LED-Leistungsmerkmale · eines optischen Signals mit Hilfe einer LED dargestellt. Eine LED ist...

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LED-Leistungsmerkmale

• Die LED basiert auf dem spontanen Emissionsprozess ab, der das Licht aus

den injizierten Elektronen und Löchern erzeugt.

• Im Vergleich zu einer Laserdiode ist die Herstellung einer LED relativ

einfach.

• Dafür muss jedoch auch ein Preis in den Leistungsmerkmalen gezahlt

werden

• Die wichtigsten Leistungsmerkmale sind:

• Licht-Strom Charakteristik

• spektraler Reinheit

• Zeitverhalten

• Temperaturverhalten

Optoelektronische Halbleiterbauelemente, WS16/17 Prof. Dr. Donat J. As

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Licht-Strom-Charakteristik

ph tot

II

q

tot Qr inj opt

Wird ein Strom I durch eine in Vorwärtsrichtung gepolte LED geschickt, so wird ein

bestimmter Bruchteils des Stroms in Licht konvertiert.

Ist tot die gesamte Effizienz

dieser Konversion, dann gilt

für den von der Diode

emittierten Photonenstrom

Im allgemeinen ist dabei

tot nimmt für hohe

Ströme ab

= interne Quantenausbeute

= Injektionseffizienz

= Extraktionseffizienz

Qr

inj

opt


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Spektrale Reinheit

Linienbreite einer LED

21.81.8

kTE kT oder

hc

k

E

Für niedrige Injektion:

c

nFWHM kT

N

FWHM kT

Für hohe Injektion (n ≥ NC):


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Modulationsverhalten

Wichtig für die Signalübertragung ist die Konversion eines elektrischen Signals in

ein optisches Signal. Dazu ist unten ein typischer Schaltkreis zur Erzeugung

eines optischen Signals mit Hilfe einer LED dargestellt.

Eine LED ist grundsätzlich eine in Vorwärtsrichtung betriebene p-n Diode, in der

Minoritätsladungsträger in den aktiven Bereich injiziert werden. Um das

austretende Signal zu modulieren müssen deshalb die injizierten Ladungsträger

moduliert werden.


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• Das Modulationsverhalten wird durch zwei Faktoren bestimmt:

- wie schnell lässt sich die Spannung an der Diode ändern

- wie reagiert die Lichtemission auf eine Modulation der Spannung

• Modulation des Spannung:

- Ersatzschaltbild: R und C in Serie => RC bestimmt Modulierbarkeit

- möglichst geringer Serienwiderstand!!

- möglichst kleine Kapazität begrenzt durch Diodenfläche

(Beachte: optische Leistung ~ Fläche)

• Modulation Strom/Licht:

- injizierte Minoritätsladungsträger müssen verschwinden

- Modulationsgeschwindigkeit wird durch Rekombinationszeit bestimmt

(Kleinsignalverhalten)

- durch „Carrier-Sweep-Out“ kann die Fall-time reduziert werden (~Faktor 3)

- Hier werden die Minoritätsträger durch eine „Gegenspannung“ aus der

aktiven Zone geholt (Großsignalverhalten)


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Kleinsignalmodulation: Geometrie

Minoritätsladungsträgerinjektion


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Kleinsignalmodulation

2

2

( ) ( ) ( )n

dn x n x n xD

dt x

Die Kontinuitätsgleichung für die Ladungsträger (wir betrachten nur e--

Injektion)

Wobei der erste Term die Rekombination der Ladungsträger beschreibt

(einschließlich der

nicht-strahlenden Prozesse ( ) und der zweite Term die Diffusions-

komponente des Teilchenstromflusses ist.

1 1 1

r nr

Da in einem vorwärtsbetriebenen p-n-Übergang die elektrischen Felder klein

sind, kann jetzt der Driftstrom vernachlässigt werden.

Durch Anlegen eines kleinen Modulationssignals (Kleinsignalmodulation)

0 1( , ) expJ x t J x J x i t

0 1( , ) expn x t n x n x i t


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Kleinsignalmodulation

2

0 0

2

( ) ( )0n

n x n xD

x

Einsetzen in die Kontinuitätsgleichung liefert

2

1 112

( ) ( )n

n x n xD i n x

x

2

112

( ) (1 )( ) 0n

n x iD n x

x

bzw.

