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Neue LED-Technik für den Wilhelmsplatz in Dortmund-Dorstfeld

Bild: flickr.com/Marcin Wichary

Durch energiesparende Oberlichtlaternen werden vom Tiefbauamt die alten Kugelleuchten am Wilhelmplatz in Dortmund-Dorstfeld ersetzt. Die Kosten von 14.000 Euro werden um 5.800 Euro minimiert, denn diese gibt es als Zuschuss vom Bundesumweltamt. Neue LED-Technik für den Wilhelmsplatz in Dortmund-Dorstfeld weiterlesen

Mit Siebdruckverfahren werden LED-Leuchten hergestellt

Lichtquellen aus druckbaren Halbleiter-LEDs, die aussehen wie leuchtende Papierblätter, wurden entwickelt von dem Unternehmen „NthDegree“. Auf den Markt kommen noch vor Ende des Jahres die ersten Lampen, die daraus gefertigt werden. Maße von 120 cm Länge und 60 Breite soll das erste Modell haben, so vermelden es aktuelle Berichte.

Aus winzigen Gallium-Nitrid-LEDs werden die Leuchtblätter von NthDegree produziert. Aus einem Wafer herausgeschnitten werden zuerst Millionen von ihnen – acht Millionen LEDs ergibt ein Wafer, der eine Kantenlänge von 10 cm hat. Anschließend werden diese gemischt mit Kunstharz und Bindemittel. Auf dem Trägermaterial lässt sich dann im Siebdruckverfahren die Tinte aufbringen. Eine dünne Silberschicht, die als rückwärtige Elektrode dient, befindet sich unter der LED-Tinte. Die Farbe des weißen bis bläulichen Lichts, das diese emittieren, ändert eine Phosphorschicht, die sich über den LEDs legt.

In dem Material-Sandwich ist eine zusätzliche Isolierschicht, die Kurzschlüsse verhindert. Ebenfalls in ein Bindemittel eingelassen sind elektrische Kontakte auf der Vorderseite, die aus hauchdünnen und deshalb nicht sichtbaren Metalldrähten bestehen. Zu den gebräuchlichen Indium-Zinnoxid-Elektroden (ITO), die eingesetzt werden in Flachbildschirmen und Touchscreens, könnte die transparente Elektrodenschicht sich zugleich als eine Alternative entwickeln. Im Druckverfahren lässt sich ITO nicht verarbeiten, weil sie spröde ist.

Potenzial hat der Ansatz von NthDegree für Raghu Das, CEO der auf gedruckte Elektronik spezialisierten Firma IDTechEx. Billiger, als die organischen LED-Lampen (OLED), die bereits in den ersten Produkten auf dem Markt sind und hochgelobt werden, könnten am Ende die LED-Lampen sein. Derzeit liegen die Kosten bei 6.000 Dollar für eine OLED-Deckenbeleuchtung. Damit die OLEDs nicht mit Feuchtigkeit und Luft in Kontakt kommen, müssen diese eingeschlossen werden in Glasbehälter, das ein weiterer Nachteil ist.

LED-Leuchten werden sicherer durch eine Schutzschaltung

Immer wieder ändert sich der Beleuchtungsmarkt, 60-Watt Glühbirnen werden verboten, farbige LEDs und Energiesparlampen sind auf dem Vormarsch. Doch was sind zum Beispiel bei einer LED die wichtigsten Punkte? Kosten, Energie und Lichtqualität stehen für den Verbraucher an erster Stelle. Nicht zu kurz kommen sollte aber auch die Sicherheit. Eine neuartige Sicherheitsschaltung für LED-Leuchten entwickelt hat das Fraunhofer Institut. Mit allen bisherigen konventionell betriebenen Leuchtstoffröhren sind dadurch die LED-Leuchten kompatibel, die vor allem dann beim Einsetzen stromschlagsicher sind.

