Den Nenn-lichtstromgibt derHerstellermit2300 bis 3000 lm an. Aufgrundder großen Fläche der Platineund des Gehäuses aus gebürste-tem Aluminium ist das Wärme-management garantiert. Das

LED-PANEL

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LED-Panel verfügt über eine in-dividuell anwendbare Decken-und Wandmontagevorrichtungund erfüllt mit einem UGR-Wert<19 (=Gradder psychologischenBlendung einer Beleuchtungsan-lage im Innenraum) den Anfor-derungen an Bildschirmarbeits-plätze. Garantiert wird ein stö-rungsfreier Betrieb über eineLebensdauer >100.000Stunden.

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* Jeannine Schmidt... arbeitet als Entwicklungsingenieurin bei Fischer Elektronikin Lüdenscheid.

Ein langesund effizientesBetriebslebenkönnenLEDsnurhaben,wennmanbeider Entwicklung ein großes Augen-

merk auf dasWärmemanagement legt. Es istunabdingbar, dass dieses genau auf die LEDund ihre Anwendung abgestimmt ist. Durchdie Festlegung des Materials bei Leuchtdio-den entstehen kaum Ultraviolette- oder In-

frarotstrahlen. Die Materialauswahl ent-scheidet auchdarüber,welcheWellenlängenan die Umgebung abgegeben werden undwelche Farbe wir schließlich sehen. Bei denaltbekanntenGlühlampenerfolgt dieAbgabeder Verlustleistung in Richtung des Licht-stroms. Hier beträgt die Verlustleistung biszu 96% der eingebrachten Leistung. LEDs

LICHT MIT LED // ALLGEMEINBELEUCHTUNG

Die Wahl des Kühlverfahrensund der Einfluss auf die LED

Das Wärmemanagement spielt bei der LED-Beleuchtung eine wichtigeRolle. Doch schnell stellt sich für den Entwickler die Frage, welches

Kühlverfahren am besten passt. Ein Überblick.

JEANNINE SCHMIDT *

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37ELEKTRONIKPRAXIS LED und OLED-Lichttechnik April 2019

Bild:©

Pran

stockerroom-stock.ado

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hingegen haben eine weitaus kleinere Ver-lustleistung, diesewird in Richtung der Pla-tine abgeleitet. Als stromgetriebenesBauteilentsteht dieWärmeüber denStrom, der überden innerenWiderstand fließt. Über ein ge-eignetes thermischesManagementmuss dieanfallende Wärme über die Platine an dieUmgebung abgeführt werden.

Das thermische Managementbei einer LEDDas thermische Management wird bei

LEDs in der Regel über eine natürliche Kon-vektion realisiert, also über ein Kühlkörper-profil. Häufig wird das Profil direkt als Ge-häuse verwendet, so das die Wärme direktan die Umgebung abgeführt werden kann.DieKühlkörperhersteller entwickelndie Pro-file direkt so, dass diese ein ansprechendesDesign aufweisen aber auch eine effektiveWärmeabfuhr gewährleisten. Zu weiterenMethoden, die allerdings in der Beleuch-tungsindustrie nicht sehr gebräuchlich sind,

gehörendie Entwärmungüber eine erzwun-geneKonvektionmit Kühlkörperprofilenundeinem Lüftermotor. Allerdings können diedabei entstehenden Geräusche in vielen In-dustriebereichen problematisch sein. Ursa-che für die Geräuschentwicklung ist die Ro-tation des Lüftermotors und der dadurchentstehendeLuftbewegung.Menschen emp-finden die Schallwellen als sehr stöhnend.Andererseits kann die Wärmeabfuhr um

bis zu 45% verbessert werden. Bei hohenLeistungen, welche die aktuellen Hochleis-tungs-LEDs aufweisenunddie Entwärmungüber ein Profil nicht ausreichend ist oderaber auch bei einem geringen Platzangebotund wenn die Geräuschentwicklung nichtproblematisch ist, kann diese Methode eineAlternative sein (Bild 1). Eine bei der Be-leuchtungmit LEDs eher seltenere Methodedes thermischen Managements ist die Ent-wärmung über ein Fluid. Die Auswahl despassenden Kühlverfahrens für die jeweiligeAnwendungkannüber den thermischenWi-

derstand (Wärmewiderstand) erfolgen. Füreine erste Abschätzung hilft die folgendeFormel:

R T TP

RTP

RthJ a

THTIMja

THTIM=−⋅

− =⋅

−( )

η ηΔ

(1)

DieVariablen inder Formel 1 bedeuten: Rth

=Wärmewiderstand Junction/Abient [K/W],Tj = Junction Temperature (max. Sperr-schichttemperatur aus dem LED-Datenblatt[K], Ta = Umgebungstemperatur [K], P = Ge-samtverlustleistung der LED (If x Vf aus demLED-Datenblatt) [W], η = Wirkungsgrad derLED (aus dem LED-Datenblatt) und RTHTIM =Wärmewiderstand für dasWärmeleitmateri-al [K/W].Bei der Auslegung ist zu beachten, dass

die Sperrschichttemperatur in keinem Fallüberschritten werden darf. Als Folge verrin-gert sich die Lichtstärke der LED. Die LED-Lebensdauer berechnet sich aus der Licht-stärke, bei einerVerringerungdieser auf 80%desAnfangswertes gilt die LEDals defekt undsollte ausgetauscht werden. Es zeigt sich al-so, dass eine Überschreitung der Sperr-schichttemperatur direkten Einfluss auf dieLebensdauer hat. Deshalb gilt dermit der inFormel 1 errechnete Wert nur als Richtwert.Eine ausreichende Sicherheitsreserve sollteder Entwickler unbedingt mit einrechnen.Unverzichtbar sind auchTests bei derAusle-gung.

Den Kühlkörper und die LEDmiteinander verbindenNachdem der Wärmewiderstand und das

passende Verfahren bestimmt wurden, hel-fen die Kühlkörperhersteller dabei das rich-tige Profil auszuwählen. Diese geben für je-des Profil den Wärmewiderstand an. DieKühlkörpergeometrie sowie die -größe sind

Bild:©

JanJirous-stock.ado

be.com

Wärmemanagement bei der LED:Die Wahl des Kühlverfahrens bei der LEDentscheidet über die Lebensdauer.

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Der Einfluss der Temperatur auf die LEDHalbleiter-LEDs verändern über die Zeitdie Intensität der Lichtausbeute. DiesesVerhalten wird als LED-Alterung bzw. alsDegradation bezeichnet und steht imZusammenhang mit der Ausweitung undVergrößerung von Störstellen im Chip.Die Umgebungs- und damit die Chiptem-peratur beeinflussen direkt die Effizienzund die Lebensdauer der LED: Ein zu

hoher Lichtstrom durch höheren elek-trischen Strom erhöht die Temperatur inder LED. Hinzu kommt, dass starke Tem-peraturschwankungen die Lebensdauererheblich verkürzen. Auch die für Kap-selung und Linsenformung der LED ver-wendeten Kunststoffe unterliegen einerAlterung und somit Trübung der Linse,was die Lichtausbeute verschlechtert.

entscheidend,wie vielWärme über das Pro-fil abgegebenwerdenkann.DasKühlkörper-profil dient der Aufnahme der Wärme, derVergrößerungderOberflächeund somit auchder Abgabe der Wärme an die Umgebung.Aber auchdieBefestigungder LEDwirdüberdasProfil realisiert. Dankder Zhaga-Konfor-mität unddendamit verbundenenStandardszumAustauschder einzelnenKomponentenfür die Beleuchtungsindustrie kann derLeuchtenhersteller mehrere Generationenvon LEDs sicherstellen. Vermehrt bringenKühlkörperhersteller speziell für LED-Modu-le Profile auf den Markt, auf denen die LEDdirekt befestigtwerdenkann.Adapterplattenmit einemBohrbild lassen sich zusätzlich inKühlkörperprofile einschrauben, um eineLED aufzunehmen (Bild 2). Bei der Ausle-gung ist nicht nur die richtige Kühlkörper-größeund -geometrie entscheidend, sondernauch die Anbindung der LED an das Kühl-körperprofil.