Gleichstromanteil

Wechselstromanteil

n nL D Definieren wir jetzt 1

nn

DL

i

und

So erhalten wir: 2

0 0

2 2

( ) ( )

n

n x n x

x L

2

1 1

2 2

( ) ( )

n

n x n x

x L

0 ( ) expn

xn x n

L

Wir können jetzt die zeitliche Antwort einer LED durch die Übertragungsfunktion r()

1 1

1 1

( ) ( )( ) :

photon photonJ q Jr

J J

q

definieren, d.h. durch das Verhältnis des AC-Anteils der Photonenstromdichte zum

AC-Anteils der Elektronenstromdichte


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Kleinsignalmodulation: Photonenstromdichte

Unter der Annahme, dass nur Elektronen für den Stromfluss verantwortlich sind gilt:

1 1( 0) 0n x n

1 1( ) 0 exp

n

xn x n

L

1( ) 0n x d

Des Weiteren nehmen wir an, dass die Ladungsträger rekombinieren bevor sie

den Rand der aktiven Zone erreichen, d.h. Ln << d.

Damit erhalten wir als Lösung unserer Gleichung

Die Photonenstromdichte Jph erhalten wir durch Integration über die aktive Zone

1 1

0 0

1 10 exp

d d

ph

n

xJ n dx n dx

L

1 10

0

1 10 exp 0 exp

d

d

n

n n

x xn dx n L

L L

1 0ph n

nJ L

r() => 0 = keine Lichtmodulation bei Variation des Stroms


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Kleinsignalmodulation: Bandbreite

2

1

2 21

( ) 1( ) :

1

nph

n

Lq Jr

J D

1

nn

DL

i

sodass für die Übertragungsfunktion:

Für die elektrische Stromdichte J1 gilt

1 1

1

0n n

n

dn x nJ q D q D

dx L

In diesem Ausdruck sehen wir wie wichtig die Rekombinationszeit ist und die

Bandbreite einer LED limitiert.

Die Modulationsbandbreite fc ist als diejenige Frequenz fc definiert, bei der die

Leistungsamplitude die Hälfte des Wertes annimmt bei = 0 (3dB-Bandbreite)

1

2

ccf

1 1 1

r nr mit


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Kleinsignalmodulation: Übertragungskennlinie

1

30 2

ph

ph

IdB

I

Genauer eigentlich -3dB


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Kleinsignalmodulation: Modulationsbandbreite

qndJ

1J

d

1

2cf

c

Jf

d

Bei hochwertigen Bauelementen wird ~ r; nichtstrahlende Prozesse machen die

LED zwar schneller, aber sind unerwünscht.

Da die strahlende Lebensdauer von der Ladungsträgerdichte oder der Dotierung

der aktiven Schicht abhängt, wird jetzt durch Injektion von mehr Strom die

Rekombinationszeit kleiner und die Modulationsbandbreite nimmt zu.


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Kleinsignalmodulation: Modulationsbandbreite

1. Verringerung der aktiven Zone

2. Erhöhung der Dotierung der aktiven Schicht

Beachte auch, dass die Ladungsträgerdichte in der aktiven Zone proportional zu

J/d (=I/Ad = I/V) ist, wobei J die Stromdichte und d die Dicke der aktiven Zone ist.

Je dünner die aktive Schicht ist, desto höher wird bei gleichem Injektionsstrom

die Ladungsträgerdichte und damit verbunden ist eine kürzere

Rekombinationszeit und eine höhere Modulationsbandbreite.

