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Notbeleuchtung, Sicherheitsbeleuchtung, LED Seminare und Tagungen

Gute Beleuchtungstechnik trägt zum Wohlbefinden des Menschen bei, erhöht die Kaufbereitschaft bei Waren und ist effizient.

Moderne Beleuchtungstechnik spendet Licht für den Menschen – bedarfsgerecht, effizient, sicher und komfortabel. Der Einsatzbereich geht vom Büro bis zur Industriehalle, von der Wohnung bis zur Straßenbeleuchtung: Dabei sind die Möglichkeiten der Lichtgestaltung heute vielfältig. Dynamisches Lichtmanagement sorgt dafür, dass die Beleuchtung den individuellen Bedürfnissen Rechnung trägt und zugleich maximal energieeffizient arbeitet. Effiziente Lampen sowie ansprechende, in der Lichtlenkung optimierte Leuchten und elektronische Steuergeräte stehen für hohe Beleuchtungsqualität.

Unser Veranstaltungsangebot:

Browser URL 100x70 Sicherheitsbeleuchtung Notstromversorgung
Sicherheitsbeleuchtung und Notstromversorgung nach VDE-Bestimmungen und Arbeitsstätten-Regeln
14.09.2016 in Essen
Browser URL 100x70 LED Beleuchtung Praxis Retrofit
LED in der Anwendung - Retrofit und Neuanschaffung
28.09.2016 in Essen
Browser URL 100x70 Sicherheitstechnische Gebäudeausrüstung Sonderbauten
Sicherheitstechnische Gebäudeausrüstung in der Elektrotechnik für Sonderbauten gemäß PrüfVO NRW
08.11.2016 - 09.11.2016 in Essen
Browser URL 100x70 Photometrie
Photometrie für Anwender
21.11.2016 - 25.11.2016 in Braunschweig
Browser URL 100x70 Not- und Sicherheitsbeleuchtung
Not- und Sicherheitsbeleuchtung
25.11.2016 in Essen
Browser URL 100x70 Automobil-Beleuchtung
Automobil-Beleuchtung
29.11.2016 in Berlin
Browser URL 100x70 Not- und Sicherheitsbeleuchtung
Not- und Sicherheitsbeleuchtung
02.03.2017 in Essen
Browser URL 100x70 LED
LED in der Lichttechnik
07.03.2017 - 08.03.2017 in Essen
Browser URL 100x70 Sicherheitstechnische Gebäudeausrüstung Sonderbauten
Sicherheitstechnische Gebäudeausrüstung in der Elektrotechnik für Sonderbauten gemäß PrüfVO NRW
14.03.2017 - 15.03.2017 in Essen
Browser URL 100x70 Sicherheitsbeleuchtung Notstromversorgung
Sicherheitsbeleuchtung und Notstromversorgung nach VDE-Bestimmungen und Arbeitsstätten-Regeln
28.06.2017 in Essen

Lichttechnik bezeichnet die technischen Maßnahmen, die dazu dienen, Lichtverhältnisse zu gestalten. Dazu zählt die Beleuchtung durch den Einsatz von Leuchten und das Lenken von Tageslicht in Gebäuden. Außerdem die Signalisierung durch Licht.

Weitere Stichworte sind:
Außenbeleuchtung, Innenbeleuchtung, LED, Arbeitsplatzbeleuchtung, Notbeleuchtung, Fahrzeugbeleuchtung, Veranstaltungstechnik, Kunstlicht, Energiesparen.

 

Lichtemittierende Dioden – LED
Prof. Cornelius Neumann, Lichttechnisches Institut Karlsruhe

