Innovative Beleuchtungssysteme umsetzen

Bild 1: Mit einer Fläche von 1,075 x 0,825 mm² liefert die Flip-Chip-Hi-Power-LED eine Leuchtdichte von über 16.000 lm/cm².Contoc

Mit einer Grundfläche von 1,075 x 0,825 mm² hat die Flip-Chip-Hi-Power-LED der Serie Micro-08 eine Leuchtdichte von über 16.000 lm/cm² (Bild 1). Die auf fünf Seiten abstrahlende Micro-LED ist 0,75 mm hoch und liefert eine Lichtleistung über 95 lm pro Watt (bei 350 mA) beziehungsweise bis zu 132 lm bei maximal 1,5 W.

Bedingt durch den geringen thermischen Widerstand von weniger als 4 °C/W können Kühlkörper deutlich kleiner ausfallen. Der Arbeitstemperaturbereich reicht von -40 bis +85 °C. Die Hi-Power-LEDs sind in Farbtemperaturen von 2700 bis 6500 K erhältlich (Bild 2). Neben der Standardselektion sind auch kundenspezifische Selektionen in bis zu 2-Step-McAdam möglich.

Micro-21- und Micro-15-LED-Bausteine ergänzen die Produktfamilie: Micro-21 hat Abmessungen 2,0 x 1,6 mm² und eignet sich für den Einsatz als Blitzlicht, beispielsweise in Smartphones. Dagegen misst Micro-15 1,5 x 1,5 mm² und ist neben dem weißen Farbspektrum auch in den Farben Rot, Grün, Gelb, Amber und PC-Amber erhältlich.

Bild 2: Der Standard-CCT liegt im Bereich von zirka 2700 bis 6500 K.Contoc

Das Sortiment von Contoc umfasst LEDs für Beleuchtungszwecke, IR- und UV-Anwendungen in der Standardgehäusegröße 3,5 x 3,5 mm².

Geschicktes Wärmemanagement

Leuchten-Designer wissen, dass sie LEDs mit speziellen PCBs und Kühlkörper ausrüsten müssen. Das ist mit hohem materiellen und finanziellen Aufwand verbunden. Bekannt ist auch, wie schnell durch eine fehlerhafte Auslegung des thermischen Designs die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von LED-Leuchten sinken kann.

Bei Power-LEDs erhöht sich der Kühlungsaufwand zusätzlich aufgrund des hohen Stromes. Dieser erzeugt in der Sperrschicht des Halbleiters ein hohes Wärmevolumen, das zuverlässig abzuführen ist. Auf keinen Fall dürfen die LEDs die maximal zulässige Sperrschichttemperatur auf Dauer überschreiten. Dafür muss der ausreichende Wärmetransport über Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion sorgen.

Die Auswahl der LEDs nach einem möglichst geringen Wärmewiderstand bringt einige Vorteile. Im Vergleich zu Mid-Power- und Low-Power-LEDs lassen sich mit der Syxem-Micro-Serie durch den geringeren Materialaufwand für Kühlkörper, PCB-Design und Bestückung nicht nur Systemkosten senken, sondern auch äußerst kompakte Leuchten entwerfen.

Viele marktübliche Mid-Power- und Low-Power-LEDs können wegen des hohen thermischen Widerstands von oft über 15 °C/W die entstehende Wärme nicht effizient an den Kühlkörper abgeben. Sie benötigen bei vergleichbaren Lichtströmen neben der höheren LED-Anzahl deutlich größere PCBs und verursachen immensen Kühlaufwand.

Flip-Chip-Technologie für kompakte LEDs

Die Flip-Chip-Technologie ermöglicht Gehäuse, die kaum größer sind als der Chip selbst. Damit erreichen LEDs der Syxem-Micro-Serie Leuchtdichten von bis zu 16.000 lm/cm².

Bei der Flip-Chip-Technologie bringt man den LED-Chip direkt auf einen mit Elektroden versehenen Submount auf, trägt darüber die Phosphorschicht auf und befestigt die Linse. So verringern keine Bondingdrähte mehr die Leistungsfähigkeit der LED und die entstehende Wärme lässt sich direkt über die Kontakte – ohne zusätzlichen internen Wärmeleiter – abführen. Dies führt nicht nur zu extrem geringen Applikationsgrößen, sondern spart auch Material in der Produktion und bei der Kühlung.

Das Maß für die Farbwiedergabequalität

Der Farbwiedergabeindex (Color Rendering Index, CRI) steht für eine photometrische Größe, mit der sich die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen beschreiben lässt. Die abgekürzte Schreibweise für den Farbwiedergabeindex ist Ra, hierbei steht das Index-a für den allgemeinen Farbwiedergabeindex, der nur die Werte der ersten acht Testfarben nach DIN einbezieht (Bild 3).

Bild 3: Die vierzehn CRI-Testfarben definiert nach DIN 6169.Contoc

Mit einem allgemeinen Farbwiedergabeindex unter 80 wirken die Farben unnatürlich und matt. Bei vielen LEDs liegt der R9-Wert unabhängig vom Ra-Wert unter 10. Dadurch wirken Rottöne selbst bei hohem Farbwiedergabeindex glanzlos und kontrastarm.

