Heat management - LED Linear

led.linear.com

Heat management - LED Linear

VarioLED Flex VENUS RGB

Bundesgartenschau, Koblenz

Foto Picture: Jennifer Braun


22/07/2013

LED Linear – Outstanding quality measures

Wärmemanagement

Temperaturabhängiges Verhalten:

Heat management

Temperature-sensitive behavior

of luminous flux

Der Lichtstrom und das damit von den LED Modulen erzeugte

Licht hängt von der Temperatur, die im LED Modul erzeugt wird,

ab. Im kalten Zustand wird durch die niedrigere Temperatur

mehr Licht erzeugt als im wärmeren Betriebszustand. Die Lichtmenge

stabilisiert sich jedoch nach einer gewissen Zeit.Wann

dieser Betriebszustand erreicht wird, hängt vom jeweiligen

Aufbau des Modules und des thermischen Managements ab. Ziel

des thermischen Managements ist es, die erzeugte Wärme möglichst

schnell in die Umgebung abzugeben. Dadurch wird ein

konstantes Lichtstromverhalten garantiert. Ein Beispiel für das

beschriebene Verhalten ist im folgenden Diagramm zu sehen:

100

95

90

85

Lichtstrom

80

in lm

75

70

65

60

0 100

Anfänglicher Lichtstrom

Tatsächlicher Lichtstrom

im Betriebszustand

200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Zeit in s

Kurz nach dem Einschalten reduziert sich durch die Erwärmung

der Lichtstrom und nach einiger Zeit stellt sich ein konstanter

Wert ein, der sich bei gleichen Umgebungsbedingungen nicht

verändert. In diesem sogenannten Betriebszustand werden die

lichttechnischen Daten der LED Module ermittelt. Da nicht alle

Hersteller ihre Daten im Betriebszustand, sondern direkt nach

dem Einschalten bestimmen, sind deren Werte größer als in der

tatsächlichen Applikation. Diese Herstellerangaben entsprechen

dann nicht dem eigentlichen Betriebszustand in der jeweiligen

Anwendung. Nach der Norm EN 62717 (LED Modules for General

Lighting-Performance Requirements) müssen nach einer 15

minütigen (900 s) Betriebszeit die entsprechenden Messungen

zur Bestimmung der Leistungsdaten durchgeführt werden.

The luminous flux and the so generated light from the LED modules

depend on the temperature generated in the LED module.

Due to the lower temperature the LED emits more light when

it is cold than it does in the warmer operating state. The time

it takes until this operating state is reached, depends on the

particular structure of the module and on the thermal management.

The aim of the thermal management is to transfer the

heat to the environment as fast as possible. Thus a constant

luminous flux behavior is guaranteed. The described behavior

is shown in the following diagram:


100

95

90

85

Luminous

80

flux in lm

75

70

65

60

0 100

Initial luminous flux

Actual luminous flux

in operation

200 300 400 500 600 700 800 900 1000

time in s

Due to the heat right after the power is turned on the luminous

flux is reduced. After a while the flux stabilizes at a fix value and

in constant environmental conditions does not change anymore.

During this so called operating state the photometric data of

the LED module is determined. Since not all manufacturers

determine the photometric date during the operating state but

right after turning on the power, their measured value does not

reflect the value during the actual application.

These manufacturers’ instructions do then not represent the

actual operating state in each application. According to the

Norm EN 62717 (LED Modules for General Lighting-Performance

Requirements) the data to define the performance parameters

has to be determined after an operating time of 15 minutes

(900 s).

