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Vor noch nicht allzu langer Zeit galten LEDs (Licht emittierende Dioden) noch als Nischenprodukt auf dem Markt für Allgemeinbeleuchtung und als Ergänzung zu den bestehenden Systemen, doch vor wenigen Jahren hat die Entwicklung von LEDs mit weißem Licht das Potenzial dieser Halbleitertechnologie verwandelt Mit der Zeit wird die Festkörperbeleuchtung die Art und Weise, wie wir unsere Wohnungen, Autos, Städte, Büros und Geschäfte beleuchten, grundlegend verändern Vor noch nicht allzu langer Zeit galten LEDs (Licht emittierende Dioden) noch als Nischenprodukt auf dem Markt für Allgemeinbeleuchtung und als Ergänzung zu den bestehenden Systemen, doch vor wenigen Jahren hat die Entwicklung von LEDs mit weißem Licht das Potenzial dieser Halbleitertechnologie verwandelt. Mit der Zeit wird die Festkörperbeleuchtung die Art und Weise, wie wir unsere Wohnungen, Autos, Städte, Büros und Geschäfte beleuchten, grundlegend verändern.

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LED: Die innovative Hochleistungstechnologie wird im industriellen Bereich in großem Umfang eingesetzt.

Beleuchtung, die sich automatisch der Tageszeit anpasst oder Farben und Effekte schafft, die den Aktivitäten oder Stimmungen der Menschen entsprechen, werden alltäglich. Neue Möglichkeiten eröffnen sich für Design, Mode und Sicherheit, wenn sich Beleuchtung in Straßenbeläge, Baumaterialien, Möbel, Kfz-Innenausstattung und sogar Kleidung, wie beispielsweise Jacken für Polizisten oder Straßenarbeiter, integrieren lässt. Dekorateure und Städteplaner können mit dynamischem Licht in allen Farben nahezu unbegrenzte Effekte programmieren, denn künftig gibt es nicht nur den Status ein/aus oder hell und dunkel, sondern alle möglichen Zustände, sogar die Simulation eines Videobildes.

LEDs bieten Beleuchtungslösungen, die bisher undenkbar waren. Es eröffnet sich eine Welt endloser kreativer Möglichkeiten. LEDs sind darüber hinaus äußerst praktisch, denn sie sind klein, stabil, langlebig und energiesparend. In Anbetracht ihres Potenzials zur Verringerung des Energieverbrauchs und damit indirekt des CO2-Ausstoßes, sind LEDs zur Beleuchtung eine hervorragende Wahl zugunsten der Umwelt und des Klimaschutzes. Der große Unterschied der modernen Hochleistungs-LEDs zu den früheren Versionen besteht darin, dass sie sehr viel mehr Licht abgeben. Sie sind tatsächlich so viel heller, dass die neueste LUXEON Flash LED mehr Licht abgibt als eine Miniatur-Xenon-Blitzröhre. Damit bietet sie sich für eine erste Serienanwendung zum Einbau als Blitz in Handykameras an.

LEDs werden zur Beleuchtung und im Automobilbau eingesetzt

Einen gravierenden Einfluss auf unser Leben werden leistungsstarke LEDs jedoch als Lichtquellen für allgemeine und architektonische Beleuchtung sowie in Automobilen nehmen. Hochleistungs- LEDs sind bereits in Rückleuchten von Autos und in ersten Anwendungen für Scheinwerfer zu finden. Im Markt für allgemeine Beleuchtung bietet Philips mit Produkten wie MASTER LED, Novallure, Econic, LivingColors und Accent- LEDs den Käufern bereits heute langlebige und energiesparende Lösungen für die Allgemeinbeleuchtung sowie dekorative Lichtanwendungen. Darüber hinaus werden Hochleistungs-LEDs als Ersatz für Halogenlampen verwendet und als Ersatz für Glüh-, Kompaktleuchtstoff- und Leuchtstofflampen in der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt. Downlights wie Fugato oder LuxSpace, die Büroleuchte DayWave oder die Wohnraumleuchten Ledino sind Beispiele dafür.

Hauptanwendungsbereiche für LED sind heute Kleingeräte, Hinweisschilder, kommerzielle Anzeigen, Automobilanwendungen, Straßenverkehr sowie architektonische und dekorative Beleuchtung. Darüber hinaus gewinnen sie auch in der Allgemeinbeleuchtung mehr und mehr Bedeutung. Mit 60 Lumen pro Watt (lm/W) liegt die Lichtausbeute einer LED-Lösung heute bereits höher als die einer vergleichbaren Standardbeleuchtung mit Kompaktleuchtstofflampen (55 lm/W) und ein Vielfaches über der Lichtausbeute von Glüh- oder Halogenlampen (12 bis 20 lm/W). LEDs können in Stoffe oder andere Materialien integriert werden. Ein Beispiel aus der Philips Forschung ist eine Tasche mit integrierter Anzeige. So lässt sich Kleidung oder ein Accessoire nach Wunsch personalisieren.