Zwei Möglichkeiten um Modulationsbandbreite zu erhöhen:

Die ultimative Bandbreite der LED ist durch die Zeit 0 bestimmt. Für GaAs ergibt

sich:

8

_ max

0

12.65 10 260

2cf Hz MHz


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Kleinsignalmodulation: Ausgangsleistung

opt ph tot

r

n d AP I

ph tot tot

r

I n d AI

q

Zusätzlich zur Modulationsgeschwindigkeit benötigt man für viele Anwendungen

auch hohe Ausgangsleistungen (Kommunikation, Anzeigesysteme,…). Diese

beiden Forderungen lassen sich aber nicht immer vereinbaren. Für hohe optische

Leistung benötigt man ein Bauelement mit möglichst langer aktiver Zone wie aus

folgender Überlegung ersichtlich wird.

Der Photonenstrom ist

Die optische Leistung einer LED ist damit

Um die Ausgangsleistung zu erhöhen sollte man folgendes beachten:


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Kleinsignalmodulation: Ausgangsleistung i) Injizierte Ladungsträgerdichte:

ii) Bauelementfläche:

iii) Aktive Dicke des verstärkenden Bereichs:

Durch Erhöhung der Ladungsträgerkonzentration kann die

Ausgangsleistung nicht beliebig erhöht werden

a) Aufwärmungsproblematik

b) Augerrekombination

c) Leckströme

maximal injizierte Ladungsträger ca. 1018cm-3. r~1 bis 2 ns

Vergrößerung der Fläche kann ebenfalls Ausgangsleistung erhöhen, dies

wird jedoch durch die Herstellungstechnologie begrenzt – Zunehmende

Anzahl der Defekte.

Zusätzlich wird auch die Kapazität größer => RC-Konstante begrenzt

Modulationsgeschwindigkeit

Eine Verbreiterung der aktiven Schicht d führt zu einer Begrenzung der

Bandbreite der LED aufgrund von Transiteffekten. Die Transitzeit ist durch

Diffusionsprozesse kontrolliert und durch folgende Beziehung tr~ d2/2D

gegeben, wobei D der Diffusionskoeffizient der langsameren

Ladungsträger ist (Löcher).


18 18.11.2016

Ausgangsleistung vs. Modulationsbandbreite


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Zuverlässigkeit/Leistungsmerkmale

Lichtausgangsleistung soll über einen langen Zeitraum konstant bleiben!

LED-Fehler werden in 3 Kategorien unterteilt:

a) Kindheitsfehler (infant failure)

Verhinderung durch anfängliche Einbrenntests (burn-in),

wobei das Bauelement mit hoher Leistung über 100 h betrieben wird

b) Verrückte, statistische Fehler

extreme statistische Fluktuationen in Bauelementdefekten

c) Langsam fortschreitende Fehler

graduelle Degradation der Ausgangsleistung

große „mittlere Ausfallszeit“ (mean time to failure MTTF - 3dB drop)

GaAs basierende LEDs > 106 h

InP basierende LEDs > 109 h

Wichtiger Fehlermechanismus für GaN-LEDs:

Wanderung von Versetzungslinien in die aktive Zone

Dark line defects


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Leistungsmerkmale für Beleuchtungsanwendungen

• Modulationsgeschwindigkeit spielt keine Rolle

• Leistung ist wichtig (Helligkeit)

• Effizienz ist wichtig (Energiesparen)

• spektrale Anforderungen menschliches Auge


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Farbempfindlichkeit des Auges

Stäbchen Farbzäpfchen


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Empfindlichkeit des Auges

Skoptisches Sehen

(Nachtsicht) Photopisches Sehen

(Tagsicht)

Stäbchen Zäpfchen

Ungefährer Bereich der Sichtbarkeit und der Rezeptorenbereiche


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Spektrale Empfindlichkeit von Stäbchen und Zäpfchen

Skoptisches Sehen (Nachtsicht) ist unempfindlicher im roten Spektralbereich


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Radiometrie/Fotometrie Radiometrie ist die Wissenschaft von der Messung elektromagnetischer

Strahlung und ihre Anwendung in Physik, Astronomie und Geophysik. Sie ist mit

der Fotometrie (Lichtmessung) verwandt und stellt ihre Erweiterung in die

Bereiche des Infraroten und Ultravioletten, aber auch der Gammastrahlen dar.

luminous

energy

Photometrische

Größe

radiant energy

luminous

flux/power

luminous

intensity

illuminance

luminance

radiant flux

radiant flux

radiance

irradiance


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Photometrische Basiseinheit: Candela


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Definitionen: Photometrische Größen

(luminous energy)

(luminous flux)

(luminous intensity)


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(lux=lm/m2)

(luminous efficacy)

Beachte: In alle Definitionen geht die Empfindlichkeit des Auges ein!!


