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LEDs in der Beleuchtungstechnik Der Weg von der einzelnen LED-Komponente zur optimierten Gesamtlösung

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Lichtintensität, Farbtemperatur und Kühlung: Das sind nur drei Kriterien, die eine LED in der Beleuchtungstechnik ausmachen. Speziell die Abwärme für die LED ist eine besondere Aufgabe.

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ROHM Semiconductor GmbH
CTX Thermal Solutions GmbH
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.
Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH
Das Produktangebot von Citizen Electronics: LED mit maximalem Lichtstrom von 4390 lm bei 105 lm/W
Das Produktangebot von Citizen Electronics: LED mit maximalem Lichtstrom von 4390 lm bei 105 lm/W

Der LED-Technologie gehört die Zukunft in der Beleuchtungstechnik, vorneweg den High-Power-LEDs, die mit immer höheren Leistungen aufwarten. Waren bisher Eigenschaften, wie Lebensdauer, Lichtqualität und somit Binning und CRI wichtig, so rückt bei höheren LED-Leistungen nun die Kühlung als wesentlicher Parameter für lange Lebensdauer in den Vordergrund.

Der japanische Hersteller Citizen Electronics, in Deutschland, Österreich und der Schweiz durch den Spezialdistributor Endrich vertreten, gilt als weltweiter Technologieführer für „High-Power“- und „Super-High-Power“-LEDs.

Von ihm sind heute bereits LEDs mit einem maximalen Lichtstrom von 4390 lm bei einer Lichtausbeute von 105 lm/W erhältlich.

Das Produktangebot von Citizen Electronics: LED mit maximalem Lichtstrom von 4390 lm bei 105 lm/W
Das Produktangebot von Citizen Electronics: LED mit maximalem Lichtstrom von 4390 lm bei 105 lm/W
Nun sind LEDs als Leuchtmittel nicht so einfach auszutauschen wie Glühlampen. Deshalb spielt die Lebensdauer bei der Auswahl eine wichtige Rolle. Das Bild 2 zeigt die gemessene Lichtintensität nach mehr als 34.000 h Dauerbetrieb bei einer maximal zugelassenen Chiptemperatur Tj von 120 °C. Die Lichtintensität hat lediglich um 10% abgenommen. Das ist nur durch sehr gute Materialeigenschaften der LED-Dies und eine hohe Verarbeitungsqualität erreichbar.

Der Farbwiedergabeindex nach DIN 6169

Gemessene Lichtintensität: Nach 34.000 h Dauerbetriebund einer maximal zugelassenen Chiptemperatur von 120 °C
Gemessene Lichtintensität: Nach 34.000 h Dauerbetriebund einer maximal zugelassenen Chiptemperatur von 120 °C
Citizen gehört zu den wenigen LED-Herstellern weltweit, die für fast alle LEDs durchgängig die Farbortselektion gemäß der engen „MacAdam Step3“-Selektionsmethode anbieten können. Hierbei werden sehr eng beieinander liegende Farborte ausgeliefert, die das menschliche Auge fast nicht mehr wahrnehmen kann.

Neben einer exakten Lichtfarbe ist der Farbwiedergabeindex CRI oder auch Color Rendering Index (Ra), entscheidend für eine gute Lichtqualität. Der CRI ist ein Maß dafür, wie natürlich die Farben eines angestrahlten Objektes wiedergegeben werden. Den maximalen Wert hat dabei das Tageslicht mit einem Ra-Wert von 100 als Referenzquelle. Für eine standardisierte Untersuchung wurden 15 Referenzfarben ausgewählt und nach DIN 6169 festgelegt. Bei jeder dieser Farben wird der Remissionsverlauf gemessen und mit einem Referenzspektrum verglichen. Dabei bedeutet ein Ergebnis von Rx = 100, dass die Remission der Lichtquelle bei der jeweils ausgewählten Farbe zu 100% mit dem Referenzspektrum übereinstimmt.

LEDs und ein Farbwiedergabeindex <90

Gemessenes Spektrum: Zwei Citizen-LEDs und zwei typische Konkurrenzprodukte
Gemessenes Spektrum: Zwei Citizen-LEDs und zwei typische Konkurrenzprodukte
Je kleiner der Wert ist, umso geringer ist die Übereinstimmung mit dem Referenzspektrum und umso schlechter wird diese Farbe wiedergegeben. Der Ra–Wert wird daher als Mittelwert aus den 15 gemessenen Einzelwerten berechnet. Das Bild 3 zeigt ein auf diese Weise gemessenes Spektrum für zwei Citizen-LEDs und zwei typische Konkurrenzprodukte. Dabei ist deutlich zu sehen, dass es besonders im Bereich von R9 Einbrüche gibt, sobald der Ra-Wert <90 ist. Verwendet man LEDs mit einem solchen Einbruch bei R9 als Beleuchtungsquelle, erscheinen alle roten Farben grau und fahl. Da Rot in der menschlichen Wahrnehmung jedoch eine sehr wichtige Rolle spielt, werden LEDs mit einem Ra <90 meist als unangenehm empfunden.

Während die Lichtqualität und die Effizienz von LEDs immer weiter entwickelt werden, ergeben sich für den Kunden nun zusätzliche Kriterien für den lang währenden Einsatz als Leuchtmittel. Ein Beleuchtungssystem ist nur dann effizient, wenn zusätzlich zur LED auch alle anderen Komponenten - wie Vorschaltgerät und verwendete Optiken – aufeinander abgestimmt sind. In der Vergangenheit wurde vor allem im Außenbereich, wie der Straßenbeleuchtung, auf eine möglichst hohe Effizienz geachtet. Mittlerweile gelten auch höhere Anforderungen für den Innenbereich, etwa für größere Gebäude.

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