Kleine aber effiziente LED gesucht für Notbeleuchtung

[richards]

Hallo zusammen,

ich suche eine kleine Einzel-LED die möglichst mit ca. 3,7 - 4,0 V betrieben werden kann, sehr sparsam im Stromverbrauch ist und einen mögilchst guten Wirkungsgrad haben soll für das optische Helligkeitsempfinden, also vorzugsweise eine grüne LED. Die Idee dahinter:
Ich möchte kleine (lichtschwache) Notbeleuchtungen über Liion-Zellen basteln, die möglichst lange halten sollen. Der Vorwiderstand sollte dabei so niedrig wir möglich sein, also Uf der LED bei ca. 3,7 - 4,0 V liegen. Der Betriebsstrom sollte etwa 10mA oder geringer sein, damit die Leuchtdauer möglichst lang ist bei hinreichender Helligkeit um noch etwas zu erkennen.
Welche Lichtausbeute kann man da erwarten und welche LED-typen würdet ihr mir hierzu empfehlen?

Es kommt wie gesagt eher weniger auf die Lichtmenge sondern auf die Effizienz der LED an, bei einem vernünftigen Preis-Leistungs-Verhältnis, also nicht die letzte wissenschaftliche High-tech-Züchtung, sondern ein günstiges Serienmodell (also auf die letzten paar Prozent Wirkungsgrad kann man hier sicherlich verzichten).

Vielen Dank schon mal für Eure Vorschläge, es gibt derzeit erschlagend viele LED-Typen und eine Sortierung nach Wirkungsgrad bei kleiner Lichtleistung habe ich nirgends finden können

[Achim H]

Grüne Leds haben eine Vorwärtsspannung von ungefähr 3,2V. Um diese an eine Li-Ion Zelle anschließen zu können brauchst Du einen Vorwiderstand. Mit diesem kannst Du auch den Strom durch die Led einstellen.

Betriebsspannung - Led-Vorwärtsspannung
----------------------------------------------------- Vorwiderstand [in Ohm]
Led-Strom [in Ampere]

Bedrahtete grüne Leds findest Du hier im Shop. Die höchste Effizienz hat diese Led: Nichia NSPG510BS, 5mm, 16000mcd, grün --> 16.000mcd bei 3,2V @ 20mA.
Bei 10mA kommen noch ungefähr 60% von 16.000mcd heraus = ca. 9600mcd. --> Vorwärtsspannung @ 10mA = ca. 3,05V (siehe Datenblatt auf Seite 11).

[richards]

Vielen Dank Achim, das ist doch schon mal eine Antwort mit der ich was anfangen kann!

Die Nichia LED wird in dem Link mit einer Effizienz von 54 lm/W angegeben, da hätte ich jetzt eigentlich etwas mehr erwartet - gerade in diesem kleinen Leistungsbereich.
Es gibt doch schon LEDs mit über 150 lm/W in Serienproduktion und im Labor wurden schon bald 300 lm/W erreicht, wenn ich mich nicht täusche?

Die andere Frage wäre noch, ob es evtl. eine andere LED (mit anderer Farbe gibt), die dichter an die Betriebsspannung von etwa 3,7 - max. 4,0 V kommt (evtl. eine blaue (In)GaN - LED)?
Und wieviel Licht(strom) ist ausreichend als Notbeleuchtung im Innenraum - also so, dass man gerade genug erkennt um nicht zu stolpern etc. (klar - da kann es keinen exakten Wert geben...)

P.S. sehe gerade die "hellste" grüne LED soll diese hier sein: Nichia NSPG300D https://www.leds.de/nichia-nspg300d-3mm ... 13508.html

36 cd @ 3,2V / 20mA.

Hier fehlen mir die Angaben, um daraus die Effizienz in lm/W zu errechnen.

[ustoni]

Die Nichia LED wird in dem Link mit einer Effizienz von 54 lm/W angegeben, da hätte ich jetzt eigentlich etwas mehr erwartet

Dein Denkfehler liegt bei der Vorgabe grünen Lichts. Das Auge ist zwar bei grünem Licht (genau bei 555 nm) am empfindlichsten, das bedeutet aber noch lange nicht, dass grüne LEDs die höchste Effizienz haben. Im Gegenteil, das funktioniert aufgrund des dafür benötigten Halbleitermaterials nicht.

Der bei weitem höchste elektrische Wirkungsgrad wird bei blauen LEDs erreicht. Blaue LEDs sind für Deinen Zweck natürlich ungeeignet, da bei diesen Wellenlängen das Auge ziemlich unempfindlich ist.
Gleichzeitig sind blaue LEDs aber die Grundlage für weisse LEDs. Dort wird das blaue Licht über eine Leuchtschicht in weisses Licht umgewandelt. (Ähnliches Prinzip wie bei Leuchtstoffröhren.)

