LEDs in der Allgemeinbeleuchtung

Fünf aktuelle Trends bei SMD-LEDs im Kunststoff-Gehäuse

| Autor / Redakteur: Christopher Keusch* / Hendrik Härter

Beleuchtung im Geschäft: Neben einem sparsamen Betrieb verlangen Kunden eine bessere Farbqualität, damit das Licht dem natürlichen Sonnenlicht am nächsten kommt.
Beleuchtung im Geschäft: Neben einem sparsamen Betrieb verlangen Kunden eine bessere Farbqualität, damit das Licht dem natürlichen Sonnenlicht am nächsten kommt. ( © araraadt - Fotolia)

Auf dem Markt existieren LED-Lösungen im Mid-Power-Segment mit Leistungen bis 0,5 W und dem Low-Power-Segment von 0,1 bis 0,2 W. Doch Leuchtenentwickler verlangen nach noch effizienteren Lösungen. Hier sind fünf Trends.

LED-Komponentenhersteller müssen nicht nur leistungsfähige Produkte bereitstellen, sondern auch das Preis-Leistungs-Verhältnis muss stimmen. SMD-LEDs im Kunststoffgehäuse können diesen Anspruch erfüllen. So verursachen sie im Vergleich zu LEDs auf Keramiksubstrat bei vergleichbarer Leistung geringere Produktionskosten.

Größenvergleich der LED-Module: Verschiedene Packages von Everlight im direkten Vergleich.
Größenvergleich der LED-Module: Verschiedene Packages von Everlight im direkten Vergleich. ( Everlight)

Außerdem bieten sie Lichtausbeuten von bis zu 180 lm/W und mehr je nach Farbtemperatur, was wiederum eine hohe Systemeffizienz der Leuchte bzw. des Leuchtmittels von 130 lm/W und mehr gewährleistet.

Durch die große Vielfalt verfügbarer und zukünftiger Bauformen mit Leistungen im Low-, Mid- und High-Power-Bereich von 0,1 bis zu 8 W steht für den jeweiligen Anwendungszweck eine passende LED bereit.

Der europäische Markt wird aktuell von Mid-Power-LEDs um die 0,5 W wie die Packages 5630 mit 5,6 mm x 3,0 mm und 3030 mit 3,0 mm x 3,0 mm dominiert.

Ergänzt werden sie im Low-Power-Segment von 0,1 bis 0,2 W durch kompaktere Gehäuseformen wie 3014 mit 3,0 mm x 1,4 mm oder das Modell 2835 mit den Maßen 2,5 mm x 3,5 mm. Doch führt die Nachfrage nach immer kosteneffizienteren Lichtprodukten zu Design-Trends im Bereich LED-Packaging und auch bei der angewandten Chip-Techniken.

Trends bei der LED-Beleuchtung

  • Miniaturisierung des LED-Gehäuses mit einhergehender Kostenminimierung,
  • Mehr Leistung einer einzelnen LED durch größere Packages – nur ein scheinbarer Widerspruch,
  • LEDs mit möglichst geringer Vorwärtsspannung wie für Serienschaltungen,
  • LEDs mit hoher Vorwärtsspannung für lineare Treiberkonzepte und
  • Eine bessere Farbqualität.

Den zunehmenden Trend zu Miniaturisierung und Kostenminimierung unterstützen kompakte Gehäusetypen für Low-Power-Anwendungen bis 0,2 W. Everlight bietet dazu das Package 2016 mit 2,0 mm x 1,6 mm. Im Vergleich zu Mid-Power-LEDs wie dem Modell 5630 mit 5,6 mm x 3,0 mm kommen weniger Silikon und Phosphor zum Ausfüllen der Kavität der LED zum Einsatz.

Daher sind insbesondere Leuchtdioden im 2016-Gehäuse prädestiniert für LED-Röhren. Sie gewährleisten aufgrund der kompakten Bauform eine hohe Bestückungsdichte und bieten eine homogenere Lichtverteilung. Das lässt sich mit Mid-Power-LEDs bis 0,5 W nicht erreichen. Optische Hot-Spots werden effizient vermieden. Verbessert wird zudem die Lichtqualität, die an die gewohnte gleichförmige Abstrahlcharakteristik von Fluoreszenzlampen heranreicht.

Jedoch haben kleinere Gehäuseformen auch eine geringere thermische Dissipation der Verlustleistung zur Folge. Um höhere Effizienzen zu garantieren, werden unterschiedliche Kunststoffmaterialien eingesetzt. Dazu gehören PCT anstelle von PPA.

Alternativ kommen auch Formverfahren basierend auf Epoxy (EMC) oder Silikon (SMC) zum Einsatz, die eine bessere thermische Performance und Langzeitstabilität gegenüber PPA und PCT aufweisen und insbesondere für Mid- und High-Power LEDs verwendet werden.

Größere LED-Gehäuseabmessungen

Auch bei der Lebensmittelbeleuchtung muss die Farbe stimmen.
Auch bei der Lebensmittelbeleuchtung muss die Farbe stimmen. ( Everlight)

Neben kleineren LEDs entwickelt sich ein zweiter Trend die Leistung von LEDs durch größere LED-Gehäuseabmessungen zu erhöhen. So bietet Everlight High-Power-LEDs zwei LED-Typen: 5050 mit 5,0 mm x 5,0 mm und 9595 mit 9,5 mm x 9,5 mm mit Leistungen von 4 bis 8 W.

Damit lassen sich einerseits ganze PCB-Arrays aus 10 oder 20 Einzel-LEDs des Typs 5630 oder 3030 aufbauen. Andererseits können etablierte COBs durch eine einzige LED ersetzt werden. Das vereinfacht sowohl das Lichtdesign als auch das PCB-Layout. Typische Anwendungen sind Retrofits und der Ersatz von COBs in direktionalen Anwendungen.

Trend Nummer drei ist die Begrenzung der Vorwärtsspannung der LEDs auf höchstens 3 V. Damit wird es dem Anwender ermöglicht, sieben oder sogar acht LEDs bei einem 24-V-Netzteil in Serie zu schalten. Die zur Verfügung stehende Vorwärtsspannung wird voll ausgenutzt und gleichzeitig die Gesamteffizienz des Lichtsystems maximiert.

Ein vierter Trend besteht darin, die Vorwärtsspannung der LED zu erhöhen. LEDs, die auf einem monolithischen Chip mit einer höheren Betriebsspannung von 15, 30 oder 48 V basieren, erlauben stark vereinfachte Konzepte, die auf linearer Treibertechnologie basieren.

Alle Komponenten können bei reduziertem Materialeinsatz direkt auf das PCB integriert werden. Da in der Regel jedoch die Niederspannungsrichtlinie überschritten wird, ist eine geeignete elektrische Isolation unabdingbar.

Zu guter Letzt etabliert sich als fünfter Trend eine höhere Farbqualität: außer COBs auch bei SMD-Komponenten. Hier lässt sich ein Farbwiedergabeindex von >95 Ra und im Mittel 98 Ra erreichen. Das kommt dem natürlichen Tageslicht sehr nahe. Dieses natürliche Licht wird durch eine sehr genaue Berechnung der Materialkombination aus Phosphormischung, passendem LED-Chip, Silikon-Verguss und Gehäuse erzielt.

* Dr. Christopher Keusch ist Director Lighting EMEA bei Everlight Electronics Europe.

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