Eine neuartige Lichtquelle

In den letzten Jahren dringt immer mehr eine andere Art von Lichtquelle in Medien, Presse und in das öffentliche Bewusstsein: Die lichtemittierende Diode, oder kurz LED.
Anders als die Glühlampe, in der ein Draht so stark erhitzt wird, dass er Licht und (noch viel mehr unsichtbare) Wärmestrahlung abgibt oder die Vielzahl von Gasentladungslampen, bei denen man sozusagen einen „kontrollierten Blitz“ nutzt, um Licht zu erzeugen, entsteht die Lichtemission der LED auf physikalisch ganz anderem Weg. Die LED ist – wie der Begriff Diode im Namen schon sagt – ein Halbleiterbauelement, bei dem entsprechend positiv und negativ dotierte Halbleiter miteinander kombiniert werden, um einen elektrischen Strom in nur eine Richtung hin zu leiten. Im Gegensatz zu einer normalen Diode, bei der die elektrischen Ladungen möglichst verlustfrei durch das Bauteil geleitet werden sollen, ist die LED in Ihrer Funktionsweise gerade auf sonst unerwünschte Verlustprozesse angewiesen. Zwischen dem sogenannten Leitungsband, in dem negativ geladene Elektronen transportiert werden und dem Valenzband, in dem positiv geladene „Löcher“ die elektrische Leitung übernehmen, kann es zu Rekombinationen zwischen Elektronen und Löchern kommen, bei denen ein Elektron in das energetisch niedrige Valenzband wechselt und sich mit einen positiven Loch neutralisiert. Die dabei freiwerdende Energie – welche dem Bandenabstand entspricht – wird bei diesem Prozess in Form von Strahlung abgegeben und wenn diese Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 380 nm und 780 nm liegt, so wird sie vom Menschen als Licht wahrgenommen. Da der Bandenabstand und die Wahrscheinlichkeit einer solchen Rekombination vom jeweiligen Material und dessen Dotierung mit unterschiedlichen Fremdatomen abhängig ist, kann man nicht beliebige Halbleiter für LEDs verwenden. Inzwischen haben sich zwei besonders effektive Materialgruppen durchgesetzt:
Für den Farbereich Rot bis Gelb ist dies Aluminium Indium Gallium Phosphit (AlInGaP), für den grünen und blauen (bis nahen UV) Bereich Indium Gallium Nitrit (InGaN).


Geschichte

Obwohl die LED als recht neue Lichtquelle erscheint, reicht ihre Geschichte weiter zurück als gemeinhin angenommen wird. Der Effekt, dass Halbleiter (in diesem Falle Siliziumkarbid) Licht abgeben können wurde von H. J. Round 1907 zum ersten Mal berichtet. Der beobachtete Effekt konnte damals allerdings nicht erklärt werden. Diese Erklärung wurde 1951 möglich, nachdem im Rahmen der Erfindung des Transistors ein neues Gebiet der Physik und Elektronik entwickelt wurde, welche das Verhalten von Halbleitern beschreiben konnte.
Im Jahre 1962 schließlich entwickelte N. Holonyak – ein Mitarbeiter der Firma General Electrics – die erste Leuchtdiode.
Seitdem hat die LED eine kontinuierliche Entwicklung erfahren, die in den letzten zehn bis fünfzehn Jahren nicht anders als rasant beschrieben werden kann. Von lichtschwachen „Glühpunkten“ als Instrumentenanzeigen hat sich die LED mit steigender Effizienz hin zu einer Lichtquelle entwickelt, welche Einzug in der Allgemeinbeleuchtung hält. Dabei ist die theoretische Grenze des Wirkungsgrades, welcher den der Halogenglühlampe um ca. eine Zehnerpotenz übersteigt, noch nicht erreicht.

Die besonderen Qualitäten der LED, wie beispielsweise die Farbigkeit und schnelle Einschaltzeit, führten dazu, dass diese ab Mitte der neunziger Jahre Verwendung in der automobilen Lichttechnik fand und sich seitdem – zumindest für Signalfunktionen – einen großen Marktanteil erobern konnte. Inzwischen gibt es für verschiedene Fahrzeuge auch Scheinwerferfunktionen mit weißen LEDs, welche momentan noch im Wettbewerb mit der bekannten Xenon Lampe als
Scheinwerferlichtquelle stehen.
Die Entwicklung im Bereich der automobilen Lichttechnik zeigt in herausragender Weise, wie sehr die LED die Funktionalitäten und das Design von Leuchten beeinflusst.

