LED-Chips verstehen: Das Herzstück moderner Beleuchtungstechnik.

Jedes LED-System, ob Werbetafel, Anzeigetafel oder smarte Lampe, ist auf eine entscheidende Komponente angewiesen: den LED-Chip. Diese mikroskopisch kleinen Halbleiter wandeln elektrischen Strom in sichtbares Licht um und bestimmen so Helligkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit eines LED-Produkts.

Zwei führende LED-Chip-Technologien, COB (Chips on Board) und SMD (Surface-Mounted Device), dominieren den LED-Markt. Das Verständnis ihrer Struktur, Leistung und Unterschiede hilft Ihnen, die richtige Technologie für Ihre LED-Elektronikanwendungen auszuwählen – ob für präzise Beleuchtung oder hochauflösende Displays.

Was sind LED-Chips in LED-Elektroniksystemen?

Das Herzstück jeder LED-Schaltung ist der LED-Chip; eine Halbleiterlichtquelle, die durch Elektrolumineszenz Licht erzeugt. Der Wirkungsgrad des Chips bestimmt, wie viel elektrische Energie in Licht statt in Wärme umgewandelt wird, und beeinflusst somit den Energieverbrauch und die Lebensdauer.

LED-Chips bestehen aus Verbindungshalbleitern wie Galliumnitrid (GaN) und Aluminiumgalliumindiumphosphid (AGaInP). Beim Anlegen einer elektrischen Spannung rekombinieren Elektronen mit Löchern im pn-Übergang und setzen dabei Photonen frei. Die Wellenlänge des emittierten Lichts bestimmt die Farbe der LED, während Phosphorbeschichtungen weißes Licht für die Allgemeinbeleuchtung erzeugen.

SMD-LED-Chips: Vielseitige und robuste Bauteile für LEDs in der Elektronik.

SMD-LED-Chips (Surface Mount Device) werden direkt auf Leiterplatten montiert. Aufgrund ihrer Flexibilität, kompakten Bauweise und Lichtausbeute zählen sie zu den am weitesten verbreiteten LED-Bauteilen für LED-Beleuchtung und elektrische Werbetafeln.

Zu den gebräuchlichsten Typen gehören SMD 2835, 3528, 5050 und 5630, wobei die Zahlen der Chipgröße in Millimetern entsprechen.

Technische Merkmale:

• Lichtausbeute: 160–220 lm/W
• Abstrahlwinkel: 120° – 160°
• Gehäuse: Epoxidharz mit Golddrahtbondierung.
• Leistung: 0,2 – 1,0 W (typisch)

Vorteile:

• Leicht und kompatibel mit automatisierter Montage.
• Einfache RGB-Konfiguration für farbige LED-Displays.
• Breites Beleuchtungsspektrum

Nachteile:

• Höhere Sperrschichttemperaturen in dichten Layouts.
• Erfordert Diffusoren für eine gleichmäßige Lichtkrümmung.

Anwendungen:

• LED-Streifen und -Röhren
• Pixelbasierte LED-Bildschirme und Anzeigetafeln
• Elektronische LED-Anzeigetafeln für Innenräume und gewerbliche Beleuchtung.

COB-LED-Chips: Kompaktes Pulver für LEDs

Die COB-Technologie (Chips on Board) integriert mehrere LED-Chips auf einem einzigen Substrat und bildet so eine dichte, lichtemittierende Oberfläche. Diese Struktur verbessert die Wärmeableitung, reduziert optische Verluste und sorgt für eine gleichmäßigere Ausleuchtung, wodurch sie sich ideal für leistungsstarke LED-Leuchten eignet.

Technische Merkmale:

• Lichtausbeute: 120–180 lm/W
• Gleichmäßige Lichtemission, minimale Abschattung.
• Niedriger Wärmewiderstand (typischerweise RØ < 2° C/W)
• Geeignet für den Betrieb mit hohen Strömen.

Vorteile:

• Hervorragende Wärmeleitfähigkeit für eine lange Lebensdauer.
• Hohe Lichtstromdichte für kompakte Leuchten.
• Reduzierte Blendung und verbesserte optische Kontrolle.

Nachteile:

• Begrenzte RGB-Anpassung
• Erfordert präzises Wärmemanagement und eine präzise Fahrersteuerung.

Anwendungen:

• Straßen- und Tunnelbeleuchtung
• Reflektoren und Scheinwerfer
• Elektronische LED-Module in Industriequalität.