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Definitionen: Photometrische Größen (Farben)


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Lichtstrom (Einheit: lm) 683 ( ) ( )

( ) = spektrale Empfindlichkeit des Auges

( ) = optische Leistung im Breich [ , +d ]

lum

lmV P d

W

V

P d

Luminous efficacy (Unit:lm/W)

dPdPVW

lm

P

lum )(/)()(683

Luminous efficiency (Unit:lm/W) = IVlum /(Lichtausbeute - Lichtstrom aus elektr. Leistung)

(Konversionseffizienz von opt. Leistung

in Lichtstrom)


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Spektrale Empfindlichkeit des Auges

Photopisch

• CIE 1931

• CIE 1978

Skotopisch

• CIE 1951

(CIE = Commision Internationale de l´Eclairage)


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Spektrale Empfindlichkeit des Auges (Tagsicht) • Visible range: 390

– 720 nm

• Definition of

lumen: Green

light (555 nm)

with power 1 W

of has luminous

flux 683 lm

• Efficacy of

radiation

(luminous

effiacy) gives

number of

lumens per

optical Watt

• Amongst LEDs

with same output

power, green

LEDs are

brightest


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Leuchtdichte einer Oberflächenquelle

• Die Lichtstärke einer LED mit „Lambert´scher Abstrahlcharakteristik“ hängt

ebenfalls vom Winkel Q entsprechend eines Cosinusgesetzes ab. Deshalb ist

die Leuchtdichte (luminance) einer LED unabhängig vom Winkel.

• Für einen Flächenstrahler bei dem die Lichtstärke nicht von Q abhängt, würde

die Leuchtdichte mit steigendem Q zunehmen!


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Beleuchtungsstärke

Beleuchtungsbedingung Beleuchtungstärke

Vollmond 1 lux

Straßenbeleuchtung 10 lux

Raumbeleuchtung 30 – 300 lux

Schreibtischbeleuchtung 100 – 1000 lux

Operationstisch 10000 lux

Direktes Sonnenlicht 100000 lux

(lux=lm/m2)

Beachte: E betrachtet die „Lichtverhältnisse“ vom Empfänger aus. m2 bezieht sich

auf die Detektorfläche.


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„Farbe“ von Licht

• Die Farbe von Licht ist für die Wirkung auf unseren Körper von

großer Bedeutung

• Für monochromatisches Licht hat man nur eine Wellenlänge.

• Viele Farben entstehen aber durch Überlagerung von Licht mit

verschiedenen Wellenlängen

• Weißes Licht = Überlagerung vieler verschiedener Wellenlänge, so

dass ein Farbeindruck ähnlich dem des Sonnenlichtes entsteht

• Farbeindruck entsteht durch die unterschiedliche Anregung der

Farbzäpfchen

• Wie kann man einen Farbeindruck einer Lichtquelle

beschreiben/quantifizieren?


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Farbanpassungsfunktionen

• Farbanpassungsfunktionen sind ähnlich den spektralen

Empfindlichkeiten der Zäpfchen

• Beachte: Es gibt jedoch verschiedene Standards für diese

Farbanpassungsfunktionen

x y z


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Tristimuluswerte/Farbkoordinaten

Tristimulus Werte X, Y und Z:

Farbdiagramm (Chromaticity diagram) und Farbkoordinaten (chromaticity

coordinates) x, y

ZYX

Xx

ZYX

Yy

Die z Farbkoordinate wird nicht benötigt, da x+y+z=1

Optische Leistung einer Lichtquelle:

Farbanpassungsfunktion

( ) ( )X x P d

( ) ( )Y y P d

( ) ( )Z z P d

( )P P d


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Farbdiagramm

Equal energy point:

(x,y,z)=(1/3, 1/3, 1/3)

(1/3,1/3)


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Farbunterschiede: MacAdam-Ellipsen

• Innerhalb der MacAdam Ellipsen kann keine Farbdifferenz wahrgenommen werden

• Die gezeigten Ellipsenachsen sind 10 mal größer als in Realität

• Der Mensch kann ca. 50000 verschiedene Farben wahrnehmen

MacAdam analysierte die Farbdifferenz eng benachbarter Punkte im Farbdiagramm.

