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Versuche Nichia 219B auf Cu (Lumen, Leuchtdichte, Farbe, mit/ohne Dome)

sma

Flashaholic**
8 Januar 2011
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Gonzo hat mich durch Zusenden von zwei Nichias erfolgreich genötigt (vielen Dank dafür!), die mal auf Kupfer unter die Lupe zu nehmen.

Diesmal habe ich mir so allerhand im Detail angesehen. Und das jeweils mit und ohne Dom. Neben Meßwerten gibt es auch was zur Farbänderung und eine verblüffende Illustration bzgl. der Änderung der Leuchtdichte.


Typ: Nichia 219B R85 D220 SW45 4500K (von KD)
also aktuell höchster Flux-Bin (D220) und hoher CRI (min.85, typ.92), dabei aber möglichst kühler Farb-Bin (SW45).

Ich habe sie auf einen Noctigon-Cu-Star gelötet und den auf einen Alukühlkörper geschraubt.

Dom-Reste: Der Dom ging mit Aceton/Nitro-Gemisch nicht ganz vollständig runter, es bleibt eine flache (aber seltsamerweise recht unebene) Silikonabdeckung drauf, die praktisch nicht quillt.

Hier ein normales Bild und eines mit Streiflicht (Unebenheiten dann stark überhöht)



Helligkeit: Im Gegensatz zu djozz (max. knapp 600lm) komme ich mit Dom auf "nur" max. 540lm. Bei 700mA haben wir beide grob 185lm und das paßt noch ganz gut. Denn Nichia gibt die Lumen bei 25°C Sperrschicht an, die mit einem solchen Aufbau nicht zu erreichen sind. Und bei der XP-G2 sind es bei 85°C statt 25°C schon 13% Lumen weniger. Bei der Nichia entspräche das statt 220-240lm@700mA eher 190-210lm. Meine Schrauben am Star sind rel. groß und ich verliere deshalb durch den Abstand zum Kugelphotometer ein paar Lumen. Bei hohen Strömen habe ich aber merklich kleinere Meßwerte. Vielleicht versuche ich noch einen zweiten Reflow und weniger Wärmeleitpaste.

Die scheinbare Fläche der LED mit Dom habe ich durch autom. Pixelzählen nach Kontrasterhöhung in Irfanview bestimmt. Mit Dom ändert sich die Helligkeit am Rand und damit auch das Ergebnis.


Messungen (PCE-LED1, ExtechLT300, UNI-T61C)
Variante Strom [mA] Lichtstrom [lm] Lichtstärke @1m (cd) Leuchtdichte [cd/mm2]
mit Dom: 4.1-4.5mm²
350 101.6
700 187.6 60.8 14.8-13.5
1500 343.9 113.1 27.6-25.1
2000 420
3000 520
3200 530
3400 536
3500 539
3600 540 - 43.3-39.4 (rechn.)
3700 540
4000 530
ohne Dom: 2.2mm²
700 163.0 55.9 25.4
1500 297.7 102.7 46.7
3400 462
3700 466 - 71.1 (rechn.)
4000 462


Die Lumen verringern sich ohne Dom um etwa 15%.

Die Leuchtdichte erhöht sich hier um etwa 70-85%.
(Vielleicht sind es ganz ohne Silikonreste noch etwas mehr.)

Den Dragster XP-G2 kann sie somit nicht schrecken, aber sie ist wenigstens deutlich hübscher :) (bzgl. der Farbwiedergabe, s.u.)

Hier ein Graph der Meßwerte mit Dom:



Den Grund der Leuchtdichteänderung habe ich mir bei dieser Gelegenheit einmal genauer angesehen:

Ein typischer, aber unkorrekter Erklärungsversuch ist dieser:
Durch Entfernen des Doms verkleinert sich die scheinbare Fläche. Da annähernd die gleiche Lichtmenge austritt, müßte "Licht pro Fläche" sich also erhöhen? Tatsächlich ist dies jedoch nicht der Fall.
Denn dann müßte sich die Leuchtdichte ja auch erhöhen, wenn man den Dom etwas kappt, sodaß er oben eine plane Fläche bekommt. Ebenso, wenn man den Dom mit einer kleinen Glasplatte platt drückt. Wie nach Entfernen des Doms, wird auch in diesen beiden Fällen die LED nicht mehr vergrößert. Allerdings erhöht sich die Leuchtdichte hier nicht! Dies geschieht erst, wenn das Silikon ganz oder so gut wie entfernt ist.

Die folgenden Bilder illustrieren das gut:

Dazu habe ich 4 Varianten bei gleichem Strom durch einen Sonnenfilter und mit gleicher Belichtung+Brennweite aufgenommen
- normaler Dom
- Dom mit Glasplättchen platt gedrückt (LED kleiner, Leuchtdichte aber unverändert!)
- oberer Teil des Doms mit Skalpell entfernt (LED kleiner, Leuchtdichte aber unverändert)
- Dom abgelöst (LED kleiner, Leuchtdichte erhöht!)

Die richtige Erklärung hängt wohl mit unterschiedlichen Winkeln der Totalreflexion beim Austritt aus dem Phosphor zusammen (siehe DrJones im BLF).

Das ganze als Animation:


(Die Entfernung der LED variiert leicht, sowas hat aber keinen Einfluß auf die Leuchtdichte.)