Keine Lufteinschlüsse zwischenKühlkörper und der LEDDurchBauteil- undKühlkörpertoleranzen

in ZusammenspielmitOberflächenrauheitenund -unebenheiten können LufteinschlüssezwischenBauteil undKühlkörper entstehen.Aufgrund der sehr schlechten thermischenEigenschaft der Luft kommt eshier zu einemsehr schlechten Wärmeübergang und dieLEDkann trotz eines ausreichendgut ausge-legten Kühlkörpers an einem Hitzetod ster-ben. Diese Lufteinschlüsse gilt es zu vermei-den.DieWärmeleitfähigkeit der unterschied-lichenWärmeleitmaterialien ist in jedemFallbesser als die Wärmeleitfähigkeit von Luft.Zu guten Anbindung stehen verschiedeneArten vonWärmeleitmaterial zurVerfügung.DiewichtigstenGruppenbei denWärmeleit-materialien sind Wärmeleitfolien, Wärme-leitpasten undWärmeleitkleber.Kleber haben den Vorteil, dass hier auf

Schrauben und andere Befestigungsartenverzichtetwerdenkann. EineAustauschbar-

keit ist bei der Verwendung von Klebern al-lerdings nicht mehr gegeben. Hierzu sindFolien und Pasten besser geeignet. Hier istdieWärmeleitfolie in großemVorteil, da die-se zwischen dem Kühlkörperprofil und derLED verklemmt wird und somit bei einemAustausch weiter verwendet oder ohne gro-ßenAufwandmit ausgetauschtwerdenkann.Bei der Auswahl des Wärmeleitmaterials istauf chemischeSubstanzen,wie beispielswei-se Silikonen, zu achten.DieAbgase, also diesogenannten Volatile Organic Compounds(VOC), die mit der LED reagieren können,schlagen sichhierbei auf der LED-Oberfläche

nieder und können die Linse trüben. DerLichtstrom und somit die Effizienz der LEDwerden beeinträchtigt.DerWärmewiderstand,welcher in Formel

1 einfließt, lässt sich wie folgt berechnen:

R dATHTIM =⋅λ

(2)

Dabei geltendieVariablen: d=Dicke/Län-ge desWärmeweges [m],λ=Wärmeleitfähig-keit des Materials [W/mK] und A = Quer-schnittsfläche der Kontaktfläche [m²].Die Schichtdicke des Wärmeleitmaterials

spielt eine entscheidendeRolle. Übermecha-nische Bearbeitung lässt sich die Schichtdi-cke auf einMinimum reduzieren. Man solltejedochbeachten, dass einWärmeleitmateri-al zwar sodünnwiemöglich sein sollte, aberimmer so dick wie nötig, damit es nicht zuLufteinschlüssen kommt. Ein weiterer ent-scheidender Faktor bei derAuslegung ist dieAusrichtung des Gesamtsystems aus LEDundKühlkörper. Kühlkörperhersteller gebenan, in welcher Einbaulage die Angaben fürden Wärmewiderstand gemessen wordensind. Darauf sollte immer geachtet werden.DieDrehungvoneiner horizontalen zur einervertikalen Einbaulage verschlechtert dieWärmeableitung um 15 bis 20%. Bei der ho-rizontalen Einbaulage nutzt man die Physikder Strömungslehre. Bei einem Rippenver-lauf von oben nach unten kann warme Luftmit einer geringeren Dichte ungehindertnach oben steigen und von unten kalte Luftangesaugt werden. Dieser Effekt heißt Ka-mineffekt. Der Temperaturunterschied ist soimmer amgrößtenunddieWärmeabfuhr ameffektivsten.