Für einen wahrnehmbaren Farbunterschied muss eine minimale geometrische Distanz

vorhanden sein. Farben innerhalb der elliptischen Bereiche erscheinen identisch.


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Vereinheitlichte Farbkoordinaten

4

15 3

Xu

X Y Z

6

15 3

Yv

X Y Z

4

15 3

Xu

X Y Z

9

15 3

Yv

X Y Z

(CIE, 1960)

(CIE, 1976)

und

4

2 12 3

xu u

x y

6

2 12 3

yv

x y

9

2 12 3

yv

x y

Mit den Koordinaten x, y, und z gilt folgender Zusammenhang:

umgekehrt erhält man:

9

6 16 12

ux

u v

3

2 8 4

ux

u v

2

3 8 6

vy

u v

2

2 8 4

vy

u v

und

Im Farbdiagramm ist es wünschenswert wenn die Farbunterschiede proportional

zu geometrischen Distanzen sind. Dies motiviert die Einführung vereinheitlichter

Farbkoordinatensysteme (u,v) bzw. (u´,v´).


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Farbdiagramme

• Farbdiagramme erlauben uns die Farbe zu quantifizieren

• Farbtemperatur

• Planckscher Strahler


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Farbreinheit und Farbsättigung

aFarbreinheit

a b

2 2

2 2

( )

( )

ee ee

d ee d ee

x x y y

x x y y

equal energy locus

dominant wavelength


42 18.11.2016

LEDs im Farbdiagramm

Bemerkung:

• rote und blaue LEDs liegen Nahe am Rand

• grüne LEDs sind nach innen verschoben

• Farbreinheit und Farbsättigung


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Farbräume und Farbraumsysteme In vielen Anwendungsbereichen spielen spezialisierte Modelle und deren Räume eine Rolle:

•RGB-Farbraum – Computermonitore, Internetstandard

•CMYK-Farbraum – e, Druck-Endstufe

•HSV-Farbraum mit den Varianten HSL, HSB, HSI – Design, Dokumentation von

Malerei, Videokunst

•Lab-Farbraum – CIE-Farbendreieck

•LCh-Farbraum bezeichnet keinen Farbraum, sondern die Darstellung von HSV oder

LAB in Polarkoordinaten

•I1I2I3-Farbraum – rechentechnisch optimierter Raum der Bildverarbeitung

•YCbCr-Farbmodell (manchmal kurz YCC genannt, vgl. unten) – digitales Fernsehen,

sowohl digitales PAL als auch digitales NTSC, DVB, JPEG, MPEG, DVD-

Video, u. a.

•YPbPr-Farbmodell – analoges HDTV, analoges Komponenten-Videokabel

•YUV-Farbmodell – analoges PAL und NTSC

•YIQ-Farbmodell – veraltet, früher verwendet bei analogem NTSC

•YCC-Farbmodell −Kodak Photo CD

Farbraumsysteme

• CIExyz-Farbraumsystem (Chromatizitätskoordinaten)

• CIEYxy-Farbraumsystem (Chromatizitätskoordinaten)

• CIEYuv-Farbraumsystem

• CIEYu´v´-Farbraumsystem

• CIELuv-Farbraumsystem

• CIELaB-Farbraumsystem


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Weißes Licht / Sonnenspektrum

• Bemerkung: Es gibt viele Wege weißes Licht herzustellen

• Sonnenlicht ist kein effizienter Weg um Weißlicht herzustellen, da es

von der Tageszeit, Jahreszeit, Höhe, Wetter und anderen Faktoren

abhängt.


