LED Blendwirkung und Reflektoren

Unterbodenbeleuchtung, Pimp my room, usw.

Moderator: T.Hoffmann

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martin160257
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Mi, 13.02.13, 17:39

Hallo, ich habe schon verschiedene LED-Projekte erfolgreich aufgebaut.
Bei fast allen Projekten ist mir aufgefallen, dass LEDs eine erheblich höhere Blendwirkung erzeugen als andere Leuchtmittel.
Da mich das mehr oder weniger störte, habe ich mich weiter nach Ursache und Wirkung und Änderungsmöglichkeiten umgeschaut. Meine Erkenntnis ist recht einfach, der Lichtaussendende Körper ist bei LEDs erheblich kleiner als bei konventionellen Leuchtmitteln. Bei einer Glühbirne ist die Wendel geschätzt 1,5mm Durchmesser und 15mm lang. Das ergibt eine aussendende "Fläche" von weit über 20mm/2 gegenüber einer LED die etwa 1mm/2 Abstrahlfläche hat. Bei Leuchtstoff-Lampen ist die abstrahlende Fläche noch erheblich grösser, daher ist auch die Blendwirkung erheblich kleiner. Dieser Unterschied kann schon mal den Faktor 100 bis 1000 erreichen. Nur diese Erkenntnis ist nicht neu, doch was können wir "Bastler" dagegen machen?
Möglichkeit 1 währe das Licht zu streuen. Der Effekt ist nicht sonderlich wirksam, denn die Ausleuchtung des Raums wird zwar besser, doch bei direktem Blick auf das Leuchtmittel ist die Blendwirkung kaum gemindert.
Möglichkeit 2 währe die direkt sichtbare Austrittsfläche zu vergrössern und damit die "Lichtmenge" auf eine grössere Austrittsfläche zu verteilen. Und da wird es wirklich interessant. Denn wie währe das machbar, ohne nennenswerte Verluste und auch für Laien umsetzbar. Nach meinen Erkundigungen geht das nur indirekt. Was ich damit sagen will ist, das Leuchtmittel darf garnicht direkt sichtbar sein. Nur wissen hier viele erfahrene User, dass indirekte Beleuchtungen auch hohe Verluste haben. Das wiederum ist nicht der Sinn. Also wie ist der Widerspruch lösbar. In der "Glühobstzeit" waren durch die Rundstrahlung diese Verluste auch schon bekannt und dafür wurden Reflektoren "erfunden".
Und da gibt es gravierende Unterschiede.
Direkt spiegelnd ist nicht geeignet, da auch Spots entstehen die blenden.
Strukturierte Oberflächen sind wesentlich besser.
Aber auch Anstriche mit Titanweiss eignen sich gut.
Nun möchte ich Eure Erfahrungen damit aufrufen. Und da bin ich an allem interessiert, ob in Schattenfugen oder mit angestrahlten Flächen. Auch Erfahrungen mit Reflektionsfolien oder ausgeschlachteten Reflektoren. Also berichtet bitte!!
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stoske
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Mi, 13.02.13, 18:02

Die einfachste Lösung, die dazu noch viele andere Vorteile hat, ist, die abstrahlende
Fläche zu vergrößern. Statt einer LED mit 1000 Lumen nimmt man also 10 mit 100
oder besser noch 100 mit 10. Das reduziert nicht nur die Blendwirkung enorm sondern
produziert auch deutlich besseres Licht und angenehmere weiche Schatten. Dazu
kommen maximale Effizienz, volle Ausnutzung der Lebensdauer, Verringerung der
Kühlnotwendigkeit bis auf Null, vereinfachte Versorgung usw.

Auch homogene Flächen lassen sich damit leichter realisieren. Sowohl beim Bau
(Abstand) als auch bei der Beleuchtung (Einheitlichkeit). Eine zusätzlich Streuung
kann man sich dann einfach sparen, deren Verluste fallen weg.