In Verkaufsräumen oder auch Büros werden besonders Leuchtstoffröhren eingesetzt. Sie haben eine höhere Lebensdauer als Glühbirnen und verbrauchen weniger Energie, das zu ihren Vorteilen zählt. Viel weniger Wärme entwickelt die LED-Variante, die Retrofit-Lampe, die sogar noch länger hält. Diese weisen allerdings eine Sicherheitslücke auf, im Gegensatz zur normalen Leuchtstoffröhre. Beim Einsetzen der LED-Leuchte kann es zu einem Stromschlag kommen, sobald ein Ende in der Fassung ist, und bei der Montage das andere Ende der Röhre berührt wird. Eine elektronische Sicherheitsschaltung hat das Fraunhofer Institut entwickelt, die schützt nun genau davor. Ein Gas, das im nicht geschalteten Zustand isolierend wirkt, ist in den bisherigen Leuchtstoffröhren enthalten, und deshalb gab es bei diesen die Sicherheitslücke nicht. Einen elektrischen Verbraucher, der leitet, haben hingegen die LEDs. Problemlos austauschen kann nun der Laie die LED-Lampe mit Sicherheitsschaltung mit der praktischen Plug-and-Play-Technologie. Sie ist völlig kompatibel zu einer konventionellen Leuchtstoffröhre, neben der Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten der beiden Enden. Um die Sicherheitslücke zu schließen, musste die Leuchte umverdrahtet oder der Starter ausgetauscht werden bei den meisten LED-Röhren. Zum Einsatz kommen soll die LED-Lampe als Ersatz von zweiseitig gesockelten T8-Leuchtstoffröhren.

Weitere zahlreiche Vorteile weisen die LED-Lampen auf, neben dem einfachen und sichern Einbau. Mehr als 50 Prozent Energie kann im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffröhren eingespart werden. Kosten für den Austausch fallen weg, weil LED-Leuchten eine längere Lebensdauer haben. Außerdem sind sie umweltfreundlicher, sie enthalten kein Quecksilber und durch möglichen Glasbruch entsteht keine Gefahr. Eine geringere Temperatur als herkömmliche Leuchten entwickeln darüber hinaus LEDs. Interessant ist dies besonders bei großflächigen Anwendungen, denn für Raumklimatisierung können beispielsweise in Verkaufsräumen Energie und Kosten eingespart werden. Über eine lange Betriebsdauer amortisieren sich die höheren Anschaffungskosten der LEDs.

Im Reich der Mitte werden Glühbirnen verboten

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Beim Energiesparen möchte die Volksrepublik China Europa überholen. In Kraft treten soll offenbar ein generelles Glühbirnen-Verbot im zentral gesteuerten Riesenreich und zwar schon im kommenden Herbst. Bis ins Detail kopiert dabei Peking die Vorgaben der EU, denn die 100-Watt Birnen sollen als erstes verboten werden.

Zunehmend zu unpopulären Maßnahmen sind die Wirtschaftsdenker in Peking gezwungen – aufgrund eines rapide anwachsenden Energieverbrauches. Die Chinesen setzen nun auf moderne Ideen aus Europa, weil die Regierung des Landes nicht so schnell neue Kernkraft- und Kohlewerke planen kann, wie der Bedarf an Strom ist. Massiv auf alternative Lichtquellen und Einsparpotenziale setzt China künftig laut einem aktuellen Zeitungsbericht. Die staatsnahe chinesische Börsenzeitung „Securities Times“ berichtet dazu, dass innerhalb der nächsten fünf Jahre stufenweise die herkömmlichen Glühbirnen verboten werden, um den Gebrauch von Leuchtdioden, sprich LEDs, anzukurbeln. Betroffen vom Einfuhr- und Verkaufsverbot seien zunächst ab Oktober 2012 Glühbirnen, die mehr als 100 Watt haben. Glühbirnen, die mehr als 15 Watt haben, dürfen ab 1. Oktober 2016 zur Energieeinsparung nicht mehr nach China verkauft oder importiert werden. Von den herkömmlichen Glühbirnen, aber auch von LED-Leuchtmitteln ist China der weltweit größte Hersteller. Energie zu sparen ist mittlerweile ein Punkt, um dem sich das energiehungrige Land bemüht.