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Plancksche Strahlung

2

5

2( )

exp 1

hcI

hc

kT

max

2880 mK

T

Wiensches Verschiebungsgesetz Plancksche Strahlung:

Die Schwarzkörperstrahlung wird durch einen einzigen Parameter, nämlich die

Temperatur charakterisiert.


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Farbtemperatur

• Planck´sches Spektrum oder Schwarzkörperstrahlungsspektrum

• Mit zunehmender Temperatur glüht das Objekt zuerst rot, orange, gelb

und dann weiß (kann zur Temperaturschätzung benutzt werden)


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Korrelierte Farbtemperatur

Die einer Lichtquelle „korrelierte Farbtemperatur“ ist im vereinheitlichten

(u´v´) Farbdiagramm, der Punkt der Planck´schen T-Kurve der der

Lichtquelle am nächsten liegt (d.h. die kürzeste geometrische Distanz)

Die korrelierte

Farbtemperatur dieser

Lichtquelle ist 3000 K


48 18.11.2016

Farbtemperatur: Beispiele

Lichtquelle

Farbtemperatur

Kerze

1.500 K

Glühlampe (40 W)

2.680 K

Glühlampe (100 W)

2.800 K

Glühlampe (200 W)

3.000 K

Halogenlampe, Leuchtstoffröhre (Warmweiß)

3.000 K

Fotolampe Typ B, Halogenglühlampe

3.200 K

Fotolampe Typ A bzw. S, Spätabendsonne kurz vor Dämmerungsbeginn

3.400 K

Leuchtstoffröhre (Kaltweiß)

4.000 K

Xenon-Lampe, Lichtbogen

4.500-5.000 K

Morgensonne-/Abendsonne, D50-Lampe (Druckerei)

5.000 K

Vormittags-/Nachmittagsonne

5.500 K

Elektronenblitzgerät

5.500-5.600 K

Mittagssonne, Bewölkung

5.500-5.800 K

Tageslichtlampe

5.600-7.000 K

Bedeckter Himmel

6.500-7.500 K

Nebel, starker Dunst

7.500-8.500 K

Blauer Himmel (z. B. im Schatten) bzw. kurz nach Sonnenuntergang

und kurz vor Sonnenaufgang, Blaue Stunde

9.000-12.000 K

Klares blaues, nördliches Himmelslicht

15.000-27.000 K


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Additive Farbmischung

• RGB (rot, grün, blau) - Farbmischung

• Farbskala (Skalenbereich)

• Skalengröße (Fläche im Farbkoordinatendiagramm) nimmt mit der

Anzahl der Lichtquellen zu


50 18.11.2016


1 2 3 1 1 2 2 3 3( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )X x P d x P d x P d x P x P x P

Betrachten wir die Farbkoordinaten aus der Mischung von drei diskreten Emissions-

bändern (z.B. LEDs) mit spektralen Leistungsdichten P1(), P2() und P3() mit peak

Wellenlängen von 1, 2 und 3. Jedes dieser Emissionsbänder ist schmäler als die

drei Farbanpassungsfunktionen und sie haben die drei Farbkoordinaten (x1,y1),

(x2,y2), (x3,y3). Dann ergibt sich der Tristimulus Wert zu

1 2 3 1 1 2 2 3 3( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )Y y P d y P d y P d y P y P y P

1 2 3 1 1 2 2 3 3( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )Z z P d z P d z P d z P z P z P

wobei P1, P2, und P3 die optischen Leistungen der drei Lichtquellen ist.


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2 2 2 2 2 2 2( ) ( ) ( )L x P y P z P

3 3 3 3 3 3 3( ) ( ) ( )L x P y P z P

1 1 1 1 1 1 1( ) ( ) ( )L x P y P z P

Mit den Abkürzungen

kann die Farbkoordinate (FK) des gemischten Lichtes durch die Farbkoordinaten

der Einzelquellen berechnet werden zu

1 1 2 2 3 3

1 2 3

x L x L x Lx

L L L

1 1 2 2 3 3

1 2 3

y L y L y Ly

L L L

Die FK des multi-komponenten Lichtes ist eine lineare Kombination der individuellen

FK gewichtet mit den Li-Faktoren


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Farbmischung

• Farbbereich

• Farbbereiche für rot-grün-blau Lichtquellen haben dreieckige Form

• Fläche ist der nutzbare Bereich für Bildschirme, Farbdrucker , …


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Farbwiedergabe (color rendering)

Eine weiteres wichtiges Charakteristika einer weißen Lichtquelle ist die Fähigkeit

die richtigen (naturgetreuen) Farben eines physikalischen Objekts, wie z.B.