LEDs mit einem hohen CRI-Wert haben oft weniger Lumen pro Watt. Man muss deshalb von Anwendung zu Anwendung immer wieder entscheiden, ob die Helligkeit das Hauptkriterium und somit eine eventuelle Farbverfälschung der zu beleuchtenden Umgebung durch niedrige CRI-Werte (Ra) in Kauf zu nehmen ist.

Wenn sich weder auf hohen Lichtstrom noch auf unverfälschte Farbwiedergabe verzichten lässt, bietet sich der Einsatz von Contocs Hi-CRI-Produkten der Micro-Serie an. Sie eignen sich mit einem CRI (Ra) von über 95 (R9: 80 bzw. 90) und bis 100 lm/W (je nach Farbtemperatur) für Anwendungen, die hohe Ansprüche an sowohl Lichtqualität als auch Farbtreue stellen.

Genaues Binning für gleichmäßiges Licht

Immer wieder fällt auf, dass in vielen Lichtinstallationen die einzelnen LED-Lampen unterschiedlich leuchten. Besonders wenn diese direkt nebeneinander installiert sind oder mehrere LED-Leuchtmittel im selben Raum im Einsatz sind, kann dies störend wirken. Sogar LED-Leuchtmittel einer Marke oder einer Modellreihe leuchten mitunter in unterschiedlichen Farbtemperaturen.

Bei herkömmlichen Glüh- und Halogenlampen war das Phänomen dieser Farbunterschiede weitgehend unbekannt. Die in LED‑Lampen verbauten LED-Chips dagegen können schon aufgrund minimaler Produktionsschwankungen Differenzen in der Farbe aufweisen.

Für hochwertige Lampen mit kaum wahrnehmbaren Farbunterschieden kann man beim Bestücken mit mehreren LEDs eine Auswahl treffen, um vorhandene Abweichungen auszugleichen. Bei der oft verwendeten Selektion von rund 6 sdcm (6-Step-McAdam) kann dieser Auswahlprozess in der Produktion aufwendig sein.

Achtet man bei der Beschaffung der einzelnen LEDs auf eine möglichst geringe Farbabweichung, fällt der Auswahlprozess deutlich einfacher aus. Aufgrund der hohen Qualitätsstandards in der Fertigung kann Contoc neben der Standard-Selektion auf ≤ 5 sdcm auch eine Premium-Selektion auf bis zu ≤ 2 sdcm für die Micro-Serie anbieten.

EoBs als Alternative

Mittlerweile erfreuen sich CoB‑Module (Chip on Board) wegen der vielen Einsatzmöglichkeiten und der einfachen Montage großer Beliebtheit. Die Leuchtflächen der CoB-Module sind jedoch äußerst empfindlich gegenüber mechanischen Einflüssen und Berührungen, was zu Ausfällen in der Produktion und im Feld führen kann. Der Einsatz von Contocs EoB-Modulen (Emitter on Board) beugt diesen Verlusten vor.

Bild 4: Hohe Lumenwerte auf geringem Raum: Die EoB-Module sind in vielen Formen erhältlich. Contoc

Wie CoB-Module lassen sich auch EoBs einfach direkt auf einen Träger kleben, schrauben oder mit einem Halter fixieren. Je nach Art der Befestigung lötet man anschließend die elektrischen Anschlüsse. Ist die Verbindung bereits Teil des Halters, können Entwickler auf das Löten verzichten.

Basierend auf der Micro-Serie ergänzen Array-Module in EoB-Technik das Produktspektrum. Durch die einfache Skalierbarkeit ist diese Leading-Edge-Lichteinheit mit hohen Lumenwerten auf geringem Raum in den zu marktüblichem CoB-Zubehör kompatiblen Größen erhältlich. Darüber hinaus kann Contoc auch runde, rechteckige, sternförmige, dreidimensionale und andere individuell angepasste EoB-PCBs liefern (Bild 4).

Für gute Ausleuchtung

Durch den 150-Grad-Abstrahlwinkel (Bild 5) der Micro-LEDs liefern die Array-Module ein homogenes Licht ohne Multischatteneffekte.

Bild 5: Hi-Power-LEDs bieten einen hohen Abstrahlwinkel. Contoc

Die kleinen Module lassen sich passgenau in Beleuchtungsapplikationen integrieren und auf die jeweilige Anwendung abstimmen. Je nach Kundenanforderungen sind Ausführungen bis zu 170 W bei 1000 mA mit 12.500 lm realisierbar. Die mit Farbtemperaturen von 3000 bis 5700 K lieferbaren Array-Module positionieren sich außerdem durch einen niedrigen thermischen Widerstand und wahlweise Selektionen von bis zu 2 sdcm.

Im Vergleich zu CoB-Modulen sind EoB-Module deutlich widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Einflüssen und Berührungen auf den Leuchtflächen. Die Array-Module sind auch in voneinander unabhängigen Kanälen von 40 W in verschiedenen CCT-Kombinationen oder als W, G, B, A oder  R, G, B, W erhältlich.

Contoc unterstützt Leuchten-Designer bei der Auswahl von LEDs, PCBs, Reflektoren, optischen Linsen sowie Kühlkörpern, übernimmt auf Wunsch die Entwicklung und Fertigung von kompletten Lampen aus einer Hand und kombiniert so Design-in, Entwicklung und Fertigung.

(rao)