Dies wird sich auch zukünftig in Anwendungen der Allgemeinbeleuchtung widerspiegeln, bei denen die Möglichkeiten der LED für verschiedene Anwendungsbereiche noch lange nicht ausgeschöpft sind – insbesondere, da auch die technische Entwicklung mit großen Schritten weiter voranschreitet.

Wir befinden uns demnach in einem Entwicklungsprozess, welcher die Welt des Lichts vielleicht nicht völlig revolutionieren, aber zumindest nachhaltig verändern wird.


Farbe und weißes Licht

Da die energetischen Abstände zwischen den elektronischen Bändern in der LED sehr gut definiert sind, ist das emittierte Licht monochrom, d. h. es umfasst im Gegensatz zur breitbandigen (weißen) Lichtemission von Glühlampen oder Leuchtstofflampen jeweils nur einen geringen Wellenlängenumfang. Die LED erzeugt also sehr gesättigtes farbiges Licht.

Wie ist es nun möglich aus dem farbigen Licht der LEDs weißes Licht für die Anwendung in der Allgemeinbeleuchtung zu erzeugen? Hierzu kann man entweder eine Farbmischung verwenden, das gleiche Prinzip wie beim Farbfernseher, oder den Effekt von Leuchtstoffen (auch Phosphore genannt) nutzen, welcher schon aus den Leuchtstofflampen bekannt ist.

Bei der Farb- oder RGB-Mischung wird das Licht von roten, grünen und blauen LEDs überlagert, bzw. durchmischt, um so die Farbe Weiß in unterschiedlichster und regelbarer Nuancierung zu erzeugen.

Bei der Erzeugung von weißem Licht mit Leuchtstoffen wird entweder eine blaue LED mit einem Leuchtstoff kombiniert, welcher einen Teil des blauen Lichtes absorbiert und im grünlich gelben Farbbereich wieder emittiert, so dass für den Betrachter insgesamt die Farbe Weiß entsteht. Oder es wird eine im nahen Ultravioletten abstrahlende LED mit einem Phosphor kombiniert, der die nicht sichtbare Strahlung in ein breitbandiges weißes Lichtspektrum umwandelt.

All diese Methoden haben spezifische Vor- und Nachteile, so dass sie ihre Qualität in jeweils unterschiedlichen Applikationen zeigen können.


Aufbau von LEDs

Herzstück einer LED ist der licht erzeugende Halbleiterchip. Die Größe der Chips variiert und beträgt bei heutigen Hochleistungs-LEDs üblicherweise ca. 1 mm².

Der LED Chip kann nun auf verschiedene Arten verarbeitet werden. Wichtig ist hierbei, dass der Chip vor mechanischen Einflüssen geschützt und durch entsprechende Verbindungen elektrisch kontaktiert wird.

Bei einer üblichen LED wird der Chip von einem (teil-) transparenten Gehäuse umschlossen und im Inneren des Gehäuses über sehr feine Drähte (dem sogenannten Bonddraht) und/oder eine Befestigung (die Bond) auf einem leitenden Metallträger kontaktiert.

Eine andere Möglichkeit ist, die Chips direkt auf einer Leiterplatte zu montieren und durch eine transparente Schutzmasse (dem sog. Glob Top) zu umhüllen. Dieses Verfahren wird als „Chip on Board“ (COB) bezeichnet.

Um hohe Helligkeiten zu erzielen, werden heutzutage auch mehrere Chips in einem Aufbau kombiniert – hier spricht man von Multichip LEDs.


Mehr als eine Lichtquelle – LED Systeme

Eine LED alleine macht noch keine funktionierende Lichtquelle. Hinzu kommen muss ein entsprechender elektronischer, optischer und thermischer Aufbau, der die LED für einen Betrieb als nutzbare Lichtquelle ergänzt. Daher hat man in der Beleuchtung immer mit LED-Systemen zu tun.

Da Leuchtdioden Bauteile sind, welche nur niedrige Gleichspannung benötigen, ist es in den meisten Fällen notwendig, diese mit einem entsprechenden elektronischen Vorschaltgerät (EVG) zu betreiben.

Um das Licht der LED zu sammeln und in die gewünschten Raumrichtungen zu verteilen verwendet man verschiedenartigste Optiksysteme (Linsen, Reflektoren, Lichtleiter), welche auf die Lichtverteilung der LED abgestimmt werden.

