 Funktionsweise |
 LED Farbschatten |
 Farbe |
 Strahler |
 Ansteuerung |
+
/ - Pro und Kontra |
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LED-Typen, Begriffe, Aufbau |
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Binning
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| Die Strukturen moderner Hochleistungs-LEDs sind komplex und Fertigungstoleranzen werden bei kleinsten Parameter-schwankungen unvermeidlich. Um nicht nur Ausschuss zu produzieren, werden die Halbleiter sortiert und entsprechend ihren Farbwerten und Wirkungsgraden sortiert. Dementsprechend fallen alle in den gleichen Behälter (Bin), die ähnliche Werte aufweisen. Je enger die Toleranzen gesetzt werden, um so höher ist die Qualität von Systemen, die mehr als aus einer LED bestehen. |
 Weißlicht LEDs mit unterschiedlicher Lichtfarbe als Folge durchschnittlicher Sortierung  Gruppierung nach Selektion in Binnings 5) |
| Schlussfolgerung: - Homogene Lichtfarbe erfordert enge Toleranzen. - Kleine Toleranzen sind zurzeit nur mit Selektion zu erreichen. - Eine enge Selektion erhöht den Produktpreis/ spiegelt Qualität wider. |
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| LED-Typen | |
| Beim T-Type handelt es sich um bedrahtete Dioden, die mit ihrem meist durchsichtigen Kunststoffgehäuse und dem linsenfömigen Lichtaustritt einen definierten engen Austrittwinkel leisten. Dieser Typ ist der älteste und meist verbreitetste. Aufgrund seines geschlossenen Gehäuses kann er nicht gut Wärme ableiten und deshalb nicht in Leistungsregionen wie ein COB-Typ vorstoßen. Zum Zwecke der Kühlung werden oftmals die Leiterplatten zwangsbelüftet und die LEDs mit einem gewissen Abstand zur Leiterplatte aufgebracht, damit die Wärme über die Anschluss-beinchen abgegeben werden kann. |
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Die SMD (Surface Mount Device) entspricht weitgehend dem Aufbau diskreter Bauelemente. Aber damit Leiterplatten nicht durchbohrt werden müssen, was ein erheblicher Aufwand ist, hat man eine Technik entwickelt, die eine Verlötung und Anbringung der Bauteile direkt auf der Leiterplattenoberfläche erlaubt. Nebenstehendes Bild zeigt ein RGB SMD Leuchtdiode |
3) |
| Mit dem COB (Chip on Board) ist es möglich, die Temperatur optimal aus dem Halbleiterkristall nach außen zu leiten, da hier der Chip auf einen Leiterplatteträger direkt aufgebracht wird. Deshalb können mit diesem LED-Typ größt mögliche Leistungsklassen erreicht werden. Dieser LED-Typ (COB) wird in der Veranstaltungsbranche die stärkste Verbreitung finden. |
  5) |
| LED und Temperatur |
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1. Die Lichtstärke
hängt ungefähr proportional vom Strom ab. |
5) |
| Da ein Halbleiter bei ca. 120 °C zerstört wird, sind bei einem LED-Strahler auch keine höheren Temperaturen zu erwarten. Da dieser Festkörper sein Licht nicht über Temperatur erzeugt, sondern durch Rekombination der Ladungsträger Photonen freigesetzt, kann man durchaus auch von kaltem Licht sprechen. So erlauben LEDs auch dort einen Einsatz, wo bisherige Leuchtmittel aufgrund ihrer Wärmeabgabe nicht zur Diskussion standen. Dennoch ist die LED mit einem Temperaturproblem behaftet. Sind bei einem konventionellen Scheinwerfer Temperaturdifferenzen der Umgebungstemperatur unerheblich im Vergleich beim Temperaturgefälle von ca. 3000 °C, an der Wedel bis zu 400 °C, am Sockel zu 25 °C bzw. 35 °C der umströmenden "Frischluft", so sind diese 10 °C Differenz bei einem Halbleiter mit 90 °C Betriebstemperatur doch erheblich. Der Kühlungsaufwand des LED-Chips ist von größter Bedeutung und die Umgebungstemperatur hat erheblichen Einfluss auf eine evtl. Überhitzung oder die Verringerung des Lichtstroms. |
| Schlussfolgerung: - LEDs sind erheblich mehr von der Umgebungstemperatur abhängig als konventionelle Scheinwerfer. - Schlechtes Kühldesign verringert die Lebensdauer und die Lichtleistung beträchtlich. |
| LED und Optik | |
| Der Wirkungsgrad einer LED wird einmal durch den Übergang des Lichtes vom Chip mit dem Brechungsindex von n = 3,5 zum Medium Luft n = 1,5 bestimmt. Hier spielt die Art der Ankopplung eine wichtige Rolle, wobei ein Einsatz von Kunststoffen wie Epoxydhartz mit dem Brechungsindex von n=1,5 helfen, den Grenzwinkel der Totalreflexion an der Chipoberfläche herabzusetzen. Der Kunststoffkörper einer Hochleistungs-COB-LED wird z. B. auch für einen Abstrahlwinkel von etwa 110 Grad geformt. Um einen engen Abstrahlwinkel zu erreichen, werden optische Lichtführungsplastiken aus Acryl dem Leuchtkörper vorgesetzt. Dabei werden wie bei einem Spiegel schräg auftreffende Lichtstrahlen mit einer Totalreflektion an der Grenzfläche des Acrylkörpers, in die gewünschte Lichtaustrittsrichtung geführt. So werden Austrittswinkel von bis zu ca. 10 Grad erreicht. | |
| Batwing Abstrahlcharakteristik | |
5) |
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| Lambertain Abstrahlcharakteristik | |
 5) |
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| Side Emitter Abstrahlcharakteristik | |
 5) |
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| Kollimatoren | |
| Um einen engen Abstrahlwinkel zu erreichen, werden optische Lichtführungsplastiken aus Acryl dem Leuchtkörper vorgesetzt. Dabei werden wie bei einem Spiegel schräg auftreffende Lichtstrahlen mit einer Totalreflektion an der Grenzfläche des Acrylkörpers, in die gewünschte Lichtaustrittsrichtung geführt. So werden Austrittswinkel von bis zu ca. 10 Grad erreicht. | |
| Kollimator für engen Abstrahlwinkel | |
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5) |
| Strahlengang zur Bündelung | gerichteter Diffusor |
5) |
5) |
| Quellennachweis: 1) Hauke Haller / www.led-info.de 2) Physik für Ingenieure / Springer Verlag 3) Osram 4) Minolta 5) Luxeon, Trademark von Lumileds Lighting LLC. 6) Richard Schahl / www.schahl.de 7) Physik für Inenieure Auflage 2002 |
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