LED-Herstellung und -Weiterverarbeitung

 

Die Herstellung von LEDs und LED-basierten Produkten erfordert eine spezielle, auf LED-Licht abgestimmte Messtechnik zur präzisen Messung von Lichtintensität, spektraler Leistungsverteilung, Farbe und anderen lichttechnischen Größen. Die Gigahertz-Optik GmbH bietet ein umfassendes Angebot an LED-Lichtmessgeräten, Zubehör und Kalibrierungen. Einige Anwendungsbeispiele für Produkte der Gigahertz-Optik GmbH im Bereich der LED-Herstellung und -Verarbeitung sind in diesem Kapitel aufgeführt.

Bei allen Fragen rund um das Thema LED-Herstellung und -Weiterverarbeitung steht Ihnen unser Vertriebsteam gerne jederzeit zur Verfügung.

Sie erreichen uns unter der +49 (0) 8193 93700-0 oder per Mail unter info@gigahertz-optik.de.

App. 001

Messen der Auswirkung der Temperatur auf die LED‑Performance

Ein gutes thermisches Design von LED-Lichtquellen und -Leuchten ist unerlässlich, um eine optimale LED-Performance in Bezug auf Lichtleistung und Lebensdauer zu gewährleisten. Zwar strahlen LEDs keine nennenswerten Wärmemengen ab, trotzdem wird innerhalb des Halbleiters der LED Wärme erzeugt. Diese muss abgeleitet werden, wenn die Quanteneffizienz und Lebensdauer der LEDs auch bei hohen Betriebsströmen aufrechterhalten werden soll. Die LED-Performance wird also maßgeblich von der Effizienz des Wärmemanagements bestimmt.

Hersteller von Leuchten und Lampen stellen die Qualität ihrer Produkte sicher, indem sie photometrische und farbmetrische Parameter wie Lichtstrom, spektrale Leistungsverteilung, Farbtemperatur und Farbwiedergabe ihrer Produkte messen.

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Die Durchführung der Messungen unter Berücksichtigung der Besonderheiten von LEDs sind in der CIE S 025/E:2015 [1] beschrieben. Auch wenn die meisten LED-Beleuchtungsprodukte im Konstant-Strombetrieb bzw. Pulsbreiten moduliert betrieben werden, erfolgt das Binning der LEDs durch die LED-Hersteller im Einzelpulsmodus. Testsysteme, mit der sich die LED-Prüfung sowohl im Dauerstrich- als auch im Impulsmodus durchführen lassen, ermöglichen einen Vergleich der eigenen Messdaten mit denen der LED-Hersteller.

Das TP121-TH LED-Testsystem bietet vollautomatische Testroutinen für SMD- und On-Board-LED. Die photometrischen, farbmetrischen, thermischen und elektrischen Messparameter des Systems entsprechen den neuesten Normen und Vorschriften, einschließlich CIE S 025, IES LM-79-08 [2] und DIN 5032 Teil 9 [3].


Referenzen

[1] CIE S 025 / E: 2015 Prüfverfahren für LED-Lampen, LED-Leuchten und LED-Module

[2] IES LM-79-08 Elektrische und photometrische Messungen von Festkörper Beleuchtungs Produkten

[3] DIN 5032-9 Photometrie - Teil 9: Messung der photometrischen Größen inkohärenter emittierender Halbleiterlichtquellen

App. 002

Lichtstrom- und Farbmessung von auf Platinen assemblierten LEDs

LED-Hersteller bieten ihre LEDs mit eingeengten Parametern für die Farbtemperatur (CCT), den Lichtstrom und die Vorwärtsspannung an. Dieses sortieren in Gruppen ist auch als "Binning" bekannt. In Standards wie ANSI C78.377-2017 [1] sind beispielsweise Farbquadrate entlang der Black-Body-Kurve im CIE-Normvalenzsystem (CIE 1931) für das Sortieren von LEDs der Allgemeinbeleuchtung definiert.

Die Vorsortierung durch den Hersteller begrenzt zwar Toleranzbereiche, entbindet den Anwender jedoch nicht von der messtechnischen Qualitätskontrolle.

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Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die für das Binning der LED verwendeten Betriebsparameter der Hersteller nicht mit denen des Endanwenders übereinstimmen müssen. Hersteller sortieren üblicherweise innerhalb eines ~ 20 ms-Stromimpulses und einer angenommenen Sperrschichttemperatur von 25°C. In der Anwendung werden die Wärmeabfuhr durch die LED-Trägerplatine und der Betriebsstrom die LED-Performance signifikant beeinflussen.

