LED-„Licht“ kann auch unsichtbar sein

Zugegeben, in diesem Blog geht es hauptsächlich um LED-Beleuchtung, die diesen Namen auch meistens verdient: Anschalten und es wird mehr oder weniger hell. Und in meinem Beitrag über „10 LED-Geheimnisse, die Sie noch nicht kannten“ steht unter anderem:

Textilien, Dokumente, Fotos, Tapeten und Wandbehänge bleichen unter LED-Licht viel langsamer aus als zum Beispiel unter Glühlampen oder bei Tageslicht. Der Grund: LEDs geben weder Infrarot- noch Ultraviolett-Strahlung ab.

Stimmt eigentlich, stimmt aber auch nicht. Es gibt nämlich durchaus LED-Module, die ausschließlich Infrarotstrahlung abgeben und deren „Licht“ (nicht ganz die korrekte Bezeichnung, ich weiß) Sie deshalb ohne technische Hilfsmittel nicht sehen. Theoretisch könnte man solche LEDs dazu verwenden, hässliche Hotelzimmer-Tapeten, Blumenmuster-Röcke oder Jugendfotos (die Frisur damals! Auweia!) schneller ausbleichen zu lassen. Dafür gibt es aber offenbar keinen ausreichend großen Markt, weshalb Infrarot-LEDs vor allem in Fernbedienungen, Lichtschranken, Bewegungsmeldern, Smartphones oder optischen Touchscreens zu finden sind.

Osram-Infrarot-LED
Zwei der neuen „Mini Midled“-Infrarot-Module von „Osram Opto Semiconductors“, jeweils nur rund 0,9 mm hoch. Die Darstellung der aktivierten LED rechts ist natürlich schematisch – in der Realität würden Sie da kein rotes Licht sehen. (Foto: Osram-PR)

Prinzipiell funktioniert das so, dass ein „Emitter“ (Sender) Infrarotstrahlung etwa im Wellenlängenbereich von 850 Nanometer abgibt, die von einem Objekt (Körper, Finger etc.) reflektiert und an einen oder mehrere „Detektoren“ (Sensoren) weitergeleitet wird. Anhand von Laufzeit, Intensität und Einfallswinkel der empfangenen Strahlung kann die genaue Position und Geschwindigkeit des Objekts ermittelt werden. Die Vorteile von LED-Technik bei solchen Anwendungen liegen auf der Hand: Geringer Platzbedarf, blitzschnelle Schaltreaktion, schmalbandige Strahlung in exakt dem gewünschten Wellenlängenbereich und minimaler Stromverbrauch.

Unerwünscht sind allerdings Strahlen, die direkt vom Emitter beim Detektor landen (außer bei simplen Infrarot-Lichtschranken, die auf Unterbrechung einer direkten Strahlung reagieren). Dieses „optische Übersprechen“ würde etwa die Funktion eines Touchscreens stark beeinträchtigen oder komplett verhindern. Wichtig ist deshalb eine starke Bündelung der Infrarot-Quelle ohne Erzeugung von Streustrahlung. Traditionell wird diese „Abschattung“ zum Detektor hin zum Beispiel durch Trennstege auf der Platine erreicht.

Solche Maßnahmen hält Osram Opto Semiconductors bei seiner neuen Infrarot-LED für unnötig. Mit der nur 0,9 mm hohen „Mini Midled“ hat das Unternehmen ergänzend zur 1,6 mm-„Midled“ jetzt sein zweites SMT-Bauteil in MID (Molded Interconnected Device)-Technik vorgestellt. Der Clou liegt in einer optischen Raffinesse innerhalb des Moduls, wie aus einer aktuellen Pressemitteilung (pdf-Download) hervorgeht:

Ein Maß für die Lichtverteilung ist der Halbwinkel. Die Strahlstärke (gemessen in Watt pro Steradiant) gibt die Lichtleistung innerhalb eines Raumwinkelsegmentes an und beschreibt damit die Intensität des abgestrahlten Lichtkegels. Hierin liegt der große Pluspunkt der neuen „Mini Midled“: Sie erzeugt mit 17 Grad Halbwinkel einen engen Lichtkegel und liefert eine Strahlstärke von 60 mW/sr bei 100 mA. Um dies zu erreichen, wird das Licht durch einen metallisierten, im Bauteil integrierten Reflektor gebündelt. … Damit die „Mini Midled“ unauffällig hinter einen Smartphone-Cover montiert werden kann, sind ihre nicht metallisierten Flächen dunkel gehalten.

Ein Reflektor innerhalb eines nicht mal einen Millimeter hohen LED-Moduls mit rund zwei mm Durchmesser – das ist hohe Ingenieurskunst, die sich nur unter der Lupe erschließt. Mir fällt dazu spontan ein, dass so eine Konstruktion doch auch das (weiße oder warm-weiße) sichtbare Licht einer blauen LED mit gelber Phosphorbeschichtung hervorragend bündeln können müsste; etwa für Spots mit engem Abstrahlwinkel, die sich bisher noch mit vorgesetzten Linsen (z. B. bei Osram und LEDON) und/oder Reflektionsoptiken im Lampengehäuse (Philips) behelfen. Vermutlich wäre so ein noch klarer definierter Lichtkegel mit weniger Streulicht und eine höhere Energieeffizienz des Gesamtsystems möglich.

Vielleicht gibt’s das ja auch schon und ich weiß es bloß nicht – entsprechende Hinweise in den Kommentaren wären sehr willkommen.

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Ein Gedanke zu „LED-„Licht“ kann auch unsichtbar sein

  1. Ich finde den Beitrag sehr interessant und als Applikateur bei OSRAM OS, zuständig für die Anwendung von sichtbar emittierenden LEDs für die Beleuchtungstechnik möchte ich speziell zum letzten Abschnitt folgenden Kommentar abgeben:
    Die Gedanken sind naheliegend und richtig. Bei der Mini Midled gelingt es durch eine ausgefeilte Abstimmung des Designs von Package und Reflektor auf die Abstrahlcharakteristik des eingesetzten Infrarot-Chips, das IR-Licht zu „shapen“. Also die genannten engen Winkelverteilungen zu erzielen. Dafür wurde für die Mini Midled speziell ein geeignetes Reflektor-Material und eine spezielle Formgebung entwickelt. Dieses Material weist gerade für die Wellenlängen des Infrarot-Lichtes eine nahezu perfekte Reflektivität auf, so dass die Formung des Lichtstrahls nahezu verlustfrei stattfinden kann.

    Das Licht der weißen LED setzt sich spektral aus blauem, gelbgrünen und – bei warmweiß – auch aus rotem Licht zusammen. Für diese Wellenlängen ist die für IR so effektive Technologie leider nicht so wirksam – durch veränderte Reflexionseigenschaften ergeben sich signifikante Performance-Verluste.

    Daher: eine gute Idee, aber leider nicht unmittelbar auf weiße LED übertragbar.

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