Die computergestützte Wärme-simulation unterstütztTrotz einer gründlichen Berechnung und

unter Berücksichtigung aller Faktoren ist eswichtig dieAuslegungdurchTests gründlichzu prüfen, um einen Ausfall in der Anwen-dung zu vermeiden. Eine computergestützteWärmesimulation kann hier schon im Ent-wicklungsstadiumvongroßerHilfe sein. Beider Simulation wird die Temperaturvertei-lung imGesamtsystemder Beleuchtung ausLED,Wärmeleitmaterial, Gehäuse, Kühlkör-per und ihrer Umgebung untersucht. DieAuslegungkannanhandvon 3D-Datenohneden Aufbau eines physikalischen Prototypsüberprüftwerden.Damit lassen sichdie Ent-wicklungskosten bereits in einem frühenStadiumverringern, da sowohl der Kühlkör-per, beim Wärmeleitmaterial oder beim Ge-samtaufbau von Entwicklerseite optimiertwerden kann. // HEH

Fischer Elektronik

Bild 2: Kühlkörperhersteller bringen Kühlkörper aufden Mark, auf dem die LED direkt befestigt werdenkann.

Bild:FischerElektro

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Bild 1: Für einige Anwendungen kann es sinnvollsein, die LED aktiv mit einem Lüfterotor zu kühlen.Zu beachten ist allerdings, dass es dabei zu einerGeräuschentwicklung kommt.

Bild:FischerElektro

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Rotes Emittermaterialfür warmweiße LEDs

In dem Projekt EuroLED arbeiten vier Partner an der Entwicklung einesnanoskaligen Leuchtstoffsystems für warmweiße LEDs, das auf einem

grundlegend neuen Konzept basiert.

Leuchtdioden ermöglichen deutlicheEnergieeinsparungen gegenüber her-kömmlichenLeuchtmitteln. Bezüglich

der Lichtqualität sind allerdings herkömm-licheBeleuchtungslösungendenLEDsnochimmer überlegen, da LEDs nicht das volleFarbspektrum wiedergeben. Vor allem fehltein effizienter roter Leuchtstoff in LEDs, umwärmeres Weißlicht zu erzeugen. Ähnlichwie Sonnenlicht beeinflusst die Farbtempe-ratur von Leuchtmitteln unser Wohlbefin-den. JemehrRotanteile sich imwahrgenom-menen Spektrum befinden, umso wärmerund angenehmer ist seineWirkung auf uns.Vor 14 Jahren gelang es erstmals, mit LEDseine physiologisch angenehmere Arbeitsat-mosphäre, also warmes weißes Licht, zuerzeugen. Basiswar der in Japan entwickelterote Leuchtstoff CASN.

Großteil der Strahlung imnahen IR-SpektralbereichNochheutewerdenWeißlicht-LEDs zusätz-

lich mit dem roten Leuchtstoff beschichtet,umwarmesweißes Licht zu erhalten. Jedochist CASN äußerst ineffizient, da es einenGroßteil der Strahlung nahen Infrarot-Spek-tralbereich abgibt, welcher für das mensch-

liche Auge nicht sichtbar ist. Die EuroLED-Partner entwickeln jetzt eine geeignete Al-ternative. Am Fraunhofer IAP wurde bereitsein rot emittierenden nanoskaligen Leucht-stoff entwickelt undpatentiert. Er basiert aufmit dreiwertigenEuropium-Ionenmodifizier-ten Nanopartikeln. Dieses schmalbandigeEmittermaterial kannals zusätzliche Schichtauf eine herkömmlicheweiße LED aufgetra-genwerden“, erklärt Dr. ChristophGimmler,der das Projekt am Fraunhofer CAN, einemForschungsbereichdes Fraunhofer-Institutsfür Angewandte Polymerforschung IAP, lei-tet. „Dreiwertige Europium-Ionenhaben einsehr enges Emissionsband, das für dasmenschliche Auge bis zu dreimal stärkersichtbar ist als das Licht, das von dem her-kömmlichen roten Leuchtstoff CASN abge-strahlt wird. Dadurch ist Eu-dotiertes Mate-rial deutlich effizienter als CASN.“Im Rahmen des Projektes werden die

