LED Energetische und qualitative Eigenschaften

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1 LED Energetische und qualitative Eigenschaften Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 1 Gliederung! Grundlagen " Technologie der (weißen) LED " (LED-) Licht und Gesundheit! Effizienz! Qualitätsmerkmale " Temperaturmanagement " Farbtemperatur " Farbwiedergabe " Binning! Messungen live! Zusammenfassung Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 3

2 Technologie!der weißen!led! 1-Phosphor Umformung Abbildung!aus LED Wikipedia Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 8 Spektrale Hellempfindlichkeitskurven Circadiane Wirkfunktion! Tagsehen V(λ) (blaue Kurve) photopisches Sehen max. bei 555 nm (grün/gelb)! Nachtsehen V (λ) schwarze Kurve skotopisches Sehen max. bei 509 nm (blau/grün) spektraler Hellempfindlichkeitsgrad! Circadiane Wirkfunktion C(λ) Blaues Licht wirkt über weiteren Rezeptor am visuellen System vorbei direkt auf den Hormonhaushalt und beeinflusst unseren Wach-/Schlafrhythmus FVLR, Grundlagen des Tageslichtes Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 13

3 (LED-) Licht und Gesundheit FVLR Grundlagen des Tageslichtes Abbildung!aus LED Wikipedia Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 14 Lichtstrom Φ in Lumen [lm] Lichtausbeute in Lumen/Watt [lm/w]! Die Menge Licht die von einer Lichtquelle ausgesendet wird.! Richtungsunabhängig! Basis zur energetischen Bewertung einer Lichtquelle.! typische Lichtausbeuten Lichtstrom pro Leistung also Lumen pro Watt " Glühbirne 8-12 lm/w " Halogenglühbirne lm/w " Energiesparlampe lm/w " Leuchtstoffröhre ca. 90 lm/w " LED weiß lm/w " Natriumdampflampe ca. 180 lm/w " Tageslicht ca. 100 lm/w RAVEL Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 16

4 Effizienz Perspektive der weißen LED Aus Vortrag OSRAM PlanLIGHT 2011 Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 17 Temperaturmanagement Aufbau von LED-Chips! Sehr wenig Wärme in Ausstrahlrichtung! Essentielle Bedeutung der Temperatur direkt am Halbleiter! Abbildung!aus Luxeonstar Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 20

5 Temperaturmanagement Kühlung! Aktive / passive Kühlung Internet Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 23 Temperaturmanagement Betriebsdauer Lichtstrom! L70 Werte = 50% der Lampen haben 70% des Nennlichtstroms erreicht Abbildung!aus DOE CALiPER 2009 Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 24

6 Lichtfarbe / Farbtemperatur! ähnlichste Farbtemperatur einer Lichtquelle! Referenz ist die Strahlung die ein idealer schwarzer Körper bei der entsprechenden Temperatur abgibt! Einheit ist Kelvin [K] 0K C licht.de Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 26 Lichtfarbe / Farbtemperatur! ähnlichste Farbtemperatur einer Lichtquelle! Referenz ist die Strahlung die ein idealer schwarzer Körper bei der entsprechenden Temperatur abgibt! Einheit ist Kelvin [K] 0K C! In der Lichttechnik werden die drei folgenden Farbtemperaturklassen unterschieden: warmweiß [ww] < K neutralweiß [nw] K tageslichtweiß [tw] > K ERCO Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 27

7 Spektrum VBG Broschüre Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 30 Farbwiedergabe spektrale Zusammensetzung! Beschreibt die Eigenschaft einer Lichtquelle die Farben eines Objektes naturgetreu wiederzugeben.! Die spektrale Zusammensetzung der Lichtquelle ist von entscheidender Bedeutung.! Dazu werden im wesentliche zwei Spektren unterschieden: " Linienspektrum oder kontinuierliches Spektrum # typisches Merkmal des Sonnen- / Tageslichtes und aller Temperaturstrahler wie konventionellen Glühbirnen und Halogenglühlampen " Balkenspektrum oder diskontinuierliches Spektrum # Merkmal unter anderem aller Entladungslampen Lichtfarbe ww warmweiß Entladung Lichtfarbe tw tageslichtweiß Entladung Lichtfarbe ww warmweiß Glühlampe Lichtfarbe nw neutralweiß Entladung licht.de Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 31

8 Farbwiedergabeindex!!! Eine Bewertung findet durch den Vergleich mit einer Bezugslichtquelle statt und wird als Farbwiedergabeindex Ra oder durch die Einordnung in Farbwiedergabestufen (1a, 1b, 2a, 2b, 3, 4) beschrieben. Gängige Sehaufgaben brauchen mindestens einen Farbwiedergabeindex Ra > 80 bzw. eine Farbwiedergabestufe 1b. M. Wambsganß Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 32 Codierung Farbtemperatur und Farbwiedergabeindex LICHT.DE / Philips Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 33

9 Binning Farbraum! Hersteller müssen die LEDs in Bereiche in denen das Licht spektral streut einteilen.! Eine Einstufung in besonders fein detaillierte Klassen wird binning genannt.! Starker Einfluss von Nennstrom und Temperatur! lighting.philips.com Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 35 Binning Mac Adams Ellipsen kleinster nicht mehr wahrnehmbarer Farbunterschied (Ellipsen 10-fach vergrößert) wikipedia Abbildung aus Vortrag Nimbus Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 36

10 Binning elektroniknet.de Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 37 Messungen live! Allgebrauchsglühlampe! Energiesparlampe(n)! LED Retrofit Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 39

11 Messungen live Folien nur für Dokumentation! Allgebrauchsglühlampe Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 40 Messungen live Folien nur für Dokumentation! Energiesparlampe warm Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 41

12 Messungen live Folien nur für Dokumentation! Energiesparlampe kalt Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 42 Messungen live Folien nur für Dokumentation! LED (Retrofit) Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 43

13 Zusammenfassung LED! Einsatzgebiete " Innenraumbeleuchtung " Außenraumbeleuchtung " Autoscheinwerfer " keine Grenzen!! 4,8 W Modul OSRAM 21 W Modul Philips Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 45 Zusammenfassung LED Vorteile! kleine Bauform! punktförmig hohe Lichtstärken # Brillanz! hohe effektive Lichtausbeuten bei gutem weißen Licht! unterschiedliche Farbtemperaturen möglich! (mittlerweile) gute Farbwiedergabe! keine Startverzögerung! gute Dimmbarkeit! sehr wenig Wärme in Ausstrahlrichtung! lange Lebensdauer > h (bei entsprechend hochwertigen Produkten)! aber auch:! Thermomanagement von essentieller Bedeutung! punktförmig hohe Leuchtdichten! # Blendung! starke Abhängigkeit von der Qualitätssicherung der Hersteller (binning)! schwierige Beurteilung selbst für Spezialisten! i.d.r. noch fehlende Möglichkeit zum Lampentausch! schwieriger Umgang mit steigenden Lichtausbeuten im selben Produkt! schwieriger Umgang mit Degradation (Alterung) bei Nachbeschaffung! (noch) begrenzte Langzeiterfahrung! Qualität hat ihren Preis Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 46

14 Ausblick auf OLED! flächiges Licht möglich! aktuell ca. 25 lm/w 30 lm/w! Perspektive > 100 lm/w bei CRI (Ra) 95 OSRAM / Philips PR Material Prof. M. Wambsganß / M. Schmidt - 47