Belichten mit einer 3W 395nm UV-LED

[Paul H. (powl)]

Ich dachte ich gebe meine Erkenntnisse mal eben an die Nachwelt weiter: 
Nachdem ich lange erfolgreich mit 5mm LEDs (100 LEDs, 90s 
Belichtungszeit) belichtet habe wollte ich nun mal eine Highpower-LED 
ausprobieren.

Die LED ist eine 3W 395nm UV-LED mit 5° Optik davor. Im Abstand von ca. 
1 1/2m zur Auflagefläche erzeugt sie einen gut Europlatinengroßen 
Leuchtfleck. Die LED klebt mit doppelseitigem Klebeband auf einer 
Laubsägezwinge, das reicht insgesamt aus um die Wärme ausreichend 
abzuleiten.

Bei 700mA Bestromung ergab sich eine Belichtungszeit von 6 Minuten 
(siehe Teststreifen)

Mit einer 365nm LED wäre die Belichtungszeit möglicherweise noch 
wesentlich kürzer, diese kosten allerdings mehr als 5 mal so viel. Mag 
das mal jemand testen? ;-)

[Fragezeichen (Gast)]

Aus der Bungard Anleitung zum Basismaterial:

Belichtung
Schutzfolie abziehen und Ausrichten des Layout. Es sollte
idealerweise eng und blasenfrei anliegen (optimal: Vakuumandruck).
Die farbbeschichtete Seite der Filmvorlage sollte auf der Platine zu
liegen kommen, um eine Unterstrahlung zu minimieren. Die
Belichtung wird Schicht für Schicht durchgeführt. Die Belichtungszeit
mit bungard HELLAS® beträgt etwa 120 Sekunden.
Wir empfehlen, die beste Belichtungszeit mit anderen Geräten in
einem Stufentest zu ermitteln.

Hinweis: Der Fotolack reproduziert positiv, mit einer maximalen
spektralen Empfindlichkeit von etwa 400 nm.

Warum sollte es gemäß dem letzten Satz bei 365nm schneller gehen?

[Klaus (Gast)]

Paul H. schrieb:
> Die LED ist eine 3W 395nm UV-LED mit 5° Optik davor

Wo bekommt man sowas her?

MfG Klaus

[Dieter F. (Gast)]

Klaus schrieb:
> Wo bekommt man sowas her?

Z.B. da 
http://www.taschenlampen-papst.de/Tank007-TK-566-3W-UV-LED-Lampe-395nm-Ultraviolet-Taschenlampe-Taschenlampen-nm-Geocaching

[Gerald B. (gerald_b)]

Paul H. schrieb:
> Die LED ist eine 3W 395nm UV-LED mit 5° Optik davor.

UV verhält sich etwas anders, als sichbares Licht. In Linsen wird es 
anders gebeugt - deshalb kann ein Prisma weißes Licht zu einem 
Regenbogen zerlegen ;-)
Glas, wenn es kein Quarzglas ist, filtert kurzwelliges UV aus. Nur die 
Refektion einer Metalloberfläche beinhaltet keine "Überraschungen"
Laut Bungard beträgt die optimale Wellenlänge 350-450nm, du bist also 
mittendrin.
Wenn es mit den 100 LED's schon so gut klappte, warum willst du dann auf 
Teufel komm raus eine Power LED nehmen? Kannst ja auch noch mehr 5mm 
LEDs nehmen. Auf Eurokartenformat bringst du auch 400 unter, das wird 
auch nicht teurer, geht dann aber auch 4x schneller.

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Gerald B. schrieb:
> Glas, wenn es kein Quarzglas ist, filtert kurzwelliges UV aus.

Allerdings sind die üblichen LED-Optiken meist aus irgendeinem Polymer,
und da ist die UV-Absorption nicht so schlimm (und der leicht andere
Brechungsindex auch nicht).

[Klaus (Gast)]

Gerald B. schrieb:
>> Die LED ist eine 3W 395nm UV-LED mit 5° Optik davor.
>
> UV verhält sich etwas anders, als sichbares Licht. In Linsen wird es
> anders gebeugt

Nein, UV ist auch nur Licht. Für jede Lichtfarbe hat eine Linse ihren 
eigenen Brennpunkt, im sichtbaren, im infraroten genauso wie im UV, es 
sei denn, sie ist für diese Lichtfarbe undurchsichtig.

Übrigens bezeichnet man Licht von einer Wellenlänge kleiner 380nm als 
UV. 395nm gilt noch als sichtbares Licht.

MfG Klaus

[Paul H. (powl)]

Fragezeichen schrieb:
> Warum sollte es gemäß dem letzten Satz bei 365nm schneller gehen?
Ja dann war das quatsch, hatte irgendwas um die 360nm als optimale 
Wellenlänge in Erinnerung.


Klaus schrieb:
> Wo bekommt man sowas her?
Nicht beim Kiosk um die Ecke. Aber wie wärs mit eBay? ;)


Gerald B. schrieb:
> Wenn es mit den 100 LED's schon so gut klappte, warum willst du dann auf
> Teufel komm raus eine Power LED nehmen? Kannst ja auch noch mehr 5mm
> LEDs nehmen. Auf Eurokartenformat bringst du auch 400 unter, das wird
> auch nicht teurer, geht dann aber auch 4x schneller.

Mein "100LED"-Belichter ist leider irgendwann mal teilweise kaputt 
gegangen, außerdem hatte er die Angewohnheit, dass die Belichtungsstärke 
in der Mitte wesentlich stärker war als außen. Man hätte die LEDs für 
eine möglichst konstante Beleuchtungsstärke überall von innen nach außen 
progressiv anordnen müssen. Das mit der Highpower LED wollte ich einfach 
mal ausprobieren um schnell und einfach zu einem guten Ergebnis zu 
kommen.

Das Layout habe ich übrigens nur einfach auf auf eine Overheadfolie mit 
dem Laserdrucker gedruckt und die Folie lose aufgelegt und nur an den 
Seiten beschwert. 16mil Leiterbahnen kann man so locker und ohne viel 
Stress ätzen. Belichtet habe ich hier 10 Minuten da die Overheadfolie 
noch offenbar mal einiges vom UV-Licht geschluckt hat und der Versuch 
mit 6min nicht hingehauen hat.

[Klaus (Gast)]

Paul H. schrieb:
> Nicht beim Kiosk um die Ecke. Aber wie wärs mit eBay? ;)

Sorry, war mir nicht bewußt, daß auch schon 395nm High-Power Leds wie 
sauer Bier angeboten werden.

MfG Klaus

[Paul H. (powl)]

Ja, der Preisverfall der LED-Technologie ist grad ziemlich flott

[npn (Gast)]

Stimmt, vor paar Jahren war der Preis für eine UV-Powerled noch im 
vierstelligen Bereich. Typ weiß ich jetzt nicht mehr, aber die Leistung 
war wohl so bei 2-3W. Ist schon Wahnsinn, wie es da vorangeht.

[Wolfgang A. (Gast)]

Gerald B. schrieb:
> In Linsen wird es anders gebeugt
Wenn es nun schon um die Feinheiten der Optik geht, dann doch bitte 
gebrochen. Die Effekte durch den begrenzten Durchmesser der Linse 
sollten hier eher von untergeordneter Bedeutung sein ;-)

[Olaf (Gast)]

Schaut mal hier:

http://photo.net/equipment/filters/

Das hat sich jemand die Muehe gemacht spezielle UV/Filter fuer Kameras 
durchzumessen. Danach wuerde ich bei 395nm noch keine merkbare 
Filterwirkung erwarten. Immerhin ist das ja Glas das extra als Filter 
verkauft wird. :-)

Erst ab 370-380nm aendert sich das wohl.

Olaf

[bernte (Gast)]

sind diese alternativen nicht auch geeignet für uv belichtung?
bei den kleinen pads könnte man sogar je ach platinenmaß varieren

http://www.dx.com/p/hml-36w-420nm-1300lm-300-x-3528-smd-led-pink-purple-light-strip-white-yellow-12v-5m-353087#.VL40GE10xph

http://www.dx.com/p/t10-ba9s-festoon-4w-200lm-24-x-smd-5050-led-purple-light-car-reading-light-panel-light-12v-284649#.VL40ZU10xpg

http://www.dx.com/p/t10-ba9s-festoon-8w-400lm-48-x-smd-5050-led-purple-light-car-reading-light-panel-light-12v-284257#specification

[Pandur S. (jetztnicht)]

>Die LED klebt mit doppelseitigem Klebeband auf einer
Laubsägezwinge, das reicht insgesamt aus um die Wärme ausreichend
abzuleiten.

Was spricht denn gegen eine richtige Montage auf einen Kuehlkoerper ?

[Paul H. (powl)]

Jetzt Nicht schrieb:
>>Die LED klebt mit doppelseitigem Klebeband auf einer
> Laubsägezwinge, das reicht insgesamt aus um die Wärme ausreichend
> abzuleiten.
>
> Was spricht denn gegen eine richtige Montage auf einen Kuehlkoerper ?

Irgendwie habe ich gerade nen ganz krasses Deja Vue bei deinem Post.
Nichts spricht dagegen. Gegenfrage: was spricht dafür? Die Laubzwinge 
ist gleichzeitig Kühlung und Befestigung. Absolut zweckmäßg.

[Paul H. (powl)]

So, hier mal die erste richtige Platine.

Erkentnisse bisher:
- Der Laserdrucker druckt viel zu lichtdurchlässig, die schwarzen 
Flächen sind von einem Sprenkelmuster durchsetzt. Mit einfachem Film 
wird ein erheblicher Teil des schwarzen Bereichs angeätzt so dass man 
auf der Platine hinterher im Gegenlicht sogar das Sprenkelmuster wieder 
erkennt.
- Brauchbare Ergebnisse bekommt man, indem man zwei Filme 
übereinanderlegt und mit Sekundenkleber fixiert. Trotzdem kommt 
punktweise noch Licht durch. Da wo die Magnete auflagen hat der Fotolack 
noch sichtbar besser geschützt. Ideal wären wohl 3 Lagen. Je nach 
Drucker.
- Welligkeit des Films ist nicht so schlimm da die Lichtquelle nahezu 
punktförmig und 1,5m entfernt ist aber sollte dennoch vermieden werden. 
Z.B. mit kleinen Magneten die den Film auf die Platine klemmen.
- Die Entwickler-Lösung ist ziemlich anfällig! Bereits nachdem sie einen 
Tag rumstand und ein.. zwei mal benutzt wurde hat sie nicht mehr 
funktioniert. Um alle Parameter gleich zu halten setze ich sie fast 
jedes mal neu an.
- Hitze und stetiges Umrühren beschleunigen die Wirkung der NaPs-Lösung 
enorm
- Im Randbereich der Platine war die Belichtungsintensität schwächer 
weshalb hier der Entwickler nicht richtig gewirkt hat und das NaPs seine 
Mühe hatte, sich durch den nur löchrigen Fotolack durchzufressen. Das 
kann man mit einem blickdichteren Film (3. Lage) und längerer 
Belichtungszeit aber sicher noch kompensieren.

In Zukunft würde ich wieder auf 5mm LEDs zum belichten gehen. Insgesamt 
hat man hier auch mehr Lichtleistung als aus einer einzelnen Highpower 
LED und die Verteilung ist geschickter. Vielleicht forsche ich mal, wie 
das ideale Verteilungsmuster der LEDs sein müsste um überall - sowohl in 
der Mitte als auch im Randbereich - nahezu die gleiche Intensität zu 
erhalten.

