Haitz's Law: alle 18-24 Mon. doppelte Lichtausbeute bei LEDs

[CRI 93+ / Ra 93+]

Eigenlich eine "Olds" und keine News, aber im gesamten Forum wird "Haitz" bisher genau 0 Mal gefunden, daher dieser Beitrag: (Google findet im Deutschen zu > Haitzsches Gesetz < übrigens nichts)

Haitz's Law ist ähnlich Moore's Law --- nur eben für LEDs statt für CPUs --- und besagt, dass sich die Lichtausbeute bei LEDs alle 18-24 Monate verdoppelt, während der Preis innerhalb von 10 Jahren auf ca. 10% schrumpft.
Dr. Roland Haitz ist Wissenschaftler bei Agilent. Hier einige seiner Veröffentlichungen.

(Man kann in der Tat jetzt schon sehen, dass die älteren High-Power-LEDs mit 30-50 lm/W schon heute praktisch nicht mehr verkäuflich sind, da allerorten noch nahezu deren ehemalige Einführungspreise verlangt werden, die aber natürlich niemand mehr bezahlen will, wenn man für minimal mehr Geld die 2-3fache Lichtausbeute haben kann)

Google-Suche Haitz Law
Google-Suche: Haitz Law Price

Von 1960 bis 1990 hat sich die Lichtausbeute von LEDs alle 2 Jahre verdoppelt. Und nach dem Haitz'schen Gesetz soll es so weiter gehen.

Hier allerdings eine Voraussage aus dem Jahr 2006 (die jedoch nicht von Haitz stammt):

Voraussage der LED-Entwiclung bis zum Jahr 2030 (aus dem Jahr 2006)

LED-projection-2006.png (14.23 KiB) 19054 mal betrachtet

(Quelle: www.environmentallights.com)

Diese Voraussage von 2006 allerdings liegt deutlich daneben: sie geht davon aus, dass ab dem Jahr 2020 bis 2025 LEDs mit 160 lm/W im Markt verfügbar sind und 200 lm/W im Labor. Außerdem sieht es aus, als soll das das Ende der Fahnenstange sein... Wie wie aber alle Wissen kann man 160 lm/W schon hier und *HEUTE* kaufen: Nichia-LED mit 160 lm/W

Schön wäre es, wenn es immer so weiter laufen könnte, aber das würde dann irgendwann zu LEDs führen müssen, die mehr Lichtenergie abgeben, als sie elektrische Energie hineinbekommen --- und das geht natürlich nicht.
Wir sind ja jetzt schon bei ca. 22% Wirkungsgrad der LEDs.

Moore's Law dagegen gilt sicher noch sehr sehr viel länger, denn Rechenoperationen kann man sicher noch lange Zeit immer effizienter implementieren.

[T.Haid]

Gut, mit solchen Aussagen, Gesetzen oder wie man das auch immer nennen mag ist immer vorsichtig umzugehen. Schließlich ist theoretisch erstmal bei 653 lm/w Schluss, dann braucht man erst mal ne völlig neue LED oder was auch immer... Ich denke mal in den kommenden 1-3 Jahren wird sich der Wert von 200lm/w realisieren lassen, was heisst, marktreife, bezahlbare LEDs werden noch etwas länger benötigen.

Und dann sollte man auch die OLEDs nicht ganz außer Acht lassen, da steckt ja durchaus auch noch Potential dahinter.

Achso: auf der Light & Building 2008 am Stand von Nichia war der Renner eine neue SuFlu LED damals mit 120 lm/w... Ein gutes Jahr später sind es doch schon 160lm pro Watt.

[Synthy82]

Na, die 653 lm/W sind aber auch nur bei monochromatischem Grün auf dem Peak der Lichtempfindlichkeit des Auges zu erreichen. Für weiß sagt Wikipedia 240 lm/W.

[T.Haid]

Ja stimmt, grün wird halt vom menschlichen Auge am Besten wahrgenommen (der schöne Wert 555nm fällt da ja auch immer), deswegen klar, gelten die 653 lm/w für die Lichtfarbe grün. Bei weiß 240 lm/w wäre aber auch schon ne tolle Sache!!!!

[Synthy82]

Ja, bei maximalem Farbwiedergabeindex wäre das das Maximum. Wenn man irgendsowas-ähnliches-wie-weiß-mit-ganz-viel-grün-drin zusammen mischt, könnte man wahrscheinlich auch noch bis 300 kommen, das wäre dann aber ein sehr unnatürliches Licht.

