Großes LED Array: Homogener Flood?

[Ivo]

Hallo zusammen,

ich hatte bisher eine falsche Vorstellung was genau ein Dome mit dem LED Licht macht..

Aber diesmal von Vorne:
Ich möchte eine leistungsfähige Leuchte mit vier Farbkanälen bauen.
Jeder Kanal hat 2x2 LEDs. Jede LED ist 12x12mm groß.
Es sind also 16 LEDs in einem 4x4 Array verbaut, von denen aber immer nur 2x2 auf einmal leuchten, und einen homogenen Leuchtbereich erzeugen sollen.

Das heißt, ich habe zeitgleich vier LEDs mit etwa 25x25mm Fläche leuchten.

> Wie sähe der Output aus, wenn die vier LEDs ganz regulär die Domes drauf haben? Das Datenblatt sagt ~90°.
> Wie sähe der Output wohl bei dedomed LEDs aus? Das geht mit Azeton wohl ganz gut.

Hauptanforderung ist, dass der Lichtkegel sehr homogen ist. Etwa so wie ein Zoomie mit komplett eingefahrener Linse.
Das Leuchtbild eines Reflektors, mit typischem Hotspot, gefällt mir da nicht sonderlich.
Ein 45° bis 90° Kegel scheint gut geeignet.
Nett wäre natürlich wenn möglichst viel vom LED Output auch genutzt wird. 70% Lumen-Verlust eines klassischen
Asphärenthrowers wären nicht so toll, aber da ist die LED auch in Brennweite der Asphäre.


Wie erzeuge ich einen homogenen Kegel aus einer 25x25mm Leuchtfläche?

> Einfach nur mit Dome drauf vorne rausleuchten?
> Dome und eine große Planokonvexe Linse über alle 16 LEDs?
> Dedome und eine kleine Asphäre oder reguläre Linse mit hoher NA auf jede LED?
> Dedome und eine große Planokonvexe Linse über alle 16 LEDs?

Hoffe, die Idee wird mit der Skizze etwas klarer.

Cheers,

Ivo

 

[The_Driver]

Grundsätzlich gilt für fast alle LEDs mit und ohne Dome, dass sie ohne zusätzliche Optik bzw. Reflektor perfekt gleichmäßig und sehr breit abstrahlen. Mehrere dieser LEDs nebeneinander überlappen sich dann größtenteils und haben somit ein annähernd identisches Lichtbild.

LEDs ohne Dome sind grundsätzlich weniger effizient als welche mit. Die höhere Leuchtdichte ersterer hat ohne zusätzliche Linse/Reflektor keinen Einfluss bei deiner Anwendung. Ein Vorteil bleibt aber: bei weißen LEDs ohne Dom ist die Lichtfarbe über den gesamten Abstrahlwinkel hinweg konstant. Bei weißen LEDs mit Dome ist die Lichtfarbe am äußeren Rand des Abstrahlwinkels oft deutlich gelblicher/grünlicher.

Wenn deine einfarbigen LEDs gleichzeitig leuchten sollen, sollten sie möglichst nah beieinander sein, da es sonst außen einfarbige Ränder gibt (dort, wo sich die Lichtkegel nicht überlappen).

Einzige Ausnahme sind ein paar wenige LEDs mit speziellen Dom, der für einen deutlich engeren Abstrahlwinkel sorgt (Cree XR-E, Osram SST-80 - beides veraltete Modelle). Diese sind besonders gut geeignet für die Nutzung mit asphärische Linsen und dafür weniger gut mit Reflektoren.

Nachteil an LEDs ohne Optik oder Reflektor ist natürlich die niedrige Lichtstärke. Durch Bündelung kann diese stark erhöht werden. Einen Kompromiss stellen TIR-Linsen mit Wabendiffusor da. Diese erzeugen einen sehr gleichmäßigen Lichtkegel. Es gibt auch sehr große Modelle für größere LEDs (oder engere Abstrahlwinkel). Eine bekannte Firma ist z.B. Ledil.

 

[Ivo]

Danke für die tolle Zusammenfassung! Könnte man sich glatt ausdrucken und über die Werkbank pinnen!

TIR Optiken wären sicher das Beste für einen homogenen Lichtkegel, bei 365nm fallen Kunststoffoptiken aber leider raus.

Wenn deine einfarbigen LEDs gleichzeitig leuchten sollen, sollten sie möglichst nah beieinander sein, da es sonst außen einfarbige Ränder gibt (dort, wo sich die Lichtkegel nicht überlappen).

Es leuchten immer nur vier LEDs auf einmal, z.B. die vier blauen im Quadranten oben links. Da sollte der Rand maximal etwas "wellig" in der Helligkeit sein, aber nicht farbig? Alle vier "Farben" sind einfarbig (365nm, 400nm, 470nm, 530nm), nichts weißes oder mit sonstigem Phosphor.

Die Dies einer einzelnen LED sollten ein Footprint von etwa 7x5,5mm haben. Zu den Dies der Nachbar-LED wäre eine Lücke von ebenfalls 7,5mm. Damit wäre das Leuchtbild mit einer einzelnen Optik für alle 2x2, oder gar 4x4 LEDs, sicher nicht sonderlich gleichmäßig.
Ich schaue also erstmal wie die LEDs regulär, mit Dome, so leuchten. Wenn mir das nicht gefällt, sollten einzelne planokonvexe Linsen für jede einzelne dedomte LED das beste Ergebnis bringen. Mit einigen mm Abstand zur LED montiert.
Hätte auch den Vorteil, dass 16x kleine Glaslinsen bedeutend kompakter und leichter wären als ein 60mm+ Glasklopper.

Cheerio,

Ivo

 

[The_Driver]

Dass es UV-LEDs sind, hatte ich übersehen. Du hast Recht, Linsen aus Kunststoff gehen dann nicht.

Du scheinst bereits sehr gut informiert zu sein. Du kriegst das bestimmt hin!

Und ja, große Glaslinsen sind sehr schwer und machen eine Lampe sehr frontlastig.

 

[Ivo]

Danke dir! Ja, am Ende wird es schon was werden, ich muss aber ja nicht jeden Irrweg bis dahin mitnehmen ;-)
Na, ich werde einfach mal einige Glaslinsen bestellen und mich dann per Trial-and-Error an die konkreten LEDs rantasten.
Gibt es bevorzugte Anbieter für bezahlbare lose Optiken? Ich kenne nur welche in China à la DX oder welche in den USA wie Surplusshed. In Europa kenne ich nur die großen, teuren wie Thorlabs, in der Liga muss es nicht sein

Ivo

 

[The_Driver]

Da bin ich jetzt gerade echt überfragt. Über Glasoptiken liest man selten was.

 

[Ivo]

Habe auch auf die Schnelle keine neuen Quellen für günstige Glasoptiken gefunden, erst recht nicht in Deutschland.
Habe also mal ein paar 12mm Linsen im surplusshed in den USA bestellt, noch habe ich keine Zeitnot

Ivo