Die zwei möglichen Messgrößen für die Lichtintensität von LEDs sind der Lichtstrom (lm) und die Lichtstärke (cd). Die Messung des Lichtstroms ist wenn möglich der Messung der Lichtstärke vorzuziehen, da die nicht unkritische Ausrichtung des Messgerätes zum Lichtstrahl der LED entfällt. Der BTS256-LED-Tester verfügt über eine Ulbrichtkugel und einen BiTecSensor zur gleichzeitigen Messung von Lichtstrom, Lichtspektrum, Farbtemperatur und Farbwiedergabe (CIE CRI und IES TM-30-15) von LEDs. Die kegelförmige Messöffnung der Ulbrichtkugel des Handmessgerätes wird zur Messung einfach über die LED gestülpt.


Referenzen

[1] ANSI C78.377-2017, Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products

App. 003

Anforderungen an Spektralradiometer für das LED‑Binning

Trotz fortschrittlicher Fertigungstechnologien in der Halbleiterindustrie, variieren die Lichtleistung und die Farbtemperatur von LEDs. Binning-Methoden werden daher angewendet, um die LEDs nach Klassen zu sortieren. Standards wie ANSI C78.377-2017 [1] definieren z.B. Toleranzfelder oder "Bins" in Bezug auf den Farbort der LEDs. Das LED-Binning erfolgt ausnahmslos durch die spektrale Charakterisierung der LEDs. Die Lichtleistung und die Farbtemperatur (CCT) werden nach der Messung aus den spektralen Daten des LED-Licht berechnet. Die Lichtintensität wird in den Messgrößen Lichtstrom (lm) oder Averaged LED Intensity [2] geprüft.

LEDs werden in Massenproduktion hergestellt, was kürzeste Messzeiten für Binning-Zwecke erfordert.

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Hersteller vermessen die LEDs mit einem einzelnen Impuls von einer typischen Dauer von etwa 20 ms oder weniger. Diese Messmethode stellt hohe Anforderungen an das Spektralradiometer. Neben hohem Lichtdurchsatz der Messoptik, hoher Empfindlichkeit und niedrigem Dunkelsignal des Sensors sind eine schnelle Datenverarbeitung und Datenübertragung erforderlich. Zusätzlich muss die Software eine einfache Integration und Synchronisation des Messgerätes in automatisierte Testsysteme der Hersteller ermöglichen. Mit dem BTS2048-VL Spektralradiometer und dem Messzubehör für Lichtstrom und Averaged LED-Intensity, bietet Gigahertz-Optik GmbH ein leistungsstarkes Messgerät für industrielles LED-Binning.


Referenzen

[1] Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products, ANSI C78.377-2017

[2] CIE 127:2007 Measurement of LEDs

App. 004

Qualitätskontrolle bei der Herstellung von LED-Stirnstrahlern mit nur einem Lichtmessgerät

Die Entwicklung und Herstellung von qualitativ hochwertigen LED-Stirnlampen erfordert diverse photometrische und farbmetrische Messungen. Die für die Einrichtung und den Betrieb eines umfassenden photometrischen Testlabors erforderliche Investition ist für mittelständische Hersteller oft unerschwinglich. Die Möglichkeit, die anfallenden Messaufgaben mit einem universell einsetzbaren und einfach zu bedienenden Messgerät durchzuführen, ist daher eine interessante Alternative.

Zu den optischen Parametern, die in den Entwicklungs- und Produktionsprozessen von LED-Stirnlampen und anderen Spotleuchten gemessen werden müssen, gehören:

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  • Lichtstrom und Lichtfarbe einschließlich der Farbtemperatur der LED
  • Lichtstrom und Lichtfarbe einschließlich der Farbtemperatur der auf Leiterplatten bestückten LEDs
  • Lichtstrom und Lichtfarbe einschließlich der Farbtemperatur der LED mit Optik
  • Lichtstärke
  • Räumliche Verteilung der Lichtstärke

Die aufgeführten photometrischen und farbmetrischen Messungen erfordern ein Lichtmessgerät zur spektralen Charakterisierung, das mit unterschiedlichen Messvorsätzen kombiniert werden kann. Mit dem BTS256-LED Plus Konzept bietet die Gigahertz-Optik GmbH ein preiswertes Spektralradiometer mit Zubehör für alle oben genannten Messaufgaben.