Das ist immer noch die Beste Art des LED-Bastlens, schon des besseren Lichtes wegen.
jolep
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Do, 14.02.13, 20:59

stoske hat geschrieben: Das reduziert nicht nur die Blendwirkung enorm sondern
produziert auch deutlich besseres Licht und angenehmere weiche Schatten. Dazu
kommen maximale Effizienz, volle Ausnutzung der Lebensdauer, Verringerung der
Kühlnotwendigkeit bis auf Null, vereinfachte Versorgung usw.
Alles korrekt. Aber leider ist diese Lösung teurer, tlw. erheblich teurer.
Beispiel :
die SmartArrays gehen runter bis auf 1,7 ct/lm, aber dort kaufst du 400lm aus 25 x 3 mm = 75 mm^2
die Lumiflex - Leiste mit 480lm kostet schon 5,6 ct/lm, 30 LEDs auf 50 cm verteilt
die Multibar 49 kostet schon 6,3ct/lm, hier sind 49 LEDs auf 50 cm verteilt

Die Fragestellung bleibt und treibt mich auch um. Mir blendet es oft zu stark.
Meine Abhilfen bisher : z.B. Plexiglas - Streuscheibe (Satinice). Allerdings muss die LED weit genug von der Streuscheibe weg (für das 4W Smartarray sicher >= 5 cm, um die Leuchtdichte einigermaßen angenehm zu gestalten)
Über indirekt denke ich auch nach, aber eine schlaue bastelbare Lösung fällt mir bisher nicht ein.

Seit ich aber mit LEDs rumexperimentiere beobachte ich die Profilösungen (auch Lampen mit Glühbirnen, Leuchtstoffröhren etc.) und muss feststellen, dass zum Design einer guten Lampe mehr gehört als Design und eine gute LED.
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Mr Fix-it
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Do, 14.02.13, 21:34

Mit Plexiglas habe ich gute Erfahrungen gemacht, siehe bitte weiter unten. Sonst sehe ich das ähnlich wie stoske, und baue auch lieber ein paar LEDs mehr ein, um das Licht besser zu verteilen und auch die übrigen Vorteile dieser Methode wie von stoske beschrieben zu nutzen. So teuer ist das nicht, zumal dann auch MIDI-Power-SMD-LEDs ausreichen, so um 39 - 59 Cent das Stück.

Das Plexiglas verwende ich nicht als Abdeckung oder so, sondern als Lichtleiter. z.B. habe ich einen Streifen 40 x 10 x 760 mm als Flächenleuchte aufgebaut.
viewtopic.php?f=28&t=14915&hilit=Abzugshaube
Die Verluste scheinen mir recht klein zu sein (Plexiglas transparent 92% Transmission)
Zugleich gelang, was zuvor mit anderen Leuchten nicht möglich war, auch mit der Erstausstattung nicht:
Es ist hell bis auf den Topfboden, auch auf den vorderen Kochfeldern und bei hohen Töpfen.

Habe bisher keine vergleichbare Lösung gefunden.
Sonst halte ich auch ein indirekte Beleuchtung z.B. über die weiße Wand oder Decke für nicht so schlecht. Mit zunehmend effizienter werdenden Systemen ist der Verlust durchaus zu verkraften.
olafh
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Fr, 15.02.13, 08:54

Hi,

Ich habe mal mit Remote Phosphor (RP) experimentiert, um das Problem zu Lösen.

Das Ergebnis war hervorragend, was die Effizienz, Lichtverteilung und Lichtqualität betrifft.
Ich hatte eine Lichtkammer gebaut die auf 5-Seiten RP mit insgesamt 166cm2 Fläche Licht aussendet.
Die LED Platine war mit WhiteOptics97 beklebt, um die Verluste zu minimieren.