Fraunhofer-Forscher basierendauf YVO4:EudenLeuchtstoffweiter optimieren. Insbeson-dere die Lichtausbeute unddieHerstellungs-kosten stehen imFokus. Bei denProjektpart-nernwirdder Leuchtstoff eingehendund fürdie EntwicklungundHerstellung vonProto-typen der neuen Generation LEDs weiter

prozessiert. Die Technologie soll im An-schluss bis zur Serienreife undMarkteinfüh-rung vorangetriebenwerden. „Ursprünglichhaben wir den Leuchtstoff noch im Gramm-Maßstab hergestellt. Im Laufe des Projekteswerden wir die Ausbeute auf bis zu 1 kg Ma-terial je Batch herstellen. Darüber hinausverfügen wir im Pilotanlagenzentrum fürPolymersynthese und -verarbeitung PAZüber industrienahe Syntheselinien, mit de-nenwir dasMaterial auch bis einige Tonnenzur Verfügung stellen könnten.“Konsortialführer des Projekts ist das nie-

derländischeKMUSeaboroughResearchB.V,die seit zehn Jahren an LEDs forschen. ImProjekt EuroLEDwirddieDemonstrator-LEDhergestellt undhinsichtlich optischenEigen-schaften und Langzeitstabilität charakteri-siert.Weitere Partner sindnebendemFraun-hofer IAP, das Forschungsinstitut für Anor-ganische Werkstoffe-Glas-Keramik (FGK)und die MJR PharmJet. FGK und MJR befas-sen sich mit der weiteren Prozessierung desim Fraunhofer CAN entwickelten rotenLeuchtmittels für die Beschichtung derLED. // HEH

Fraunhofer IAP

Bild:Fraunho

ferIAP

/TillBu

dde

Effizientes Licht:Am Fraunhofer CAN in Hamburg entwickeln die ForscherLeuchtmittel für effizientere, wärmere Weißlicht-LED.

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LICHT MIT LED // SPEZIALBELEUCHTUNG


Leuchtende Motorradkleidungsorgt für Sicherheit

Künftig können Motorradfahrer leuchtende Jacken tragen, damit sie beischlechten Sichtverhältnissen im Straßenverkehr von allen

Verkehrsteilnehmern besser gesehen werden. Solche leuchtendenTextilien gibt es sowohl mit LEDs aber auch mit OLED-Technik.

Wenn im Frühjahr die Motorrad-Saison wieder startet, steht dieSicherheit der Fahrer wieder an

erster Stelle. Dabei geht es nicht nur um dietechnische Sicherheit anderMaschine, son-dern auch darum, dass der Fahrer im Stra-ßenverkehr jederzeit gesehenwird.Dennvorallem nachts oder bei Nebel verschwindetder Fahrer schnell aus dem Blick andererVerkehrsteilnehmer.Helfen kannhier textileBeleuchtung. Sohat das Fraunhofer-InstitutFEPbeispielsweise eine sogenannteHybrid-OLED entwickelt, die sich beispielsweise in

die Motorradjacke integrieren lässt. Dazuwird dieOLEDauf ein flexibles Substrat auf-gebrachtwie beispielsweiseKunststofffolien.LeitfähigeGarneübernehmendabei dieRol-le der Stromversorgung. Entstanden ist einehybride OLED. Die flexiblen Lichtoberflä-chen vereinen die Vorteile von gedrucktenund verdampften Schichten in einem Bau-element. Konkretwurdendie Passivierungs-schichten, die Metallverstärkung und eineOrganikschicht in der hybriden OLED imRolle-zu-Rolle Verfahren auf Barrierefoliendes HOLST Centres (Niederlande) gedruckt.

AlleweiterenbenötigtenSchichtenderOLEDwurden am Fraunhofer FEPmithilfe dessenweltweit einmaligenR2R-Verdampfungstoolverdampft. Aufgrund der gedrucktenMetal-lisierung über die gesamte Fläche des Bau-elementes ist eine sehr homogene Lichtaus-kopplungmöglich.

LEDs auf der Vorder- undRückseite der MotorradjackeEinen ähnlichenWeg, aber auf Grundlage

von LED, geht Osram Licht zusammen mitHeld. Die Osram-Lichtmodule, speziell ent-wickelt für zwei Jacken und eine Weste vonHeld, können vor der Ausfahrt mit demMo-torrad leicht durch das Anschließen einerPowerbank angeschaltetwerden. Ohnewei-teremanuelle Einstellungenbietendie Licht-streifen im Dauerbetrieb bis zu sieben Stun-den aktive Beleuchtungmit einemAkkumit4000mAh). Die LEDs sind auf derVordersei-te der Kleidungsstücke durch Lichtmodulemitweißen, auf der Rückseitemit rotenLEDsumgesetzt. Die Lichtmodule können in we-nigenSchritten eigenständig in einenGewe-beschlauch indieKleidungsstücke integriertwerden. Der Akku lässt sich via USB-An-schluss laden.

