Großdisplays SMD-LEDs für Großdisplays

Seit mehr als 15 Jahren beherrschen hell leuchtende LEDs mit Durchkontaktierung den Markt für Videogroßbildsysteme für den Außenbereich. Diese durch SMD-LEDs zu ersetzen, ist aus fertigungstechnischen Gründen wünschenswert, aber wegen ihrer optischen Abstrahlcharakteristik nicht möglich. Durch eine neue Gehäuseform können nun die Vorteile der SMD- Bestückung auch bei Großdisplays genutzt werden.

Bedrahtete LEDs mit einem runden oder auch ovalen Gehäuse (auch als „LED Lamps“ bzw. LED-Lampen bezeichnet) werden sehr oft und gerne in Außenanwendungen eingesetzt, denn sie bieten einige Vorteile gegenüber konventionellen LEDs für die Oberflächenmontage (SMD-LEDs). LED-Lampen sind meist heller und können in einem klaren, getönten oder getönt-diffusen Gehäuse hergestellt werden, wodurch ein höheres Kontrastverhältnis erzielt werden kann. Außerdem können sie mit vielen unterschiedlichen primär-optischen Designs geliefert werden (beispielsweise 15° oder 30° rund, 40° × 100° oval etc.).

Aufgrund lokaler gesetzlicher Vorschriften können in einigen Fällen in Außenanwendungen nahezu ausschließlich bedrahtete LEDs verwendet werden. So fordert etwa die EN 12966 genau definierte Abstrahlwinkel für Wechselverkehrszeichen wie Verkehrsinformationsanzeigen. Mit ihren Primär-Optiken sind LED-Lampen die beste Wahl in Bezug auf Helligkeit und genau definierten und geregelten Abstrahlwinkel.

Auf der anderen Seite ergeben sich bei der Bestückung und Verarbeitung konventioneller LED-Lampen in der Fertigung Nachteile. So können zum Beispiel bedrahtete LEDs mit automatischen Bestückungsautomaten auf der Platine platziert werden. Nach der Bestückung wird die Platine durch ein Schwall-Lötbad geschickt - erst vorgeheizt und dann von heißem Lötmittel benetzt, um elektrische Verbindungen herzustellen. Dies muss jedoch der letzte Schritt in der Verarbeitung einer Platine mit Durchkontaktierungs-LEDs sein. Alle anderen oberflächen-montierten Bauelemente wie Treiber-ICs, Widerstände oder Mikrocontroller müssen vor der Montage der LEDs durch einen Reflow-Lötprozess gehen.

Das macht die Herstellung komplexer und verlängert die Durchlaufzeit, d.h., die Kosten des Endproduktes können sich erhöhen. Zusätzlich ist die Platinenfläche für SMD-Bauteile beschränkt, da sie auf der oberen Platinenseite montiert werden müssen, um Defekte oder Kurzschlüsse während des Schwall-Lötens zu verhindern.

Im Gegensatz dazu können Platinen mit SMD-LEDs in einem Rutsch verarbeitet und im Reflow-Prozess verlötet werden, da sich SMD-LEDs für den Reflow-Lötprozess eignen. Das hilft, die mechanischen Belastungen während des Bestückungsprozesses zu verringern, es beschleunigt die Durchlaufzeit und spart Kosten bei Steckern, Kabeln und Halterungen.

Allerdings gibt es Abstriche bei der Entscheidung für die SMD-Technologie: SMD-LEDs für Außenanwendungen werden nur in wenigen Gehäuseformen und Betrachtungswinkeln hergestellt, wie beispielsweise PLCC-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Möchte man beispielsweise eine gelb eingefärbte LED mit ovaler Abstrahlcharakteristik verwenden, so waren hierfür bisher nur LEDs in Durchkontaktierungs-Gehäusen verfügbar.

Mit der Vorstellung der ersten oberflächen-montierbaren LED mit hoher Helligkeit für Außenanwendungen, der so genannten „SMT Lamp“, hat Avago die Designwelt stark verändert und vereinfacht. Die früheren Probleme wurden entscheidend reduziert, in einigen Fällen sogar völlig eliminiert. Die neue LED-Gehäusebauform vereinigt nun die Vorteile der bedrahteten und der SMD-LED-Technologie (Bild 1).

Guter thermischer Widerstand

Der thermische Widerstand der SMT Lamp beträgt von der Sperrschicht zur Anschlussfahne (Pin) 130 K/W - das ist vergleichbar mit dem einer SMD-PLCC-4-LED (110 K/W). Die Helligkeit entspricht hingegen der einer bedrahteten LED. Wegen ihrer 30°-Primär-Optiken wurden auch schon PLCC-4-LEDs in Anzeigentafeln verwendet, jedoch bietet die SMT Lamp hier einen weiteren Vorteil: Konventionelle PLCC-LEDs werden aus zwei verschiedenen Kunststoffen hergestellt, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient leicht voneinander abweichen kann. Das kann dazu führen, dass sich nach längerer Zeit das Vergussmaterial vom Gehäuse löst. Bei Anzeigentafeln, die auf hohe Zuverlässigkeit ausgelegt werden, ist daher ein Schutz gegen Wassereintritt gefordert.

SMT Lamps werden im Gegensatz zu PLCC-LEDs aus einem einzigen Material (Epoxy) gefertigt, wodurch das LED-Gehäuse genau so gut schützt wie bei Durchkontaktierungs-LEDs. Deswegen sind die SMT Lamps die ideale Lösung für Außenanwendungen und benötigen, abgesehen von einer Beschichtung der elektrischen Kontakte zur Vermeidung von Korrosion und Kurzschlüssen, keine zusätzliche Abdeckung.

SMT Lamps können mit vielen verschiedenen Primär-Optiken hergestellt werden, denn sie bestehen, ähnlich wie bedrahtete LEDs, aus einem glänzenden Metall-Reflektor und einer darüber liegenden Primäroptik. Die ersten SMT Lamps sind mit den am weitesten verbreiteten Abstrahlwinkeln verfügbar. Für Wechselverkehrszeichen (VMS - Variable Messaging Signs) beträgt der übliche Abstrahlwinkel 30° rund, da dies laut EN 12966 gefordert ist. Für Videowände im Außenbereich werden meist Abstrahlwinkel mit einer ovalen Abstrahlcharakteristik von 40° × 100° (40° vertikal und 100° horizontal) bevorzugt, damit der Bildschirm aus vielen verschiedenen Blickrichtungen korrekt wahrgenommen werden kann, zum Beispiel in Sportarenen oder bei Konzerten.

Wegen der kleinen Gehäuseabmessungen der SMT Lamps kann ein kleiner Pixelabstand erzielt werden. Die Gehäuseform der SMT Lamp wurde so entwickelt, dass Pixelabstände bis herab zu 12 mm (RGB oder RRGB) erreicht werden können - dies ist vergleichbar mit Displays, die aus diskreten Durchkontaktierungs- oder oberflächen-montierbaren LEDs aufgebaut sind (Bild 2).

Mehrfarben-Video-Mediadisplays finden sich in Sportarenen, an Videofassaden und bei Konzerten. Dabei werden sie, in Abhängigkeit von ihrer Verwendung, in den unterschiedlichsten Auflösungen ausgeführt. Mit einem Pixel-Abstand von beispielsweise 12 mm haben Konzertbesucher oder Sportfans, die die Vorgänge auf der Bühne oder dem Spielfeld genauer beobachten wollen, schon bei einem Betrachtungsabstand von 12 m den Eindruck eines perfekten Videobildes.