Mithilfe von LEDs lassen sich interessante Lichteffekte erzielen

LEDs ermöglichen darüber hinaus neue Lichtgestaltung, wie zum Beispiel Farbwechsel zur Veränderung der Raumatmosphäre, von hellem Licht am Morgen bis hin zu einer wärmeren, romantischen Atmosphäre für den Abend.

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Programm Ledino: Die neue LEDLeuchtenserie von Philips für den Außenbereich und auch für den Wohnbereich. Mit der warmweißen, halogenlampenähnlichen Lichtfarbe von 3.100 Kelvin verbreiten Ledino- Leuchten ein weiches Licht.

Durch die geringen Abmessungen lassen sich LEDs fast unsichtbar direkt in Architektur oder Produktdesigns integrieren. Die Einführung digitaler Steuerung für farbige LEDs eröffnete eine neue Dimension für architektonische Beleuchtung. Viele der 2003 mit Design- Preisen der IALD (International Association of Lighting Designers) ausgezeichneten Entwürfe enthielten farbige LEDs. Mit der Möglichkeit der Nutzung der Farbpalette bei Hochleistungs-LEDs entwickeln sich architektonische Designs und Beleuchtungsformen für Bühnen und Studios. Beim britischen Popfestival in Glastonbury im Juni 2004 wurden elf der 14 Bühnen mit Hochleistungs- LEDs erhellt, darunter beleuchteten fast 196 hochleistungsfähige RGB LED Pixel Par-Leuchtkörper mit wechselnden Farben von James Thomas Engineering in Spots die Hauptbühne mittels eines neuartigen Videosteuerungssystems, das eine Verpixelung eines jeden Leuchtkörpers ermöglichte. In allen der genannten Beispiele verringern die farbigen LEDs den Stromverbrauch be- trächtlich, da durch Farbfilterung bei weißem Licht bis zu 90 % der Lichtleistung verloren gehen können.

Die Robustheit von LED-Leuchten, die Sicherheit des Niedervoltbetriebs und die Abwesenheit von Infrarot- und Ultraviolett- Strahlung im Licht erhöhen den Mehrwert von LEDs in Lichtanwendungen. Nicht zuletzt ist die lange Lebensdauer ein weiterer Pluspunkt bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von LEDAnwendungen, in der die Amortisationszeit zwischen drei und fünf Jahren liegt. Dies errechnet sich auf der Grundlage der Einsparungen beim Energieverbrauch und der Wartungskosten.

Die Lebensdauer einer LED ist ein stark umstrittenes Thema. Wie eine Entladungslampe kann eine LED lange Zeit funktionieren. Für Dekorations- oder Kennzeichnungszwecke mag ein 50-prozentiger Verlust der anfänglichen Lumenleistung akzeptabel sein und ein gutes Maß für die Lebensdauer darstellen. Für Beleuchtungszwecke geht es jedoch darum, wie lange LEDs verlässlich nutzbares Licht erzeugen können.

Aktuelle unabhängige Tests bestätigen, dass herkömmliche weiße Fünf-Millimeter- LEDs innerhalb der ersten 6 000 Stunden ihrer Lebensdauer einen Lumenverlust von 50 % haben, aber die neueren Hochleistungssysteme zeigen in derselben Zeitspanne einen nur unerheblichen Verlust. Das zeigen die zu LUXEONHochleistungs- LEDs verfügbaren Leistungsparameter: Mit einem wirksamen Thermomanagement lässt sich die Zuverlässigkeit, die Lebensdauer und die Lumenerhaltung deutlich verbessern. Luxeon- LEDs haben nach 50 000 Stunden noch 70 Prozent ihres Anfangslichtstromes. In Anbetracht der Forderung, eine nutzbare Lichtleistung über einen langen Zeitraum zu erhalten, sind die LUXEONHochleistungs- LEDs eine Alternative, die den hohen Wartungskosten herkömmlicher Lichtquellen entgegentritt.

Diese Tatsache hat die Ablösung der weit verbreiteten Glühlampen in Verkehrsampeln durch Hochleistungs-LEDs vorangetrieben. Die gleichen Überlegungen sind auch ein entscheidender Faktor, der den Einsatz von LED-Technologien in allgemeinen Beleuchtungsanwendungen beschleunigt.