Eine weitere charakteristische Eigenschaft (welche die LED von anderen Lichtquellen unterscheidet) betrifft das Verhalten gegenüber Erwärmung. Die Erwärmung schränkt die Leistungsfähigkeit der LED ein und vermindert Ihre Gesamtlebensdauer. Diese Effekte werden üblicherweise als reversible und irreversible Degradation bezeichnet.

Bei der irreversiblen Degradation wird auf Grund von lang andauernder Wärmeeinwirkung der aktive Bereich des Chips nach und nach geschädigt und die Lebenszeit der LED beschränkt. Trotzdem haben LEDs Lebenserwartungen (man spricht von bis zu 100.000 h), welche die anderer Lichtquellen deutlich übersteigen.

Die reversible Degradation setzt immer dann ein, wenn die LED betrieben wird. Da auch eine LED nicht verlustfrei arbeitet, entsteht natürlich – wie in jedem anderen elektronischen Bauteil – Abwärme, welche durch Wärmeleitung aus dem Aufbau an die Umgebung abgegeben werden muss. Eine daraus folgende Erwärmung des LED Chips führt zu einer Abnahme der abgegebenen Lichtmenge und einer Verschiebung der Lichtfarbe. Dieser Effekt kann mit Hilfe der Halbleiterphysik erklärt werden. Entscheidend ist nun, wie gut die Wärme abgeführt werden kann, d. h. wie groß der Wärmewiderstand des Systems ist. Bei einem Betrieb mit einer bestimmten elektrischen Leistung bedeutet ein hoher Wärmewiderstand eine stärkere Temperaturerhöhung, ein niedriger entsprechend eine geringere Temperaturerhöhung des LED Chips. Entsprechend wird der Lichtverlust stärker oder geringer ausfallen. Dies bedeutet zum Einen, dass der Aufbau eines LED-Systems eine möglichst gute Wärmeleitung garantieren sollte damit die LED möglichst effektiv betrieben werden kann. Zum Anderen ist es ein deutlicher Unterschied, ob die Lichtmenge beim Einschalten (der sogenannte „kalte“ Lichtstrom) oder während des Betriebes (der „warme“ Lichtstrom) angegeben wird. Diese können sich je nach Aufbau des Systems nämlich deutlich voneinander unterscheiden.

Um also der LED ein langes Betriebsleben zu schenken und Ihre Leistungsfähigkeit gut zu nutzen heißt die Regel: Einen kühlen Chip bewahren!

Zusammenfassend kann man sagen, dass in LED-Systemen der Einfluss von Ansteuerung, Wärmemanagement und Optik auf das abgegebene Licht immer zu berücksichtigen sind und damit die Auslegung von LED Leuchten als durchaus komplex bezeichnet werden kann.


Organische Leuchtdioden (OLED)

Bei den organischen Leuchtdioden werden keine kristalline Halbleiter, sondern amorphe organische Verbindungen zur Lichterzeugung genutzt, welche in unterschiedlichen Schichten auf Substrate aufgetragen werden. Bei einer entsprechenden Kontaktierung der Schichten kann ein elektrischer Strom durch diese geleitet werden und verschiedenartige Lichtemissionen erzeugt werden. Im Gegensatz zu anorganischen LEDs ist die OLED eine flächige Lichtquelle.

Anwendungen von OLEDs finden sich hauptsächlich auf dem Gebiet der Displaytechnik. Hier spielen sie ihre Vorteile, wie insbesondere ihr extrem flacher Aufbau und ihre hervorragende Farbdarstellung, aus. Bislang schränken die maximale erreichbare Größe, die geringe Biegsamkeit der (Glas-) Substrate und die (noch) geringen Lichtstärken den Einsatz in der Beleuchtungstechnik stark ein. Da die OLED Thema intensiver Forschung und Entwicklung ist, werden in den nächsten Jahren viele neue Produkte und Anwendungen zu erwarten sein.

 

 

Herr Dipl.-Ing. Hömberg berät Sie gerne.
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Tel. +49 (0) 201 1803 249
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