407


LED Linear – Wärmemanagement

22/07/2013

Herausragende Qualitätsmerkmale

Tj Away Leiterplattentechnologie

Die Entwicklung unserer linearen Leiterplattentechnologie beruht

grundsätzlich auf der Philosophie, die Fläche der

Leiterplatte sowie ihre geringe Aufbauhöhe optimal für das

Wärmemanagement zu nutzen. Unser Design zeichnet sich

aus durch große Kupferflächen unterhalb der LED, die für eine

schnelle Abführung der Wärme, vor allen Dingen in die Breite,

unterhalb der LED sorgen. Diese schnelle und breite Abführung

der Wärme an der Stelle, wo Licht und Hitze entstehen, ist maßgeblich

für unsere einzigartige Leiterplattentechnologie. So

haben wir bei unserem Höchstleistungsprodukt Vario LED Flex

ZEUS bei einer Leistung von 42 W/meter eine Leistungsdichte

von gerade einmal 0,42 W/cm2 und dies bei einem einzigartigen

thermischen Tj Away Leiterplattendesign auf einem sehr dünnen,

flexiblen und wärmeleitfähigen Leiterplattenmaterial mit

thermischen Vias.

Outstanding quality measures

Tj Away flexible circuit board technology

The design philosophy of our linear flexible circuit boards is

to use their area and minimum depth for an optimized heat

management to the maximum extend. Therefore our design is

based on large heat conductive copper areas below our LEDs.

These areas guarantee that the heat is spread out fast and wide

at the location where the light and heat is generated at the

same time. This is key for our unique flexible PCB technology.

For example, our signature and high power product VarioLED

Flex ZEUS provides a power of 12.8 Watt/Ft at a power density of

only 0.42 Watt/cm2. All of this based on our unique thermal

circuit board design on very thin and heat conductive flex board

material with thermal vias – Tj Away.

171 mm (24 x)

+ 24 V

GND

10 mm

14,25 mm 28,5 mm 28,5 mm 28,5 mm 28,5 mm 28,5 mm

14,25 mm

3 mm

VarioLED Flex ZEUS (Vorder- und Rückseite)

(Front and rear side)

1,2 W

1 cm

7,3 W/17,1 cm 2 = 0,42 W/cm 2 17,1 cm

LED Linear Tj Away Leiterplattentechnologie garantiert

schnelle Wärmeabführung in die Breite, dass heißt hohe

Lichtströme bei geringen thermischen Leistungsdichten.

LED Linear Tj Away flexible PCB technology

guarantees quick heat spreading maintaining high

luminous flux based on low thermal power densities.

4,13 cm

Chip Junction, Tj

Flex PCB

LED Chip

Heat Slug

Copper with Thermal Via‘s

408

4,13 cm

Einzigartige LED Linear flexible Leiterplatten technologie

zur Wärmeabfuhr von der LED-Sperrschicht – „Schmerzentlastung“

für LEDs.

Unique LED Linear Flex board technology to

draw heat away from the junction of the chip –

pain relief for LEDs.


22/07/2013

LED Linear – Outstanding quality measures

Leistungsdichte/

Power Density (W/cm 2 )

Thermischer Widerstand/

Thermal Resistance Rth j-c

ECO LD4 0,06 73

ATON 0,10 220

ATON Plus 0,13 220

DONAR 0,11 45

SOL 0,18 50

APOLLO 0,21 45

HERCULES 0,36 30

ZEUS 0,42 30

Thermischer Übergangswiderstand

VarioLED Flex

zwischen Chip Junction

und Tc-Punkt

Thermal resistance of

VarioLED Flex between

Chip-Junction and Tc-point

Leistungsdichte/

Power Density (W/cm 2 )

Thermischer Widerstand/

Thermal Resistance Rth j-c

HYDRA LD5 0,05 73

HYDRA LD10 0,10 68

HYDRA LD18 0,19 68

HYDRA HD6 0,06 73

HYDRA HD10 0,10 73

HYDRA HD20 0,20 68

Ausgelegt für 50.000 Stunden Lebensdauer

Der Lichtstrom sowie die Lebensdauer von LED Produkten sind

direkt und exponentiell proportional zur Wärmeentwicklung des

LED-Chips, also an der Stelle, wo das Licht entsteht. Diese Stelle

wird allgemein als T-Junction (Tj) bezeichnet. Bei der Entwicklung

von LED Linear Produkten achten wir besonders darauf,

dass bei einer Umgebungstemperatur von Ta = 45 °C die Temperatur

an der Junction Tj = 95 °C nicht übersteigt. Damit können

wir Lebensdauern von mindestens 50.000 Stunden garantieren.