[Achim H]

Wenn man überlegt, dass kaltweisse Leuchtdioden mittlerweile Farbtemperaturen bis 15.000K haben können, dann kann man genauso gut grüne-weisse Leds produzieren.

Damit Ihr euch das mit dem Farbton mal vorstellen könnt, habe ich die bei Wikipedia hinterlegte Farbtemperaturanzeige etwas modifiziert und einen Farbverlauf von weiss nach grün (in annähernd gleicher Helligkeit) hinzugefügt.

Das sieht dann so aus.

farbtemperatur2.jpg

Mir persönlich würden Leds mit einem leicht grünlichen Farbton noch gefallen.

Ob mehr Blau oder mehr Grün ist eigentlich wurscht. Weisses Licht sieht mit Farbe immer ungewöhnlich aus. Warmweiss ist auch nicht rein-weiss, sondern mit Gelb und Rot gemischt.

Es kommt halt auf die Menge des Grün-Anteil an.

mfg Achim

[T.Haid]

Bei einem solch grünen Farbverlauf müsste man noch eine neue Skalierung/Definition finden für eine Bezeichnung. Wobei es rein vom Ansatz her gar nicht schlecht ist muss ich sagen. Einen leichten grünstich kann ich auch durchaus verkraften, außer wenn es mal bei warm-weißen LEDs zu gut gemeint wurde und diese ins grünliche gehen, dass passt einfach nicht so recht.

[Achim H]

Wie gesagt (geschrieben): es kommt halt auf die Menge des Grün-Anteil an. Auf der anderen Seite: wer sich weisse Leds kauft, möchte auch nicht unbedingt Blau als Hauptbestandteil im Licht sehen (15.000K ist schon mächtig blau). Irgendwo hat jeder seine Schmerzgrenze und meine würde bei ungefähr 10.000K (siehe Bild) liegen. In Natura sieht das aber für gewöhnlich noch etwas anders aus, sodass mein Fixpunkt noch nach oben oder unten abweichen könnte.

So ganz stimmt der Farbton aber nicht. Ich denke, dass das Weiss mehr ins Blau-Grüne (helles Türkis) gehen müsste.

[Synthy82]

Na ja, da ist mit der Sättigung, zumindest im blauen Bereich, wohl etwas übertrieben worden.
Die Skaleneinteilung müsste dann wohl lm/W lauten. Man fängt links beim maximal möglichen Wirkungsgrad für reinweißes Licht an, hört rechts beim maximal möglichen Wirkungsgrad für grünes Licht auf und von links nach rechts wird der Balken von Weiß ausgehend immer grüner.

[CRI 93+ / Ra 93+]

Also ich habe an meiner Nikon D40 eine Funktion "Farbabgleich" und da kann man die Farbtemperatur in alle Richtung aller Regenbogenfaben verbiegen.
Natürlich wirkt es aber nur, wenn man ins blau+grün oder rot+gelb geht. Eben kalt-weiß oder warm-weiß, vermutlich weil man nur das gewohnt ist.
Ausschließlich ins grüne sieht gräßlich aus, grün-gelb noch schlimmer und nur Magenta oder nur rot tuntig oder "puffig". Wirkt alles, als sei das Display defekt.

Sind 240 lm/W bei reinweiß (aber wohl mit CRI 100) wirklich das theoretische Maximum?

Nehmen wir mal an, die Nichias mit 160 lm/W hätten reinweiß (haben sie nicht, der CRI ist ca. 55) und 240 lm/W wären = 100% Wirkungsgrad, dann hieße das ja, dass die Nichia-LED 66% Wirkungsgrad hätte. (bei 100% käme nur noch Licht raus, die LED würde keine Abwärme mehr produzieren). Das kann aber zumindest laut Wikipedia nicht sein und Widerspricht auch der Aussage von T.Haid. (Bei Wiki stehen 150 lm/W mit 22% Wirkungsgrad)

Das ganze wirft außerdem die Frage auf, ob und wenn welche Unterschiede es bei der Lumen-Angabe von farbigen oder weißen LEDs gibt.
Sind die gsamten Lumen einer roten LED mit 300 lm + einer grünen LED mit 300 lm + einer blauen LED mit 300 lm dann so hell wie eine weiße LED mit 300 lm oder wie eine weiße LED mit 900 lm?

