LED-Arrays setzen sich durch

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Die Lichtqualität als Entscheidungskriterium für Lichtdesigner und Anwender

Maßgeblich für die Akzeptanz von LEDs als Leuchtmittel ist die Lichtqualität. Die Messlatte setzt dabei immer noch die Edison Glühbirne mit einem CRI Wert von 100 bei einem warmen Weißton aufgrund des hohen Anteils im roten Wellenspektrum.

Weißlicht-LEDs kommen hingegen von der anderen Seite des sichtbaren Spektrums, da sie auf einer blauen Leuchtdiode basieren was zu einem kühlen, bläulichen Farbtönen führt. Über eigene Mischungen aus rotem und grünem Phosphor kann Sharp LEDs in einer großen Bandbreite verschiedener Farbtemperaturen herstellen, wobei spezifische Farbtemperaturen durch das Mischungsverhältnis eingestellt werden. So lassen sich Weißlicht-LED-Module in den Farbnuancen Warm-, Neutral,- Rein- und Kalt-Weiß anbieten. Die Farbtemperaturen der LEDs liegen zwischen 2700 bis 6500 K.

Über die unterschiedlichen Phosphormischungen lassen sich hohe Color-Rendering-Indizes (CRI) erreichen, die für Farbechtheit und Detailtreue sorgen. Die LEDs von Sharp weisen für alle Farbtemperaturen einen CRI von mindestens 80 auf. Das ist ein Qualitätssprung vor allem bei den Warm-Weißlicht-LEDs. Ihr CRI bewegte sich bislang von 60 bis 70. Die High-Color-Rendering-Module der Mega-Zenigata-Reihe erreichen CRI-Werte von bis zu typischen 93. In Verbindung mit einer guten Lichtausbeute entsprechen sie damit den Anforderungen des internationalen Energy-Star-Programms und anderen Industriestandards.

Kaum wahrnehmbare Farbunterschiede bei Arrays

Das Ziel der Hersteller ist entsprechend, über einzelne Chargen hinweg eine konsistente Farbtemperatur bei jeder einzelnen Komponente zu erreichen. Die optischen Eigenschaften des fertigen LED-Moduls bestimmt die Phosphormischung und die Charakteristika der einzelnen blauen Dies. Kommt es zu Abweichungen in beiden Parametern, führt das zu sichtbaren Unterschieden. Viele Hersteller nehmen bei der LED-Produktion eine gewisse Schwankungsbreite in Kauf und selektieren im Anschluss die LEDs nach definierten Abweichungen vom eigentlichen Farbort. Bei diesem sogenannten Binning-Verfahren definieren sowohl Nennwert der Farbtemperatur als auch Binning-Rang die genaue Farbtemperatur der LEDs und Module.

Die Produktion von LEDs mit nur einem Die erfordert die Sortierung in bis zu 25 Bins, um gleichförmige optische Eigenschaften innerhalb eines Bins sicherzustellen. Bei Arrays sind die Abweichungen deutlich geringer. Das liegt daran, dass sich die optischen Abweichungen der einzelnen blauen Dies ausmitteln – je größer die Zahl der einzelnen Dies, desto weniger unterscheiden sich die Basis-Arrays untereinander.

Damit verbleiben hauptsächlich die Phosphormischung und ihre Aufbringung auf die Matrixoberfläche als Quelle für Abweichungen. Sharp hat seinen Herstellungsprozess soweit optimiert, dass der Unterschied in der Farbtemperatur zwischen einzelnen LED-Modulen für das menschliche Auge so gut wie nicht mehr erkennbar ist. Als einer der wenigen Hersteller von LED-Arrays können alle neuen LED-Module in einer Farbselektion von nur zwei Bins nach “Mac Adam Step 5” abgeboten werden.

Ziel ist es, das Herstellungsverfahren soweit zu optimieren, dass alle produzierten Arrays die eng gesteckten Kriterien von “MacAdam 3” in einem Bin erreichen mit Chromatizitätskoordinaten, die so nahe bei den definierten Werten liegen, dass das menschliche Auge keinen Farbunterschied mehr wahrnimmt.

* Uwe Hock ist Manager Lighting Business bei Sharp Microelectronics Europe.

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