Zusätzlich betreiben wir den Großteil unserer LED Produkte

deutlich unterhalb der maximalen Strombelastbarkeit. Auch die

Reduzierung dieser Stromdichte trägt zur deutlichen Verlängerung

der Lebensdauer bei.

Designed for 50,000 hours lifetime

The light output and lifetime of LEDs are directly and exponentially

related to the heat at LED chip level, i. e. the location

where the light is physically created. This location is known as

T-Junction (Tj). During the design of LED Linear products we

take care that the junction temperature will not rise over

Tj = 95 °C at ambient temperature levels of Ta = 45 °C. Therefore

we can guarantee a lifetime of more than 50,000 hours.

Additionally we drive our LED products well below the maximum

rated LED current. The reduction of the current density significantly

improves the LED lifetime.

409


LED Linear – Wärmemanagement

22/07/2013

Lichtstromverlauf nach LM-80-08

Der Standard LM-80-08 „Measuring Lumen Maintenance of

LED Light Sources“ enthält Methoden zur Messung von LED-

Lichtstromverläufen für LEDs und LED Module.

Dabei werden die Produkte mindestens 6.000 Stunden lang

alle 1.000 Stunden bei zwei unterschiedlichen Temperaturen

(55°C und 85°C) getestet. Bezogen auf die jeweilige Anwendungssituation

werden zusätzlich bei einer dritten, höheren

Temperatur und einem korrespondierenden Betriebsstrom

weitere Messwerte zum Lichtstromverlauf bestimmt. Neben

diesen Tests werden außerdem die Farbortverschiebung und

die zeitliche Änderung der Vorwärtsspannung angegeben.

Lumen maintenance according to LM-80-08

The standard LM-80-08 „Measuring Lumen Maintenance of

LED Light Sources“ provides methods of the measurement

of lumen maintenance of LED packages and LED modules.

The products shall be tested for at least 6,000 hours with

data collection at a minimum of every 1,000 hours. Test must

include two case temperatures, recommending nominal 55°C

and 85°C. Depending on the application with corresponding

current an additional case temperature is selected.

Chromaticity or voltage shift is also reported over the

measurement time.

Lumen Maintenance (%)

120

110

100

90

80

70

60

50

Avg. and Max. – Min.

0 h 2.000 h 4.000 h 6.000 h 8.000 h 10.000 h 12.000 h

410

Lebensdauerbestimmung nach TM-21-11

Der TM-21-11 Standard „Projecting Long Term Lumen Maintenance

of LED Light Sources“ legt ein Verfahren fest, wie aus

den Tendenzen der Lichtstromverläufe bei unterschiedlichen

Temperaturen deren zukünftiger weiterer zeitlicher Verlauf

interpoliert wird. Mit den Angaben aus den LM-80-08 Berichten

bestimmt LED Linear mit Hilfe dieses Standards die erwarteten

Lebensdauern seiner Produkte. Aus den berechneten

Lebensdauerkurven wird der prozentuale Lichtstrom – bezogen

auf eine bestimmte Zeit und in der in-situ Temperatur –

ermittelt. Beispielsweise ergibt sich eine Lebensdauer L80 in

Betriebsstunden, nach der sich der Gesamtlichtstrom um 20%

verringert hat. Andersherum kann zu einer festgelegten Zeit

der resultierende Lichtstrom abfall angegeben werden.

Alle Lebensdauerangaben werden bei LED Linear nach dem

Standard TM-21-11 berechnet und werden auf allen Datenblättern

dokumentiert. Fragen Sie uns gerne nach unseren Testberichten.

Life time prediction according to TM-21-11

The TM-21-11 standard „Projecting Long Term Lumen Maintenance

of LED Light Sources“ provides a calculation tool to

interpret the data collected from LM-80-08 testing. LED Linear

provides users with lumen maintenance life projection or

to predict estimated lumen output values at a given time

duration by interpolating lumen maintenance behaviors for

the in-situ temperature which are different from testing temperature.