Man beleuchtet die RP Schicht mit blauen LEDs und die Schicht selbst sendet weisses Licht aus und dient gleichzeitig als Diffusor.
Man kann tiefrote LEDs in das Spektrum mischen und verschiedene blaue Wellenlängen einsetzen, um das Spektrum zu verbessern,
auch amber und orange wären möglich.
Man kann die Lichtfarbe / CRI einer fertigen Lampe ändern, wenn man andere RP Elemente einsetzt.
Die LEDs bleiben kühler, weil ein Teil der Wärme in der RP Schicht erzeugt wird.
RP Moleküle können nicht in die Lichterzeugende Schicht der LED hineindiffundieren.
Der Kühlaufwand sinkt deutlich. XT-E royal blau mit bis zu 60% Wirkungsgrad können verwendet werden.

Der Aufbau wir dadurch leider teurer und einige Materialien sind (noch) schwer zu beschaffen.

lg Olaf
martin160257
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Fr, 15.02.13, 09:54

Das sind interessante Ideen. Ich werde das mal genauer anschauen. Was als erstes geplant ist, eine mit Titanweis mattweiss gestrichene Fläche von 20x20cm anstrahlen mit 4 quadratisch angeordneten NF2w757. Den Abstand werde ich mit dem Abstrahlwinkel abstimmen. Aber auch mit dem Abstand und verschiedenen Winkeln und Profilen rumspielen. Mal schauen was sich daraus ergibt. Werde das auch dokumentieren.
BMK
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Fr, 15.02.13, 17:49

Schon mal was von lichtverstärkender Folie gehört? Könnte dir gefallen:

http://www.foliencenter24.com/3m-scotch ... folie.html

Angeblich Reflexionsvermögen über 94%.
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R.Kränzler
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Fr, 15.02.13, 17:58

Das ist auch mal wieder so eine irreführende Bezeichnung, auch bei 94 % Reflexionsvermögen kann nicht von lichtverstärkend die Rede sein, das wäre erst ab 101 % der Fall.
Trotzdem ist das nätürlich eine sehr gut reflektierende Folie.
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Sa, 16.02.13, 13:36

Die lichtverstärkenden Eigenschaften beziehen sich auf einen höheren Reflektionsgrad gegenüber anderen Material. Mit 94% reflektiert das Material besser als eine weiß gestrichene Fläche (knapp unter 82%).

Noch höhere Reflektionsgrade erzielt man mit Miro* (95%) und Miro Silver* (98%), sowie Makrofol LM903** (97%) und vielleicht noch ein paar weiteren Materialien. Siehe auch: Es muss nicht immer Plexiglas sein

Sehr gute Ergebnisse erzielt man übrigends auch mit Leinwänden (für Dia, Filme und Beamer). Allerdings sind diese nicht pflegeleicht.

* reines Aluminium = spiegelblank, unter Vakuum mit einem transparenten Schutzlack überzogen. Wird von Alanod veredelt.
** Reflektionsfolie von Bayer
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Slartibartfast
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Mo, 18.02.13, 14:25

Hallo Martin,

sehr interessantes Thema das Du da aufgebracht hast. Blendbegrenzung ist wirklich ein wichtiges Thema (Stichworte UGL, und EN 12464-1, BAP-Leuchten, Darklight), und genau da trennt sich die Spreu vom Weizen, Professionelle Leuchtenhersteller betreiben dafür nicht unerheblichen Aufwand.

Blendung lässt sich, wie du schon angemerkt hast, beim direkten Blick in das Leuchtmittel fast nicht vermeiden, irgendwie muss das Licht ja aus der Leuchte und dahin wo man es haben möchte.

