Low Power LED Dünne LED-Flächenleuchten ähneln einer OLED

Autor / Redakteur: Uwe Hock * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Flächiges Licht, flaches Design und ein CRI typisch 83: Die Rede ist nicht von einer OLED, sondern einem System eines kanadischen Start-up, das Low Power LEDs verwendet.

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Schlanke Designs ähnlich wie bei der OLED: Das Design „Dew Drops“ stammt von Ingo Maurer und ist eine kundenspzifische Lösung mit einem CRI von 90 und 3000 K.
Schlanke Designs ähnlich wie bei der OLED: Das Design „Dew Drops“ stammt von Ingo Maurer und ist eine kundenspzifische Lösung mit einem CRI von 90 und 3000 K.
(Cooledge)

Inspiration durch die Natur: Was wäre, wenn das Design einer Leuchte künftig dünn und flexibel sein könnte und dem Design kaum noch Grenzen gesetzt sind? Mit OLED sollte das in Zukunft Realität werden. Doch bezahlbare Lösungen lassen noch auf sich warten. Das Start-up Cooledge Lighting hat eine Technik in Form eines flexiblen LED-Beleuchtungssystems mit dem Namen Light Sheet entwickelt und im Jahr 2013 zur Marktreife gebracht.

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Hinter dem System stecken kleine Low Power LEDs, die in einem dichten Muster auf ein flexibles Substrat aufgebracht werden. Die Technologie macht es möglich, dass nahezu keine Wärme an den einzelnen LEDs erzeugt wird und eine zusätzliche Kühlung entfällt. Mit dieser Lösung lassen sich organische Formen, dünne und minimalistische Designlösungen, gerade oder gekrümmt realisieren. Dabei bietet das Light Sheet Leistungen von bis zu 140 lm/W und Betriebszeiten von über 100.000 Stunden.

Das LED-Flächenlicht in Aktion

Im März 2014 wurde das Light Sheet erstmals in Europa eingeführt. Bisher waren Flächenbeleuchtungslösungen sowohl hinsichtlich der Dimension des Kühlkörpers als auch der Flexibilität limitiert. Die Dimensionierung des Kühlkörpers hängt von der Gesamtleistungsaufnahme der verwendeten LEDs ab, wodurch das jeweilige Lampendesign bestimmt wird. Zahlreiche konzeptionelle Ansätze für Flächenbeleuchtungslösungen basieren überwiegend auf dem Einsatz mehrerer Einzel-Chip-LEDs, die auf starren Leiterplatten montiert werden.

Ein schwacher Strom erzeugt nur wenig Wärme

Die verwendeten einzelnen LEDs haben oft hohe Leistungen von mehreren Watt und eine Helligkeit von >100 lm. Um diese Helligkeiten zu erreichen, werden die LEDs mit hohen Strömen von >300 mA betrieben, wobei selbst sehr effiziente LEDs nur 40% der Energie in Licht umwandeln. Der Rest geht als Wärme verloren. An den einzelnen High Power LEDs wird sehr viel Wärme erzeugt, die abgeführt werden muss. Das macht eine gute Kühlung erforderlich.

Basis der Light-Sheet-Technologie sind die bereits erwähnten Low Power LEDs, von denen eine Vielzahl in einem dichten Muster auf ein dünnes Kunststoffsubstrat aufgebracht werden. Bei dem Kunststoffmaterial handelt es sich um ein flexibles, dünnes und leichtes PET (Polyethylenterephthalat). Die einzelnen LEDs werden nur sehr schwach bestromt, so dass nicht viel Wärme generiert und abführt werden muss. Zudem wirkt sich das Unterstromen der LEDs positiv auf deren Lebensdauer aus.

Da die LEDs nicht an Ihrem Maximum betrieben werden, beträgt der Lichtabfall nach 100.000 Stunden maximal 10%. Cooledge Lighting gibt auf ein Light Sheet in Verbindung mit eigener Stromversorgung eine Systemgarantie von 5 Jahren. Verfügbar sind zwei Standardversionen. Die einzelnen LEDs sind zueinander mit einem Abstand (Pitch) von 7 mm bzw. 12 mm angeordnet. Die zwei unterschiedlichen Abstandsversionen wirken sich auf Kosten, Leistung und Designüberlegungen aus. Das Produkt ist ebenfalls in verschiedenen Längen, sechs Breiten und vier verschiedenen Farbtemperaturen erhältlich und deckt letztendlich das für Beleuchtungszwecke relevante Farbspektrum von 2700 bis 5700 Kelvin ab.

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Wenn eine LED-Leuchte einer OLED gleicht

Noch sind Leuchten mit OLED teuer oder sie befinden sich erst in Vorserien bzw. noch in den Entwicklungslaboren. Doch das kanadische Start-up Cooledge hat eine Lösung auf Basis von Low Power LED entwickelt, die auf ein flexibles Substrat aufgebracht sind. Gerade für die Beleuchtung spielen Kosten, Lebensdauer und vor allem die Farbtreue entscheidende Kriterien dar. Mit einem speziellen Aufbau ist es jedoch gelungen, die von der OLED bekannte Flexibilität auf ein LED-Leuchtensystem zu übertragen.

Unterschiedliche Wirkungsgrade sind möglich

Ein Light Sheet mit einer Länge von 30 cm, einer Breite von 28 mm und einem LED-Abstand von 7 mm erreicht einen Wirkungsgrad von bis zu 140 lm/W bei einem Lichtstrom von 310 lm, während das Produkt mit 12 mm Abstand bei gleicher Länge und einer Breite von 36 mm eine Lichtausbeute von 120 lm/W aufweist und 430 lm erreicht. Bei der 12-mm-Version werden in etwa 40% weniger LEDs pro Light Sheet verwendet, wobei diese etwas höher bestromt werden, so dass die gleichen Leistungen bei mehr Wirtschaftlichkeit erreicht werden.

Durch unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten hinsichtlich Größe, Farbtemperatur und der Wahl des LED-Abstands auf dem Kunststoffsubstrat sind unterschiedliche Wirkungsgrade in verschiedenen Formen und Größen möglich. Und dank des dichten Musters an LEDs ist eine fast nicht blendende Lichtquelle in Verbindung mit einer gleichmäßigen und homogenen Lichtverteilung mit hohem Wirkungsgrad möglich. Das Design von heutigen Flächenbeleuchtungslösungen wird vorwiegend von Ansteuerung und Kühlung für die LEDs bestimmt. Es bedarf großer Kühlkörper, welche zu oft starren und großen Designs der Leuchten führt.

Die LED Light Sheet ist eine Niederspannungskomponente der Klasse SELV und erlaubt es, einfach in jede Konstruktion integriert zu werden. Zudem wird die Sperrschichttemperatur niedrig gehalten und es erfolgt eine effiziente Energieumwandlung in sichtbares Licht. Es gibt nur wenig Veränderung der Temperatur über die gesamte Fläche, mit Ausnahme eines kleinen Temperaturanstiegs in dem Bereich der Ansteuerung.

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