Früchte, Pflanzen, Spielzeuge, …, bei Beleuchtung wiederzugeben (Kleiderfarbe

beim Einkauf in Kaufhäusern). Diese Fähigkeit wird durch die sogenannten

Farbwiedergabestufe (color rendering index) Ra oder CRI gemessen.

High CRI Low CRI

Bild „französische Impressionen“ von Auguste Renoir beleuchtet von

unterschiedlichen Lichtquellen


54 18.11.2016

Farbwiedergabe (color rendering)

• Unter Farbwiedergabeindex versteht man eine photometrische Größe, mit

welcher sich die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen gleicher

korrelierter Farbtemperatur beschreiben lässt. Die abgekürzte Schreibweise für

den Farbwiedergabeindex ist "Ra".

• Als Referenz zur Beurteilung der Wiedergabequalität dient das Licht, das von

einem schwarzen Strahler der entsprechenden Farbtemperatur abgegeben

wird.

• Der Farbwiedergabeindex ist nicht von einer bestimmen Farbtemperatur

abhängig. Jede Lichtquelle, die das Spektrum eines schwarzen Strahlers

gleicher (korrelierter) Farbtemperatur im Bereich der sichtbaren Wellenlängen

perfekt nachbildet, erreicht einen Farbwiedergabeindex von 100.

Spektralanteile außerhalb des sichtbaren Bereiches spielen keine Rolle bei der

Ermittlung des Farbwiedergabeindex.

• Eine Glühlampe mit farblosem Glaskolben besitzt mit einem Ra von 100

ausgezeichnete Farbwiedergabeeigenschaften, während etwa preiswerte

Leuchtstofflampen einen Wert von 70 bis 80 erreichen.

• Eine Lichtquelle, deren Licht sich nur aus einer Wellenlänge zusammensetzt,

was etwa bei Natriumdampf-Niederdrucklampen der Fall ist, erlauben

überhaupt keine Unterscheidbarkeit von Farben und weisen demzufolge einen

sehr niedrigen Ra-Wert auf.


55 18.11.2016

„Weiße“ LED Es gibt verschiedene Ansätze weißes Licht mittels LEDs zu erzeugen.

• Erzeugung von Licht im Blauen oder UV-Bereich und Umwandlung mittels

„Phosphors“

• Einsatz verschiedenfarbiger LEDs und additive Farbmischung


56 18.11.2016

„Weiße“ LED: Komplementärwellenlängen

• Bei dichromatischen LEDs muss man

Komplementärwellenlängen wählen, um

„weißes“ Licht zu erhalten.

• Bestimmtes Verhältnis der beiden Intensitäten.


57 18.11.2016

„Weiße“ LED: Lichtausbeute


58 18.11.2016

Dichromatische monolithische GaN LED


59 18.11.2016

Dichromatische monolithische GaN LED


60 18.11.2016

3-Farben weiße Multi-LED Quelle mit

Farbtemperatur von 6500 K


61 18.11.2016

Einfluss der Temperatur


62 18.11.2016

Einfluss der Temperatur


63 18.11.2016

Weißlichtquelle mit Phosphor


64 18.11.2016

Phosphor: Emission und Absorption


65 18.11.2016

Phosphor: Emission und Absorption


66 18.11.2016

Phosphor: Emissionsspektrum


67 18.11.2016

Farbpunkte des YAG:Ce Phosphors


68 18.11.2016

Weiße LED: Emissionsspektrum


69 18.11.2016

Weiße LED: Farbkoordinaten und EL


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Weiße LED: Halbleiter-Photonenrecycling


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LED-Leistungsmerkmale · eines optischen Signals mit Hilfe einer LED dargestellt. Eine LED ist...

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