Hochtemperaturbeständiges Polymer für die Herstellung von LED

Unverwechselbares Gesicht

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Lange Lebensdauer und hohe Energieeffizienz machen LED zur Beleuchtung der Zukunft. Ihre rasante Entwicklung verdanken die Dioden nicht zuletzt hochtemperaturbeständigen Materialien, welche die Miniaturisierung vorangetrieben, die Herstellung vereinfacht und neue Designmöglichkeiten eröffnet haben. Prägnantes Beispiel ist der Audi R8, dessen Scheinwerfer in neuem Licht erstrahlen und sein „Gesicht“ unverwechselbar machen.

Für Polymere spricht mal ihre breite Farbpalette, mal die hohe mechanische Belastbarkeit oder Temperaturbeständigkeit, mal die guten haptischen Eigenschaften. Doch oft ist es gerade die Kombination mehrerer Stärken. So erlaubt das hochtemperaturbeständige flüssigkristalline Polymer „Vectra“ bleifreies Löten und die Herstellung sehr feiner, hochpräziser Strukturen für die Fertigung von LED-Gehäusen. Autobauer und Zulieferer nutzen LED vor allem für Brems- und zunehmend auch für Frontleuchten.

LED – langlebig und kosteneffizient
Ihren Siegeszug haben LED vielen Faktoren zu verdanken: kosteneffiziente Herstellung, lange Lebensdauer, großes Stromsparpotenzial, sehr gute Lichtausbeute sowie Umsetzung von fokussierter Lichtsteuerung zur Illumination besonderer Lichtwelten. Die auf Halbleiterverbindungen basierenden Dioden wandeln den Strom direkt in Licht um. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leuchtmitteln nutzen sie die Energie effizienter und tragen so erheblich zur Reduktion des weltweiten CO2-Ausstoßes bei.
Richtig heiß her geht es für die leistungsstarken Lichtzwerge bei der Fertigung: Hochtemperaturbeständige Werkstoffe wie das flüssigkristalline Vectra LCP müssen sich auch durch extrem gute Fließeigenschaften auszeichnen, damit sich die filigranen Strukturen umsetzen lassen. Im Gehäuse helfen die Hightechmaterialien, der zukunftsträchtigen Technologie auch während des Betriebs sicheren Halt zu geben und sorgen so mit dafür, dass die innovative Lichttechnologie ein ganzes Autoleben lang reibungslos funktionieren kann.
Die Hochleistungsdioden „Luxeon K2“ des kalifornischen Leuchtenherstellers Philips Lumileds haben die Schwachstellen ihrer Vorgänger längst überwunden. Mit einer Leistung von über 140 lm weißen Lichts übertreffen sie herkömmliche LED um bis zu 30 %. Zudem emittieren sie weniger Wärme. Um solche LED mit besonders flachem Profil zu fertigen, nutzt das Unternehmen das flüssigkristalline Vectra LCP von Ticona als Sockel. Das Polymer ermöglicht die nötige Gestaltungsfreiheit sowie die Integration elektrischer und mechanischer Komponenten in das kompakte Gehäuse. Mit Hilfe der Molded-Interconnect-Device-Technologie (MID) lassen sich so die leuchtenden Winzlinge einfach und kostengünstig realisieren. LCP ist inhärent flammwidrig und erfüllt die Temperaturanforderungen von bis zu 260 °C für das Reflow-Löten mit bleifreien Loten.
Fließfähiges Polymer für komplexe Geometrie
Millionen von LED, wie sie unter anderem Philips Lumileds Lighting aus dem kalifornischen San José für die Luxeon K2 LEDs des Audi A8 verwendet, stellt das amerikanische Unternehmen Spectrum Plastics Jahr für Jahr her. Die komplexen Geometrien und engen Toleranzen der Packages – mit Abmessungen von gerade mal 2 bis 7 mm2 – lassen sich aufgrund der guten Fließeigenschaften von Vectra erzielen. Sie widerstehen Temperaturen über 300 °C, sind in der Fertigung und bei der Endanwendung verzugsarm und weisen vernachlässigbare Ausgasungen auf, so dass die flüchtigen Bestandteile weder Linsen trüben noch zur Korrosion von Kontakten führen. Außerdem ermöglichen die LCP-Typen einen hohen Produktionsdurchsatz, da sie über ein breites Verarbeitungsfenster verfügen, kurze Zykluszeiten erlauben und fast gratfrei gefertigt werden können.
„Die Leistungsfähigkeit der Polymere ist Voraussetzung, dass wir Packages für helle und ultrahelle LED herstellen können, die in Anwendungen wie Fahrzeugbeleuchtung, Verbraucherelektronik und schnurlosen Telefonen eingesetzt werden“, erklärt Rob Zimmerman, Manager New Technology Development bei Spectrum Plastics. Das Unternehmen stellt die LED-Packages in einem kontinuierlichen Formgebungsverfahren her. Dabei werden in einer Produktionslinie mit Mehrfachwerkzeugen offene Kavitäten auf Streifen mit Montagerähmchen, so genannten Leadframes, aufgeformt, anschließend mit Chips, die als Lichtquelle dienen, gelötet, eine Linse eingesetzt und das Package aus dem Streifen gestanzt. „Vor allem bei der Autobeleuchtung werden LED herkömmliche Systeme ablösen“, prognostiziert Volker Pieper, Marketing Manager für Elektronik- anwendungen bei Ticona. „Die Leuchtdioden verbrauchen viel weniger Energie, sind durch ihr besonderes Funktionsprinzip im Grunde verschleißfrei und zudem unempfindlicher gegen Erschütterungen. Kurz gesagt: Sie halten ein ganzes Autoleben lang.“ Zusätzlich bieten die winzigen Lichtspender mehr Designfreiheit. Bei dem sportlichen Oberklassewagen von Audi etwa prägen sie als ein zentrales Designelement das Gesicht des Wagens mit und machen ihn so schon von weitem unverwechselbar.
Audi ist Vorreiter für die Winzlinge
Um die Fahrbahn optimal auszuleuchten, setzt Vorreiter Audi im A5 und A8 auf die energieeffizienten Winzlinge. Während beim A5 noch auf die Kombination von Xenon-Licht mit LED-Tagfahrlicht setzt, übernehmen beim Sportwagen R8 als Sonderausstattung Hochleistungsleuchtdioden sämtliche Leuchtfunktionen – von Tagfahr- über Abblend- und Fernlicht bis hin zum Blinker und dem Positionslicht. Ab 2008 fährt der sportliche R8 in der Sonderausstattung sogar mit den ersten Frontleuchten, bei denen Hochleistungsleuchtdioden alle Lichtfunktionen übernehmen. Der gemeinsam von Audi, Philips Lumileds Lighting und Automotive Lighting entwickelte Voll-LED-Scheinwerfer trägt mit seinen Leuchtdiodenbändern für das Tagfahrlicht zur Umsetzung eines markenspezifischen Designs mit charakteristischem Erscheinungsbild bei Tag wie bei Nacht bei. In jedem Scheinwerfer des Audi A8 sorgt ein Modul mit fünf weißen als Tagfahr- oder Positionslicht für die richtige Beleuchtung.
Für Verkehrssicherheitsexperten ist es ein wichtiger Aspekt, dass das Licht der LED nicht als störend empfunden wird, geht es doch darum, ein ausgewogenes Gleichgewicht zwischen optimaler Fahrbahnausleuchtung und Blendung des Gegenverkehrs zu finden. Schätzungen zufolge ist allerdings noch jeder zweite Nachtunfall auf optische Wahrnehmungsmängel zurückzuführen. Das Licht der kleinen Leuchtdioden, die es in den Farben weiß, grün, blau, cyan, königsblau, rot, orangerot und gelb gibt, wird vom menschlichen Auge im Vergleich zu Xenon-Licht als angenehmer empfunde. Gleichzeitig unterstützt es das Sehen von Kontrasten, so dass Fahren bei Nacht weniger ermüdend ist. Insgesamt 54 LED auf engstem Raum sorgen dann für ein ganz neues Seherlebnis beim Fahren – und dadurch für weniger Unfälle.
LED in der Car-to-Car-Kommunikation
Die Verringerung von Auffahrunfällen haben die Autobauer auch bei der so genannten Car-to-Car-Kommunikation im Blick. Die Entwickler von Mercedes-Benz arbeiten auch daran, Bremslichter mit LED zusätzlich für den Datentransfer zu nutzen. Lichtimpulse senden beim Bremsen die Informationen an das nachfolgende Fahrzeug. Dieses empfängt die Daten und leitet sie an den Bremsassistenten weiter.
Neben der Erhöhung der Verkehrssicherheit tragen innovative LED-Lichtkonzepte auch zu aktivem Umweltschutz bei. So hat eine herkömmliche Fahrzeugbeleuchtung (Abblendlicht) einen Energieverbrauch von stolzen 300 W, ein LED-Tagfahrlicht hingegen nur 14 W. Das schlägt sich im geringeren Kraftstoffverbrauch nieder: statt von 0,3 l/100 km nur 0,014 l. Dank der neuen Technologie verringert sich der CO2-Ausstoß eines Pkw demnach von 7,86 auf 0,36 g/km. (Quellen: Audi, Hella)
Noch intelligentere Scheinwerfersysteme sind zurzeit in der Entwicklung. Sie sollen in Zukunft Hindernisse am Straßenrand oder entgegenkommende Fahrzeuge mit Hilfe eines Kamerasensors und nach Weiterverarbeitung der Daten „selbstständig“ erkennen und entsprechend auf- und abblenden. Zur Datenkommunikation von Auto zu Auto sollen in Zukunft die bereits etablierten LED-Bremslichter herangezogen werden. Erklärtes Ziel auch hier: Reduktion von (Auffahr-)Unfällen. (Quelle: Mercedes-Benz, F.A.Z.)
Ticona; Telefon: 06107/772-1797; E-Mail: kuell@ticona.de
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