27
Jun
09

ledtechnik – welche led wofür ? (5)

Welche LED wofür?

Aus der Betrachtung der ersten Teile des Artikels sollte klar geworden sein, dass LED beleibe nicht gleich LED ist. Die zum Teil erheblichen Unterschiede werden oft schon an den Bauformen deutlich, „unter der Haube“ gilt es vorallendingen nach zulässiger Bestromung zu differenzieren. In diesem Teil soll nun geklärt werden, welche LEDs sich für welches Aufgabenprofil besonders eignen.

1. Anzeigen (indoor)

In diesem Fall spielt es keine Rolle, ob man nur den schlichte Status eines Geräts oder Zustands ausgeben möchte oder gleich ein Dotmatrixdisplay im Auge hat. In beiden Fällen reichen LEDs der 20mA Klasse völlig aus. Die Leistungsaufnahme kann aber nur als grobe Orientierung dienen. Sinnvoller ist es sich dem Ganzen über die Helligkeit zu nähern. Wenn die LED so positioniert ist, dass man direkt auf den Chip schauen kann, empfiehlt es sich nichts oberhalb von 100mcd zu verbauen. Aufgrund der hohen Leuchtdichte von LEDs würde sowas sonst sehr schnell als störend empfunden. Für solche Zwecke eigenen sich auch LEDs mit gefärbtem Verguss wunderbar. Der Helligkeitsverlust durch den Farbstoff spielt eine untergeordnete Rolle, die LEDfarbe erscheint jedoch deutlich kräftiger. Aus dem blassen Türkis viele blauer LEDs wird so beispielsweise ein kräftiges Blau.

2. Anzeigen (outdoor)

Unter Tageslichtbedingungen werden bereits ganz andere Bedingungen an die Leistung einer LED gestellt. Hier kann es eigentlich garnicht hell genug sein. Für die meisten Aufgaben werden jedoch auch noch die Standard oder Powerleds völlig ausreichen, solange man zu den hellsten Modellen greift. Wenn die Position des Betrachters bekannt ist, kann man auch LEDs mit geringem Abstrahlwinkel verwenden. Dies wäre beispielsweise bei Ampeln der Fall, bei größerem Abstand des Betrachters zur Anzeige empfiehlt es sich jedoch ebenfalls auf einen kleinen Winkel zu setzen. Viele 3-10mm Leds haben Optiken mit recht engen Winkeln von 10-30°.

Brems- oder Rückleuchten sind ein gutes Beispiel für den gegenteiligen Fall, wo hohe Abstrahlwinkel gefragt sind. Die Positionen der Betrachter relativ zur Lichtquelle sind nicht bekannt, weshalb ein deutlich größere Bereich abgedeckt werden muss. Hier bieten sich dann SMD oder Spiderleds an, diese weisen in der Regel recht hohe Abstrahlwinkel von über 50° auf. Dank Klarglasoptik kann man diese auch bei vielen modernen Fahrzeugen recht gut identifizieren.

3. Effekte

Unter Effekten verstehe ich hier insbesondere solche in Farbe. LEDs gibt es auch in vielen verschiedenen Farbtönen, abhängig vom Halbleitermaterial. Einen Effektstrahler kann man also ohne entsprechende lichtschluckende Farbfilter aufbauen. Für kleine Räume reichen oft schon Cluster aus 10mm LEDs.

Unter dem Begriff RGB versteckt sich eine Besonderheit auf diesem Gebiet. RGB steht für Rot, Grün und Blau , den 3 Grundfarben die addiert Weiß ergeben. Je nach Ansteuerung der einzelnen Farben lassen sich jedoch auch nahezu beliebige Farbtöne erzeugen. Die Ansteuerung erfordert damit natürlich einen deutlich höheren Aufwand als bei einfachen monochromen Leuchten.

Um so eine RGB Lichtquelle zu bauen gibt es Grundsätzlich zwei Möglichkeiten. 1. Clustern, das heißt man fasst je 3 Leds verschiedener Farben möglichst dicht zusammen. Die Lichtkegel überschneiden sich dann auf der beleuchteten Fläche und es entsteht die gewünschte Mischfarbe. Der Vorteil ist, dass man LEDs „von der Stange“ verwenden kann oder bei den verfügbaren Wellenlängen eine an die persönlichen Bedürfnisse angepasste Variante entwickeln kann. Die Sache hat natürlich auch einen Haken. Der oft nur milimetergroße Abstand zwische den LEDs auf der Platine führt auf der beleuchteten Fälche zu unschönen Rändern, wo sich die Einzelfarben nicht mehr perfekt mischen.