Gernerell würde ich LED-Belichter wärmstens gegenüber Röhren empfehlen. 
Man erspart sich einfach den Ärger mit Unterbelichtung (damit meine ich 
das Vorbeischeinen des UV-Lichts am Film, was zu unscharfen Kanten 
führt)

[lrep (Gast)]

Fragezeichen schrieb:
> Die farbbeschichtete Seite der Filmvorlage sollte auf der Platine zu
> liegen kommen, um eine Unterstrahlung zu minimieren

Und genau das ist auch der Punkt, weshalb die einzelne starke 
Lichtquelle der flächigen Beleuchtung durch 100 kleine LED vorzuziehen 
ist, denn auch der Photoresist hat eine endliche Schichtdicke.

[lrep (Gast)]

Paul H. schrieb:
> Vielleicht forsche ich mal, wie
> das ideale Verteilungsmuster der LEDs sein müsste um überall

Na, möglichst gleichmäßig.
Du kannst eine blaue LED ganz gut als Belichtungsmesser für UV 
verwenden, indem du den von ihr erzeugten Photostrom misst.

Im Gegensatz zu den sonst verwendeten Licht empfindlichen Elementen, wie 
Si-Photodioden oder LDR, ist die blaue LED nämlich völlig blind gegen IR 
und das meiste sichtbare Licht.
Man braucht sich bei der Messung also nicht um derartiges Fremdlicht zu 
kümmern.

[Conny G. (conny_g)]

Paul H. schrieb:
> - Im Randbereich der Platine war die Belichtungsintensität schwächer
> weshalb hier der Entwickler nicht richtig gewirkt hat und das NaPs seine
> Mühe hatte, sich durch den nur löchrigen Fotolack durchzufressen. Das
> kann man mit einem blickdichteren Film (3. Lage) und längerer
> Belichtungszeit aber sicher noch kompensieren.

Das Schwächer am Rand liegt wahrscheinlich an der Optik, von der 
verschiedenen Länge der Lichtstrahlen kann es bei 5 Grad nicht sein, das 
sind nur ein paar cm / Paar Prozent und selbst im Quadrat bleiben das 
ein paar Prozent.
Vermute eher, dass die Ausleuchtung am Rand schlecht ist, es wird ja 
eine Abstrahlung von 120 Grad auf 5 Grad gestaucht, das erscheint mir 
normal, dass am Rand bei den 120 Grad deutlich weniger Licht ankommt.

Hier mal ein x-beliebiges Datenblatt für eine LED, Lichtverteilung auf 
Seite 12:
http://www.leds.de/out/media/14014.pdf
Man sieht, dass nach 30% von der Mitte die Lichtstärke stark abnimmt und 
bei den 60 Grad zur Seite nur noch 50% ankommen.
Genau das ist der Grund für den schwachen Rand.

Man sollte nur die inneren 60 Grad (30 Grad von der Mitte zu jeder 
Seite) nutzen, 10 Grad Optik statt 5 Grad würde das beheben, und eine 
10W LED würde die Belichtungszeit mehr als kompensieren.

Die 10 Grad resultieren in ca. 50% Lichtverlust durch einen größeren 
Bereich der ausgeleuchtet wird, aber mehr Homogenität in der Mitte.
Dafür Belichtungzeit +100%, durch die 10W Belichtungszeit ein Drittel, 
ergibt dann unter dem Strich 65% der 6 Minuten, also ca. 4 Minuten - das 
ist doch nicht schlecht!

[Paul H. (powl)]

Conny G. schrieb:
> Das Schwächer am Rand liegt wahrscheinlich an der Optik,..

klar, also ein 5° Kegel auf 1,5m Entfernung projiziert ergibt einen 
Kreis 26cm Durchmesser, das sollte rein rechnerisch reichen. Allerdings 
ist das halt eine Reflektor-Optik, in der Mitte ist die Intensität 
sichtbar am stärksten :-)


lrep schrieb:
> Paul H. schrieb:
>> Vielleicht forsche ich mal, wie
>> das ideale Verteilungsmuster der LEDs sein müsste um überall
>
> Na, möglichst gleichmäßig.
> Du kannst eine blaue LED ganz gut als Belichtungsmesser für UV
> verwenden, indem du den von ihr erzeugten Photostrom misst.

