Chip-on-Board LEDs als Lichtquelle

Bild 1: Die Chip-on-Board LEDs von Everlight sind ideale Lichtquellen für 30 W- und 60 W-LED-Austauschbirnen.Everlight

Nie zuvor war das Thema Beleuchtung in Bezug auf ihren Energieverbrauch fesselnder als heute. Der Weltmarkt für Glühlampen wird für 2011 auf mehr als 8 Mrd. Stück beziffert; das aufstrebende Segment der LED-Lampen, mit einer Wachstumsrate von 50 %, 2011 auf etwas über 100 Mio. Einheiten kommen. Von diesen 100 Mio. LED-Lampen sind 44 Mio. für den Ersatz klassischer Glühbirnen bestimmt.

Um die bisherigen 40-W- und 60-W-Birnen ersetzen zu können, benötigen die LED-Leuchtmittel eine gute LED-Quelle mit hohem Wirkungsgrad, genügend Lichtstrom, hohem Farbwiedergabeindex (CRI), Farbkonstanz und einer gleichmäßigen Lichtverteilung – und all das zu einem für den Verbraucher akzeptablen Preis. Den Herstellern stehen dafür unterschiedliche Arten von LED zur Verfügung, und bislang dominierten diskrete Standardbauelemente im niedrigen, mittleren oder hohen Leistungsbereich. Jetzt sind jedoch schnell und durchschlagend Chip-on-Board LED am Markt aufgetaucht, um die Anforderungen speziell dieses Anwendungssegments zu bedienen und dessen Design- und Performance-Probleme gezielt anzugehen (Bild 1). Folglich sollen COB-LEDs bereits dieses Jahr in einem Drittel aller LED-Retrofit-Anwendungen zum Einsatz kommen.

Welche Probleme ergeben sich, wenn ein Glühbirnenersatz auf der Basis einer neuen LED-Technologie entwickelt werden soll? Der angestrebte Preis für eine LED-Birne soll dem einer Glühbirne entsprechen. Die derzeitigen Material-, Entwicklungs- und Herstellungskosten ergeben jedoch LED-Retrofits, die weit vom Schwellenpreis einer traditionellen hochvolumigen Glühbirnenproduktion entfernt sind. Dieses Problem lässt sich nicht einfach durch die Verwendung einer anderen LED-Technologie lösen. Aber die Wahl einer LED-Quelle, die die Komplexität eines Designs und des Fertigungsprozesses verringert, bringt offensichtliche Vorteile. Und jeder gesparte Cent zählt.

Die Wärmeentwicklung stellte für LED schon immer eine besondere Gefahr dar. Um beim Ersatz einer 60-W-Glühbirne einen Lichtstrom von 800 Lumen zu erreichen, bedarf es einer hoch effizienten LED mit ausreichend Kühlkörper, um die Wärme abzuleiten. Selbst mit einer effizienten diskreten Standard-LED-Lösung verfügt der für ein LED-Retrofit-Design typische Kühlkörper kaum über ausreichend Oberfläche, um die entstehende Wärme effektiv abzuleiten. Hier ist eine LED mit niedrigem Wärmewiderstand und hohem Wirkungsgrad vonnöten (Bild 2). Da es sich bei LEDs um gerichtete Lichtquellen handelt, ist eine gleichmäßige Streuung des Lichts notwendig um die Hot Spots zu verringern (oder gar zu vermeiden), die auftauchen, wenn die Lösung aus mehreren punktförmigen Lichtquellen besteht. Mehr Streuung bedeutet jedoch weniger Lichtleistung und, folglich, weniger Effizienz. Also je weniger Streuung für die gleiche homogene Lichtverteilung notwendig ist, desto besser.

Ein wichtiges Kriterium und großes Problem im Markt ist die Farbkonstanz bei unterschiedlichen Temperaturen – der sogenannte Hot/Cold Factor. Die anfängliche korrelierte Farbtemperatur (CCT) einer LED-Birne kann sich zeit- und temperaturabhängig drastisch verschieben. Dies führt zu uneinheitlichen Birnen und einer allgemeinen Veränderung des Ambientes der beleuchteten Fläche. Das unerwünschte Phänomen wird von vielen Herstellern im Markt nicht ausreichend berücksichtigt. Alle LEDs aus ausschließlich blauen Chips mit gelbem Phosphor weisen eine zeit- und temperaturabhängige Farbverschiebung auf. Besteht das Design jedoch aus blauen und roten Chips mit gelbem Phosphor, nimmt die CCT-Verschiebung beträchtlich zu, was an dem unterschiedlichen Abklingverhalten roter AlInGaP-Chips und blauer InGaN-Chips liegt (Bild 3). Ein gutes Beleuchtungskonzept hat für die Lichtquelle nicht nur einen überzeugenden Preis, hohen Wirkungsgrad und Farbwiedergabeindex, es muss auch die Veränderung der Farbtemperatur eingrenzen können, um eine gleichmäßige Lichtumgebung aufrechtzuerhalten.

Die Lösung COB-LEDs

Everlight hat LEDs geschaffen, die alle zentralen Probleme bedient, die bei der Entwicklung von LED-Retrofits auftreten. Die neue COB- LED-Serie, eine kompakte Multichip-Lösung auf einer Aluminiumleiterplatte (MCPCB), erzielt bei einem 6,4-W-Design eine Lichtausbeute von mehr als 95 lm/W bei warmweißen Farbtemperaturen und einen CRI über 80. Doch die COB-LED erreicht nicht nur diesen CRI-Wert und behält den hohen Wirkungsgrad bei – 80 ist der typische Farbwiedergabeindexwert dieser R9-Komponente. Zwischen 25 und 85 °C kann diese COB-LED bei allen Leistungen die Veränderung der Farbtemperatur innerhalb 200K halten – und ist somit die erste ihrer Art, die in der Lage ist, die Farbverschiebung auf einen so engen Bereich einzugrenzen. Dies ist unabhängig von der Chip-Konfiguration und auch möglich, wenn rote Chips enthalten sind. 

(jj)