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Bild: iStock, Iconogenic

LED-Miniaturisierung Aus dem Schatten ins Licht

11.10.2017

CSP-LEDs liefern eine deutlich höhere Lichtdichte als herkömmliche LEDs. Werden sie zu Clustern zusammengeschlossen, bleibt ihre Lichtleistung aber deutlich hinter der erwarteten zurück, da sich die einzelnen LEDs gegenseitig beschatten. Eine neue Bauform löst dieses Problem, indem sie die Vorteile von CSP- und herkömmlichen LEDs verbindet.

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Die sogenannten Chip Scale Packages (CSP) sorgten im LED-Bereich für einiges Aufsehen. Sie haben nicht länger einen klassischen LED-Gehäuseaufbau, sondern verfügen mit dem Chip als Herz der LED über einen minimalistischen Aufbau. Dadurch kann ein sehr großer Anteil der LED-Fläche als lichtemittierende Fläche verwendet werden. Bei klassischen LEDs entspricht die Chip-Fläche ungefähr 10 - 35 Prozent der Gehäusegrundfläche. Dagegen liegt sie bei CSPs ungefähr bei 60 - 80 Prozent. Daraus ergeben sich viele Vorteile, aber auch einige Designherausforderungen.

Mit der NX Plattform kombiniert der LED-Hersteller Cree die Vorteile moderner CSP-LEDs mit denen von LEDs, mit üblicher Gehäusegröße. Bei der NX Plattform werden etablierte und bewährte LED-Chips in deutlich kleinere Gehäuse eingesetzt. Damit erreicht man einen Lichtstrom von einem Viertel der bisherigen Gehäusefläche. Der Ansatz ist vergleichbar mit dem der CSP-LEDs, die ebenfalls eine sehr hohe Leuchtdichte erreichen. Damit lassen sich kompaktere Leuchten, beziehungsweise existierende Leuchten, mit einer deutlich höheren Lichtleistung konstruieren. Der wichtige Unterschied zwischen ihnen ist jedoch, dass die NX Produkte noch immer einen richtigen Gehäuseunterbau haben. Was dafür sorgt, dass die LEDs besser und zuverlässiger verarbeitet werden können. Sie lassen sich besser verlöten, da sie etwas schwerer sind, dadurch nicht so leicht aufschwimmen und sich somit nicht verdrehen oder schief auf dem Lötpad sitzen. Die thermische Anbindung ist deutlich besser und kontrollierbarer. Das sorgt gerade in einer Serienfertigung für eine bessere Prozess-Qualität.

Viel Licht - wenig Fläche

Die deutlich höhere Leuchtdichte ist ein großer Vorteil der CSP-LEDs und der neuen NX Plattform. Neben der kompakteren Auslegung gibt es auch einen sehr großen Vorteil hinsichtlich der optischen Komponenten. Denn das emittierende Licht der LEDs mit hoher Leuchtdichte lässt sich effizienter in die Sekundäroptiken einbringen. Insbesondere bei sehr engstrahlenden Leuchten lassen sich damit noch bessere Systeme gestalten. Das Licht von Seelaternen oder riesigen Windrädern in der Nordsee muss zum Beispiel aus 30 km Entfernung, beziehungsweise aus einem Hubschrauber, immer noch wahrgenommen werden können. Die Idee liegt sehr nahe, viele entsprechende CSP-LEDs oder künftige Derivate der NX Plattform sehr eng aneinanderzusetzen, um mit einer Clusteranordnung die gewünschte Leistung zu erreichen.

Bei CSPs besteht allerdings oft die Problematik, dass zwischen den simulierten Daten und den Messergebnissen der entsprechenden Cluster-Baugruppen ein großer Unterschied von bis zu
40 Prozent besteht. Das Problem liegt darin begründet, dass die CSP-LEDs das Licht sehr breit und auch zur Seite ab-
strahlen. Somit schatten sich die einzelnen LEDs gegenseitig ab und es kommt zu den besagten Verlusten. Die Überwindung dieses Problems war eine Anforderungen an die NX Plattform. Erste Testreihen haben gezeigt, dass bei einem Abstand von 0,2 mm zwischen den LEDs diese Abschattungs-/Crosstalk-Verluste gerade einmal bei ungefähr zwei bis drei Prozent liegen. Das sorgt für eine hohe Systemeffizienz und ermöglicht die erfolgreiche Umsetzung innovativer Ideen.

Optimierter Alltag durch Mini-LEDs

Die neu gewonnenen Freiheitsgrade durch die skalierbaren LED-Anordnungen, können sehr vielseitig in verschiedenen Anwendungsbereichen genutzt werden. Hierbei geht es jedoch nicht nur um besonders leistungsstarke Anwendungen, sondern auch um Multi-Kanal-Anwendungen.
Betrachtet man nur die Beleuchtung in unserem tagtäglichen Umfeld, gibt es bereits vielseitige Möglichkeiten, durch die intelligente Mischung verschiedener Lichtfarben einen hohen Mehrwert zu schaffen. Beispielsweise in einem Konferenzraum eines Hotels, in dem tagsüber Meetings, Konferenzen oder Kongresse abgehalten werden, abends allerdings eher feierliche Banketts oder Festlichkeiten wie Hochzeiten stattfinden. Das Lichtszenario sollte hier am besten anpassbar sein. Durch das kompakte Maß der neuen LED-Generation können verschiedene Lichtfarben so eng miteinander kombiniert werden, dass es ein optisch gut gemischtes Licht ergibt, in dem die einzelnen Segmente nicht erkennbar sind. Somit kann das Licht optimal passend zur Situation eingestellt werden.

Gerade durch das IoT besteht im Bereich des Gebäudemanagements sicherlich noch sehr viel Entwicklungspotenzial. Szenen lassen sich definieren und abspielen, in denen durch die dem Tageslicht nachempfundene Beleuchtung ein sehr dynamisches Licht und ein besonderes Ambiente geschaffen wird. Außerdem lassen sich einfache Optimierungen erreichen, indem beispielsweise das Licht am heimischen Esstisch flexibel für verschiedene Tätigkeiten angepasst werden kann.

Bildergalerie

  • Die NX-Technologie vereinfacht die Farbmischung von LEDs, da ein großer Teil der Grundfläche für eine Lichtemittation verwendet werden kann. Dadurch sind kleinere Gehäuse und somit eine stärkere Vermischung von einzelnen Farb-LEDs möglich.

    Bild: Cree

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