In zehn Jahren hat sich die LED-Beleuchtung von einem technologischen Schlagwort zum Industriestandard entwickelt, mit enormen Fortschritten bei der optischen Steuerung und Energieeffizienz. Wie haben sich LEDs verändert? Welchen Herausforderungen stehen Produktentwickler gegenüber? Und was kommt als Nächstes für diese Technologie?
Der Wechsel von herkömmlichen Lichtquellen zu LED war ein grundlegender Wandel: Die Energieeinsparungen stiegen rasant, und noch nie hatten Einkäufer eine so große Produktauswahl. Doch so war es nicht immer: In den Anfängen der LED-Beleuchtung drängten die Halbleiterhersteller auf höhere Lichtausbeute und niedrigere Preise.
Wie sich LED-Chips im Laufe der Zeit entwickelt haben
Frühe Dual-In-Line-Gehäuse bestanden aus einem rudimentären Kathoden- und Anodenrahmen mit Keilbonddrähten, die eine sehr geringe Lumenleistung und schlechte optische Eigenschaften aufwiesen. Gekapselte LEDs (häufig als Mid-Power-LEDs bezeichnet) boten eine Verbesserung mit höherer Leistung und gutem Lumen-pro-Dollar-Verhältnis. Ein Kunststoffrefllektor umgab einen in Epoxidharzmasse eingebetteten Chip, wobei Phosphor zur Anpassung der Farbtemperaturen aufgetragen wurde. Diese Mid-Power-LEDs litten unter schlechter Lumenerhaltung bei hoher Leistung, unter anderem aufgrund der Degradation der Kunststoffreflektoren.
Der Großteil des heutigen Straßenbeleuchtungsmarktes verwendet High-Power-LEDs im Keramikgehäuse, eine leistungsstarke Lösung mit hervorragenden Wärmeabfuhreigenschaften durch den Kontakt mit einem leitfähigen Basismaterial. Keramikgehäuse haben LEDs über interne Reflektoren hinausgeführt und verwenden stattdessen Linsenmaterialien als primäre Optik.
Chip-on-Board-LEDs (COBs) boten einen Quantensprung bei der maximalen Leistung eines einzelnen Gehäuses mit möglichen Ausgangsleistungen von über 100 Watt. Durch die Montage eines LED-Arrays auf einem großen Aluminiumsubstrat kann ein höherer Gesamtlichtstrom bei hervorragender Wärmeabfuhr erzielt werden. Eine einzige Phosphorbeschichtung wird auf die gesamte Oberfläche aufgetragen und bietet gute Farbgleichmäßigkeit bei flacher Bauform. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der COB-Technologie ermöglicht eine höhere LED-Effizienz, die INDO in unsere stetig verbesserten CHROMA- und neuen CHROMA-X-Optiken integriert hat.
Chip-Scale-Package-LEDs (CSPs) bieten einen weiteren Paradigmenwechsel in der Art und Weise, wie LED-Beleuchtung entwickelt und gebaut wird; sie sind gewissermaßen eine „gehäusefreie“ LED. Der Chip besteht aus der LED selbst, einem elektrischen Bonding-Pad und einer Phosphorbeschichtung, ohne Substrat, Reflektoren, Epoxidkuppeln, Bonddrähte oder Leitungsrahmen.
Diese extrem kleine Bauform bietet sowohl gestalterische Möglichkeiten als auch Herausforderungen. Der Wegfall des Leitungsrahmens beseitigt die Schwefelkorrosion, während der Wegfall der Bonddrähte die Produktzuverlässigkeit erheblich steigert. Da diese Chips eher einer Punktlichtquelle ähneln, lassen sich die optische Steuerung und bessere Abschneidwinkel deutlich einfacher realisieren.
Die Herausforderung bei CSPs
Die geringe Größe eines CSP macht die Positionierung innerhalb einer Linse noch wichtiger; die 5-seitige Bauweise der Bauelemente erfordert besondere Sorgfalt für eine korrekte optische Steuerung. Kleine Versätze können die photometrischen Eigenschaften einer CSP-Leuchte erheblich verändern; im Fertigungsprozess ist zusätzliche Sorgfalt geboten, und neuartige Konstruktionstechniken sind erforderlich, um eine narrensichere Montage und Produktvielseitigkeit sicherzustellen.
Führende Hersteller bewerben CSPs seit rund zwei Jahren, wobei viele der großen Akteure auf dem Halbleitermarkt ihre Produkte auf der Frankfurter Light & Building 2016 präsentierten. Linsenlösungen haben jedoch noch nicht mit den optischen Herausforderungen einer so kleinen LED Schritt gehalten. Um die neuesten Entwicklungen zu nutzen, startete INDO im vierten Quartal 2016 ein eigenes Projekt zur Entwicklung einer CSP-Optiklösung.
Das Ergebnis dieser Entwicklung war die neue NAVIGATOR-Optiklösung, ein vielseitiger Light-Engine mit 17 verschiedenen Lichtverteilungen, die eine verbesserte optische Steuerung gegenüber früheren LED-Typen bietet und INDO für unser nächstes Projekt, die Variable Optics, in Stellung gebracht hat.
Variable Optics, eine photometrisch steuerbare Lösung
Eine präzisere optische Steuerung und kleinere Linsengröße ermöglichen die innovative Entwicklung von Leuchten mit variabler Optik, bei denen die photometrischen Eigenschaften auf der Platine dynamisch gesteuert und verändert werden können. So ist es möglich, eine Leuchte zu entwickeln, die sich an wechselnde Straßenbedingungen anpassen kann. Damit liegt die vollständige Steuerung in den Händen der Kunden und fügt sich in ein Smart-Cities-Konzept ein.
Die nachstehenden Bilder und das Video zeigen eine konzeptionelle Demonstration dieser dynamisch wechselnden Optiken in einer kontrollierten Testumgebung.
Rechts: Schmalere, intensivere Lichtverteilung
Schauen Sie genau hin, Sie werden sehen, wie sich die Lichtverteilung langsam und schrittweise verändert!
Welche Vorteile bieten diese patentierten Variable Optics von INDO?
- Einfachere Beschaffung und Lagerhaltung durch weniger benötigte Lagereinheiten
- Ermöglicht adaptive Leuchten, die nach der Installation aus der Ferne angepasst werden können, um auf veränderte Umgebungs- oder Situationsbedingungen zu reagieren
- Erlaubt effizientere Beleuchtungskonzepte durch individuelle Anpassung jedes Lichtpunkts nach Bedarf
- Mögliche Lösung für Anwohnerbeschwerden und schnelle Reaktionsmöglichkeit
Dank der Möglichkeit, die effektive Beleuchtungsfläche flexibel zu verändern, können Asset-Manager die Dynamik ihrer Anlagen mit einfachen Befehlen anpassen und auf wechselnde Anforderungen sowie Rückmeldungen von Anwohnern reagieren.
INDO treibt unsere Entwicklungen in der Direct Drive-Technologie voran und bietet bei unseren Produkten eine Auswahl an Optiken und LEDs. Das INDO-Team wächst und lernt stetig weiter; technisches Know-how fließt kontinuierlich in zukünftige Entwicklungsprojekte ein.
Die neuesten Light-Engine-Lösungen werden auch in unserer neuen Autobahnleuchte, der AIR3 >, erhältlich sein.
