Eckdaten

Die Forderung nach einheitlicher Lichtemission von nebeneinander angeordneten LEDs ließ sich bisher nur durch aufwendige Sortier- und nachträgliche Anpassungsmaßnahmen erfüllen. In einem optimierten Fertigungsverfahren erreicht Rohm mit Single-Rank-Chip-LEDs eine sehr hohe Genauigkeit der Lichtintensität und eine Reduzierung der Abweichungen um 75 %.

Bei der industriellen Fertigung von LED-Chips kommt es innerhalb der verschiedenen Produktionschargen immer wieder zu Abweichungen, indem die Licht emittierenden Eigenschaften zum Beispiel in Leuchtkraft und Farbe variieren. Bisher war es schwierig, solche Helligkeitsunterschiede zu eliminieren, die meist in natürlichen Materialunterschieden – etwa auf der Wafer-Oberfläche – und im Herstellungsprozess begründet liegen. Eine Anpassung der Helligkeitsstufen erforderte beispielsweise die Verwendung verschiedener Widerstände und demzufolge eine vorhergehende Sortierung, was sowohl design-technisch als auch logistisch aufwendig war.

Single-Rank-Chip-LEDs von Rohm gewährleisten eine hohe Helligkeitskonsistenz in anspruchsvollen Anwendungen.

Single-Rank-Chip-LEDs von Rohm gewährleisten eine hohe Helligkeitskonsistenz in anspruchsvollen Anwendungen. Rohm

Damit eine konstante Lichtqualität mit einer homogenen Farbe und einem gleichbleibenden Helligkeitsniveau erreicht wird, müssen die LEDs einer Charge in sogenannten Bins sortiert werden. Der davon abgeleitete Binning-Prozess von LEDs war für den weiteren Einsatz der Leuchtmittel bislang extrem bedeutend, insbesondere bei nebeneinander angeordneten LEDs mit hohen Präzisionsanforderungen. Wichtige Auswahlkriterien für die Sortierung sind Farbtemperatur (K), Lichtstrom (Lumen), Helligkeit (mcd), Farbort und Vorwärtsspannung (VF). Die festgestellten Farb-Abweichungen werden mittels Mac-Adams-Ellipsen in einem XY-Koordinatensystem wiedergegeben. Das American National Standards Institute (ANSI) hat hierfür die sogenannte ANSI-Norm implementiert, die empfiehlt, dass der Farbwert innerhalb einer Ellipse mit vier Schwelleneinheiten liegen sollte. Dieser Vorgang ist mit einem deutschen DIN-Standard vergleichbar, was möglichst akkurate Bins ergeben soll, um die angestrebte Einheitlichkeit zu gewährleisten.

Komplizierte Helligkeits- und Farbanpassung

Je exakter das geforderte Ergebnis zu sein hat, desto aufwendiger ist die Bereitstellung und umso höher sind die Kosten. Größere Abweichungen bei den verschiedenen Helligkeitsgruppen führen zu Ausschuss.Großer Aufwand bedeutet auch: Die Widerstände, die jeder LED vorgeschaltet werden müssen, sind jedes Mal an die unterschiedlichen Spannungs- und Stromwerte der abweichenden LEDs anzupassen, um die Helligkeit der einzelnen LEDs aufeinander abzustimmen. Außerdem haben Kunden nicht immer die Möglichkeit, die erforderlichen Werte der einzusetzenden LEDs genau zu spezifizieren, was zu Unsicherheiten führt und unzureichende, zu helle, zu dunkle und vor allem zu heterogene Leuchtergebnisse hervorrufen kann. Das bisherige Handling birgt jedenfalls viele Fehlerquellen und bedeutet sehr hohen technischen und logistischen Aufwand.

Single-Rank-Chip reduziert Abweichungen

Rohm hat aus diesem Grund seine Erfahrung aus der Halbleiterentwicklung und der Gehäuseminiaturisierung mit seinen Erkenntnissen aus der Optoelektronik gebündelt, um diesen Anforderungen besser zu entsprechen und mithilfe seines hochintegrierten Fertigungssystems inklusive Wafer-Fabrikation die bisherigen Einschränkungen der konventionellen LED-Produktion zu überwinden. Als Ergebnis erreicht Rohm eine sehr hohe Genauigkeit der Intensität und konnte die Abweichungen um 75 % reduzieren. Daher ist es nun möglich, einen einzelnen Helligkeits-Bin für die verschieden Standardfarben anzubieten. Dies führte zu der Single-Rank-Chip-LED-Serie SML-D15 für Oberflächenmontage, die eine in Form, Funktion und Qualität einzigartige Lösung darstellt.

Die Notwendigkeit, mehrere LED-Bins und Reihen zu bewerten, entfällt.

Die Notwendigkeit, mehrere LED-Bins und Reihen zu bewerten, entfällt. Rohm

Keine Anpassung durch Widerstände

Es gibt einige wesentliche Vorteile für Schaltungen mit den neuen LEDs. Der erste Vorteil ist die Beseitigung der Variation der LED-Helligkeit zwischen den Bausteinen. Der zweite Vorteil ist die reduzierte Arbeitsbelastung, sowohl im Design wie in der Handhabung. Es gibt damit keine Notwendigkeit mehr, mehrere LED-Bins und Reihen zu bewerten. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Single-Ranks im Vergleich zu Multi-Ranks ist, dass die Notwendigkeit entfällt, verschiedene Widerstandswerte für die entsprechende Strombegrenzung einsetzen zu müssen. Und schlussendlich wird die aufwendige Inventar-Verwaltung überflüssig, die ansonsten notwendig wäre.

Erweiterte Anwendungsbereiche

Die Helligkeit der Serie SML-D15 lässt sich nun mit großer Genauigkeit vorgeben, sodass die Helligkeitsstreuung gegenüber der konventionellen LED-Produktion wie bereits erwähnt um 75 % reduziert ist und LEDs in einer einzigen Helligkeitsstufe angeboten werden können. Das verringert den Designaufwand für Module mit mehreren LEDs, die einheitliches Licht emittieren sollen. Durch Optimierung des LED-Elements ließ sich die Helligkeit bis um das Dreifache gegenüber konventionellen Produkten steigern, sodass hier ein Spitzenwert für die Helligkeit im 1608-Format (1,6 × 0,8 mm) erreicht wird. Die Wärmeentwicklung bleibt berechenbar und die neuen Bausteine bieten einen breiten Betriebstemperaturbereich von -40 bis +100 °C, während herkömmliche Chip-LEDs nur bis zu +85 °C zuverlässig funktionieren. Mit diesen Eigenschaften erschließen sich auch Applikationsbereiche im rauen Umfeld. Die möglichen emittierten Farben reichen von grün über gelb, orange bis rot. Ein Vergleich: Während die neuen LEDs der Serie SML-D15 in Gelb-Grün-Tönen eine enge Helligkeitsspanne von 56 bis 90 mcd aufweisen, können die konventionellen Variationen von LEDs mit vier Abstufungen zwischen 10 und 63 mcd liegen.

Die neuen LEDs der Serie SML-D15 weisen eine wesentlich engere Helligkeitsspanne auf.

Die neuen LEDs der Serie SML-D15 weisen eine wesentlich engere Helligkeitsspanne auf. Rohm

Die LED-Serie SML-D15 deckt daher eine große Bandbreite von anspruchsvollen Anwendungen ab, von Punktmatrixanzeigen über Anzeigenleuchten, Automotive-Hintergrundbeleuchtung, LED-Leuchtstreifen bis hin zu Industrieelektronik. Der Einsatz der neuen Single-Rank-Chip-LEDs gibt Designern der Endanwendung mehr Sicherheit, da diese die Performance und Stabilität der Applikationen deutlich verbessern können und eine größere Helligkeitskonsistenz auch bei den Endprodukten gewährleistet ist. Dank ihrer AEC-Q101-Qualifikationen eignen sich die LEDs außerdem für vielfältige Anwendungen, beispielsweise im Automotive-Bereich, die nach erhöhter Zuverlässigkeit verlangen.