Die hohe Energieausbeute ist der große Vorteil der LEDs gegenüber herkömmlichen Lampen. Lange Lebensdauer und geringe Stromaufnahme sind weiter Pluspunkte dieser Leuchtmittel. Zum großen Teil überwunden haben inzwischen die Hersteller die anfänglichen Schwierigkeiten mit Lichtstimmung und Lichtfarbe. Vor allem auf Energiesparlampen setzt die Europäische Union im Gegensatz zu den Chinesen. Durch die Eigenheiten europäischer Energiesparlampen wird die Entscheidung aus Peking pikant. Auf die Verwendung „Seltener Erden“ angewiesen sind die Hersteller bei der Produktion. Direkt beeinflussen, dank riesiger Vorkommen im eigenen Land, kann China den Weltmarktpreis für diese Rohstoffe.

Öko-Test: LED-Lampen besser als Energiesparlampen

Das Verbrauchermagazin Öko-Test hat nun LED-Lampen getestet und diese mit der Leistung von Energiesparlampen verglichen. In einen Dauertest geschickt wurden von den Experten die LED-Lampen, die in eine gewöhnliche Fassung passen. Elf LEDs, die entweder warmweiß leuchten, oder die einer 60-Watt-Glühlampe entsprechen – laut den Angaben auf der Verpackung – wurden für den Test ausgewählt. Mit dem Philips Standardlicht 60 Watt wurden die Test-LEDs verglichen.

Den heutigen Energiesparlampen sind die LED-Lampen gleich in mehreren Hinsichten überlegen, wie sich bei dem Test zeigte. Eine Menge Energie wird mittel- und langfristig gespart und die LEDs bieten ein ausgeglicheneres Farbspektrum. Im Durchschnitt rechnet sich nach gut drei Jahren ihr Einsatz, denn sie sind vergleichsweise in der Anschaffung pro Stück um 30 bis 80 Euro teurer. Positiv ist auch für die Umwelt, dass sie bis zu 85 Prozent weniger Energie verbrauchen im Gegensatz zu den herkömmlichen Glühbirnen. Etwa 70 Prozent Energieeinsparung haben die Energiesparlampen im Test von Öko-Test geschafft.

Bis sie aber zu einer echten Alternative werden können, müssen laut Öko-Test allerdings noch einige Probleme gelöst werden, die es bei den LED-Lampen gibt. Als bedenklich bezeichnete das Verbrauchermagazin das ausgeprägte Lichtflimmern. Diese Impulse nimmt das Gehirn auf, auch wenn das Auge das Flimmern nicht wahrnehmen kann. Auch nicht bestens in Sachen Helligkeit überzeugen können einige wenige LED-Lampen. Nur 36 Prozent oder sogar nur 16 Prozent an Helligkeit, die von einer Glühlampe ausging, schafften einige Modelle. Nichts an der Helligkeit auszusetzen gab es dagegen aber bei den LED-Lampen von Philips, Heitronic, Osram und Toshiba. Am Anfang ihrer Entwicklung steht aktuell noch die LED-Technologie, die aber ein großes Potenzial in sich hat, so das Fazit von Jürgen Stellpflug dem Öko-Test-Chefredakteur. Gute Energiesparer, die auch kaum anfällig für Ausfälle sind, sind schon die meisten Modelle.

Für Großdisplays können SMD-LEDs eingesetzt werden

Den Markt für Videogroßbildsysteme für den Außenbereich beherrschen seit mehr als 15 Jahren hell leuchtende LEDs mit Durchkontaktierung. Wünschenswert ist es, diese aus fertigungstechnischen Gründen durch SMD-LEDs zu ersetzen. Dies ist aber nicht möglich wegen ihrer optischen Abstrahlcharakteristik. Bei Großdisplays können nun die Vorteile der SMD-Bestückung durch eine neue Gehäuseform genutzt werden.