Als Alternative zu den Clustern bieten sich spezielle RGB-LEDs an. Diese gibt es ebenfalls in nahezu allen Bauformen und Leistungsklassen, von SMD bis High Power. Bei diesen LEDs werden die Chips für die 3 Grundfarben bereits ab Werk in einem Gehäuse zusammengefasst. Dies hat gegenüber der Clustervariante einige Vorteile. Zu aller erst reduziert sich natürlich die Anzahl der benötigten Bauteile, man spart auf jeden fall Platz. Durch den minimalen Abstand zwischen den Chips verschwindet ebenfalls das Problem der hässlichen Ränder. Leider sind die speziellem RGB-LEDs oft nicht ganz so Leistungsstark wie die Einzelemitter.

Einen Sonderfall stellen RGBY-LEDs dar. Hier befinden sich nicht 3 sondern 4 Chips in einem Package, RGB wird ergänzt durch Gelb. In manchen profesionellen Umgebungen erreichen einfache RGB-LEDs nicht die erforderliche Farbtreue. Dies resultiert aus dem Fehlen eines kontinuierlichen Spektrums, das z.B Glühbirnen auszeichnet. Wenn man sich die Spektralverteilung von LEDs anschaut wird man einen deutlichen Peak zum Beispiel um 680nm (rot) finden. Um dieses Manko auszugleichen lässt sich auch noch Gelb mit einmischen, was das Gesamtergebnis nachhaltig verbessert.

In die gleiche Richtung geht der Trend statt RGBY RGBWhite in einem Package zu verbauen. Es ist davon auszugehen, dass sich das Angebot an entsprechenden LEDs in den nächsten Jahren stark vergrößert, entsprechende 4Chip Packages gehören inzwischen zum Standardportfolio der meisten Hersteller.

4. Beleuchtung

Dieses Feld wird in nächster Zukunft wohl der Hauptträger des LED-Geschäfts werden. Hier dreht sich eigentlich alles um weiße High-Power LEDs. Im Handel befinden sich zwar auch noch diverse Cluster aus 5mm LEDs, diese halten einem Vergleich mit den leistungsstärkeren Geschwistern nicht Stand und zeichnen sich auf oft durch eine miserable Lebensdauer aus. Von Farbwerten wollen wir lieber garnicht erst reden.

Die Frage welchen LED-Typ man für normale Beleuchtungsaufgaben einsetzen soll wurde bereits beantwortet: Weiß und möglichst leistungstark. Einen konkreten Hersteller / Produkt  zu empfehlen halte ich für wenig sinnvoll, die Produktzyklen sind im Moment noch recht kurz, da sich die Hersteller laufend mit neuen Erfolgsmeldungen überbieten. Bei der Auswahl der LEDs sollte man sich Gedanken um folgende Kriterien machen. 1. Farbtemperatur, diese sollte immer in Abhängigkeit von der Gesamtlichtmenge des Systems sowie dem Einsatzort/zweck gewählt werden. Eine tierfergehende Betrachtung dieses Themas würde den Rahmen dieses Artikels jedoch deutlich sprengen. 2. Effizienz: Diese kann zum Teil erheblich variieren,im Moment ca. 70-100 Lumen pro Watt abhängig vom Hersteller und insbesondere der Farbtemperatur. Hier ist auf jeden Fall noch Luft nach oben. Die Farbtemperatur hat grundsätzlich die Tendenz Hand in Hand mit der Effizienz zu gehen. Konkret bedeutet dies, dass LEDs mit geringen Farbtemperaturen auch geringere Effizienzwerte haben ( je weniger blaues Licht umgewandelt werden muss um so höher natürlich die Effizienz). Als 3. Auswahlkriterium kann die der Farbwiedergabeindex (CRI) herangezogen werden. 100 entspricht einer unverfälschten Wiedergabe, wie sie zum Beispiel von Glühlampen erreicht wird. Die meisten LEDs haben nur Werte im Bereich von 80, manche auch schon von bis zu 93.

5.Backlights

Das Thema Backlights für LCD Bildschirme mag auf den ersten Blick wenig interessant sein für den normalen Bastler, aber auch hier können relativ Problemlos LEDs eingesetzt werden. Bei defekten Monitoren ist es oft nur die Kathoden-Hintergrundbeleuchtung, die dem Herrn verschieden ist. Ob es nun Eletronik oder Röhre zerlegt hat spielt keine Rolle, Ersatz ist oft schwer zu bekommen. An dieser Stelle können dann sehr dünne COB-Module verwendet werden. Die passen in alle Regel in die Aussparungen für die alten Röhren. Durch hohe Abstrahlwinkel gibt es auch am Rand keine dunklen Stellen. Dies gilt natürlich auch für einzelne TFT-Module, für die eine Hintergrundbeleuchtung seperat gekauft werden müsste. Als nette Nebeneffekte treten ein geringerer Stromverbrauch sowie eine geringere thermische Belastung und damit höhere Lebensdauer des Panels auf. Die Stromversorgung für LEDs lässt sich ebenfalls deutlich einfacher realisieren als für Kathoden, die zwingend mit einer hochfrequenten Wechselspannung betrieben werden müssen.

LED-Projekte auf Botchjob:


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