Sicherheits- und Sportbe-kleidung leuchten mit LEDsBereits im Jahr 2016 zeigte Lichtspezialist

Osram auf der Zugspitze, wie auch Sportlerkünftig von der LED-Technik in den Trikotsprofitieren können. Sichtbarkeit und Wahr-nehmung von Sicherheits- und Sportbeklei-dung gegenüber passiven Elementen wieReflektoren und Signalfarben können sichmit der LED-Technikdeutlich steigern lassen.Beim Eishockeyspiel auf der Zugspitze kamdie Technik auf knapp 3000Meter zum Ein-satz: In der Kleidung, auf den Helmen unddem Puck wurden erstmals LEDs einge-setzt. // HEH

Osram Licht

Sicherheit im Straßenverkehr: Leuchtende Streifen sollen den Motorradfaher sichtbarer machen.

Bild:O

sram

Licht

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AKTUELLE PRODUKTE // LED-BELEUCHTUNG

Unter der Bezeichnung vicoluxL-SPOT stellt Vision & Controleine Serie von Linienbeleuch-tungen mit Spot-Optik vor. DieLampen erzeugen ein fokussier-tes, kreisförmiges Leuchtfeld.Bei einem Abstrahlwinkel vom7,5° lassen sich Prüfobjektepunktgenauausleuchten. InVer-bindung mit dem digitalen Be-leuchtungscontroller vicoluxsmart-light DLC3005 ist nebenDauerlicht auch Blitzbetriebmöglich. Damit werden beischnell durchlaufendenPrüflin-

ARBEITSPLATZBELEUCHTUNG

Linienbeleuchtung mit Spot-Optikgen Bewegungsunschärfendurch Einfrieren vermiedenundder Einfluss von Stör- oderFremdlicht unterdrückt.So erzielt die L-SPOT-10x90-

IR860-P-SL im Blitzbetrieb ineinem Arbeitsabstand von 200mmeine Lichtleistung vonbis zu2600 W/m². Aktuell gibt es dieL-SPOT-Serie in drei Größen: L-SPOT-10x30 besitzt eineLichtaustrittsfläche von 10mmx30 mm, bei L-SPOT-10x60 ist sie10 mm x 60 mm groß und bei L-SPOT-10x90 10 mm x 90 mm.Neben weißem Mischlicht, miteiner Farbtemperatur von5700K, sinddie L-SPOT-Modelleauch indenFarbenBlaumitWel-lenlängen von 450nm,Grünmit530 nm, Rot mit 633 nm sowieInfrarot mit 860 nm erhältlich.Die Serie ist nach IP67 geschützt.

Vision & Control

Das Multicolor-LED-Modul voneuroLightingbietet in einerVari-ante das Lichtspektrumder Son-ne und besteht aus in fünf sepa-rat ansteuerbare Chips auf einemBauteil. Neben den drei Primär-farben Rot, Grün und Blau lässtsich mithilfe des integriertenwarmweißen und kaltweißenLED-Segments jede gewünschteLichtfarbe erzeugen. Dank derKombination lässt sich eine dy-namischen Tunable-White-Be-leuchtung umsetzen. Zur Wahlstehen sechs unterschiedliche

MULTICOLOR LED

Das Lichtspektrum der SonneVarianten inklusive mehrererFarbtemperatur-KombinationenmitMaximalwerten von 1900bis8000 K.EineBesonderheit ist dieVari-

ante mit sonnenlichtähnlichemVollspektrum: Durch einen CRI-Wert von 95 und eine gleichmä-ßige Verteilung des Farbspekt-rums entsteht hier eine optimalenatürliche Farbwiedergabe.Auch kleine Objekte und Schrif-ten sowie feine Strukturen sinddamit besser erkennbar.Mit demVollspektrum lässt sich eine anden Tagesverlauf angepassteHCL-Beleuchtung erzeugen.DasBauteilmisst 5,4mmx5mm.Fürdie Maschinenbeleuchtung eig-net sich die LED: statt fünf ein-zelner LEDs gibt es nur ein einzi-ges Bauteil für unterschiedlicheZustandsanzeigen.

