Parameter für LEDs Kleinere LED-Leuchten mit höherer Leuchtdichte

Mit dem Optical Control Factor OCF bietet Cree eine Möglichkeit, kompaktere LED-Leuchten zu designen. Der Leuchtdichtevorteil rührt von einer verbesserten Optik her.

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Mit dem Optical Control Factor (OCF) steht eine Messgröße zur Verfügung, mit der sich die Effizienz von LEDs in Beleuchtungssystemen mit einer Richtstrahl-Charakteristik präziser als bislang erfassen lässt. Dadurch haben Entwickler einen erheblich größeren Spielraum, um individuelle LED-Beleuchtungssysteme mit hoher Leuchtdichte und Effizienz zu designen.

Die LED-Beleuchtungssysteme haben sich in mehrere Phasen entwickelt. Anfangs wurden Leuchtdioden in Retrofit-Designs als Ersatz für die konventionellen Glühlampen oder Halogen-Leuchtmittel verwendet. Anschließend begannen die Hersteller, LED-spezifische Leuchten zu entwickeln. Das führte früh zu einheitlichen Formfaktoren und Leuchten-Geometrien.

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Der Grund war, dass die Entwickler auf etablierte LED-Typen zurückgriffen, beispielsweise hat der amerikanische Hersteller Cree sein XP-Gehäuse bei den SMD-LEDs oder Chip-On-Board-LEDs verwendet, die vergleichbare LES-Werte (Light Emitting Surface / Durchmesser der lichtemittierenden Fläche) bieten. Auch die Lichtstrombereiche wiesen vergleichbare Parameter auf. Zentrale Parameter solcher LED-Leuchten sind die lichtemittierende Fläche sowie der potenziell verfügbare Lichtstrom.

Der Wunsch nach Differenzierung bei der LED

Doch die Entwicklung hat sich fortgesetzt. Heute möchten die Hersteller LED-Beleuchtungssysteme nicht nur über den Preis, sondern speziell über Design, Performance und Funktionalität verkaufen. Denn nur ein austauschbares Leuchtmittel genügt dem Markt nicht mehr. Das gilt auch für Produkte, die in großen Stückzahlen hergestellt werden und eine breite Zielgruppe ansprechen. Dadurch ergibt sich zwangsläufig der Wunsch, beim Design von LED-Leuchten neue Wege zu gehen. Dieser Anspruch hat dazu geführt, dass eine umfangreiche Palette unterschiedlicher LED-Typen entwickelt wurde.

Bestrebungen aus der Anfangszeit zwischen 1991 und 2001, Hochleistungs-LEDs gewissermaßen als Universal-Leuchtdioden zu verwenden, hatten nicht lange Bestand. Heute können Entwickler von Beleuchtungssystemen auf eine breite Palette von Leuchtdioden zurückgreifen (Bild 1). Jeder LED-Typ hat seine Daseinsberechtigung und ist für spezielle Anwendungen ausgelegt. Das heißt aber nicht, dass Entwickler sich sklavisch an die Vorgaben der LED-Hersteller halten. Teilweise setzen sie Leuchtdioden in ganz anderen Konfigurationen ein, als dies Hersteller vorgesehen haben.

Neuer Bewertungsparameter: Der Optical Control Factor

Um diese Differenzierung voranzutreiben und technisch bewerten zu können, hat Cree den Optical Control Factor (OCF) definiert. Er beschreibt den nutzbaren Lichtstrom im Verhältnis zur Lichtaustrittsfläche. Damit orientiert sich der OCF-Faktor stark an der photometrischen Maßeinheit der Leuchtdichte, die mit cd/m² angegeben wird. Mit dem OCF lassen sich auf einfache Weise unterschiedliche LED-Konfigurationen miteinander vergleichen, auch solche mit unterschiedlichen LED-Varianten (Bild 2). Wichtig ist bei der Flächenbewertung bei LED-Clustern beziehungsweise Arrays, dass auch die bestücktechnisch bedingten Abstände zwischen den LEDs mit einbezogen werden, auch wenn es sich um keine Licht emittierenden Flächen handelt.

Diskrete SMD-Hochleistungs-LEDs wie die Modelle der Reihe Cree XQ-E, XB-H und XP-L erlauben es, dieselben Leistungswerte mit einer nur halb so großen Gehäusefläche zu erzielen. Das heißt, der OCF-Wert hat sich verdoppelt. Für Entwickler ergeben sich deutlich mehr Optionen beim Design von Leuchten. Sie können beispielsweise die LED-Fläche halbieren oder umgekehrt mit der gleichen Fläche eine um 50% höhere Lichtleistung erzielen. Denn in letzterem Fall lassen sich auf derselben Fläche mehr Leuchtdioden unterbringen.

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XLamp XB-H mit hohem OCF-Faktor

Der Optical Control Factor (OCF) ist eine Maßeinheit, die das Verhältnis von Lichtstärke geteilt durch Lichtemissionsbereich angibt. Damit lässt sich feststellen, wie die Größe und Leistung von LEDs direktionale Beleuchtungsanwendungen beeinflussen. Mit LEDs, die einen hohen OCF aufweisen, können Leuchtenhersteller die Performance von jedem beliebigen Leuchtendesign verbessen, kleinere und günstigere Beleuchtungssysteme entwickeln und neue Beleuchtungslösungen kreieren, die vorher nicht möglich gewesen wären.

Einen hohen OCF-Wert bietet die XLamp XB-H LED von Cree. Dabei handelt es sich um eine High-Density-(HD-)LED, die eine Grundfläche von 2,45 mm x 2,45 mm hat und bei einem Strom von 1,5 A und einer Temperatur von 25 °C einen Lichtstrom von besser als 500 Lumen und eine Lichtleistung von 175 Lumen je Watt bietet.

Auch Anwendungen, bei denen es in erster Linie auf eine möglichst hohe Effizienz ankommt, profitieren von LEDs mit hohem OCF-Wert. In diesem Fall lassen sich bessere Effizienzwerte erzielen, wenn mehr LEDs bei geringerem Strom verwendet werden. Eines der wichtigsten Einsatzgebiete von Lampen und Leuchten sind Beleuchtungssysteme mit gerichteter Abstrahlung. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass die Energieeffizienz beziehungsweise die Energiekosten eine immer wichtigere Rolle spielen. Streulicht reduziert die Effizienz und ist daher in vielen Anwendungsbereichen nicht erwünscht.

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