Licht aus LED oder: kennen unsere Enkel noch Glühlampen?

Transkript

1 1 Licht aus LED oder: kennen unsere Enkel noch Glühlampen? Polymerfaser-Anwendungszentrum POF-AC Georg Simon Ohm Fachhochschule Nürnberg

2 Inhalt des Vortrags 2 Methoden der Lichterzeugung - thermische Strahler, Entladungslampen und optische Halbleiter Klassische Leuchten - ein Vergleich Die Zukunft der LED - bessere Eigenschaften für weniger Geld Kaleidoskop - was macht man heute schon mit LED Hinweis: Sie finden den Beitrag zum downloaden auf:

3 Thermische Strahler Sonne, der perfekte "scharze Körper", Oberflächentemperatur ca C breites Emissionsspektrum je heißer - je blauer Kohlebogenlampen Glühlampen (ca C) Halogenlampen (ca C) Schwefellampen 3

4 herkömmliche Lichtquellen Wolframdrahtwendel (20 µm) C 95% Wärmeerzeugung 5% Licht lm/w h Lebensdauer H. Goebel in den USA 1854 Edison ab Wolframlampe 60 W Glühlampe für 230 V: kalt 62 Ω, warm 882 Ω 4

5 Spektren thermischer Strahler 5 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, K K K K K K λ [nm]

6 Halogenlampe 6 höhere Wendeltemp. als Glühlampe Halogenfüllung (J, Br) verhindert Niederschagen des verdampften Wolframs am Glaskolben höhere Lebensdauer und Wirkungsgrad

7 HED-Lampe High Efficiency Discharge 7 Lichtquelle ist eine sehr heiße Entladung - Metalldampf - Gasentladung

8 Prinzip der Schwefellampe 8 im National Air and Space Museum Washington eingesetzt h Lebensdauer (Magnetron h) Lumen für W-Lampe

9 Leuchtstofflampen Energiesparlampen Eine Gasentladung (Quecksilber) erzeugt UV-Licht Lumineszensfarbstoffe wandeln das Licht ins sichtbare Spektrum um 9

10 Energiespar-Leuchstofflampen (Osram) 10 bis zu h Lebensdauer, 5 effizienter als Glühlampen Nachteil: elektronisches Vorschaltgerät für Hochspannung

11 Vergleich der Effizienz von Lampen 11 Schwefel Natrium-Hochdruck, weiß Natrium-Hochdruck Metallhalid (HID), kompakt Metallhalid (HID) Leuchtstofflampe Energiesparlampe (27..40W) Energiesparlampe (6..26W) Quecksilber-Hochdruck Halogenlampe mit Reflektor Halogenlampe Standard-Glühlampe [lm/w]

12 Lichtemittierende Halbleiter 12 Rekombination an einem p-n- Übergang erzeugt Licht fast monochromatisch verschiedene Halbleiter mit unterschiedlichen Bandlücken UV bis FIR möglich bis >50 % Wirkungsgrad λ [nm]

13 Die GaN-Revolution 13 30,0 % LED QWG ext. AlInGaP 10,0 % InGaN GaAsP AlGaAs 3,0 % GaN AlInGaP 1,0 % 0,3 % SiC GaAsP GaP λ [nm]

14 Weißes Licht mit LED 14 RGB-Prinzip: Weißes Licht wird mit drei veschiedenen Farben (rot, grün und blau) gemischt LucoLED: eine blaue LED wird mit einem Farbstoff versehen, der einen Teil des Lichtes in grün-gelb umsetzt (Nichia, Osram) Vishay- Telefunken TLW79..

15 RGB- Vollfarb-LED Photo: IAF Freiburg 15 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 rel. Intensität λ [nm]

16 weiße LED 16 50% Wirkungsgrad bedeutet: bei blau (470 nm): 40 lm/w bei grün (550 nm): 320 lm/w bei gelb (590 nm): 250 lm/w bei rot (640 nm): 70 lm/w bei weiß (R+G+B): lm/w

17 Kostenvergleich $ Kosten je Mlm und h 14 $ 12 $ 10 $ Betrieb 8 $ Anschaffung 6 $ 4 $ 2 $ 0 $ Glüh- Lampe Leuch- Stoffl. HID 2002 z.b. Wohnzimmer 300 W Glühlampen Stunden/Jahr braucht 5 Mlm h/jahr SSL-LED

18 Weltweiter Energieverbrauch 18 USA: ca TWh/Jahr 80% bis 90% Einsparung möglich Einsparpotential durch LED: 500 TWh/Jahr entspricht 70 Kernkraftwerken 87 Mio t CO 2 -Einsparung weltweit 3..4 höheres Potential 70

