Die Maus erklärt die LED

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LED

Wenn es um die Grundlagen der Funktionsweise von Dioden geht, greife ich bis jetzt immer noch auf die Materialien von Dieter Welz zurück:


LEDs

Skript über LEDs 1/2010 (technische Updates als Kommentare willkommen)

  • Geschichte
    • Elektrolumineszenz 1907 entdeckt
    • 1962 rot
    • 1971 grün, orange, gelb
    • 1993 blau, grün mit hoher Effizienz → weiß
      möglich
    • 1995 erste weiße LEDs
    • heute: Ziel Steigerung Effizienz, Senkung Herstellungskosten,
      transparente Träger, Halbleiter, Zuleitungen, organische LED
      (dünne, selbstleuchtende, biegsame Flächen)
  • Elektrolumineszenz – keine Temperaturstrahler
  • Halbleitermaterial wird direkt zum Leuchten angeregt
  • fast gesamte Energie wird in Licht umgewandelt
  • wenig Abwärme
  • monochromatisches Licht in vielen Farben
    • z.B. Aluminium-Galliumarsenid (AlGaAs) – rot und
      infrarot, bis 1000 nm Wellenlänge
    • Galliumphosphid (GaP) – grün, Siliziumkarbid –
      blau
  • Vorteile im Einsatz
    • sehr klein,
    • robust, erschütterungsfest, wartungsfrei
    • lange Lebensdauer (1.000 h-100.000 h) LED-Glühlampe
      10.000h, Energiesparlampe 3-15.000 h, d.h. Lichtausbeute ist auf
      50% gefallen/Farbe bleibt/Halbleiter zersetzt sich – kein
      Totalausfall
    • geringe Oberflächentemperatur
    • hohe Schaltgeschwindigkeit
    • Farbmischung ohne Filter
  • Lichtausbeute
    • theoretisch 90% → 600 lm/W (monochromatisch)
    • 1962 0,1 lm/W
    • 2007 – E27 300lm = 20W-Lampe
    • 2009 Spitzenwert: 186 lm/W weiß
    • September 2010: 250 lm/W
    • März 2014: 303 lm/W Das theoretische Maximum liegt bei ca. 350 lm/W
    • weiß: 35-80 lm/W (Glüh- und Halogenlampen 17 – 30
      lm/W, Leuchstofflampen, 60 – 110 lm/W)
    • Verdoppelung aller 4 Jahre ?
  • Strombegrenzung durch Widerstand wichtig
  • weißes Licht
    • MultiLEDs aus RGB erscheinen Weiß aber
      Ansteuerung schwierig, schlechte Farbwiedergabe wegen
      monochromatische Zusammensetzung, gut für RGB-Mischung
    • LUCO-LED (Lumineszenzkonversions-LED)/PC-LED
      (Phosphor-Converted-LED)/Weißlicht-LED wie Leuchtstofflampe:
      Blaue (üblich) oder UV-LED (teuer) wird mit
      Lumineszenzfarbstoff kombiniert →bessere Farbwiedergabe
  • Bauformen
    • T-Typ – ältester Typ mit Anschlussbeinen Wärmeprobleme
    • SMD-Typ (surface mount device) zum Aufkleben auf Leiterplatte Wärmeprobleme
    • COB (chip on board) cip direkt auf leiterplatte gute Ableitung der Wärme
  • Helligkeitssteuerung → keine Änderung der Farbtemperatur
    • Spannung geht nicht
    • PWM (Probleme im Filmbereich)
    • Stromsteuerung für Filmbereich
  • Anwendung
    • Ablösung von Allgebrauchs/Halogenlampen (wartungsfrei,
      schnelles Schalten, höhere Lichtausbeute) z.B. KFZ
    • 2007 300lm ≅ 20W; 2009 900lm ≅ 75W
    • Videowände mit add. Farbmischung
    • washlight z.B. LED-Washlight EyeColor von Ayrton
    • PAR64/PAR56 mit 5 DMX-Kanälen
    • neue Anwendungen:
      • Fluter mit regelbarer Farbe
      • ColorStream (ao-lighting.de)
      • „bunte Wände“ ChromaPanel
      • → neue Möglichkeiten statt Ersatz der alten
        Leuchtmittel
  • Probleme
    • Binning / Fluxbinning
    • Farbwiedergabe
    • farbige Schatten
    • lassen sich nicht mit herkömmlichen
      Beleuchtungsstärkemessern/Farbtemperaturmessern testen
    • teuer
    • keine Projektion
    • schnelle Alterung bei hoher Leistung