For example the lumen maintenance life projection L80 in

hours is estimated when 80% from primarily lumen output is

given. Or the predicted lumen maintenance can be calculated

within a given life time.

LED Linear calculates all lifetime data according to the standard

TM-21-11 and are documented on all data sheets. Do not

hesitate to ask for detailed test reports.


22/07/2013

LED Linear – Outstanding quality measures

Gleichmäßige LED Helligkeit von

der ersten bis zur letzten LED

Die Verwendung intelligenter Schaltungselektronik (Konstantstromregler)

auf unseren Leiterplatten sorgt für eine durchgehend

gleichmäßige Ansteuerung und somit Helligkeit von der

ersten bis zur letzten LED. Diese wirkt sich zudem positiv auf die

Lebensdauer aus.

Die von uns im sogenannten „Double-Layer“-Verfahren aufgebrachten

Kupfer-Leiterbahnen mit hohem Querschnitt sorgen

zudem für einen geringen Spannungsabfall über die gesamte

Leiterbahnlänge. Auch dies trägt zum stabilen Betrieb unserer

LED Lichtlinien bei.

Constant light output from

the first to the last LED

The utilization of intelligent drive electronics (constant current

driver) guarantees a constant control and therefore light output

from the first to the last LED. Besides that the driver has a further

positive effect on the LED lifetime.

Our flex boards are manufactured in the so called “Double-

Layer”-process, which enables us to produce copper circuits

with a large cross section. This additional copper volume guarantees

additionally a low voltage drop over the entire flex strip.

As well this adds to a stable operation.

Konstantstromregler

Constant Current Source

ESD-Diode

ESD-Protection Diode

Schutz gegen elektrostatische Entladung

Durch die Verwendung zusätzlicher elektronischer Schutzbausteine

sind unsere LED Module gegen elektrostatische Entladung

von bis zu +/- 2.000 V geschützt. Dies führt zu einem erhöhten

Schutz bei Installation und Betrieb.

Einzigartiges Binning mit +/- 75 K

von der ersten bis zur letzten LED

Unsere neuen LED Linear Lichtlinien (Ausnahme: VarioLED

Flex SIDE VIEW & SOL) fallen in die neue ANSI-Norm C78.377 –

2008. Wir bieten von der ersten bis zur letzten LED ein sehr

konstantes Farb-Binning, je nach Leiterplatte von nur +/- 75 K.

Protected against ESD

(Electro Static Discharge)

Using additional electronic devices against electro static discharge

of up to +/- 2,000 V our products have a higher protection

against voltage spikes during installation and operation.

Unique binning structure of +/- 75 K

from the first to the last LED:

Our LED Linear light lines (exemption: VarioLED Flex SIDE

VIEW & SOL) fall within the new ANSI-Norm C78.377 – 2008. Thus

we offer a very constant color binning from the first to the last

LED, depending on the board type, of only +/-75 K.

ECO LD4

HYDRA

ATON

ATON Plus

DONAR

SOL

APOLLO

HERCULES

ZEUS

Color Variance

+/- 75 K

+/- 75 K

+/- 100 K

+/- 100 K

+/- 75 K

+/- 75 K

+/- 75 K

+/- 75 K

+/- 75 K

Farbtoleranz VarioLED Flex

Binning Tolerance VarioLED Flex

411


LED Linear – Wärmemanagement

22/07/2013

VarioLED Flex ZEUS W835

90°

ANSI Binning C78.377-2008

60°


30°

C0/C180

cd/1.000 lumen

C90/C270

Lichttechnische Daten für lichttechnische

LED Produkte (LM 79)

Für die Erstellung unserer lichttechnischen Daten orientieren

wir uns an der Norm IES LM-79-08 „Electrical and Photometric

Measurements of Solid-State Lighting Products“. Für all unsere

Produkte stellen wir umfangreiche Messdaten sowie photometrische

Datensätze im Eulumdat sowie ies-Format zur Verfügung.