Oder anders ausgedrückt: muss man bei der Lumen-Angabe die Lichtfarbe/Farbmischung berücksichtigen, so wie man bei der Candela-Angabe immer den Abstrahlwinkel berücksichtigen muss?

[Beatbuzzer]

Nehmen wir mal an, die Nichias mit 160 lm/W hätten reinweiß (haben sie nicht, der CRI ist ca. 55) und 240 lm/W wären = 100% Wirkungsgrad, dann hieße das ja, dass die Nichia-LED 66% Wirkungsgrad hätte. Das kann aber zumindest laut Wikipedia nicht sein und Widerspricht auch der Aussage von T.Haid. (Bei Wiki stehen 150 lm/W mit 22% Wirkungsgrad)

Laut Wikipedia entsprechen die 240lm/W auch nur einem Wirkungsgrad von 36%. Aber auf der anderen Seite soll es trotzdem das erreichbare Maximum sein. Werd ich auch nicht ganz schlau draus.

Bei der Lumenangabe muss die Farbe berücksichtigt werden.
Wenn wir jetzt einen RGB Rebel-Star haben. Der steht im Shop mit 257lm angegeben. Das bekommt man ja auch raus, wenn man alles addiert.
Ein Triple-Star mit weiss ist mit 540lm angegeben. Ebenfalls alle Lumen addiert.
Jetzt ist die Frage. Was wirkt heller? Die addierten 257lm des RGB Stars, oder die 540lm des Triple weissen Stars.

Nachtrag: Noch eine Überlegung.
Ausgehend von der P4:
eine rote eine grüne eine blaue gemischt ohne Verluste. Macht 328lm addiert. (die P4s zusammen ergeben übrignes ein gut ausbalanciertes neutral-weiss, hab ich schon ausprobiert).
Der Mittelwert wäre 109,3lm, wenn man die andere Methode von CRI 93+ / Ra 93+ anwendet.
Sollten drei bunte P4 LEDs nichtmal soviel schaffen, wie eine weisse P4?
Es muss also noch eine andere Rechnung sein, denn die Addition passt auch nicht so ganz:
328lm weiss von 3 LEDs. Eine weisse P4 ist mit 240lm angegeben. das hiesse dann, dass der Wirkungsgrad der weissen wesentlich höher ist, als der der bunten P4s. Denn drei weisse würden schon 720lm bringen.
Entspricht mehr als dem doppelten von den bunten LEDs. Wenn man bedenkt, dass sie auf blauen basieren, und ein Teil des blauen vom Phosphor noch in gelb gewandelt wird...

[Fasti]

Hallo,

das mit der Effizienz bezieht sich beim Wikilink immer auf das theoretische Maximum von 683lm/W bei Grün. Die elektrische Effizienz ist hier nicht berücksichtigt und liegt hier schon wesentlich höher als 22% wie angegeben. Bei den sehr kalten Nichia LEDs mit 160lm/W muss man von einem theoretischen Maximum von ~300lm/W ausgehen, somit wären sie mit den 160lm/W schon bei ~50% Effizienz. Die elektrische Effizienz der meisten am Markt erhältlichen LEDs wie Seoul P4 und Cree P5 liegt meines Wissen irgendwo bei ~35% im Maximum, also bestem Binning. Das Problem liegt immer an der Umwandlung mit Phosphor. Man kann schon sehr hohe Lm/W Werte erreichen, allerdings ist die Farbtemperatur dan sehr hoch und die Farbqualität entsprechend schlecht. Ein CRI von nur 55 unterbietet die eh schon schlechten 70 einer Seoul P4 ja nochmal deutlich.

[Beatbuzzer]

Ein CRI von nur 55 unterbietet die eh schon schlechten 70 einer Seoul P4 ja nochmal deutlich.

Ich persönlich empfinde die 3 Nichias mit einem CRI von 55 in meinem Auto als angenehmer und "lichtechter" , als die schrecklichen vier P4s in meinem Wohnzimmer...
Der enorme Wirkungsgrad macht sich übrigens bemerkbar. 3-Chip Superflux auf 55mA werden bei 3 Stück nebeneinander schon ganz schön warm nach einer Zeit. Die neuen Nichias bleiben kalt (keine fühlbare Erwärmung).

[unoptanium]

Nabend.


