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Chip-on-Board-(COB)-LEDs: die Grundlagen

2. September 2019
Patric Domin

LEDs gibt es nun schon seit mehreren Jahrzehnten, und wer meint, dass sie sich seit ihrer Erfindung nicht weiterentwickelt hätten, täuscht sich gewaltig. Zwischen den Minileuchten für Leuchtreklamen und zur Signalübertragung der 60er-Jahre und den COB-LEDs liegen Welten. Sehen wir uns doch genauer an, wo wir mit den Chip-on-Board-(COB)-LEDs technisch gelandet sind.

Was sind COB-LEDs? Funktionsweise und Abkürzung erklärt

COB = Chip-on-Board

LED = Licht emittierende Diode

Beginnen wir am besten von vorne: LEDs sind sogenannte Licht emittierende Dioden (engl. light emitting diods). Sie können auch als Halbleiter-Bauelement bezeichnet werden, denn bei dem Material, das schließlich für das Licht in verschiedenen Farben verantwortlich ist, handelt es sich um sogenannte Halbleitermetalle. Dort wird Strom durchgeschickt und das Material leuchtet.

Nun gibt es unterschiedliche Arten und Weisen, wie man diese Minichips an Halbleitermaterial anordnen kann. Bei Chip-on-Board-LEDs ist es so, dass mindestens 9 Chips, meist aber sehr viele mehr, auf einem Board angebracht werden.

Aufbau und Spezifikationen: die Technik hinter den LED-COB

Chip-on-Board-Leds erstrahlen in vielen Farben
Halbleitermetalle in den COB-LEDs sorgen dafür, dass das Licht in verschiedenen Farben erscheint.

Bei den COB-LEDs handelt es sich um eine Multichipanordnung, wobei viele Low-Power-Chips in Serie und/oder parallel geschalten werden.

Sie sind per Bonding direkt auf einer Platte (meist aus Aluminium oder Keramik) angebracht und zwar so dicht, dass sich eine einzige, homogene Lichtfläche ergibt. Dadurch strahlt diese Art der LEDs gleichmäßiges Licht mit breitem Abstrahlwinkel ab und macht sie etwa bei der Pflanzenbeleuchtung ideal einsetzbar.

Ein geringer thermischer Widerstand beim Gehäuse (unter 2 K/W, andere erreichen bis zu 200 K/W) verringert Energieverluste in Form von Wärmeenergie und ist damit der hohen Effizienz zuträglich.

Durch die kompakte Bauweise ist ein kleines Gehäuse möglich, das im Prinzip nur aus der Trägerplatte besteht. Dadurch sind LED COBs vielseitig einsetzbar.

 

 

Je nachdem, wie viele und welche Chips verbaut werden, kommen unterschiedliche Leistungen und Spannungen zustande. Ob 12V oder 230V, 5W oder 100W – solche und noch breitere Ranges sind bei Chip-on-Board-LEDs auf jeden Fall drin.

Außerdem punktet diese LED-Art mit einem besonders hohen Farbwiedergabeindex, was sie sehr gut als Raumleuchtmittel eignet beispielsweise.

Übrigens: Der Farbwiedergabeindex ist eine Kennzahl, die die Farbwiedergabe einer künstlichen Lichtquelle angibt. Je ausgeglichener das Spektrum des abgestrahlten Lichts ist, desto besser werden Farben bei diesen Lichtverhältnissen wiedergegeben. Sonnenlicht wird dabei mit einem Ra von 100 als Ideal angenommen. Eine weiße LED schafft heutzutage bis zu 98. Am schlechtesten schneiden Natriumdampflampen ab, die teilweise nur bis 30 Ra schaffen.

Einsatzmöglichkeiten der Chip-on-Board-LED: Leuchtmittel aller Art

COB-Leds für die Veranstaltungstechnik
COB-Leds werden beispielsweise in der Veranstaltungstechnik verwendet. Durch den hohen Farbwiedergabeindex entsteht eine schöne Optik.

