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Farbveränderungen durch Entfernen des Doms

sma

Flashaholic**
8 Januar 2011
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In Ulm, um, und herum
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Für LEDs, deren Dom entfernt wurde, sind zwei typische Farbveränderungen bekannt:

- Generell wird die Farbe "wärmer"
(bisher beste Erklärung: Änderung des Winkels der Totalreflexion für aus dem Phosphor austretendes Licht, besonders für blaues).
- Manche LEDs bekommen zusätzlich einen unangenehmen Grünstich, besonders häufig bei "kühleren" Farb-Bins.

Mich hat interessiert, welches System hinter den Farbveränderungen steckt.

Ich habe mir das für eine Handvoll neuere Cree LEDs mit einem Colorimeter (Spyder4 + HCFR) angesehen.
Außerdem dabei: eine Nichia NVSL219BT-R85 (kurz N219B-R85) aus einer kürzlichen Messung.

Es handelt sich um folgende LEDs, die Crees sind schon anhand dieser Messung von warm nach kühl sortiert:

Nr. LED Farb-Bin Flux-Bin
1. XP-G2 7C4 R3
2. XM-L2 7B4 T3
3. XP-G2 5A2 R4
4. XM-L2 0E3 (also 3A...3D) T6
5. XM-L2 051 (also 0A...3S) T6
6. XP-G2 1D R5
7. N219B-R85 SW45 D220


Für die Messungen habe ich die Nennströme aus dem Datenblatt genommen (XP-G2: 350mA, XM-L2: 700mA, N219B: 700mA).

1. Farbtemperatur, Farbstich

Hier das Ergebnis (graue Kreise). Ein Pfeil gibt die Veränderung an, die durch das Entfernen des Doms entsteht. Die Beschriftungen A, B, C und D65 sind Grundmarkierungen des Auswertungs-Programms und haben hier keine besondere Bedeutung.



Fazit:
- Man kann sich gut eine Linienschar in das Bild hineindenken, die allgemein die "Richtung" der Farbverschiebung angibt.
XP-G2 und XM-L2 scheinen identisch (5+6, 1+2), das liegt wohl einfach am gleichen Phosphor.
Die Nichia (7.) weicht etwas ab, aber auch sie reiht sich in das Grundschema ein.
- Allerdings hängt das Ergebnis auch stark von der "Länge" des Pfeils ab.

Dabei muß man beim Interpretieren der "Länge" der Verschiebung vorsichtig sein, da Linien gleicher Farbtemperatur recht schief zur langen, gebogenen Kurve für Schwarzkörper-Strahler laufen. Und sie liegen zu kühleren Farbtemperaturen (nach links) immer enger. Für eine Illustration suche man nach "ANSI C78.377", hier ein passender Bild-Link aus der engl. Wikipedia (Artikel Chromaticity). Die Verschiebung von 4. scheint am größten, sie ist aber ganz normal (siehe Tabelle weiter unten).

Am interessantesten ist das Entfernen des Doms für LEDs mit höchstem Flux-Bin. Das sind zwangsläufig die "cool-white" Varianten, mit dem dünnsten Phosphor. Und genau diese sind besonders kritisch. Hier kann man sich gut zusammenreimen, wo der Farb-Bin liegen sollte, wenn man den Grünstich vermeiden will: Je weiter der Farb-Bin im Diagramm unten liegt, desto besser.

Für Cree LEDs z.B. kann man das zentral in den Diagrammen im PDF XM-Family Binning & Labeling nachschauen, vor allem im Diagramm "ANSI Cool White" auf Seite 7.

Wenn man in so ein Hersteller-Diagramm schaut, erkennt man auch das Problem: Die Bereiche der Farb-Bins sind teilweise recht groß. Bei gleicher Kennzeichnung ist ein Farb-Bin am oberen Ende ungünstig, einer am unteren Ende hingegen günstig. Wo er genau liegt, weiß man beim Kauf noch nicht.
Wenn man sicher gehen will und keine genaue Angabe hat, bleibt letztlich doch nur übrig, mehr LEDs zu erwerben und dann günstige auszulesen. Welche Farb-Bins dabei überhaupt in Frage kommen, sieht man in dem obigen Diagramm recht gut.

Vinz hat berichtet, daß er eine nachträgliche Behandlung einsetzt, die den Farb-Bin verbessert. Mehr ist mir dazu noch nicht bekannt. Spannend wäre für mich neben dem Maß der Verbesserung dann insbesondere, welchen Einfluß die Behandlung auf die Leuchtdichte hat. Denn beides hängt gemäß DrJones Erklärung zusammen.

Hier noch eine Übersicht über die ganzen Zahlenwerte der Messungen:

Nr. LED Farb-Bin Farbtemperatur mit Dome [°K] ... ohne Dome ... Änderung CIE x, y mit Dome ... ohne Dome
1. XP-G2 7C4 2983 2436 547 0.431, 0.392 0.478, 0.406
2. XM-L2 7B4 3061 2469 592 0.421, 0.379 0.469, 0.397
3. XP-G2 5A2 4096 3328 768 0.375, 0.369 0.421, 0.408
4. XM-L2 0E3 (also 3A...3D) 6745 4037 2708 0.314, 0.298 0.380, 0.380
5. XM-L2 051 (also 0A...3S) 7869 4959 2910 0.297, 0.305 0.350, 0.396
6. XP-G2 1D 9158 4985 4173 0.294, 0.275 0.347, 0.367
7. N219B-R85 SW45 4470 3678 792 0.360, 0.353 0.391, 0.373

Die Meßwerte für die cool-white LEDs sind mir zu kühl. Es liegt aber höchstens ein systematischer Fehler vor, keine Streuung: Ich habe jeweils mehrfach gemessen und die Punkte sind stets praktisch deckungsgleich.

Ansonsten: Ich habe noch eine XM-L2, Farbe 1C, Flux U2. Diese liegt genau zwischen 5. und 6. und ich habe den Dom bisher noch nicht entfernt, für den Fall, daß ich davor doch noch irgendeine Messung mit Dome machen möchte.

2. Farbwiedergabe

Im Gegensatz zur Farbtemperatur läßt sich aus den obigen Messungen nichts konkretes über die Farbwiedergabe (CRI) ableiten.
Statt dessen habe ich einen Vergleich mit einer Farbtafel gemacht. Im Diagramm gibt es praktischerweise zwei LEDs, die sehr nahe beieinander liegen: Linkes Bild Nr. 3 mit Dome, rechtes Bild Nr. 4 ohne Dome.



Ich kann keine Änderung erkennen. Die Farbwiedergabe scheint also zumindest bei LED Nr. 4 durch das Entfernen des Doms nicht zu leiden.

Ich habe keine GIF-Animation erstellt, da die Farben dabei stark leiden. Wenn man es elegant vergleichen will, kann man z.B. die Bilder (durch Klick darauf) in zwei Tabs aufmachen und hin- und herschalten.
 
Zuletzt bearbeitet von einem Moderator:

Gonzo

Flashaholic***
12 April 2012
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AW: Farbveränderungen durch Entfernen des Doms

Wieder einmal ein Klasse, sehr ausführlicher Bericht!
Ich verstehe zwar nur die Hälfte und anwenden kann ich noch weniger, aber sehr interessant zu sehen dass es scheinbar echt ein Schema gibt.

Bezüglich Vinz neuer Methode.
Er sagte mir auch dass er da was hat. Beim nachfragen sagte er mir aber, er verrät es nicht (Betriebs Geheimnis ;) ) und der Ottonormalleuchter könnte es ohne hin nicht nachmachen.