Wo mir doch schon wieder meine Frage einfällt:
Angeblich sollen mehrchip-LEDs (RGB) mit weißer Lichtfarbe
eine wesentlich bessere Farbwidergabe erreichen als die
blauen mit Phosphor.

Stimmt das? Hat das mal jemand probiert?
Kann Lumitronix soetwas auch nachmessen?

Gibt es auf dem Markt denn nun schon UV/Phosphor weiße LEDs?
Wie sind die 150Lm/W Superflux aufgebaut?

So und nun eine Aufgabe an unseren Profi-Vermesser CRI
Kannst Du mal demnächst mit Deiner Ausrüstung LEDs vergleichen mit
Widerständen?

Wenn man z.B. eine weiße P4 auf einen Kühlkörper montiert und die im
Nennbereich betreibt, kann man ja eine Erwärmung des Kühlkörpers
feststellen / messen. Wenn man nun einen Widerstand mit der gleichen
elektrischen Leistung betreibt, bekommt man 1. den K/W Wert des
Kühlers heraus und 2. den Wirkungsgrad der LED?
Senden die Dinger außer sichtbarem Licht noch etwas anderes aus?
IR / UV soll ja angeblich zu vernachlässigen sein?!?

Wäre cool, wenn Du das hinbekommst (wenn einer, dann Du )


Gruß, unoptanium

[CRI 93+ / Ra 93+]

Dass 60-70 lm/W einer Effizienz von ca. 30% entsprechen hatte ich im Zusammenhang mit Leuchtstoffröhren irgendwann auch schonmal recherchiert, das passt ja zu Deinem Posting, Fasti.

Was ich aber nicht verstehe ist, wieso die 683 lm/W nur mit monochromatischem Licht erreichbar sein sollen. Sehe ich das richtig, dass dann für rein weißes Licht das absolute Effizenz-Maximum bei einem Drittel davon liegt (egal ob mit Phosphor oder RGB-LED erzeugt) und somit 227 lm/W entspricht?
(das wiederum würde sehr schön zu dem Diagramm aus meinem Eingangsposting passen, bei dem das US-Energiministerium davon ausgeht, dass die erreichbare Effizienz bei ca. 200 lm/W stagnieren wird ---- nur dass die den Zeitpunkt dafür wohl ein wenig spät geschätzt haben)

Oder bedeutet es andersrum, dass 683 lm rot + 683 lm grün + 683 lm blau = 683 lm weiß ergeben und damit die Effizienz einer weißen LED maximal 1/3 bei der einer monochromatischen LED liegen kann?

Und alle LEDs mit schlechter Farbwiedergabe (wie die Nichia mit 160 lm/W und CRI um 55) liegen dann irgendwo zwischen der Effizienz von monochromatischen und weißen LEDs?

Sind also 227 lm/W für weißes Licht das theoretische Maximum?

Wenn ja, hieße das ja übrigens auch, dass die hoch gelobte Effizienz von Natriumdampflampen (die einen besch****** CRI von ca. 15-22 haben) nur dadurch zustande kommt, dass sie so extrem gelb-orange leuchten(???)

Das kann ich mir so eigentlich nicht vorstellen, dass hieße ja, dass wenn man die lumen einer z.B. grünen LED misst und eine blaue mit gleicher Lumen-Zahl zuschaltet, immer noch gleich viel Lumen gemessen würden. IMHO völlig unmöglich...

Dann aber wiederum: wieso sollen die 683 lm/W nur bei grün erreichbar sein, bzw. was ist denn dann das theoretische Maximum für die lm/W bei weiß mit CRI 100?

[Beatbuzzer]

So und nun eine Aufgabe an unseren Profi-Vermesser CRI
Kannst Du mal demnächst mit Deiner Ausrüstung LEDs vergleichen mit
Widerständen?
Wäre cool, wenn Du das hinbekommst (wenn einer, dann Du )

>>EDIT, achso war nur ein Tippfehler. Vorher stand da mein Name nur zur Erklärung dieses postes. <<
Soll das Ironie sein, weil ich oben so selbstsicher ziemlich viel theoretisches Zeug in den Raum geschmissen habe . Das sollte eigentlich nur ein bisschen Gedankenstoff sein, dass wir vielleicht zu einem plausiblen Ergebnis kommen.