Die COB LED ist die eierlegende Wollmilchsau unter den Leuchtmitteln. Sie ist so vielseitig einsetzbar, dass sie eigentlich das Zeug dazu hätte, so gut wie alle Leuchtmittel einfach zu ersetzen, was sie zum Teil sogar tut. Man findet COB-LEDS unter anderem in folgenden Formen und Kontexten:

  • Als mobile Strahler
  • Als Einbaustrahler, wie z.B. als runde Deckenleuchte/Spot
  • Als Retrofits (= LEDs in MR16- oder GU10-Fassungen für herkömmliche Lampensockel)
  • Als portable Arbeitsleuchte (etwa für die Werkstatt)
  • Als Blinker, etwa für Motorräder
  • In Streifenform für diverse Zwecke
  • In PAR-Lampen (abgekürzt für engl. parabolic aluminized reflector) in der Veranstaltungstechnik
  • In dekorativen Lampen, etwa als elektrische Kerzenlichter
  • Und nicht zuletzt natürlich als LED-Pflanzenlampe
  • v.m.

 

Schritt für Schritt ersetzen die LED-COB Halogenmetalldampflampen in der Straßenbeleuchtung, der Hochregallagerbeleuchtung, in der Schienen- und Deckeneinbaubeleuchtung, was durch ihre zahlreichen Vorteile, wie die hohe Leistung und den niedrige Verbrauch, das gleichmäßige Licht und die lange Lebensdauer nicht weiter wundert.

Vorteile vs. Nachteile

Es mag bei den ganzen Lobpreisungen an die COB-LED gar nicht so wirken, aber auch sie haben so ihre Tücken und Nachteilchen. So fällt beispielsweise ein wesentliches Merkmal der LEDs an sich weg: Chip-on-Board LEDs sind nämlich nicht in so vielen Farben erhältlich wie andere Vertreterinnen ihrer Leuchtmittelart. Was die Reparierbarkeit betrifft, ist es so, dass man eine defekte COB-LED mit etwas Geschick austauschen kann.

Außerdem kann die Einheit nicht repariert werden, wenn einer oder mehrere der Chips ausfallen.

Ein kleines Defizit ist außerdem, dass es bei großen COBs, die viel Leistung bringen können, schwieriger wird, die entstehende Wärme abzuführen. Das erfordert den Einsatz potenter Kühlkörper.

Das sind aber vernachlässigbare Nachteile, zumindest für den Einsatz der COB LED als Pflanzenlampe.

Die Vorteile sind da schon zahlreicher – wer hätte das gedacht – und wir fassen mal zusammen:

  • Hoher Wirkungsgrad
  • Hoher Lichtstrom pro Watt
  • Großer Abstrahlwinkel
  • Geringe Temperaturentwicklung bzw. Wärmeableitung
  • Lange Lebensdauer
  • Guter Farbwiedergabeindex (CRI-Wert)
  • Farbortkonsistenz (heißt: egal an welcher Stelle der Leuchte, sie strahlt überall gleichmäßig, keine „Hot Spots“) und Farbhomogenität
  • Einfach einsetzbar
  • Preislich im Rahmen aufgrund der geringen Kosten in der Massenproduktion
  • Kompakte, platzsparende und somit vielseitig einsatzfähige Bauweise

Von COB bis SMD: Was ist besser?

LED ist nicht gleich LED – so viel ist klar. Was bei DIP (engl. Abkürzung für dual in-line package) ziemlich leistungsschwach, mit geringer Lebensdauer und schneller Abnahme der Leuchtkraft begann, mauserte sich schnell zu den sogenannten SMD LEDs, den surface mounted device. Dabei wurden bzw. werden 1-2 LED-Chips meist auf einen PLCC (engl. Abkürzung für plastic leaded chip carrier) verbaut.

SMD LEDs sind zwar bereits wesentlich leistungsstärker als ihre Vorgänger DIP, die COB LEDs haben sich daraufhin aber nochmal um ein ganzes Stück weiterentwickelt.

Wichtig bei den COB-LEDs ist, dass es sich um mehrere (teilweise hunderte) Mini-LED-Chips handelt, die dicht an dicht auf eine Trägerplatte montiert werden. Hierdurch können eine hohe Leistungsdichte und gleichmäßige Abstrahlung erzeugt werden. Für die LED-Pflanzenbeleuchtung sind die Chip-on-Board-LEDs damit perfekt geeignet.

 

Beitragsbild: © demarco – stock.adobe.com

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