Blendung reduzieren kann man bei diffusen Lichtquellen, wie im Thread auch schon beschrieben wurde, durch Vergrösserung der leuchtenden Fläche bei gleichbleibendem Lichtstrom, d.h. mit einer Reduktion der Leuchtdichte. Leider ist das nicht bei jeder Anwendung gewünscht, oft möchte man gerichtetes Licht aus einer idealerweise punktförmigen Quelle, um z.B. das Spiel von Licht und Schatten zum Betonen von Formen zu nutzen. In dem Fall kommt man um Abschatter fast nicht herum, leider immer auf Kosten der Effizienz. Dazu können z.B. schwarze "Wabenstruktur" Ausblendraster an den Leuchten verwendet werden, wie sie z.B. Xicato seinen Modulen beilegt.
Bild
Die Höhe der Wabe bestimmt dann den Winkel der Ausblendung, da dadurch aber die Anzahl der Reflektionen steigt, die das Licht auf dem Weg aus der Leuchte hinter sich bringt, sinkt logischerweise der Wirkungsgrad, da jede Reflexion verlustbehaftet ist, lichtverstärkende Eigenschaften hätten wir alle gerne, das widerspricht aber leider den Naturgesetzen :D
Ein anderer Weg wäre eine annähernd komplette Ausblendung mittels indirekt bestrahltem, evtl. strukturierten Sekundärreflektoren (evtl. aus den auch schon angesprochenen hochreflektierenden Materialien von Anofol, Alanod, Bayer, 3M, etc...):
Bild
Hierbei ist ein direkter Blick in das Leuchtmittel nicht mehr möglich und die Leuchtdichte wird über die Reflektoroberfläche verteilt. Viel Spass beim Rechnen der Reflektorgeometrie :wink:

Dann bliebe da noch die Lichtpunktzerlegung mittels Mikroprismen, statt einfacher "Streuscheiben" oder Diffusoren.

Wenn Dir der Reflexionsgrad von Wandfarbe noch nicht ausreicht, kannst Du ja mal in der Bucht nach Bariumsulfat in der Bucht gucken, Reflexionsgrad von über 90% (damit sind Ulbrichtsche Kugeln innen beschichtet) damit kann man aus der Standardwandfarbe noch Einiges rausholen
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R.Kränzler
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Di, 19.02.13, 15:07

Teilweise erinnerte mich die durchaus sinnvolle und anregende Diskusion an den Spruch: "Wasch mir den Pelz, aber mach mich nicht nass!"
Auch bei den Glühlampen gab es wegen des Blendens die matte Ausführung mit entsprechenden Verlusten.
Wenn ich schönes angenehmes weiches Licht will, nehme ich diese eben in Kauf, entweder durch Diffusorscheibe oder Reflexion (indirektes Licht).
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stoske
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Di, 19.02.13, 15:25

> Auch bei den Glühlampen gab es wegen des Blendens die matte Ausführung mit entsprechenden Verlusten.

Es gab auch keine Möglichkeit es anders zu machen. Bei LED schon.

> Wenn ich schönes angenehmes weiches Licht will, nehme ich diese eben in Kauf...

Erstaunlich.
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R.Kränzler
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Di, 19.02.13, 15:47

Wie viele ballern mit den bekannten Stehlampen-Deckenflutern indirekt an die Decke mit 150 oder gar 250 W Halogenstäben, die Verluste die man da hat lassen sich LED-Lampen nie erreichen. Also wovon reden wir?
Fraenk
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Di, 19.02.13, 16:15

  • LEDs versenken, sodass sie von seitlich betrachtet nicht sichtbar sind. Wenn man direkt rein blickt, wird man natürlich weiterhin gebblendet. Aber das ist bei jeder Lampe der Fall.
  • LEDs in Lichtstreuendes Material (mattes Plexiglas im einfachsten Fall) versenken, sodass nicht nur die Löcher leuchten, sondern die ganze Fläche mitleuchtet http://nimbus-group.com/nimbus/products ... t&family=2 Aber man wird trotzdem noch geblendet wenn man direkter rein schaut.
  • Indikrekte Beleuchtung, macht die Lampe aber globig, altbacken und hässlich wenn ein eigener Reflektor benötigt wird, erinnert stark an Neon-Leuchten. Ineffizient wenn die Decke benutzt wird.
  • Anstatt einer hochleistungs-LED viele kleine verwenden. Preislich wird es vermutlich gleich bleiben. Die vielen einzelnen LEDs sind dann zwar teurer, dafür entfällt aber: aufwendige, teure Kühlung, Aufwendige teure Linse/Reflektor/Streufolie, zudem wird die Lampe effizienter und amortisiert sich schneller
  • Über das LED Array eine Streufolie legen, wodurch die LEDs gar nicht mehr sichtbar sind. Macht natürlich das nur Sinn in Kombination mit vielen kleinen LEDs. Dann hat man eine sehr große, homogen, schwach leuchtende Fläche, die absolut nicht mehr blendet. Nachteil, die Lampe wird etwas fetter, ineffzienter und teurer. Wird sich aber im Rahmen halten, man muss ja nicht eine Non-Plus-Ultra Streufolie sich kaufen.
  • Seitliche Einstreuung von Licht in Materialien wie Endlighten. Vorteil: Ultra-Schmal. Nachteil, teurer und ineffizienter.
  • OLED Leuchtflächen. Nachteil: teuer
Also wenn es sehr schmal sein soll, dann sowas wie Endlighten.
Wenn es etwas dicker, vllt. 3 cm, sein darf, dann viele kleine LEDs und Streufolie.
Wenn es ein Design-Objekt sein soll, dann ein Mix aus Indirekter Deckenbeleuchtung für die Stimmung, Haupt-Leuchtkraft aber durch direkte, entweder mit Streufolie oder versenkt wie im zweiten Punkt von oben.
olafh
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Di, 19.02.13, 18:50