Die Datensätze stehen auf Anfrage und/oder auf unserer

Homepage (www.led-linear.de) bereit. Vielfältige Auszeichnungen

wie der amerikanische NGL-Wettbewerb belegen, dass

unsere eigenen Messungen den hohen internationalen Standards

für LED-Qualitätsprodukte standhalten.

Technical light data for professional

LED lighting products (LM79)

The Norm IES LM-79-08 “Electrical and Photometric Measurements

of Solid-State Lighting Products” is our guideline for

the creation of our technical light data. We provide for all our

LED products in depth photometric data and measurement

reports in the file formats .ldt or .ies. The files are available on

requests or on our homepage (www.led-linear.com). Many

awards, like the NGL contest, warrants that our own measurements

comply with the current LED quality standards.

412

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15


22/07/2013

LED Linear - Outstanding quality measures

Hohe Farbwiedergabe,

hoher R9-Wert

Ra alleine reicht nicht. Ausgewählte LED Linear Produkte

bieten einen R9 Wert von bis zu 90. Tiefe Rottöne gehören

gehören zu den aussagekräftigsten Farben. Die genaue Farbwiedergabe

für diese Rottöne werden mit dem R9 Farbspektrum

gemessen.

Viele LED haben einen hohen Ra Wert. Dieser alleine reicht

nicht, der kritische R9 Wert für wichtige Applikationen kann

fehlen. Ausgewählte LED Linear Produkte verwenden daher

spezielle hochwertige LED, um eine höhere Farbwiedergabe

im kritischen R9 Bereich zu gewährleisten und damit kräftige

Farben in allen Lebensbereichen wiederzugeben.

High CRI, high R9

CRI alone is not enough. Selected LED Linear products offer

R9 values of up to 90. Reds are very powerful colors. The

accurate color renderings of these deep reds are measured

in the R9 color spectrum.

Many LED have a high overall CRI value, the critical R9 performance

may be missing. Many LED Linear products use

a special high quality LED with a high color rendering in the

critical R9 area allowing for a more accurate and powerful

color of life.

Verwenden Sie diese Seite zum Test der

Farbwiedergabe unserer LED-Lichtlinien.

Use this page to test the color

rendering of our LED light lines.

413


LED Linear – linear lighting solutions

22/07/2013

Lineare Beleuchtung für den Außeneinsatz

mit hoher Schutzart für raue Umgebungen

Outdoor Linear Lighting with high ingress

protection and for rough environments

Das gesamte VarioLED Flex Tape Portfolio ist in vielfältigen

Ausführungen für den anspruchsvollen Einsatz auch bei rauen

Umgebungsbedingungen konzipiert. Auf Basis unserer patentierten

Prozesstechnik zum Schutz unserer LED Flex Produkte in

Polyurethan bieten wir Ihnen lineare LED Beleuchtungsprodukte

mit einer Schutzart von bis zu IP68.

Mit unserer Aufbautechnik schützen wir die Produkte

gegen Eindringen von Wasser.

Das dabei von uns verwendete Material ist sehr beständig gegen

UV-Strahlung, Salzwasser, Lösungsmittel, Säuren und Benzin.

Hohe Temperatur- und Temperaturwechselbeständigkeit sowie

Abriebfestigkeit und Flammschutz garantieren eine hohe Produktqualität

und Dauerbeständigkeit.

The entire VarioLED Flex Tape Portfolio is as well designed

for the application in rough environmental conditions.

We offer up to IP68 protect LED Lighting products. Based

on our patented process technology we seal our products

in a continuous cover of highly resistant polyurethane.

With our design we protect the products against the

immersion of water.

The used material itself is resistant against UV-A, UV-B,

fuel, acid, solvents and saltwater. Thermal shock, heat, high

temperature, abrasion and flammability resistance guarantee

a high product quality and durability, too.

414


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