Gerne und sehr oft eingesetzt werden in Außenanwendungen bedrahtete LEDs mit einem runden oder auch ovalen Gehäuse. Gegenüber konventionellen LEDs für die Oberflächenmontage bieten diese einige Vorteile. Meist heller sind LED-Lampen, sie können hergestellt werden in einem getönt-diffusen, getönten oder klarem Gehäuse. Es kann dadurch ein höheres Kontrastverhältnis erzielt werden. Mit vielen primär-optischen unterschiedlichen Designs wie 15° oder 30° rund, 40°x100° oval können sie geliefert werden. Nahezu ausschließlich bedrahtete LEDs können in einigen Fällen in Außenanwendungen verwendet werden, aufgrund gesetzlicher und lokaler Vorschriften. Genau definierte Abstrahlwinkel für Wechselverkehrszeichen, wie Verkehrsinformationsanzeigen, fordert so die EN 12966. In Bezug auf Helligkeit und geregelten Abstrahlwinkel sind LED-Lampen mit ihren Primär-Optiken.

In einem Rutsch verarbeitet und im Reflow-Prozess verlötet werden können Platinen mit SMD-LEDs, denn sie eignen sich bestens dafür. Es beschleunigt die Durchlaufzeit, spart Kosten bei Halterungen, Kabeln und Steckern und hilft während des Bestückungsprozesses, die mechanischen Belastungen zu verringern. Aber nur in wenigen Betrachtungswinkeln und Gehäuseformen wie zum Beispiel PLCC-Gehäuse werden SMD-LEDs für Außenanwendungen hergestellt.

Stark verändert und vereinfacht hat Avago die Designwelt, durch die Vorstellung der der sogenannten SMT Lamp, der ersten oberflächen-montierbaren LED mit hoher Helligkeit für Außenanwendungen. Entscheidend reduziert und in einigen Fällen sogar völlig behoben wurden frühere Probleme. Die Vorteile der bedrahteten und der SMD-LED-Technologie vereinigt nun die neue LED-Gehäusebauform.

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

Neue Möglichkeiten durch grüne LED-Beleuchtung

Dank Forschern aus den USA ist nun eine Lücke bei der LED-Beleuchtung geschlossen worden. Denn Mitarbeiter des Unternehmens RoseStreet Labs aus den Vereinigten Staaten haben es geschafft, auf Basis von Nitrid langweilige LEDs in grün herzustellen. Damit können die Herstellungskosten gering gehalten werden. Darüber hinaus kann auf eine höhere Lichtausbeute gehofft werden. Bislang haben Wissenschaft und auch Industrie lange nach einer Möglichkeit gesucht, „langweilige“ und effiziente grüne LED-Beleuchtung herzustellen.

Geschafft haben dies nun die genannten US-Amerikaner mit einem proprietären InGaN-Dünnfilm auf Silizium-Technologie. Das Herstellen von grünen LEDs auf Nitrid-Basis ist enorm anspruchsvoll, verglichen beispielsweise mit UV-LEDs oder auch blauen LEDs. Grund hierfür sind beispielsweise die steigenden Quanteneffekte sowie die daraus resultierende Quanteneffizienz.

Die sogenannten langwelligen LEDs können zum Beispiel bei der LED-Beleuchtung eingesetzt werden. Darüber hinaus können sie auch Einsatz bei der LED-Hintergrundbeleuchtung finden. Ebenso eignen sich grüne LEDs für die kommende Generation der Display-Hintergrundbeleuchtung. Mit den LEDs auf Nitrid-Basis konnte nun bewiesen werden, dass sich LEDs mit Multi-Farben und Weißlicht erzeugt werden können. Besonders vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch die geringen Herstellungskosten und der niedrige Energieverbrauch. Außerdem ist auch die hohe Lichtausbeute der langweiligen LEDs vorteilhaft. Die kommerzielle Fertigung mit Silizium-Substrate mit 200 Millimetern scheint frühestens in zwei bis drei Jahren möglich.