Viele der genannten Probleme lassen sich - wie schon erwähnt - mit Remote Phosphor vermeiden.

Damit man sich das mal besser vorstellen kann, hier mal ein Beispiel von meinem Experiment:
08_WO97.jpg
LED Array Platine mit WhiteOptics 97 Film
07_LEDs.jpg
Verwendung unterschiedlicher LEDs
07_LEDs.jpg (37.11 KiB) 6874 mal betrachtet
11_FullLight.jpg
Licht unterschiedlicher LEDs mischt sich gleichmäßig
Man kann natürlich auch andere Formen herstellen oder Profilabdeckungen aus RP machen.
Wie man sieht können auch die unterschiedlichen LEDs nicht mehr einzeln unterschieden werden
und das Licht mischt sich perfekt.

lg Olaf
Fraenk
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Mi, 20.02.13, 00:23

Nette Methode mit dem Remote Phosphor: http://ledsmagazine.com/features/9/7/6
In kurz:
- Weiße LEDs sind blaue LEDs mit einer phosphorisierenden Schicht, welche das blaue Licht in weißes 'umwandelt'
- Bei der Remote Phosphor Methode wird diese phosphorisierende Schicht nicht direkt auf den Emitter angebracht, sondern weiter entfernt, bspw. wie olafh zeigte als Platten einer Box. Damit es weiß leuchtet muss natürlich wieder eine blaue LED verwendet werden.
- Blaue LEDs sind (da sie keine phosphorisierende Schicht besitzen) effizienter und günstiger.
- Das Problem bei weißen LEDs ist, dass Licht an der phosphorisierenden Schicht reflektiert wird, in den Emitter zurück reflektiert wird und verloren geht. Bei der RP Methode wird ebenfalls Licht reflektiert, jedoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass das reflektierte Licht im Emitter Verschluckt wird deutlich geringer, wodurch das reflektierte Licht nicht verloren geht, sondern, durch gute Reflektoren, zur Helligkeit beiträgt, die Effizienz steigt. Ein Gewinn von knapp 20% ist Möglich.
- Noch ein Problem ist, dass das phosphorisierende Material temperaturabhängig ist. Bei der RP Methode wird die phosphorisierende Schicht nicht durch die LED erhitzt, somit verschiebt sich das Spektrum nicht.
- Nachteil: RP ist schwer zu beschaffen und die lampen sehen eklig gelb aus. Also diese Philips Master LED Bulp wird vermutlich RP nutzen. http://www.leds.de/LED-Lampen-und-Leuch ... weiss.html

Also wenn einem das Gelb nichts ausmacht, dann kann man, anstatt weiße LEDs und eine Diffusionsfolie zu verwenden, blaue LEDs und eine RP Platte verwenden. Ergebnis ist von der Ausleuchtung vermutlich das gleiche, nur 20% effizienter.
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