LEDs – Die Evolution dauert an

In nur wenigen Jahren haben die weißen Leuchtdioden mittlerer Leistung eine rasche Entwicklung durchlaufen. So kamen die LEDs 2001 bei einem Vorwärtsstrom von 20 mA auf eine Lichtstärke von 100 mcd, die so genannte dritte Generation des Jahres 2007 bringt es auf den 15-fachen Wert. Für diese LEDs ist eine Lichtausbeute von 33 lm/W typisch, die grünen Labormuster der nächsten Generation bringen es auf mehr als 70 lm/W.

In nur wenigen Jahren haben die weißen Leuchtdioden mittlerer Leistung eine rasche Entwicklung durchlaufen. So kamen die LEDs 2001 bei einem Vorwärtsstrom von 20 mA auf eine Lichtstärke von 100 mcd, die so genannte dritte Generation des Jahres 2007 bringt es auf den 15-fachen Wert. Für diese LEDs ist eine Lichtausbeute von 33 lm/W typisch, die grünen Labormuster der nächsten Generation bringen es auf mehr als 70 lm/W.

Avago Technologies (www.avagotech.com) kündigt unter dem Produktnamen „HLMP-CYxx“ eine neue Serie von weißen LEDs im 5-mm-Gehäuse an, die auf Basis der InGaN-Technologie hergestellt werden. Für die Erzeugung des weißen Lichtes wird eine blaue Leuchtdiode mit einer gelben Phosphorschicht überzogen, die Kombination der beiden Wellenlängen ergibt dann im Auge des Betrachters das weiße Licht. In den Koordinaten des CIE-1931-Farbdiagramms liegt die resultierende Lichtfarbe dieser LEDs typisch bei x = 0,41 und y = 0,39. Die LED-Chips sind in ein glasklares Gehäuse vergossen und strahlen direkt in die integrierte optische Linse. Die LEDs sind für verschiedene Abstrahlwinkel erhältlich: 15, 23, 30 und 50 Grad. Die Lichtausbeute der neuen LEDs liegt bei 33 lm/W; werden die Dioden mit 20 mA betrieben, ergibt sich bei der typischen Vorwärtsspannung von 3,2 V ein Lichtstrom von rund 2 lm.

LEDs für Haushaltsgeräte

Was die Lichtausbeute betrifft, liegen die weißen SMD-LEDs „TL12W01- D“ von Toshiba Electronics Europe (www.toshiba-components.com) mit 35 lm/W in der gleichen Größenordnung. Allerdings wird diese LED bei einem Vorwärtsstrom von 250 mA betrieben; mit der zugehörigen Durchlassspannung von 3,4 V beträgt die Verlustleistung 0,85 W, der Lichtstrom steigt hier entsprechend auf knappe 30 lm. Für die Montage wird eine Fläche von 7 mm × 5 mm benötigt, die Höhe beträgt 2,5 mm. Der Hersteller sieht die Einsatzmöglichkeiten dieser LEDs in Haushaltgeräten oder Anwendungen, bei denen nur ein begrenzter Platz zur Verfügung steht, wie etwa bei LCD-Hintergrundbeleuchtungen. Die in Santa Clara ansässige Catalyst Semiconductor (www.catsemi.de) hat einen 2-W-LED-Treiberbaustein für die Hintergrundbeleuchtung herausgebracht. Bei dem CAT4240 genannten Baustein handelt es sich um einen Aufwärtsregler, der Spannungen bis 38 V liefern und Ströme bis 750 mA schalten kann. Mit diesen Kenndaten lässt sich der Baustein für verschiedene Aufgaben einsetzen: einzelne Hochleistungs- LEDs ansteuern oder auch Reihenschaltungen mehrerer LEDs versorgen.

Mit Soft-Start und Überspannungsschutz

Der CATA4240 liefert an einem 3-Vbzw. 5-V-Netzteil eine Ausgangsleistung von 2 W, bei Verwendung eines 9-V- bzw. 12-V-Netzteils kann er mit bis zu 6 W belastet werden. Der Schaltregler ist so ausgelegt, dass die Störstrahlung trotz der hohen Schaltfrequenz von 1 MHz niedrig bleibt. Das Design integriert zudem die Funktion des sanften Anlaufs (Soft-Start) und einen Überspannungsschutz; auf diese Weise kann die Anzahl der zusätzlich benötigten externen Bauelemente niedrig gehalten werden. Mit dem sanften Anlauf lassen sich hohe Einschaltstromstöße – in der englischsprachigen Literatur „rush-in currents“ genannt – vermeiden. Der Baustein wird mit einer festen Schaltfrequenz betrieben, auf diese Weise können unerwünschte Oberwellen wirksam unterdrückt werden. Um die LED bzw. LEDs zu dimmen, kann auf den Steuer-Eingang eine Gleichspannung, ein logischer Pegel oder ein PWM-Signal aufgeschaltet werden.

Osram Semiconductor hat im Labor in Dünnschicht-Technologie einen In- GaAlP-LED-Chip mit einer Grundfläche von 1 mm2 hergestellt, der unter Laborbedingungen bei einem Betriebsstrom von 2 A rotes Licht der Wellenlänge 615 nm mit einem Lichtstrom von 300 lm abstrahlt. Die Lichtausbeute beträgt bei einer Verlustleistung von 6 W immerhin 52 lm/W, die am Markt erhältliche LED „Platinium Dragon“ strahlt im Verglich dazu bei 2,5 W Verlustleistung mit 96 lm, daraus resultiert eine Lichtausbeute von 38 lm/W. Nach Angaben der Entwickler wurde die Steigerung des Lichtstroms durch die höhere Stromtragfähigkeit der neuen Chips erreicht, diese wiederum resultiert aus einer Optimierung der Serienwiderstände. Das gleiche Labor meldet auch die Realisierung einer grünen LED mit einer Helligkeit von 180 lm bei einem Betriebsstrom von 1 A. Zur Herstellung wurde die so genannte „Thin- GaN-Technologie“ verwendet, ein neu entwickeltes Epitaxie-Verfahren. Der 1 mm2 große Chip strahlt Licht der Wellenlänge 527 nm ab. Die Lichtausbeute der Chips ist im Bereich zwischen 100 und 350 mA am besten; bei 350 mA wird eine Helligkeit von 100 lm erreicht, die Verlustleistung beträgt dann 1,4 W. Daraus resultiert eine Lichtausbeute von 72 lm/W. Die aktuelle grüne „Platinum Dragon“- LED muss hingegen mit 1 A betrieben werden, um auf einen Lichtstrom von 100 lm zu kommen.

Die neuen LEDs sollen im Verlauf des Jahres 2008 serienreif sein und dann in den Handel kommen. jw

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