Die effizienteste LED wäre eine neutralweisse Nichia NFSL757GT-V1 mit 195 lm/W:
https://www.leds.de/leds-komponenten/sm ... 30153.html
Die erzeugt also bei gleicher Leistung fast viermal soviel Licht wie die grüne LED. Ich würde es hier zunächst mal mit einem Strom von 5 mA versuchen (ergibt ca. 2,8 lm); Nebeneffekt: bei 5 mA dürfte die Effizienz bereits deutlich über 200 lm/W liegen.

Wenn es unbedingt eine bedrahtete 5 mm LED sein muss, kommt die Nichia NSDW570GS-K1 in Frage, allerdings bei niedrigerer Effizienz (118 lm/W):
https://www.leds.de/nichia-nsdw570gs-k1 ... 15031.html]

Die andere Frage wäre noch, ob es evtl. eine andere LED (mit anderer Farbe gibt), die dichter an die Betriebsspannung von etwa 3,7 - max. 4,0 V kommt

Hier ist die Antwort: NEIN. Die Vorwärtsspannung einer LED hängt vom verwendeten Halbleitermaterial ab und ist damit festgelegt. Weisse und blaue LEDs haben nun mal die höchste Vorwärtsspannung, und die liegt bei 3 V.

[richards]

Vielen Dank, ustoni, sehr interessante Infos!

Im Datenblatt zu dem Link der NFSL757GT-V1 wird von "warmweiß" gesprochen, dies bezieht sich wohl auf die 2200 K Variante (das Datenblatt passt oft nicht ganz zu den Angaben auf der Seite, habe ich schon festgestellt...)
Allerdings wird diese mit Uf= 2,87 V betrieben (wenn man dem datasheet glaubt, nach Angaben auf der Seite 3 V - hmm...). Bei If=65 mA sind sie sich wieder einig.
Das ist eigentlich deutlich mehr Strom, als ich wollte, aber wenn sie bei 5 mA immer noch mehr Licht abgibt als die anderen LEDs ist das natürlich o.k. ?

Nochmal ne ganz andere Frage: Im datasheet werden immer sehr unterschiedliche Effizienzangaben je nach Ranking gemacht. Welches Ranking bekommt man dann bei Bestellung?
Ist das Glückssache, wie die tatsächliche Effizienz dann ausfällt? (Natürlich gibt es immer Abweichungen in gewissem Rahmen, aber doch hoffentlich nicht um 50% oder mehr?)

Ich dachte bisher immer, güne LEDs wären zumindest für die menschliche Sichtbarkeit (so werden doch Lumen gemessen?) am effizientesten?
Wenn blaue LEDs zwar mehr Lichtleistung bringen, das menschliche Auge diese aber nicht wahrnehmen kann, bringt es ja eigentlich nichts. Bei der Umwandlung in weißes Licht (Filter bzw. zusätzliche Farbschichten) geht ja auch wieder etwas Lichtenergie verloren.

[ustoni]

Da steckt noch ein dicker Bug in der (recht neuen) Seite von Lumitronix. Leider strotzt die Internetseite seit der Umstellung nur so vor Fehlern. Wird wohl auch noch Monate, wenn nicht sogar Jahre dauern, bis die letzten Fehler raus sind.

LED-Bezeichnung und technische Beschreibung passen bei der von mir verlinkten LED nicht zusammen. Die NFSL757GT-V1 ist tatsächlich eine warmweisse LED. Die technische Beschreibung auf der Produktseite passt zu einer NFSW757GT-V1. Das zugehörige Datenblatt ist allerdings nirgendwo verlinkt. Hier hilft nur eine Anfrage bei Lumitronix. Nur dort kann man Dir sagen, welche LEDs jetzt tatsächlich verbaut sind und welches Ranking verwendet wird.

Auf der Homepage von Nichia ist das Datenblatt auch nicht mehr ohne weiteres zu finden, da die LED wohl schon nicht mehr hergestellt wird. Nachfolger ist die NFSW757GT-V2:
http://www.nichia.co.jp/specification/p ... 0R9050.pdf

Ich dachte bisher immer, güne LEDs wären zumindest für die menschliche Sichtbarkeit (so werden doch Lumen gemessen?) am effizientesten?

Falsch herum gedacht. Das menschliche Auge ist bei 555 nm (im grünen Bereich) am empfindlichsten. Die Empfindlichkeitskurve des Auges (V-Lambda-Kurve) ist bei der Angabe des Lichtstroms in Lumen allerdings schon berücksichtigt. Eine LED mit 100 lm/W ist deshalb immer doppelt so effizient wie eine LED mit 50 lm/W, völlig unabhängig von der Lichtfarbe.

Das ist eigentlich deutlich mehr Strom, als ich wollte, aber wenn sie bei 5 mA immer noch mehr Licht abgibt als die anderen LEDs ist das natürlich o.k. ?

65 mA istder vom Hersteller empfohlene Betriebsstrom. Er darf - bei entsprechender Kühlung - bis auf 180 mA vergrößert werden.
Nach unten hin sind keine Grenzen gesetzt. Ob Du die LED mit 65 mA, 20 mA, 5 mA oder auch nur 1 mA betreibst, ist völlig Dir überlassen. Mit kleiner werdendem Strom sinkt die Vorwärtsspannung und steigt die Effizienz. Gleichzeitig ändert sich der Farbort etwas, allerdings so gering, dass Du das vernachlässigen kannst.