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AKTUELLE PRODUKTE // LED-WÄRMEMANAGEMENT


Stabile Lichtfarbenund eineho-he Lebensdauererwartung zu-sammenmit demniedrigenEner-giebedarf der LED-Technik sindVorteile der Halbleiterbeleuch-tung. Doch während sich dieenergetischeÜberlegenheit qua-si von allein einstellt, muss fürdie Einhaltung von Farbwertenund der Lebensdauer einiges indas Wärmemanagement inves-tiert werden. Nur gut gekühlteDiodenhalten langedas,was sie

LED KÜHLEN

Arbeitet axial und radialversprochen haben. So arbeitetder Mikrolüfter RaAxial sowohlaxial als auch radial. Er misst 17mmx 17mmx4,5mm.Der Lüfterarbeitet als Axiallüfter zur Ge-häuselüftungoder als Radiallüf-ter, mit dem ein Kühlkörper an-geblasen wird. Für letzteres hatderHersteller bereits einmaßge-schneiderter Kühligel entwi-ckelt.Zudem bietet der Hersteller

passiveKühllösungenundAktiv-kühlkörper. Aktive Kühlkonzep-te sind kleiner und leichter, sindgünstig und fast überall einsetz-bar. Der Kühlspezialist liefertbereits an die jeweilige Anwen-dung angepasste und in einigenFällen speziellwassergeschützteLüfter.

Sepa Europe

Um die Wärmeabgabe seinerLED-AC-Module zu messen, hateuroLighting zwölf Modelle derSerieDMXXXunter einerWärme-bildkamera getestet. VerwendetwurdenunterschiedlicheModel-le der DMXXX-Serie mit 3 bis40 W, die auf einem Kühlkörpervon Fischer Elektronik platziertwurden. Gemessen wurde beieiner Umgebungstemperaturvon 20 °C mit der Wärmebildka-mera FLIER-I3.

WÄRMEMANAGEMENT

Test unter der WärmebildkameraNach 20MinutenEinbrennzeit

wurden die Messwerte erstellt.Größe und Kühlleistung desKühlkörpers, Wärmeleitfolie,Wärmeleitkleber oder -paste be-einflussen die Temperaturen anLED-Chip und Leiterplatte.Das Ergebnis der Wärmemes-

sung bestätigt die Qualität derAC-Module von euroLighting:Alle LED-Modelleweisen sowohlniedrige Temperaturen bei derWärmeentwicklung und einegleichmäßige Wärmeverteilungohne Hot Spots auf. Das steigertdie Lebensdauer der Leuchtdio-den erheblich und schützt Gerä-te und Lampen beim Einbau derModule vor einer Überhitzungunddamit vor einemvorzeitigenTod der LED-Leuchte.

euroLighting

ABONNENTENSERVICEDataM-Services GmbHFranz-Horn-Straße 2, 97082 WürzburgMarcus Zepmeisel, Tel. +49-931-41 70-4 62, Fax -4 [email protected], www.datam-services.de

REDAKTIONLeser-, Redaktionsservice:Eilyn Dommel (ed), Tel. +49-931-418-30 [email protected]

Chefredakteur: Johann Wiesböck (jw), Tel. -30 81

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Konzeption/Layout: Ltg. Daniel Grimm, Tel. -22 47

Unternehmens- und Firmennamen:Unternehmens- und Firmennamen schreiben wir gemäßDuden wie normale Substantive. So entfallen z.B. Groß-buchstaben und Mittelinitiale in Firmennamen.

PUBLISHERJohann Wiesböck, Tel. -30 81, Fax -30 93

SALESChief Sales Officer:Matthias Bauer;Sales Assistance:Tel. -22 15, [email protected];

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