24.10.2010
Im Rahmen eines dreijährigen MNPQ-Transfer-Projektes wurde ein Messplatz zur Bestimmung des Strahlenkörpers (engl.: ray file) von Einzel-LEDs entwickelt. Es wurden zahlreiche Untersuchungen zur Langzeitstabilität und Winkelabhängigkeit des Farbortes von farbigen und weißen LED-Lichtquellen unterschiedlicher Hersteller und Bauformen durchgeführt.
Das Alterungsverhalten von LEDs ist eine für die Wirtschaft außerordentlich wichtige Information. Hierbei ist die Aussage über die Lebensdauer in Stunden nicht ausreichend. Vielmehr ist gefragt, wie sich die photometrischen Größen wie Farbort oder ähnlichste Farbtemperatur bei weißen LEDs, Leuchtdichte und deren Winkelabhängigkeiten im Laufe ihres Lebens verhalten.
In der PTB wurde hierzu ein universeller Messplatz aufgebaut, mit dem sowohl winkelaufgelöste spektrale Daten (siehe Abbildung1) als auch nahfeldgoniometrische Daten von LEDs (siehe Abbildung 2) bestimmt werden können. Die nahfeldgoniometrischen Daten werden hierbei über eine spezielle Messkamera aufgenommen und ausgewertet. Aus ihnen wird der Strahlenkörper von LEDs berechnet, der je nach Auflösung typischer Weise aus bis zu einigen Milliarden Einzelstrahlen bzw. Einzelvektoren gebildet wird. Derartige Strahlenkörper sind heutzutage notwendiges Hilfsmittel für die rechnerbasierte Entwicklung moderner Lampen und Leuchten.
Insgesamt ergaben die Untersuchungen eine erstaunliche Stabilität der betrachteten Hochleistungs-Leuchtdioden nach einer jeweils individuellen Einbrennphase, sowohl bezüglich ihres Lichtstroms [1] als auch bezüglich ihres Farbortes [2]. Die gemessenen Strahlenkörper erlauben derzeit lediglich nur qualitative Aussagen. Hier ist noch viel Forschung und Entwicklung erforderlich, um derartige Messergebnisse auf das SI-Einheitensystem zurückzuführen.
Abbildung 1: (a) Verlauf der Farbortkoordinaten x und y für über 10.000 Brennstunden; (b) Auf Eins normiertes Spektrum in Abhängigkeit des Winkels ϑ, {φ=0}; (c) CIE-Normfarbtafel mit eingetragenen Werten für den Verlauf der von ϑ winkelabhängigen Farborte; (d) Ähnlichste Farbtemperatur (CCT) als Funktion des Blickwinkels {0° < ϑ < 60°, 0° < φ < 360°}.
Abbildung 2: a) Strahlenkörper einer weißen Hochleistungs-Leuchtdiode; b) Aus dem Strahlenkörper berechnete räumliche Verteilung des Lichtstrom der Leuchtdiode im Fernfeld.
Literatur:
[1] M. Lopez, M. Lindemann, N Betzhold, M. Dämmig, A. Sperling; Aging of photometric and colorimetric quantities of high-power light-emitting diodes, Proceeding of the CIE Light and Lighting Conference with Special Emphasis on LEDs and Solid State Lighting, (2009), Hungary
[2] M. Lopez, M. Lindemann, C. Véron, N Betzhold, M. Dämmig, A. Sperling; Long-Term stability and angular dependency of the chromaticity of high-power LEDs, Proceedings of the 2010 CIE Tutorial and Expert Symposium on Spectral and Imaging Methods for Photometry and Radiometry, (2010), Switzerland