Gleichmäßig, ja die Beleuchtungsintensität! Aber nicht die LEDs! :-D 
Mein 100LED-Belichter hat eine gleichmäßige Anordnung der LEDs. Das 
führt aber dazu, dass die Lichtintensität in der Mitte deutchlich höher 
ist als am Rand. Ist ja klar, die Mitte der Platine kriegt Licht von den 
LEDs aus der Mitte + ein bisschen was von den LEDs in allen Richtungen 
drum rum ab. Der Randbereich der Platine kriegt nur Licht von den LEDs 
vom Randbereich und nur wenig dem umliegenden Bereich (mitte) ab.

[Conny G. (conny_g)]

Ganz einfach: die Fläche mit den LEDs muss 1-2 Reihen größer sein als 
die Platine, dann müsst es passen.

[Mike A. (Gast)]

Conny G. schrieb:
> Ganz einfach: die Fläche mit den LEDs muss 1-2 Reihen größer sein als
> die Platine, dann müsst es passen.

Und in der Mitte müssen weniger sein, weil sich da sowieso das Licht von 
denen außen rum aufaddiert. Üblicherweise verwendet man für ein 
gleichmäßig beleuchtete Fläche 4 Lichtquellen, deren Höhe über der 
Fläche so gewählt ist, dass das Feld möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet 
ist, d.h. so dass sich in der Mitte der 1/R²-Effekt gerade mit dem 
Summeneffekt der 4 Lampen aufhebt.

[bernte (Gast)]

hallo Paul

könntest du dein platinen-layout für den "100led" belichter mal 
einstellen

ich such schon einen weile eine gute vorlage für 5mm leds

danke

[Paul H. (powl)]

Das habe ich nicht mehr, das Projekt war von 2009 ;-). Ich habe aber 
einfach immer 3 LEDs in Reihe mit einem Vorwiderstand geschaltet und das 
ganze dann an 12V betrieben. Dürfte in eagle schnell zusammengeschustert 
sein.

[Klaus (Gast)]

Paul H. schrieb:
> Gleichmäßig, ja die Beleuchtungsintensität! Aber nicht die LEDs! :-D
> Mein 100LED-Belichter hat eine gleichmäßige Anordnung der LEDs. Das
> führt aber dazu, dass die Lichtintensität in der Mitte deutchlich höher
> ist als am Rand.

Naja, wenn man so liest, daß der Spielraum bei der Belichtung 1:5 oder 
größer ist, sollte das eigentlich keine Rolle spielen.

MfG Klaus

[Paul H. (powl)]

Was meinst du mit Spielraum? 1:5? Wer wo wie

[Klaus (Gast)]

Paul H. schrieb:
> Was meinst du mit Spielraum? 1:5? Wer wo wie

Na daß man kräftig überbelichten kann, ohne daß es Probleme gibt (wenn 
der Film wirklich dicht ist). Wenn das so ist, muß man die Belichtung ja 
nur nach der Stelle mit der schwächsten Beleuchtung ausrichten, der Rest 
geht dann schon in Ordnung

MfG Klaus

[Paul H. (powl)]

Das stimmt, in der Praxis kann man einfach länger belichten. Ich würde 
jedoch eine geschickte LED-Verteilung der Holzhammermethode vorziehen 
;-)

Jedoch dürfte es nicht so leicht sein die herauszufinden. Ich werde da 
aber möglicherweise irgendwann noch ein Projekt draus starten. Ich würde 
versuchen, die Intensitätsverteilung der LEDs messen und dann einen 
evolutionären Algorithmus zu verwenden um die ideale Verteilung 
herauszufinden.

