Warum sind COB-LED-Displays in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit zuverlässiger?

Grundlagen der COB-LED-Technologie und ihre wesentlichen strukturellen Vorteile

Was ist COB-LED-Display-Technologie und wie unterscheidet sie sich von SMD?

COB-LED-Technologie, was für Chip-on-Board steht, funktioniert, indem mehrere LED-Chips direkt auf eine große Leiterplatte montiert werden, anstelle der vielen kleinen verpackten Dioden, die in herkömmlichen SMD-Displays verwendet werden. Das bedeutet, dass COB etwa dreimal mehr Licht pro Fläche erzeugen kann im Vergleich zu Standard-SMD-Systemen. Das Ergebnis? Das Licht wird gleichmäßig über den Bildschirm verteilt, ohne die lästigen hellen Stellen, die bei anderen Technologien manchmal auftreten. Traditionelle SMD-Displays bestehen aus buchstäblich Tausenden einzelner Bauteile, während COB einen völlig anderen Ansatz verfolgt. Indem alles in einer Einheit zusammengefasst wird, gibt es weniger Stellen, an denen etwas schiefgehen könnte. Zudem können Hersteller nun Displays mit extrem geringem Pixelabstand – bis zu 0,6 Millimeter – produzieren. Diese Weiterentwicklung eröffnet die Möglichkeit für beeindruckende 8K-Auflösungsbildschirme, die mit herkömmlichen Methoden bisher nicht möglich waren.

Chip-on-Board-Design: Verbessertes thermisches Management und elektrische Stabilität

Wenn LED-Chips direkt auf die Leiterplatte gebondet werden, ohne diese zusätzlichen Verpackungsschichten, reduziert die COB-Technologie den Wärmewiderstand um etwa 40 % im Vergleich zu herkömmlichen SMD-Aufbauten, wie Forschungsergebnisse von Unitop LED zeigen. Die Wärme verteilt sich gleichmäßig über das Basismaterial, was bedeutet, dass die Betriebstemperaturen um etwa 15 bis 20 Grad Celsius sinken, wenn Belastungstests durchgeführt werden. Dank der geringeren Anzahl an Bauteilen im elektrischen Stromkreis entstehen weniger Schwankungen im Widerstand, wodurch die Farben konsistent bleiben und Flimmern selbst bei Spannungsschwankungen verschwindet. All diese Vorteile helfen COB-Displays, ihr Helligkeitsniveau innerhalb von nur 2 % Degradation zu halten, nachdem sie 20.000 Stunden lang unter extremen Feuchtigkeitswechselbedingungen in Betrieb waren.

Kerninnovationen in der COB-Verpackung, die die Umweltbeständigkeit verbessern

Die fortschrittliche Epoxidharz-Kapselung bildet auf molekularer Ebene eine enge Abdichtung um das LED-Array. Dadurch wird ein IP68-Schutz gegen Wasser erreicht, und nahezu alle in der Luft befindlichen Staubpartikel werden ferngehalten – ehrlich gesagt etwa 99,9%. Besonders wertvoll ist hierbei, dass die Kupferbahnen nicht mit Schwefel reagieren können, was gerade in Küstenregionen mit salziger Luft von Vorteil ist. Zudem können diese Module den Korrosionsproblemen durch Stickoxide standhalten, wie sie in Fabriken und Produktionsanlagen häufig auftreten. Bei Belastungstests behalten COB-Module etwa 98,5% ihrer Lichtausbeute, selbst nach 1.000 Stunden kontinuierlichem Betrieb unter widrigen Bedingungen von 85 Grad Celsius und 85% Luftfeuchtigkeit. Das ist tatsächlich um etwa 35% bessere Leistung als bei den meisten SMD-Alternativen unter ähnlichen Umständen. Und da sie zuverlässig bei Temperaturen von minus 40 Grad bis hin zu 125 Grad Celsius funktionieren, wird die COB-Technologie zur bevorzugten Wahl für Anwendungen wie digitale Werbetafeln im Außenbereich oder Beleuchtungssysteme auf Booten und Schiffen.

Hervorragender Schutz gegen Feuchtigkeit durch vollständige Umschließung und Versiegelung

So blockiert das vollständig umschlossene COB-LED-Design den Eindringling von Wasser und Staub

COB-LED-Displays zeichnen sich durch ihre Feuchtigkeitsbeständigkeit aus, da sie vollständig gegen die Umwelt abgedichtet sind. Herkömmliche SMD-LEDs weisen offene Lötstellen und Schaltkreise auf, die im Laufe der Zeit Probleme verursachen können. Bei der COB-Technologie werden die Chips zunächst direkt auf das Basismaterial montiert und anschließend mit einer festen Schicht Epoxidharz überzogen. Das Ergebnis ist ein kompakter Baustein ohne Lücken, in den Feuchtigkeit oder Schmutz eindringen könnten. Diese Displays erfüllen sogar die strenge Schutzklasse IP68, was bedeutet, dass sie unter Wasser eingesetzt werden können, ohne Schäden zu nehmen. Für den Außenbereich oder feuchte Umgebungen wie beispielsweise küstennahe Regionen macht dieser Schutzunterschied die Langlebigkeit und Leistungsfähigkeit aus.

Epoxidharz-Umschließung: Eine robuste Barriere gegen Feuchtigkeit und Kondenswasser

Die gehärtete Epoxidmatrix, die die COB-LEDs umgibt, wirkt als molekularer Barriere und reduziert die Wasserdampfdurchlässigkeit (MVTR) um 94 % im Vergleich zu ungekapselten SMD-Modulen (Display Materials Lab 2023). Sie bewahrt zudem die strukturelle Integrität über Temperaturschwankungen (-30 °C bis +85 °C) hinweg und verhindert Mikrorisse, die häufig Silikon-Dichtungen in konventionellen Designs beeinträchtigen.

Schutz auf Material-Ebene: Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation, Korrosion und Alterung in feuchten Klimazonen

Die Langlebigkeit von COB in feuchten Umgebungen beruht auf drei wesentlichen Innovationen:

1. Anodisierte Aluminiumsubstrate mit antielektrolytischen Beschichtungen verhindern galvanische Korrosion
2. Halogenfreie Epoxidformulierungen verhindern chloridinduziertes Leitfilament (CAF) Wachstum
3. UV-stabilisierte Vergussmassen behalten nach 10.000 Stunden in Umgebungen mit 85 % relativer Luftfeuchtigkeit 92 % Lichtdurchlässigkeit bei

Leistung unter Belastung: COB im Vergleich zu SMD bei 85 °C/85 % RH-Tests (85/85-Testdaten)

Beschleunigte Alterungstests unterstreichen die Überlegenheit von COB unter feuchten Bedingungen. Nach 1.000 Stunden bei 85°C/85 % r.F.:

Metrische	COB LED-Display	SMD-LED-Display
Helligkeitsabfall	≈3%	15–22%
Farbverschiebung (Δu'v')	0.002	0.015
Tode Pixel	0/km²	120–450/km²

Diese Ergebnisse erklären, warum Überwachungssysteme an der Küste und digitale Beschilderungen in tropischen Regionen zunehmend COB-Technologie vorschreiben, um eine zuverlässige Leistung in feuchten Umgebungen sicherzustellen.

Langlebigkeit von COB-LED-Displays unter widrigen realen Bedingungen

Über die Feuchtigkeit hinaus: Antistatische, staubgeschützte und schlagfeste Eigenschaften von COB-Modulen

COB-LED-Displays bieten tatsächlich einen wesentlich besseren Schutz als nur das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Was sie besonders macht, ist diese Epoxid-Beschichtung, die verhindert, dass Feuchtigkeit eindringt, aber sie bewirkt noch etwas anderes. Diese Beschichtung erzeugt eine wirklich glatte Oberfläche, auf der sich kein elektrostatischer Strom ansammeln kann. Das ist besonders wichtig in Räumen, in denen die Luft sehr trocken ist, denn statische Elektrizität kann die winzigen SMD-Pixel auf herkömmlichen Displays stören. Da es bei COB-Displays keine kleinen Risse oder Lücken gibt, kann sich dort auch kein Staub absetzen. Das bedeutet, dass sie auch bei Installation in staubigen Umgebungen oder in der Nähe von Industriegebieten mit starker Luftverschmutzung hell bleiben. Unabhängige Tests haben gezeigt, dass diese Module erhebliche Stöße verkraften können. Sie überstanden Kräfte von etwa 50 Newton frontal ohne Verlust von Pixeln überhaupt. Aus diesem Grund installieren viele Städte sie an viel frequentierten Stellen wie Bahnhöfen oder Einkaufszentren, wo Menschen ständig gegen Dinge stoßen. All diese Vorteile zusammen bedeuten, dass Unternehmen Geld für Reparaturen und Reinigung sparen. Studien von Paclights bestätigen dies und zeigen, dass die Wartungskosten im Vergleich zu Standard-Display-Optionen unter ähnlichen Umweltbedingungen um etwa ein Drittel geringer sind.

COB-LED-Leistung in Küsten- und Tropenzonen mit hoher Salznebelbelastung

Salzige Luft in der Nähe von Küsten frisst sich im Laufe der Zeit stark in Metalle, doch COB-Technologie hält diesen Herausforderungen stand, da alles hermetisch abgeschlossen ist. Wenn Salzpartikel nicht bis zu den inneren Schaltkreisen gelangen können, leuchten diese Module weiterhin hell. Nachdem sie 5000 Stunden lang Salznebeltests ausgesetzt waren, behielten sie etwa 98 % ihrer ursprünglichen Helligkeit bei, was laut dem LED Materials Lab aus dem Jahr 2023 ungefähr 22 % besser ist als bei SMD-Varianten. Echte Praxiserfahrungen aus Südostasien liefern ebenfalls eindrucksvolle Ergebnisse: Etwa 91 % aller COB-Installationen behielten selbst nach drei vollen Monsunzeiten ihre IP6X-Schutzklasse. Eine solche Leistung unterstreicht eindrucksvoll, wie robust diese Systeme unter sich jährlich wiederholenden, harten tropischen Bedingungen sind.

Langfristige Zuverlässigkeit: Dichtigkeit unter zyklischen Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen

COB-Displays funktionieren auch unter harten Umweltbedingungen weiter, da sie aus Materialien gefertigt sind, die sich ähnlich ausdehnen und zusammenziehen. Wenn die Temperaturen im Laufe des Tages von bis zu -30 Grad Celsius auf bis zu 80 Grad Celsius schwanken, bewegen sich sowohl das PCB-Substrat als auch das Kapselungsharz gleichzeitig, wodurch verhindert wird, dass sich kleine Risse um die wasserdichten SMD-Dichtungen bilden. Interessante Ergebnisse liefern auch Tests, die etwa zehn Jahre lang die Beanspruchung an Küsten simulieren. Nach dieser simulierten Abnutzung behalten COB-Module immer noch etwa 89 % ihrer ursprünglichen Dichtwirkung. Traditionelle SMD-Module erreichen dagegen nur etwa 62 %. Und das wirklich Bezeichnende ist, dass sich dieser Leistungsunterschied im Laufe der weiteren Nutzung im echten Leben sogar noch vergrößert.

COB vs. SMD LED: Ein Zuverlässigkeitsvergleich in feuchtem Klima

Direkter Vergleich: Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit von COB-LED-Displays im Vergleich zu herkömmlicher SMD-Technologie

COB-LED-Anzeigen vertragen Feuchtigkeit besser als SMD-Varianten, da sie ringsum mit einer festen Epoxidharzbeschichtung ausgestattet sind. Herkömmliche SMD-LEDs lassen diese winzigen Lötstellen ungeschützt, welche bei hoher Luftfeuchtigkeit korrodieren können. Die COB-Technologie hingegen verschließt alles luftdicht, sodass Wasserdampf überhaupt nicht eindringen kann. Dies zeigte sich auch in einigen Tests unter Bedingungen von 85 Grad Celsius und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit. Nach 1.000 Stunden kontinuierlichem Betrieb behielten die COB-Anzeigen fast ihre gesamte Helligkeit bei (98 %), während die SMD-Anzeigen nur noch 26 % der ursprünglichen Helligkeit aufwiesen, wie es im Thermal Reliability Report des vergangenen Jahres festgehalten wurde.

Warum SMD-LEDs unter feuchten Bedingungen versagen: Lötstellenabbau und Feuchtigkeitseindringen

Wenn SMD-Displays in Umgebungen betrieben werden, in denen die Luftfeuchtigkeit über 60 % bleibt, neigen ihre Lötstellen im Laufe der Zeit zur Korrosion. Was passiert danach? Die ständigen Heiz- und Kühlzyklen führen dazu, dass sich die Komponenten immer wieder ausdehnen und zusammenziehen, wodurch im Prozess mikroskopisch kleine Risse entstehen. Diese winzigen Brüche ermöglichen es der Feuchtigkeit, einzudringen und die Kupferbahnen auf der Platine nach und nach aufzulösen. Laut jüngsten Branchenerkenntnissen gehen etwa ein Viertel aller SMD-Display-Ausfälle in heißen, feuchten Klimazonen auf diese Form der Kontaktabnutung zurück. Interessanterweise sind COB-Displays von diesem Problem nicht betroffen, da sie den herkömmlichen Lötprozess vollständig umgehen. Stattdessen werden die Chips direkt auf der Oberfläche der Platine befestigt, wodurch die anfälligen Verbindungspunkte komplett entfallen, wie es im Global LED Failure Analysis Report des letzten Jahres festgestellt wurde.

Gesamtkosten der Nutzung: Geringerer Wartungsbedarf bei COB-LEDs in feuchten Umgebungen

Einrichtungen, die zur COB-Technologie gewechselt sind, haben gegenüber traditionellen SMD-Systemen in fünf Jahren einen Rückgang der Wartungskosten um etwa 57 % erlebt. Unternehmen in Küstenregionen profitieren besonders, da es keine separaten LEDs gibt, die versiegelt oder ausgetauscht werden müssen. Dadurch müssen Wartungstrupps etwa 90 % seltener ausrücken als früher. Auch die Energieeinsparungen verbessern sich noch zusätzlich. Dank der eingebauten Wärmemanagement-Funktionen reduzieren sich die Kühlkosten bei COB um etwa 18 % unter schwierigen, heißen und feuchten Bedingungen, bei denen Geräte normalerweise Probleme haben. Diese Zahlen stammen aus der neuesten Branchenforschung, veröffentlicht in der Industrial Display Return on Investment Study 2024.

Marktparadox: Warum SMD weiterhin dominiert, obwohl COB eine überlegene Umweltbeständigkeit bietet

Trotz der nachweislichen Vorteile von COB entfallen 68 % der Installationen in feuchten Klimazonen auf SMD aufgrund geringerer Anfangskosten und breiterer Vertrautheit der Installateure. Lebenszykluskostenanalysen deuten jedoch darauf hin, dass die COB-Nutzung bis 2027 verdreifacht wird, da Betreiber in überflutungsgefährdeten, maritimen und tropischen Umgebungen die langfristige Zuverlässigkeit in den Vordergrund stellen.

Frequently Asked Questions (FAQ)

Wofür steht COB in der LED-Display-Technologie?

COB steht für Chip-on-Board. Damit ist die Technologie gemeint, bei der mehrere LED-Chips direkt auf einer Leiterplatte montiert werden. Dies bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlicher SMD-Technologie (Surface Mounted Device).

Welche sind die wesentlichen Vorteile von COB-LEDs gegenüber herkömmlichen SMD-LEDs?

COB-LEDs bieten eine höhere Lichtausbeute pro Fläche, verbessertes thermisches Management, bessere Umweltbeständigkeit und überlegene Feuchtigkeitsresistenz aufgrund der vollständigen Kapselung und Versiegelung mit Epoxidharz.

Wie verbessert COB-Technologie die Feuchtigkeitsresistenz?

COB-Technologie verbessert die Feuchtigkeitsbeständigkeit durch Kapselung mit Epoxidharz und bietet eine robuste Barriere gegen Feuchtigkeit und Kondensation. Dadurch wird eine Schutzklasse von IP68 für den Schutz gegen Wasser- und Staub-eindringen erreicht.

Warum wird der Markt nach wie vor von SMD dominiert, obwohl COB Vorteile bietet?

SMD bleibt aufgrund von geringeren Anfangskosten und der Vertrautheit bei Installateuren weiterhin dominierend. Allerdings werden die Kostenvorteile von COB über den gesamten Lebenszyklus hinweg dazu führen, dass die Technologie in feuchten und anspruchsvollen Umgebungen stärker eingesetzt wird.