Weil sonderliche Ausrüstung hab ich nicht Bei dem, was du da vorgeschlagen hast, müsste man die Strahlungsleistung des sichtbaren Lichtes wissen, dann könnte man mit der Methode auf evtl. vorhandene IR/UV Anteile schliessen, aber auch nur, wenn sie leistungsstark genug sind. Sonst ist das zu ungenau.

Ich glaube, es gibt einige hier, die da mehr Möglichkeiten als ich habe.

EDIT zu CRI 93+ / Ra 93+:

Oder bedeutet es andersrum, dass 683 lm rot + 683 lm grün + 683 lm blau = 683 lm weiß ergeben und damit die Effizienz einer weißen LED maximal 1/3 bei der einer monochromatischen LED liegen kann?

Wenn man RGB-Quellen mit gleicher Lumenzahl mischt, kommt gar kein weiss raus. Zumindest nicht für das menschliche Auge.
Es müsste etwas sehr blaulastiges mit teilweise rot rauskommen. Also ein Violett.

[CRI 93+ / Ra 93+]

EDIT: Hinweis für nicht an der Entstehung dieses Threads beteiligte:
Zuerst wurde Beatbuzzer, dann ich als Profi-Vermesser bezeichnet. Leider können wir die für dieses Thema notwendigen Messungen aber beide nicht machen :-/

@unoptium: ich bin nicht der Richtige für Messungen, bei denen direkt die thermischen Verluste ermittelt werden sollen und ich kann auch nicht die Lichtabgabe exakt messen (allerdings hätte ich ein Luxmeter tatsächlich zur Verfügung, bei bekanntem Abstrahlwinkel, definiertem Abstand usw. kann ich zumindest ca. auf die Lumen zurückrechnen; passt auch ungefähr bei der SMD-High-Power-Leiste).

Ich kann nur die rein elektrische Eingangs- und Ausgangsleistung von irgendwas recht genau miteinander vergleichen. D.h. ich kann sagen, was an einem Widerstand verbraten wird oder auch in einem Netzteil in Wärme umgesetzt wird. Die Effizienz von LEDs kann ich leider nicht messen, das ist nochmal ein Kaliber Aufwendiger, da fehlt mir das passende Equipment. Aber vielleicht hat Lumitronix was passendes im Keller rumstehen...

Es gibt aber jemanden (ich weiß leider mehr wer), der tatsächlich Anhand der Abwärme eines Messobjektes dessen Verlustleistung messen kann und auch die Lichtstärker (oder war es nur die Lichtstärke?). Das war ein Aufbau mit einem runden geschlossenen Aluminiumteil. Jedenfalls war das nicht ich, sorry

EDIT:
hab's gefunden, aber es ging leider doch nur um die Lichtstärke, bzw. den Lichtverlust bei Überlastung:
5mm Weisse 7.000mcd LED mit 30mA betreiben / wie lange ?
5mm weisse 9.000mcd LED mit 50mA betreiben / wie lange ?

[C.Hoffmann]

Thema ist super! Habe ich mal in eine Lieblings-Rubrik "Einheiten und Definitionen" verschoben. *gleich mal Sternchen verteil*

[Synthy82]

Hihi

Ein Problem bei LEDs ist es, die Fotonen aus dem Kristall herauszubekommen. Der hat nämlich einen irrwitzigen Brechungsindex irgendwo jenseits der 3. Das heißt, ein Großteil der Fotonen, die entstehen, irren verzweifelt im Kristall herum, ohne jeweils von außen gesehen zu werden.

[Fasti]

@ synthie: jap, das hab ich auch so gelesen, ich glaube bei LED-Professional in irgendeinem Newletter.
@ CRI: Lumen sind meines Wissens ja eine Größe, welche an die Farbwahrnehmung des Menschen gekoppelt ist und bei Grün sind wir nunmal am Empfindlichsten. Wie die genau auf die 683lm/W kommen dürfte physikalisch begründet sein, weiss ich aber nicht genau. Wesentlich bei der lm/W Angabe für weisses Licht ist, dass diese auch von dem Betrachteten Spektrum abhängig ist. Bei Wikipedia ist dort ja ein schönes Integral gezeigt, welches auch diese öminöse Hellempfindlichkeitskurve enthält, wo man die Integralsgrenzen an das emitierte Spektrum anpassen kann. Wenn ich das richtig verstanden habe, dann nehme ich den Wert aus der Formel und multipliziere den mit 683lm/W und erhalte das Maximum welches mit dem entsprechenden Spektrum möglich ist.