[Conny G. (conny_g)]

Ich finde das nicht so kompliziert.
Am Rand hat es weniger Lichtstärke, weil weniger der Lichtkegel 
überlappen. Also hängt es vom Abstrahlwinkel, dem Abstand der LEDs 
zueinander und dem Abstand zur Platine ab.
Die Lichtstärke ist überall einigermaßen gleichmäßig wo die gleiche Zahl 
LEDs einstrahlen. Sie beginnt dort schwächer zu werden, wo erstmal ein 
Lichtkegel einer LED am Rand fehlt.
Nur mal mit 90 Grad Abstrahlwinkel, 5cm Abstand zu Platine und ein 
LED-Abstand von ca 10 gerechnet, dann überlappen sich immer genau 2 
Lichtkegel und ab der Mitte der linken LED in der Zeichnung wird das 
Licht schwächer.
Wenn man nun größeren Abstrahlwinkel, kleineren Abstand der LEDs oder 
größeren Abstand zur Platine hat (oder mehrere davon), dann überlagern 
sich mehrere LEDs als 2 und der Punkt ab dem sich die Lichtstärke am 
Rand abschwächt wandert nach innen.
Also muss man am Besten die Überlagerung der LEDs so berechnen, dass man 
weiß wieviele Lichtkegel sich relevant überlagern und am Rand soviele 
Reihen gegenüber der Europlatine zugeben, dass im Bereich dieser die 
Überlagerung konstant bleibt.
Wenn ich mir das recht überlege... Je mehr Lichtkegel sich überlagern, 
desto mehr Rand muss ich zugeben.
In meinem Beispiel braucht es nur eine Reihe mehr, weil sich nur 2 Kegel 
überlagern müssen. Sollte an einem Punkt der Platine noch die 
übernächste LED eine Rolle spielen, muss ich 2 Reihen zugeben usw.

M.e. Ist das umso besser steuerbar desto weniger Überlappung man hat, 
also engerer Abstrahlwinkel (bei größerem Abstand zur Platine) oder 
kleinerer Abstand zur Platine.
Deshalb würde ich auch vermuten, dass bei Deiner Belichtungskonstruktion 
der Abstand von LEDs zu Platine zu groß ist, weil genau dann der 
"unscharfe Rand" größer wird und nicht nur ein Rand ist, sondern weit in 
die beleuchtete Fläche hineingeht.

Angenommen die Leuchtfläche hat 10x16cm und der Abstand der LEDs ist 2 
cm und sie haben einen Abstrahlwinkel von 45 Grad und der Abstand 
zwischen LEDs und Platine beträgt 10cm. Dann geht der Kegel von der 
senkrechten jeder LED alle 4 cm um 2cm zur Seite, bei 10cm Abstand also 
um 5 cm.
Setzt man das in Relation zum Abstand der LEDs, dann wird also ein Punkt 
mitten in der Fläche von 4-5 LEDs beleuchtet, nur auf einer Achse. Also 
2 links, 2 rechts oder eine genau drüber und 2 links, 2 rechts.
Also fehlt ab 3-4 cm vom Rand eine LED, ab 2 cm vom Rand bereits 2.
Sieht man diese 3-4cm auf jeder Seite (!) im Verhältnis zur Breite der 
Europlatine, dann ist das schon mehr als die Hälfte der Breite. Oder 
anders gesagt, es gibt nur 2-4cm in der Mitte, die mit der vollen 
Lichtleistung belichtet werden.
Man müsste als am Rand 2-3 Reihen LEDs (4-6cm) LEDs hunzufügen um auf 
der Breite der Platine die volle Lichtstärke zu haben.
Wenn man den Abstand Licht-Platine verringert, wird die Überlappung 
weniger und es braucht weniger "Überstand" an LEDs. Aber man muss 
aufpassen, dass das Licht noch homogen bleibt.

[Conny G. (conny_g)]

Hier sieht man es wie breit der Rand ist, innerhalb von 4 cm nimmt die 
Anzahl LEDs, die einen Punkt beleuchten von 4-5 auf 2-3 ab.