[richards]

Super, vielen Dank, ustoni!

Da muß ich wohl bei Lumitronix direkt mal nachfragen

Mit wieveil Lumen Lichtausbeute kann ich denn etwa rechnen bei 5mA Betrieb?
Ich denke, der Zusammenhang ist nicht linear, gibt es da eine Formel oder Faustwert?
Wenn die Effizienz dann noch steigt, umso besser

Danke auch für die Aufklärung bzgl. der Lumenzahl - da habe ich wohl falsch "herum" gedacht. Liegt wohl auch daran, das dies in vielen Artikeln über die "effizienteste LED" - die wohl eine güne war - falsch oder undeutlich beschrieben wird.

[ustoni]

Mit wieveil Lumen Lichtausbeute kann ich denn etwa rechnen bei 5mA Betrieb?

Wie weiter oben schon geschrieben dürftest Du bei knapp unter 3 lm liegen. Für ein Nachtlicht mehr als ausreichend.
Den Wert kann man allerdings nur grob schätzen. Ob das allerdings jetzt 2, 3 oder 4 lm sind, ist eigentlich völlig egal. Das Auge arbeitet ohnehin logarithmisch, der Unterschied fällt dadurch nicht so sehr ins Gewicht.

Wäre auch eine Überlegung wert, gleich von vornherein die warmweisse Version der LED zu nehmen:
https://www.leds.de/leds-komponenten/sm ... 30147.html
Die hat zwar "nur" 169 lm/W, das wäre aber trotzdem völlig ausreichend.

Ich hatte mal einige LIDL-Nachtlichter mit Nichia-LEDs umgerüstet:
viewtopic.php?f=28&t=20091
Davon habe ich inzwischen Versionen in warmweiss und in neutralweiss. Die neutralweisse ist zwar etwas heller, die warmweisse dafür aber gerade für ein Nachtlicht deutlich angenehmer.

Nähere Infos zum Thema Licht habe ich hier mal gegeben:
viewtopic.php?f=32&t=21793

[richards]

super Infos, ustoni, herzlichen Dank!

Der Umbau des kleinen Nachtlichts ist interessant, auch das super-billig-Kondensatornetzteil
Mir ist schon mal ein X2-Cap in einer alten Neonröhre um die Ohren geflogen, das knallt ganz schön!

Ich wollte bewußt solche Nachtlichter mit Akkubetrieb bauen, da man sie dann auch überall hinstellen kann und nicht auf die Steckdose angewiesen ist.
Interessant ist das vor allem im Urlaub, in Fe-Wohnungen etc. - wo man sich noch nicht so auskennt.
Bei einer Liion-Zelle mit ca. 3000 mAh und einem Betrieb bei ca. 5 mA sollte man ca. 500 und mehr Std. gut davon haben - das reicht also mind. für
50 Nächte
Kann man sehr klein und kompakt bauen, ggf. sogar noch mit kleinem Poti, das man bei Bedarf das Licht voll aufdrehen kann
Oder man macht einen USB-Stecker dran und kann das Teil dann an jedem Mini-USB-Charger bzw. USB-Tanke betreiben (muß dann natürlich den Widerstand anpassen).

[richards]

Wollte Euch schnell noch ein kleines Update geben: ein erster kleiner Prototyp ohne jede Regelung ist fertig!

Habe letztendlich ein 18650-Liionakku als Stromquelle genommen, einen passenden Batteriehalter und eine kleine SMD LED in der Bauform 5630 aus einem LED-Streifen. Eine einzelne LED läuft im Normalbetrieb bei 3,3 und 40mA. Wollte das Licht so gering, das es Nachts nicht stört aber gerade so viel, das man etwas erkennen kann und nicht stolpert.
Habe festgestellt, das man schon mit 0,5 mA ausreichend Licht bekommt!
Habe dann einfach einen 2,2k Widerstand in Serie gelötet und die LED mit dem rückseitigen Klebefilm auf den Batteriehalter geklebt (hält leider nicht sehr gut). Die Leitungen und den Widerstand habe ich mit elektr. Tape umhüllt und fixiert. Das ist dabei herausgekommen:



Wie man sieht, reicht es aus um eine Zimmerecke schwach auszuleuchten!

Ein 3000mA Liion-Akku hält dann im Dauerbetrieb 6000 Stunden! Man braucht den Akku eigentlich nicht mehr heraus zu nehmen!
Der Verbrauch dürfte fast kleiner sein als die Selbstentladung.

Die nächst größere Variante wird dann statt eines Festwiderstandes einen deutlich kleineren Widerstand und ein Poti haben, so dass man die Helligkeit nach Bedarf dimmen kann
Es kommt bei diesem kleinen Verbrauch gar nicht so sehr auf die Effizienz der LED an, aber es macht natürlich Spass das Maximum heraus zu holen