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MENTOR GmbH

LED Lighting & light guides

Thomas Kümpfel

Leiter Fachgruppe Licht / Head of light development section

MENTOR GmbH & Co. Präzisions-Bauteile KG

22.11.2015

1 Mittwoch, 2. Dezember 2015 1 Thomas Kümpfel, Leiter Fachgruppe Licht

Mentor GmbH & Co. Präzisions-Bauteile KG

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Color & Brightness

Thomas Kümpfel, Leiter Fachgruppe Licht

Mentor GmbH & Co. Präzisions-Bauteile KG Mittwoch, 2. Dezember 2015 2

Individual LED bought from the shelf

Same color? Same perception? feeling of quality? Same Brightness? „you are most often aware of Quality , when ist not there“ Critical factors for LED behaviour are Binning and Temperature

Precision & Quality

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Color & Brightness groups

Precision & Quality

Binning

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Example: OSRAM LCW CR7P

Color

Brightness

LED from manufacturer with choosen binning classes

Smaller margin of Tolerance for color and brightness

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How to get defined color and brightness every time?

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PCB with Microcontroller and LED Software

Precision & Quality

Hardware & Software

Intelligence through algorithms and calibration Critical: Correct calibration before & accurate live temperature measurement

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Keep color and brightness constant over binning, temperature, age. Dimming Color Mixing , change of Puls width modulation % per Chip (PWM) Welcome scenarios (several LED)

Precision & Quality

Hardware & Software

What kind of Possibilities within a system?

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Reflector design Lens Design

Whats the challenge?

Precision & Quality

Hardware & Software

Make the system right, not just individual LED

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increase passengers comfort

ambient lighting

Ambient illumination

Light guide

Automotive interior Light guide

increase the unique factor of the OEM

increase safety

Copyright: Audi

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Ambient lighting system

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Light Mix

Ambient illumination

Light guide

• elliptical cross section

• total length > 600mm

• more then 150 prisms

Prismatic light guide

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Color mixing after LED

Mixing Rod 15mm Mixing Rod 10mm

Mixing Rod 25mm Mixing Rod 30mm

Setup

Ambient illumination

Light guide mixing rod

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Ambient lighting system

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Light Mix Light travel

Ambient illumination

Light guide

• elliptical cross section

• total length > 600mm

• more then 150 prisms

• 3D geometry

• length

Prismatic light guide

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http://de.wikipedia.org/wiki/Snelliussches_Brechungsgesetz

α

β

n1

n2

n1 < n2

Total internal reflection

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Ambient illumination

Light guide

material2

material1

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Ambient illumination

Material properties

Color shift over lenght

Polycarbonate (PC)

PMMA

Lenght (mm)

dE(u‘v‘)

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non-optimum surfaces results in • light losses

• inhomogeneity

• maybe hot-spots

optimum surface

non-optimum surface

Surface roughness

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Ambient illumination

Light guide

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Ambient lighting system

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Light Mix Light travel

Ambient illumination

Light guide

Light output

• elliptical cross section

• total length > 600mm

• more then 150 prisms

• surface

• material

• 3D geometry

• length

• surface

• material

• prism geometry & pattern

Prismatic light guide

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end of optimization procedure

initial guess

- one night (approx. 10h) optimization process

- illuminance optimization

- traced 100x103 rays per loop (≈ 25.000 loops)

- merit function on max. flux output and max.

homogeneity

Prism optimization

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Ambient illumination

Light guide

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Ambient illumination

Light guide production

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Mentor GmbH & Co. Präzisions-Bauteile KG

Measure

Simulation

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Ambient illumination

Light guide output

Measurement & Simulation

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Prototyping

Customer orientated development (ASPICE Process)

Development suitable for production

Concept choice

Development

Workflow

Pre-Development

• Customer Specification

• Optical concepts

• Conctruction(CAD)

• Light simulation (CAE)

• Assessment

• Number of parts

• Material properties

• limitations

• optimizations

• documentation

• …

Development

• Lighting group •Source choice

•Optical layout

• Electronics group •PCB

•Circuit

•Thermic

• Construction group •Construction suitable for production

•Tool manufacture

• Prototyping group •Prototyping

•Measurement

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Light development

CAD

CATIA

CREO

Light simulation

SPEOS

Lucidshape

Lighttols

Zemax

Laboratory Measure

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MENTOR know how

- Optics, illumination & measurement

- Electronics

- Tool making

- Production (Specialist for light guides)

- Assembly

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Thank you