LED-Leuchtendesign

Was ist eine Chip-on-Board-(COB)-LED?

| Autor / Redakteur: Christopher Keusch * / Hendrik Härter

COB-LEDs im Einsatz: Hier sind typsiche Anwendungen gezeigt als Candelabra (Kerze), Retrofit und als Downlight (von links nach rechts).
COB-LEDs im Einsatz: Hier sind typsiche Anwendungen gezeigt als Candelabra (Kerze), Retrofit und als Downlight (von links nach rechts). ( Everlight)

COB-(Chip-on-Board)-LEDs bieten eine homogene Strahlqualität und einen hohen Farbwiedergabeindex. Mit passenden Wärmesenken und mechanischen Haltern sind sie für viele Anwendungen geeignet.

Eine angenehme und gleichmäßige Lichtumgebung setzt von der Lichanwendung voraus, dass sie: kompakte Maße hat, einen hohen Wirkungsgrad bietet, über einen ausreichenden Lichtstrom verfügt, einen hohen Farbwiedergabeindex bietet (CRI-Wert),eine hohe Farbhomogenität und Farbortkonsistenz hat, lange Lebensdauer, einfach in die Anwendung zu implementieren ist, preislich akzeptabel für den Anwender ist.

Den Lampen- und Leuchtmittelherstellern stehen dafür unterschiedliche Arten von LEDs zur Verfügung. Lange dominierten diskrete Standardbauelemente wie Hochleistungs-LEDs oder alternativ kostengünstigere LEDs im PLCC-Gehäuse im kleinen und mittleren Leistungsbereich. Inzwischen sind jedoch seit einiger Zeit Chip-on-Board-LEDs (COB) am Markt erfolgreich, welche die Anforderungen speziell dieses Anwendungssegments bedienen und dessen Design- und Performance-Probleme gezielt angehen. Typische Anwendungen sind hauptsächlich Lichtstrahler, runde Deckenleuchten, Retrofits wie MR16, GU10 und PAR Lampen sowie dekorative Lampen wie Kerzenlichter.

Der Aufbau von Chip-on-Board LEDs und ihre Spezifikationen

Chip-on-Board-LEDs, sogenannte COBs, bestehen im Gegensatz zu üblichen SMD-LEDs mit einem einzelnen oder maximal zwei LED-Chips aus einer Multichip-Anordnung, bei der viele einzelne Low-Power-LED-Chips in Serie und parallel geschaltet sind. Darüber hinaus entfällt insbesondere das bei SMD-LEDs übliche PLCC-Gehäuse. Daraus ergeben sich ein vergleichsweise geringer thermischer Widerstand und eine hohe Effizienz.

Ein entscheidender Vorteil einer COB-LED ist neben der homogenen Strahlqualität auch der hohe Farbwiedergabeindx. Im Folgenden sind typische Spezifikationen von COB-LEDs im Leistungsbereich von 4 bis 15 Watt etablierten High-Power-LEDs sowie Mid-Power-LEDs gegenüber gestellt: Dabei zeichnen sie sich insbesondere durch ihre wesentlich höheren Lichtströme, durch entsprechend höhere elektrische Betriebsparameter sowie durch ihre größere Emissionsflächen (Aperturen) und Abmessungen aus.

Optische Eigenschaften: Diskrete LED-Komponenten montiert auf einem gemeinsamen MCPCB (Metal Core PCB) erzeugen keine homogene Emission, sondern beispielsweise optische Hot-Spots. Das lässt sich durch den Einsatz von Diffusoren verbessern, wodurch nicht unerhebliche Lichtstromverluste in Kauf genommen werden müssen. Dagegen weisen COB-LEDs eine nach außen hin singuläre Emissionsfläche auf und gewährleisten eine homogene Intensitätsverteilung ohne optische Hot-Spots. Damit lässt sich ein wesentlich einfacheres optisches Design realisieren.

Darüber hinaus eignen sich diskrete LEDs montiert auf einem MCPCB aufgrund der größeren, resultierenden Emissionsfläche nicht zur Einkopplung in kleine Aperturen. So wird ein Teil der Strahlung durch die Apertur abgeschattet und geht damit für die Anwendung verloren. COBs lassen sich bei Abstimmung der Apertur optimal mit sekundären Optiken kombinieren.

Thermische Eigenschaften: Standard-LEDs im PLCC-Gehäuse weisen einen vergleichsweise hohen thermischen Widerstand von 20 bis 200 K/W auf. Bei High-Power-LEDs auf Keramiksubstrat beträgt der Widerstand immer noch 6 bis 12 K/W. Bei COBs beträgt der thermische Widerstand dagegen ca. 2 K/W. Hier wird das Chip-Ensemble ohne Umweg über ein Gehäuse direkt auf das Board aufgebracht. Der insbesondere bei PLCC-LEDs durch das Gehäuse verursachte hohe thermische Widerstand entfällt. Dadurch wird der thermische Widerstand des Gesamt-Ensembles erheblich reduziert. Hieraus resultiert eine geringere Chip-Temperatur Tj, die wiederum eine höhere Lebensdauer der COB-LED gewährleistet.

COB-LEDs werden insbesondere in Applikationen eingesetzt, die eine einzelne LED-Lichtquelle erfordern. So liegt der Fokus auf Retrofits, Lichtstrahlern, Deckenlichter und zum Teil auf Candelabras, die auf einem COB statt Standard-LEDs basieren. Bei omnidirektionalen Anwendungen im Lampenbereich (A60 Bulbs) ist insbesondere der Vorteil der Strahlhomogenität nicht relevant, weil durch die eingesetzten Diffusoren das Licht von Mehr-LED-Anordnungen ausreichend gleichmäßig gestreut wird. Stattdessen dominieren hier MCPCBs entweder mit Hochleistungs-LEDs oder PLCC-LEDs, mit denen die Lichtanforderungen kostengünstiger realisiert werden können.

Gerichtete Applikation mit einer COB-LED

Abschließend ist der typische Aufbau eines COB-basierten Lichtstrahlers beispielhaft für eine gerichtete Applikation beschrieben. Das COB wird in einen zu Zhaga-Book 3 kompatiblen Halter montiert, der neben der mechanischen Aufnahme den elektrischen Anschluss gewährleistet. Die Rückseite des COBs wird thermisch über einen wärmeleitfähigen Kleber oder über eine Wärmeleitfolie an eine Wärmesenke angekoppelt, um die Verlustleistung abzuführen. Der vom COB emittierte Lichtstrom wird im Reflektor gebündelt, dessen Apertur dem Durchmesser des COBs angepasst ist.

* Dr. Christopher Keusch ist studierter Physiker und arbeitete zum Zeitpunkt der Erstveröffentlichung im Jahr 2014 bei Everlight.

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Eine schöne, auch für den Laien verständliche Erklärung der Vorzüge der COB-LEDs gegenüber...  lesen
posted am 21.04.2018 um 10:22 von Unregistriert

Vielen Dank, super gut erklärt  lesen
posted am 24.06.2017 um 10:53 von Unregistriert

Sehr gute Darstellung- Danke!  lesen
posted am 11.05.2016 um 07:29 von Unregistriert


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