Es ist eine falsche Annahme, dass LEDLampen keine Wärme erzeugen. Es ist zwar richtig, dass das von ihnen emittierte Licht wenig oder keine Infrarotstrahlung enthält, doch haben auch LEDs wie alle anderen Leuchtmittel auch keinen 100-prozentigen Wirkungsgrad. Deshalb erzeugen sie innerhalb des Halbleitermaterials, aus dem sie bestehen, etwas Wärme, die abgeleitet werden muss.

Auch LEDs erzeugen Wärme, die abgeleitet werden muss

Der Unterschied ist, dass es sich um geleitete anstelle abgestrahlter Wärme handelt, und diese muss sorgfältig beachtet werden, wenn das kleine Halbleiterplättchen nicht überhitzen soll. Dies ist eine der Herausforderungen, die die Wissenschaftler von Philips Research bei ihrer ersten LED-Lampe lösen mussten.

Programm Ledino: Die neue LEDLeuchtenserie von Philips für den Außenbereich und auch für den Wohnbereich. Mit der warmweißen, halogenlampenähnlichen Lichtfarbe von 3.100 Kelvin verbreiten Ledino- Leuchten ein weiches Licht.

Programm Ledino: Die neue LEDLeuchtenserie von Philips für den Außenbereich und auch für den Wohnbereich. Mit der warmweißen, halogenlampenähnlichen Lichtfarbe von 3.100 Kelvin verbreiten Ledino- Leuchten ein weiches Licht.

Eine gleichermaßen wichtige Herausforderung war die Integration von Wechselstrom/ Gleichstrom-Wandlerelektronik in den Lampensockel, sodass sie direkt in bestehende 230-V-Wechselstrom- Lampenfassungen geschraubt werden kann. Das bedeutet, die 230 V Wechselspannung muss in eine Niedervolt-Gleichspannung für den Betrieb der LEDs umgewandelt werden, und dies mit sehr hoher Wandlungseffizienz, um geringe zusätzliche Wärme zu erzeugen. Dies alles ist im begrenzten Raum eines Lampensockels unterzubringen. Für die Lösung dieses Problems war das Systemwissen von Philips Research über die Entwicklung von hochleistungsfähigen Wechselstrom/ Gleichstrom-Wandlern, Wärmemanagement- Techniken und System-in-Package-Technologie (SiP) erforderlich.

Die Kompetenzen auf Systemebene spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung eines anderen großen Vorteils von LED-Beleuchtung – die Steuerbarkeit. Die Intensität einer LED lässt sich einfach steuern, indem der durchfließende Strom angepasst wird. Wichtig dabei ist, dass nur eine geringe oder keine farbliche Veränderung im emittierten Licht erfolgt. Das steht in starkem Kontrast zu Glühlampen, die beim Dimmen die Farbtemperatur beträchtlich verändern.

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Was ist eine LED?

Eine LED ist eine Diode aus Halbleitermaterial wie AlGaInP oder GaInN, die Licht abgibt, wenn elektrischer Strom durch sie hindurch geleitet wird. Diese Technologie der Lichterzeugung unterscheidet sich grundlegend von der Technologie herkömmlicher Glühlampen (Glühemission) oder Leuchtstofflampen (Gasentladung). Bis Anfang der 1990er Jahre gab es LEDs nur in Rot, Gelb oder Grün. Nach Entwicklung der ersten blauen LED wurde dann weißes Licht durch die additive Mischung der Farben Rot, Grün und Blau, erzeugt. Für die jetzt verfügbaren weiß leuchtenden LEDs wird eine Technik verwendet, bei der das Licht einer blauen LED durch Phosphorleuchtstoff geleitet wird. Diese Technologie machte den Wandel in der Beleuchtung hin zur breiten Anwendung von LED erst möglich.

Was zeichnet LEDs aus?

  • LEDs sind klein, energiesparend, langlebig und robust.
  • LEDs sparen mehr Energie ein als viele der herkömmlichen Lichtquellen, insbesondere, wenn man dabei ihren optischen Wirkungsgrad betrachtet.
  • LEDs basieren auf der Niedervolttechnologie, was nicht nur den Einbau vereinfacht, sondern sie auch im Hinblick auf den Arbeitsschutz sicherer macht.
  • LEDs werden immer weiter entwickelt. Momentan verdoppelt sich der Wirkungsgrad bereits etwa alle zwei Jahre.
  • LEDs machen den Weg frei für neue Lichtanwendungen.
  • Hochleistungs-LEDs wie LUXEON liefern viel Licht, zehn bis 100 Mal mehr als herkömmliche Glühlampen.
  • Hochleistungs-LEDs besitzen eine Lebensdauer von 50 000 Stunden oder mehr.