LED-Technologie

Technische Grundlagen und Geschichte der LED

Seite: 3/3

Firmen zum Thema

Gehäusevarianten sind nicht standardisiert

Das Gehäuse hat die Aufgabe den Halbleiter vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Schmutz, Gasen und Chemikalien zu schützen. Die wichtigste Aufgabe des Gehäuses ist aber der Transport der Wärmeenergie vom Halbleiter an die Umgebung. Die Anzahl der auf dem Markt verfügbaren Gehäusevarianten wächst ständig, da diese bisher noch nicht standardisiert sind, was auf der anderen Seite eine fortlaufende Optimierung der thermischen und optischen Eigenschaften ermöglicht.

Dies gilt besonders für Leistungs-LEDs größer einem Watt. Durch Forderungen der Industrie und Automobiltechnik wurde in den 1990er Jahren die SMT-Technologie bei den LEDs etabliert. Diese Bauformen sind in der Praxis heute in einem Leistungsbereich von 2 bis 3 W einsetzbar. Bei höheren Leistungen bietet die COB- (Chip on Board-)Technologie eindeutige Vorteile für das thermische Management des oder der Halbleiter.

Bildergalerie

Elektrisches Verhalten und das Kennlinienfeld

Die LED ist elektrisch gesehen ein PN-Übergang, also eine Diode, welche in Durchlassrichtung betrieben wird und eine Diode ist elektrisch gesehen ein stromgesteuertes Bauteil. Daher werden in den Datenblätter auch alle Angaben auf einen definierten Strom bezogen, nie auf eine Spannung. Zum Strom gehört aber auch immer eine anliegende Spannung.

Strom und Spannung legen also den Arbeitspunkt der LED im Strom-Spannungs-Kennlinienfeld fest. Typische Vorwärtsspannungen von Leuchtdioden liegen, je nach Farbe, zwischen 1,5 und 4 V. COB-Lichtfelder unterscheiden sich Aufgrund der Gruppenanordnung der Chips.

Die Zukunft der weißen LED

Im Jahr 2005 hatte die weiße LED eine Effizienz von 40 lm/W. Durch konsequente Weiterentwicklung in den Bereichen der Chip-, Gehäuse- und Phosphortechnologie liegt die aktuelle Effizienz bei knapp über 100 lm/W für industriell gefertigte LEDs. Unter Laborbedingungen sind bis zu 160 lm/W möglich.

Noch in diesem Jahr wird eine Effizienz von 140 lm/W bei der Serienproduktion für einige Hersteller möglich sein. Allein für dieses Jahr wird ein Wachstum der LED Branche um mindestens 35% erwartet und prognostiziert. Durch die schnelle Entwicklung der Effizienz kann die weiße LED zukünftig mit allen gängigen Technologien wie Halogen, Quecksilber und Leuchtstoffröhren konkurrieren. Eine höhere Effizienz bedeutet auf der anderen Seite eine Kostenreduktion. Daher gilt die Annahme, dass spätestens 2015 sich die Kosten der LED Leuchtmittel sich an die klassischen Lichterzeugungstechnologien angepasst haben.

Einsatzbereiche und Vorteile in der Anwendung

LEDs sind heute die effizientesten Leuchtmittel für die Industrie. Bei der rasanten Entwicklung werden kompakte Lichtquellen mit hohen Lichtströmen möglich. Vorausgesetzt und unbedingt notwendig ist dabei allerdings ein professionelles, thermisches Management, um die vorgegebenen Lebensdauerangaben zu erreichen.

Weißes Licht aus der LED ist mittlerweile in sehr guter Qualität und mit hoher Effizienz herstellbar. Durch die weiterentwickelte und moderne Phosphortechnologie kann das Licht auf ideale Weise an seine Umgebung und für den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden. Die kompakte Bauform ermöglicht Designern und Leuchtenherstellern völlig neue Wege in der Beleuchtungstechnik einzuschlagen.

Bei der Herstellung der LED werden keine umweltschädlichen Materialien wie Quecksilber oder toxische Gase verwendet. Die notwendigen Vorschaltgeräte arbeiten Niederfrequent und erzeugen somit weniger, gesundheitlich belastenden Elektrosmog. Das Startverhalten liegt im Nanosekundenbereich, hohe Ein- und Ausschaltzyklen haben keinen negativen Einfluss auf das Leuchtmittel (Sektionsbeleuchtung).

Die Grenzen des LED-Einsatzes

Trotz der langen Lebensdauer lässt sich die LED-Technik nicht überall einsetzen Niedrige Temperaturen haben keinen Einfluss auf das Startverhalten. Eine stabile Lichtfarbe und große Lebensdauer ermöglichen eine hohe Lichtqualität über lange Zeiträume in der Beleuchtungstechnik. Aufgrund des notwendigen Kühlkörpers kann die LED-Technik bisher noch nicht überall verwendet werden. Da sie gerichtetes Licht erzeugen, sind sie als Ersatz in Leuchten, welche zum Beispiel für Glühbirnen entwickelt wurden, nur bedingt einsetzbar.

* Thomas Müller ist für das Marketing Optoelektronik bei MSC in Stutensee verantwortlich.

(ID:43835499)