Elektronik lighting congress 2014 LED-Beleuchtungstechnik: Update und Ausblick

Der traditionelle Rahmen der Veranstaltung: Die Eingangshalle des Hotels Kempinski Airport am Flughafen München.
Der traditionelle Rahmen der Veranstaltung: Die Eingangshalle des Hotels Kempinski Airport am Flughafen München.

Der Elektronik lighting congress zur LED-Beleuchtungstechnik präsentierte im vierten Jahr in Folge die technischen Entwicklungen und die Hilfsmittel für Konzeption und Konstruktion von LED-Beleuchtungen.

Der Siegeszug der LEDs in der Beleuchtungstechnik ist bereits vollzogen. Aber dem Einsatz von LEDs stehen in der Praxis immer noch einige Hürden entgegen. Ein Beispiel: Der bekannte Designer Konstantin Grcic äußerte sich in der SZ [Süddeutsche Zeitung Nr. 88, 15. April 2014, S.9.] über seine Erfahrungen beim „Update“ einer Designer-Leuchte mit LEDs: „Da haben wir gelernt, wie viel sich verändert hat. Am längsten dauerte die Entwicklung der Software: Man muss erst einmal die Farbe des Lichts definieren. Das nächste Problem ist das Kühlmanagement. Die LED ist ja nur ein Punkt, der leuchtet, der Reflektor ist überflüssig, aber am Ende muss man wieder jede Menge Material aufbauen, nur um die Hitze abzuleiten.“

Die Erfahrungen des Münchner Designers zeigen, dass die LED in der Beleuchtungstechnik den Leuchtenentwickler zum Umdenken zwingt. Nahezu alle Rahmenbedingungen, die für die Entwicklung und das Design einer Leuchte bislang zu beachten waren, haben sich verändert. Genau hier setzt der von der Elektronik-Redaktion konzipierte „Elektronik lighting congress“ an, auf dem am 27. Mai 2014 nun bereits im vierten Jahr in Folge über die technischen Grundlagen zur Verwirklichung der „Ideen für neues Licht“ (so lautet das Kongressmotto) berichtet wurde.

 

Glühlampenverbot beschleunigt Technologietransfer

Die LED-Beleuchtungstechnik hatte in den letzten Jahren durch das Verbot der Glühlampen einen enormen Aufschwung erfahren. Mit einem deutlichen Sprung in der Lichtausbeute gegenüber den herkömmlichen Leuchtmitteln und dem dadurch deutlich besseren Wirkungsgrad konnte die LED mittlerweile einen großen Teil des professionellen Beleuchtungsmarktes für sich erobern. Das Problem der anfänglich noch zu geringen Lichtstärke der LEDs ist mit dem Aufkommen von Multi-Chip-Systemen mit bis zu Hundert LED-Chips auf einem Keramiksubstrat, den sogenannten COBs (Chip on Board), mittlerweile gelöst. Auch für die Ansteuerung der LEDs, die als Diode in Vorwärtsrichtung geschaltet sind und daher mit Stromquellen betrieben werden müssen, stehen mittlerweile von den Halbleiterherstellern Chips mit ausgeklügelten leistungsfähigen Schaltungen zur Verfügung.
Wer aber gedacht hatte, das Thema LED sei nun aus fachlicher Sicht erledigt und man könne zur Tagesordnung übergehen, sah sich auf der eintägigen Fachveranstaltung eines Besseren belehrt.

Was mit den neuen Leuchtmitteln künftig alles möglich ist, zeigte Stefan Berlitz von der Audi AG in seinem Hauptvortrag „Lighting Roadmap 2020“. Das Beispiel einer differenzierten Ausleuchtung des Umfelds, gesteuert durch eine Kamera mit nachfolgender leistungsfähiger Bildverarbeitung unter Einbeziehung von exakten Geodaten über den Straßenverlauf, machte deutlich, dass die Systemfähigkeit des elektronischen Bauelements LED – durch elektronische Ansteuerung und hohe Schaltgeschwindigkeiten – die Voraussetzung für die Entwicklung völlig neuer lichttechnischer Anwendungen ist. Zwar schloss Berlitz die Realisierung der Car-to-Car-Kommunikation über Lichtsignale aus (Audi wird hierfür die WLAN-Technik nutzen), aber die Entwicklung der neuen Multi-LED-Scheinwerfer zum intelligenten Lichtsystem mit vielfältigen Features und Funktionen ist auf dem Weg.


Wohin mit der Wärme? 

Wärmemanagement bleibt bei den LEDs eine Hauptaufgabe: Zwar werden mittlerweile mehr als 30 Prozent der eingesetzten elektrischen Energie in Licht gewandelt, aber der Löwenanteil bleibt auf dem Chip als Wärme zurück, die nur durch Konvektion abgeführt werden kann (und muss). Dafür wurde als Ergänzung zur Metallkernleiterplatte ein neues Verfahren präsentiert, bei dem sehr dünne Keramikschichten auf einem Aluminium-Substrat abgeschieden werden, die hohe Isolationsspannungen bei niedrigem thermischen Widerstand zum darunter liegenden Aluminium bieten. Schließlich wurde noch der Einsatz des Wärmerohrs (Heat Pipe) wurde für die schnelle Abführung thermischer Lasten gezeigt. 

So sind die Probleme bei der praktischen Umsetzung der „Ideen für neues Licht“ – so das Motto des Kongresses – im Wesentlichen gleich geblieben. Und das trotz der Fortschritte wie steigender Lichtausbeute, der reduzierten Toleranzen in der Lichtfarbe (Stichwort Binning) und auch der Verfügbarkeit von Leuchtmitteln in normgerechter Ausführung (Stichwort Zhaga). So wurde auf dem Kongress in mehreren Vorträgen wieder der Zusammenhang zwischen der Sperrschichttemperatur der LED und der Lebensdauer thematisiert. Auch bei nur kurzzeitigem Überschreiten des Grenzwertes reduzieren sich die im Datenblatt angegebenen Werte erheblich. Abhilfe schaffen hier eine eher konservative Ansteuerung, ein ausgeklügeltes Wärmemanagement. 

Dass die LED in der Beleuchtungstechnik nicht das letzte Wort sein wird, zeigt sich bei den OLEDs. Diese mittlerweile als Panels vom Distributor erhältlichen organischen Flächenleuchten bieten eine für Beleuchtungszwecke ausreichende Lichtstärke und, nach Angaben der Hersteller, auch eine ausreichende Lebensdauer. Der Vorteil der Flächenleuchten liegt auf der Hand: erweiterte Gestaltungsmöglichkeiten, auch mit gebogenen Substraten. Und bald werden auch größere Einheiten verfügbar sein, mit denen sich leuchtende Flächen im Wohnbereich ohne weiteres realisieren lassen. 

Eine wesentliche Eigenschaft der LED ist, dass sich die Lichtfarbe stärker beeinflussen lässt als bei anderen Leuchtmitteln: durch Auswahl einer entsprechenden LED oder mittels RGBW-LEDs, die bei entsprechender Ansteuerung eine kontinuierliche Adaption an den natürlichen Verlauf des Tageslichts ermöglichen. Untersuchungen über die physiologischen Wirkungen des Lichts haben gezeigt, dass der menschliche Organismus auf den hohen Blauanteil und ggf. auf ein merkliches Ein- und Ausschalten der LEDs reagiert. Mit einer fundierten Diskussion dieses Themenkomplexes unter den anwesenden Fachleuten schloss der zweite Track der Veranstaltung.

Fortsetzung folgt im nächsten Jahr.