19 Luxeon LED (2003) 19 1 W und 5 W-Strahler Betrieb mit 700 ma bei 7 V ca: 20 US$ (z.v.: Nichia-LED-Array ca. 95 US$) bis zu 45 lm/w größerer Chip erlaubt kleinere Trägerdichten H. Schneiker: "Luxeon TM Star LEDs compared to Nichia LEDs", CREG Journal 2003

20 LED für die Beleuchtung z.b mcd bei 470 nm, 20 für 17 ct. 20

21 LED für Beleuchtung 21

22 Anwendungen von LED 22

23 Wirkungsgrade von LED Effizienz [Lumen/Watt]? Jahr

24 Lichtausbeute und Leuchtkraft 24

25 25 Entwicklung der LED (Osram)

26 UV-LED Geldscheintester nm LED z.b. Nichia P opt = 5 mw I LED = 180 ma ca 5 inkl. Batterien 4 1,5 V

27 Mikroskopbeleuchtung, weiße LED (Internet, Lumatec) 27

28 Raumbeleuchtung mit LED (Siemens) 28

29 Die LED als Lampe 29

30 Haltestelle mit LED-Lampe 30

31 31 Brückenbeleuchtung in Regensburg mit Osram LED-Scheinwerfern

32 32 7er BMW Rücklicht (Quelle: Hella) je 12 LED für das Schlußlicht je 25 LED für das Schluß-/Bremslicht

33 Le-Mans-Audi mit LED 33

34 Autoscheinwerfer mit LED 34 Opel VW Golf 5

35 und noch schöner 35

36 LED-Fahrradlampe 36 10,5 cm lang, 170 g leicht und 8 Stunden Leuchtdauer bei einer beeindruckenden Leuchtkraft: Der Batteriescheinwerfer HL-EL500 G von Cateye als erster Vertreter der neuen LED-Scheinwerfergeneration

37 LED-"Blitzlicht" für Handys (Quelle: Osram) 37 effizienter weniger Ladezeit kleiner höhere Lebensdauer

38 Faserbeleuchtung mit LED (POF-AC 2003) 38

39 39 LED-Beamer (680 g, 128 x 85 x 53 mm)

40 680 W LED auf 10 cm (Lamina Ceramics, lm) 40

41 LED in der Sensorik 41 Trübungssensor "Dirty Harry II"

42 42 Kennen unsere Enkel noch Glühlampen ja, wenn sie es sich leisten können! vielen Dank für Ihr Interesse!

43 Literaturzusammenstellung 43 Solid State Light Emitting Diodes For General Illumination, OIDA Workshop Preliminary Report, October 26-27, 2000, also in OLEDs for General Illumination, OIDA Workshop Preliminary Report, Nov Dec. 1, 2000 P. Schlotter, J. Baur, Ch. Hielscher, M. Kunzer, H. Obloh, R. Schmidt, J. Schneider: Fabrication and characterization of GaN/InGaN/AlGaN double heterostructure LEDs and their application in luminescence conversion LEDs (LUCOLEDs), Materials Science and Engineering B59 (1999) P. Schlotter, R. Schmidt and J. Schneider: Luminescence Conversion of Blue Light Emitting Diodes, Applied Physics A64, (1997) Dipl.-Ing. C. Vandahl: Fachgebiet Lichttechnik, Physiologische Optik, (Sehschärfe und Kontrastempfindlichkeit)Praktikum Juli 1998 Stolberger Nachrichten/Stolberger Zeitung 24/05/2003: esw aus Stolberg beleuchtet Wuppertaler Schwebebahn, Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker, Goethe-Universität, Frankfurt: Graphische Datenverarbeitung - Visualisierung - Farbwahrnehmung und Farbsysteme Dipl.-Ing. Guido Heising. K. Barthel: Digitale Videotechnik, Wahrnehmung und Farbe, SS 02, TFH Berlin - Technologie

44 Literaturzusammenstellung 44 Basisinformationstechnlogie, HK-Medien, Torsten Schaßan Geometrische Optik Die Glühlampe Lampentypen ; NewWorld IV/2000: LEUCHTDIODEN - Licht der Zukunft : Lichtquellen LED%20Linienlichter.htm: Kompakte LED Linienlichter mit roten und weißen LED Wuppertal im lampenfieber : Nutzung des verfügbaren Tageslichtes für die Innenbeleuchtung von Räumen Weiße LED- Beleuchtung für die Mikroskopie Phillips: Neue Lösungen mit LED-Lichttechnik, Internet 2005 D. Gall: Möglichkeiten und Grenzen beim Einsatz von LED in der Beleuchtungstechnik, VDI-Tagung Innovative beleuchtung mit LED, TU Ilmenau,