Lichtfarbe mit/ohne Dom
Ich habe die Lichtfarbe mit HCFR und einem Spyder4 vermessen:



Variante | Farbtemperatur (°K) | CIE x | CIE y
mit Dom 700mA | 4470 | 0.360 | 0.353
ohne Dom 700mA | 3678 | 0.391 | 0.373

Farbstich?
Diese LED entwickelte durch das Entfernen des Doms interessanterweise keinen merklichen Farbstich! Das würde sich so mancher bei Cree LEDs wünschen :) Die Reste des Doms könnten noch eine Rolle spielen, aber vermutlich keine große, da die Leuchtdichte sich ja schon merklich erhöht hat.

Ich habe also Farbtafeln von Datacolor mit und ohne Dom photographiert.
Belichtungsdaten und Abstand des Photoapparats waren zwar gleich, aber Winkel+Abstand der LED nicht, deshalb ist die Ausleuchtung leider unterschiedlich. Ich habe keine Ahnung wie aussagekräftig die Bilder nun sind.

Abgesehen vom wärmeren Farbeindruck erscheinen mir die Farben auch satter. Mir ist nicht klar, ob das wirklich an der LED oder an meinen ungenauen Aufnahmen liegt.

Streng genommen sollte man wohl mit einer komplett farb-kalibrierten Kette arbeiten (Photo, Bild, Monitor). Naja, mich hat's einfach interessiert, wie der Unterschied hier rauskommt.

So ein Farbtafel-Vergleich wäre einerseits viel interessanter bei einer LED, deren Farbwiedergabe stark leidet. (Das schaff ich dann hoffentlich ein andermal.) Andererseits ist es recht interessant, welchen Einfluß schon Farbtemperatur und leichte Belichtungsvariation haben.




Da bei Gif-Animationen leider die Farben leiden, hier auch noch die einzelnen Bilder.



 
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Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Klasse, dann macht es ja sogar Sinn die Nichia bis 3A zu Treiben. Hast du da noch mehr Infos zur überstromten Nichia? Z.B. ob und wie sich die Lichttemperatur und Farbwiedergabe ändert und wie es mit der Temperatur aussieht, wenn man die z.B. mit 3A statt 1,5A versorgt?
 
  • Danke
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The_Driver

Flashaholic***
22 März 2012
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Danke für den wirklich tollen Beitrag! Jetzt haben wir zu den DrJones Theorien endlich einen praktischen Beweis!

Schade, dass die Leuchtdichte der LED so niedrig ist. Man erreicht ja weniger als Hälfte der de-domten XP-G2 @5A.
Die Lichtfarbe ohne Dome scheint aber wirklich toll zu sein. Kein Grünstich! Damit lassen sich sicherlich interessante Thrower bauen...
 

Gonzo

Flashaholic***
12 April 2012
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... Damit lassen sich sicherlich interessante Thrower bauen...
Darum wollte ich das sma sich der Nichia mal annimmt. Aber die Lux steigen ja nicht ganz so wie bei XP-G, von daher denke ich werde ich bei der XP-G bleiben.

Vinz hat im übrigen angeblich eine Methode gefunden LEDs zu dedomen ohne die Farbe zu ändern ;)
 

sma

Flashaholic**
8 Januar 2011
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In Ulm, um, und herum
Ich hatte noch eine zweite LED von Gonzo parat.
Damit nun ein Vergleich bzgl. Farbe bei Überstromung. Und ein besserer Vergleich mit / ohne Dome.

Dies waren die Meßwerte
Typ Strom [mA] Farbtemperatur [K] CIE x , CIE y
mit Dome 700 5082 0.341 , 0.332
3000 5190 0.339 , 0.321
ohne Dome 700 4075 0.374 , 0.361
3000 4110 0.370 , 0.351


Dieser Wert ist ganz schön kühl, denn die LED sollte laut Datenblatt mit SW45 maximal 4745 K haben.
Die Ursache ist wohl Streuung der LEDs, vielleicht auch eine systematische Ungenauigkeit des Meßgeräts.

Die Farbtemperatur ändert sich beim Überstromen nur ein wenig, eher noch die Farbwiedergabe.

Das ganze im CIE Diagramm (die 4 größeren, grauen Kreise). Linien gleich Farbtemperatur laufen in diesem Bereich schräg von links unten nach rechts oben, siehe Datenblätter. Die Farbtemperatur unterscheidet sich deshalb nur wenig. die oberen Punkte, nahe der Schwarzkörperkurve sind bei 700mA aufgenommen, die unteren Punkte bei 3000mA. Links mit Dome, rechts ohne.





Und hier noch ein besserer Vergleich einer Farbtafel bei 700mA mit Dome (kühler) und ohne Dome (wärmer):



Der Unterschied bei 3A sieht praktisch genau so aus. Der Unterschied zwischen 700mA und 3A erschien mir auf Bildern nebeneinander oder in einer (kompriomierten) Gif-Animation nicht mehr wahrnehmbar. Die Bilder seien aber auch hier verlinkt. Die Bilder bei 3A mußte ich ein klein wenig abdunkeln, da ich es durch angepaßte Belichtungszeit nicht ganz ausgleichen konnte.

mit Dome:
700mA, 3000mA


ohne Dome:
700mA, 3000mA
 
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