Neues LED-Chip-Design steigert die Farbgenauigkeit und spart Energie

Bei professionellen Beleuchtungsanwendungen wie Sportstadien und der Produktion von Ultra-High-Definition-Fernsehen (UHDTV) besteht ein inhärenter Kompromiss zwischen Farbwiedergabefähigkeit und Lichtausbeute. Herkömmliche blaue LED-Chips mit Konfigurationen aus gelbem Phosphor (1B-Y) können eine hohe Energieeffizienz von 133 lm/W erreichen, leiden jedoch unter einer schlechten Farbgenauigkeit mit einem Farbwiedergabeindex (CRI) von nur 77. Besonders problematisch ist der R9-Wert (Rotwiedergabe) von -7, der zu erheblichen Farbverzerrungen führt, die für professionelle Anwendungen ungeeignet sind. Die größte technologische Herausforderung besteht darin, eine Farbtreue über das gesamte Spektrum bei gleichzeitig hoher Energieeffizienz zu erreichen.

Eine bahnbrechende Lösung ist durch eine neuartige Multi-Chip-Integrated-Packaging-Architektur (PKG) entstanden. Dieses Design kombiniert einen Ultraviolett (UV)-Chip mit zwei blauen Chips in einem kompakten 5,0 mm × 5,4 mm × 1,2 mm großen Gehäuse. Die Konfiguration besteht aus einem zentral positionierten UV-Chip, flankiert von zwei symmetrisch angeordneten Blue Chips im „3-in-1“-Layout. Diese Anordnung optimiert nicht nur die Lichtverteilung, sondern beinhaltet auch ein integriertes Wärmemanagementsystem, das die Wärme mehrerer Chips effektiv ableitet und so eine langfristige Stabilität bei hohen Betriebslasten gewährleistet.

Das Forschungsteam erzielte durch präzise Wellenlängenabstimmung und Leuchtstoffformulierung bemerkenswerte Ergebnisse:

• Spektrale Kompensation:Ein 417-nm-UV-Chip regt grünen Leuchtstoff an, um zusätzliches 470-nm-Licht zu erzeugen, wodurch kritische Farbmetriken wie R12 deutlich verbessert und Sättigungsmängel bei herkömmlichen Lösungen behoben werden.
• Leistungssynergie:Vergleichstests zwischen PKG-1 (452 ​​nm Blau) und PKG-2 (455 nm Blau) ergaben, dass die Kombination aus 455 nm Blau und 417 nm UV einen CRI ≥95 liefert und gleichzeitig eine Lichtausbeute von etwa 100 lm/W beibehält.
• Umfassende Auswertung:Über die standardmäßigen CRI-Metriken hinaus wurde die Lösung anhand des Farbtreuestandards TM-30 bewertet. Die Ergebnisse zeigten eine außergewöhnliche Leistung bei 99 Farbproben mit einer auf unter 7 % begrenzten Chroma-Verschiebung, was auf eine hervorragende Farbkonsistenz hinweist.

Das neue LED-Paket zeigte bei Tests unter extremen Bedingungen eine herausragende Robustheit. Nach 1.000 Stunden Dauerbetrieb in Umgebungen mit einer Temperatur von 298 K bis 378 K und einer Luftfeuchtigkeit von 85 % blieb der Lichtstrom bei 99,7 % der ursprünglichen Leistung. Bei einem Betriebsstrom von 25 mA verbraucht die Lösung nur 69 mW – eine Verbesserung gegenüber den 71,3 mW, die bei herkömmlichen 1B-Y-Konfigurationen erforderlich sind. Diese Errungenschaft stellt eine dreifache Optimierung von hoher Farbgenauigkeit, hoher Energieeffizienz und geringem Stromverbrauch dar und schafft einen überzeugenden technischen Weg für leistungsstarke Beleuchtungsanwendungen.