COB vs. SMD: Technischer Vergleich für LED-Elektroniksysteme

Elektronische Integration und Schaltungsdesign

In modernen LED-Elektroniksystemen sind LED-Chips mit Treibern, Widerständen und Komponenten für das Wärmemanagement integriert. Wichtige Designaspekte sind:

• Konstantstromtreiber: Sie sorgen für einen stabilen Stromfluss, um eine Überlastung des Chips zu verhindern.
• Gedruckte Leiterplatten (PCBs): Leiterplatten mit Metallkern verbessern die Wärmeableitung in COB-LEDs.
• Kühlkörper und Heizkissen: Unverzichtbar für Hochleistungssysteme.
• Optische Linsen: Sie steuern die Strahlform und die Helligkeitsgleichmäßigkeit.

Die elektrische und thermische Balance einer Laserdiodenschaltung beeinflusst direkt die Leistung des Chips. Beispielsweise weist ein SMD-Modul, das bei 60 °C betrieben wird, eine geringere Lichtemission auf als derselbe Chip, der bei 25 °C betrieben wird.

Werkstoffe und Fertigung

Die Effizienz von LED-Chips hängt von der Weiterentwicklung der Epitaxie- und Verkapselungstechnologien ab. Gängige Materialien sind:

• Substrat: Saphir oder Siliziumkarbid (SiC)
• Epitaxie-Methode: Metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD)
• Verkapselung: Silikon oder Epoxidharz zum Schutz der Umwelt.
• PhosphorbeschichtungWandelt blaues Licht in weißes Licht für allgemeine Beleuchtungsanwendungen um.

Führende Hersteller elektronischer LEDs, wie Cree, Nichia, Osram und Epistar, arbeiten kontinuierlich an der Verfeinerung von Chipstrukturen, um eine höhere Lichtausbeute pro Watt und eine verbesserte thermische Stabilität zu erzielen.

Zur Verwendung in LED-Displays und elektronischen Bedienfeldern.

In LED-Bildschirmen bestehen die RGB-Pixel aus Tausenden von SMD- oder COB-Chips. Jeder Pixel setzt sich aus drei Subchips zusammen: rot, grün und blau. Durch die Mischung des Lichts entstehen Millionen von Farben.

• SMD-Bildschirme: Sie bieten eine feinere Pixelauflösung (bis zu P 0,9) und größere Betrachtungswinkel.
• COB-Bildschirme: Sie bieten einen besseren Schutz vor Staub, Feuchtigkeit und Stößen und eignen sich daher für den Außeneinsatz und die Vermietung.

Führende Hersteller entwickeln jetzt Mikrochip-COB-LEDs, wodurch Drahtverbindungen entfallen und die Haltbarkeit sowie die Stromverteilung verbessert werden; ideal für Mikroschritt-LED-Videowände, die in Kontrollräumen und Rundfunkstudios eingesetzt werden.

Zukunftstrends in der Entwicklung von LED-Chips und elektronischen LEDs.

Fortschritte in der Halbleiterverarbeitung führen zu neuen Generationen von LED-Chips mit höherer Energieeffizienz und geringerer Miniaturisierung. Zu den Trends gehören unter anderem:

• Mikro- und Mini-LEDs: Kleinere Dioden, die eine überlegene Auflösung für Displays mit feiner Rasterteilung bieten.
• Quantenpunkt-KonversionsschichtenSie verbessern die Farbwiedergabe auf LED-Bildschirmen.
• GaN-auf-GaN-Substrat: Es verbessert das aktuelle Management und die Effizienz.
• Intelligente elektronische Integration von LEDsKombination von LEDs mit IoT-Steuerung für anpassungsfähige Beleuchtungssysteme.

Zukunftstrends in der Entwicklung von LED-Chips und elektronischen LEDs.

Fortschritte in der Halbleiterverarbeitung führen zu neuen Generationen von LED-Chips mit höherer Energieeffizienz und geringerer Miniaturisierung. Zu den Trends gehören unter anderem:

• Mikro- und Mini-LEDs: Kleinere Dioden, die eine überlegene Auflösung für Displays mit feiner Rasterteilung bieten.
• Quantenpunkt-KonversionsschichtenSie verbessern die Farbwiedergabe auf LED-Bildschirmen.
• GaN-auf-GaN-Substrat: Es verbessert das aktuelle Management und die Effizienz.
• Intelligente elektronische Integration von LEDsKombination von LEDs mit IoT-Steuerung für anpassungsfähige Beleuchtungssysteme.

Wie Sie die richtigen LED-Chips für Ihr LED-Elektronikprojekt auswählen.

Bei der Wahl zwischen COB und SMD für elektronische Anwendungen in LEDs sollten Sie Folgendes beachten:

• Anforderungen an die Helligkeit: COB für hohe Lichtstärke; SMD für flexible und farbintensive Designs.
• Thermische Bedingungen: COB unterstützt höhere Temperaturen durch verbessertes Wärmemanagement.
• Bildschirmauflösung: SMD eignet sich für fein voneinander getrennte Pixel und dynamische Farbsteuerung.
• Umfeld: COB bietet einen besseren Schutz für Außeninstallationen und in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit.