Anwendungsbereiche von Lampen. Fahrzeugscheinwerfer Funktionen. Anforderungen an Lampen. Leuchtzwecke Beleuchtungszwecke Optische Zwecke

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1 Anwendungsbereiche von Lampen Neue Lichtquellen und deren Applikationen Leuchtzwecke Beleuchtungszwecke Optische Zwecke Ch. Schierz Technische Universität Ilmenau Fakultät für Maschinenbau Fachgebiet Lichttechnik Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni Fahrzeugscheinwerfer Funktionen Anforderungen an Lampen Funktionen zum Sehen 1 Abblendlicht: a statisches Kurvenlicht b dynamisches Kurvenlicht c Abbiegelicht 2 Fernlicht 3 Nebellicht Funktionen zum Gesehen werden 4 Positionslicht 5 Tagfahrlicht 6 Blinkleuchte / Seitenmarkierungslicht 6. gute Farbwiedergabe 7. geringe Strahlungs- und Lichtbelastung 8. niedriger Lampenpreis 9. ökologische Verträglichkeit Diskussion am Beispiel LED Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni

2 Anforderungen an Lampen Voll-LED-Frontscheinwerfer für Audi R8 von Automotive Lighting Tagfahrlicht 6. gute Farbwiedergabe Blinkleuchte Abblendlicht geringe Strahlungs- und Lichtbelastung niedriger Lampenpreis Advanced Power Top LED 9. ökologische Verträglichkeit OSRAM Fernlicht Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni LED Lichtausbeute Roadmap der LED-Hersteller Vergleich von Lampenarten Lampenlichtströme im Vergleich zu LEDs Lampenart P [W] Φ [lm] LED-Anzahl bzw. Leistung Allgebrauchsglühlampe Leuchtstofflampe Hg-Hochdruck-Lampe Na-Hochdruck- Lampe Na-Niederdruck-Lampe D 2 Autolampen (Xe-Hg) Parameter: Φ LED = 20 lm und η v = 20 lm/w Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni

3 LED-Alterung Lichtstromreduktion Philips, 2006 Lichtstrom Φ rel [%] Temperatur der Platine C C 100 C Luxeon 1W-LED, rot Betriebdauer [h] Anforderungen an Lampen 6. gute Farbwiedergabe 7. geringe Strahlungs- und Lichtbelastung 8. niedriger Lampenpreis 9. ökologische Verträglichkeit Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni Vergleich von Lampenarten Lichtausbeute und Entwicklungspotential LEDs in der öffentlichen Beleuchtung 150 Entwicklungspotentiale Lichtausbeute [lm/w] Jahr der Erfindung Leuchstofflampe 1961 Halogen-Metalldampf-L. Hg-Dampflampe 1959 Kompakt- LL 1981 Halogen-GL Power- LED (weiß) OLED 0 Glühlampe Jahr OSRAM Opto Semiconductors, 2007 Linse Stadtwerke Düsseldorf, 2007 Körper Anschluss 25 x Seoul 3,5W Star LED P4 Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni

4 LEDs in der Straßenbeleuchtung Vergleich von Lampenarten Lichtausbeute, Lebensdauer Lampenart Lichtausbeute Lebensdauer Glühlampen lm/w 1000 h Lichtquelle: 120 x 1W High Power LED Lichtstrom: 6075 lm Gesamtleistung: 143 W (Natriumdampf-Hochdruck: 250 W) Lichtfarbe: 2500 K / 6500 K Lebensdauer: h (Natriumdampf-Hochdruck: h) Wärmeentwicklung: C (bei Außentemperatur 20 C) Halogenglühlampen Kompaktleuchtstofflampen Stabförmige Leuchtstofflampen Halogen Metalldampflampen Natriumdampf Hochdrucklampen Quecksilberdampf Hochdrucklampen lm/w lm/w lm/w lm/w lm/w lm/w bis 4000 h bis h bis h bis h bis > h bis > h GlobOLux KG, Weimar Natriumdampf Niederdrucklampen lm/w h Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni Anforderungen an Lampen LED-Displaytechnik Virtual Screen, Oculon Optoelectronics Inc gute Farbwiedergabe geringe Strahlungs- und Lichtbelastung Vollfarb-Videodisplay, Leurocom 8. niedriger Lampenpreis 9. ökologische Verträglichkeit Leuchtdichte: 5000 cd/m 2 Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni

5 HDRI-Display HDRI-Display mit IMLED-Technik HDRI-Display HDRI-Display mit IMLED-Technik High resolution colour LCD High Dynamic Low resolution Individually Range Display Modulated LED array High resolution colour LCD High Dynamic Low resolution Individually Range Display Modulated LED array Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni HDRI-Display LED-Datenprojektor Heute: (z.b. Mitsubishi, 100 lm) Morgen: (angekündigt von 3M) Übermorgen (?): (Laser Mikroprojektion) Einige Kenngrößen: Leuchtdichte > 3000 cd/m 2 Kontrast > : 1 Auflösung: 1920 x 1080 Bilddiagonale: 37 IMLED-Technik Vancouver, B.C / Canada jetzt Dolby Inc. Optik OSRAM 4 Chip Ostar RGB Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni

6 Vergleich von Lampenarten Leuchtdichten (Lampen hoher Leuchtdichten) Anforderungen an Lampen Lampenart Sonne Glühlampen Xe-Höchstdrucklampen Hg-Höchstdrucklampen D 2 Autolampen (Xe-Hg) Halogen Metalldampflampen Kurzbogenlampe VIP/UHP Leuchtdichte Mcd/m Mcd/m Mcd/m Mcd/m 2 65 Mcd/m Mcd/m 2 20 Mcd/m gute Farbwiedergabe geringe Strahlungs- und Lichtbelastung niedriger Lampenpreis Keramik-Lampe Mcd/m 2 9. ökologische Verträglichkeit Lumineszenzdiode (weiß) 0,3 3,0 Mcd/m 2 Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni Farbwiedergabe Spektraler Reflexionsgrad ρ λ 0 spektraler Reflexionsgrad Zitrone Orange Tomate Kohl Wellenlänge [nm] Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni

7 Lampenspektrum Fluoreszenzlampe T5 HO relativer spektraler Strahlungsfluss Farbtemperatur = 6500 K Farbwiedergabeindex = 85 η = 83 bis 94 lm/w 400 Tomate Wellenlänge [nm] Vergleich von Lampenarten Farbwiedergabeindex Lampenart Tageslicht Glühlampen Quecksilberdampf Hochdrucklampen Halogen Metalldampflampen Natriumdampflampen Niederdruck Hochdruck Leuchtstofflampen Kompakt weiß de Luxe Dreibanden (weiß) Universalweiß LED RGB (low) RGB (high) weiß Farbwiedergabeindex R a < Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni Lampenspektren Weiße LED LED-Strahler als Museumslicht Salzburg Museum relative Intensität GaN oder InGaN LED Ce 3+ : YAG Phosphor 6500 K 4500 K Akzentlicht im Bischofssaal 3500 K Exponatbeleuchtung mit zwei Lichtfarben 5100 K Wellenlänge [nm] Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni

8 Anforderungen an Lampen LED (weiß) und Kosten prognostizierte Kosten pro Lichtstrom 0,1 /lm Faktor: 1/10 pro Dekade 6. gute Farbwiedergabe relative Kosten 0,01 /lm geringe Strahlungs- und Lichtbelastung niedriger Lampenpreis 58 W Leuchtstofflampe 9. ökologische Verträglichkeit R. Heinz, ,001 /lm Jahr Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni Pflegeheim, Aufenthaltsraum Haus Ruhrgarten, Mülheim a.d. Ruhr Nicht-Visuelle Lichtwirkung Melatonin-Suppression Ganglionzelle Retina optischer Nerv Signal wenn SCN nicht unterbindet Zirbeldrüse Melatonin Licht suprachiasmatischer Kern SCN paraventrikularer Kern Zirbeldrüse Blutstrom Rückenmark Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni

9 Spektrale Empfindlichkeit des Auges relative spektrale Empfindlichkeit K. Thapan et al., G.C. Brainard et al., 2001 Melatonin- Suppression c(λ) 400 Hellempfindlichkeit V(λ) Wellenlänge [nm] LED Anwendungsbereiche: Vor- und Nachteile LED für Leuchtzwecke - Vorteile: große Lebensdauer, Lichtfarbe einstellbar, Leuchtdichte anpassbar, gute zeitliche Variabilität, kleine Leuchtkörper - Nachteile: thermische Probleme LED für Beleuchtungszwecke - Vorteile: große Lebensdauer, flache Leuchten - Nachteile: kleine Lichtstrom-Pakete, thermische Probleme, Farbwiedergabe und Spektrum, hohe Lampenströme, Streuung der lichttechnischen Parameter LED für optische Zwecke - Vorteile: direkte Lichtfarbenerzeugung, gute Einkopplungsmöglichkeit in Lichtleiter, zeitliche Lichtvariabilität - Nachteile: geringe Leuchtdichte, geringer Nutzlichtstrom Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni OLED-Frontscheinwerfer Standlicht (Prototyp) Danke für die Aufmerksamkeit! Automotive Lighting + Novaled Ch. Schierz 19. Juni Ch. Schierz 19. Juni

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