LEDs besitzen aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit, ihrer Lebensdauer, ihres Designs und ihrer Effizienz viele Vorteile gegenüber traditionellen Lampen und sind sowohl drinnen als auch draußen eine echte Alternative zu Halogenlampen, herkömmlichen Glühlampen und Leuchtstoffröhren. Zudem bieten LED-Leuchtmittel eine außergewöhnlich lange Lebenszeit und wandeln die meiste Energie in Licht um. Auf diese Weise minimieren sie die abgestrahlte Wärme.

Um LED-Systeme etwa bei der Installation von Beleuchtungssystemen in korrosiven Umgebungen zu schützen, sind speziell entwickelte chemische Produkte erforderlich. Solche Produkte können auch aus ästhetischen Gründen bei einer LED eingesetzt werden. Darüber hinaus lassen sich mit ihnen entscheidende funktionelle Verbesserungen erzielen, beispielsweise eine verbesserte Effizienz oder einen verringerten Stromverbrauch.

Leistungsverbesserung in herausfordernden Umgebungen

Die Umgebung, in der die LEDs und die dazugehörigen Elektronikkomponenten eingesetzt werden, hat Auswirkungen darauf, welche Art von Produkt erforderlich ist, um das System zu schützen und dessen Verlässlichkeit sicherzustellen. Umgebungen können beispielsweise korrosiv sein, da eine hohe Luftfeuchtigkeit herrscht oder ein Salznebel oder korrosive Gase vorhanden sind. Aufgrund der potenziellen Vielfalt der LED-Anwendungen ist es auch möglich, dass diese in Umgebungen eingesetzt werden, die UV-Strahlung, Wasser oder Chemikalien ausgesetzt sind. Die Entwickler müssen deshalb genau wissen, wofür eine Anwendung eingesetzt werden soll, damit sie das richtige Schutzmittel einsetzen können.

Wenn dieser Schutz auch direkt über der LED erforderlich ist, sind dafür einige Punkte zu berücksichtigen. So muss das verwendete Material klar sein, um eine bestmögliche Leuchtkraft der LED sicherzustellen. Außerdem müssen alle möglichen Änderungen bei der Farbtemperatur, bei der Klarheit des Materials oder bei der Leuchtkraft der LED während des Betriebs ebenfalls berücksichtigt werden. Konkret kommen für diesen Zweck sowohl Schutzlacke als auch Gießharze in Frage. Welches von beiden Materialien gewählt wird, bestimmen die Anforderungen der Einsatzumgebung und der gewünschte ästhetische Effekt.

Ein typisches Einsatzgebiet für Leuchtdioden sind LED-Beschilderungen. LEDs bieten hier mehr Designmöglichkeiten als herkömmliche Leuchtmittel, aber auch kostengünstige und effiziente interaktive Anzeigen. Abhängig vom Standort des Schildes und seines Designs ist es in unterschiedlichem Maße den Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Ein Straßenschild würde beispielsweise zum Schutz vor den Elementen versiegelt (üblicherweise in einem IP-klassifizierten Gehäuse). Dennoch besteht natürlich immer noch die Möglichkeit, dass Feuchtigkeit eindringt oder sich Kondensat auf dem Schild bildet. Dies ist vor allem auf die veränderlichen Temperaturbedingungen zurückzuführen.

Das Kondensat enthält unter Umständen auch Salze, und die Beschilderung ist möglicherweise über längere Zeit UV-Licht ausgesetzt. In dieser Situation empfiehlt es sich, einen Acryl-Schutzlack zu verwenden, beispielsweise Electrolubes AFA, der den entsprechenden Schutz vor Feuchtigkeit und Salznebel bietet, aber seine Klarheit auch dann nicht verliert, wenn er UV-Strahlung ausgesetzt wurde. Darüber hinaus sind aber auch das Design der Anlage und die Möglichkeit, dass sich Wasser auf der Leiterplatte ansammeln kann, zu berücksichtigen. Wenn ständig Wasser über die Platte fließen würde oder mit der Zeit in die Einheit eindringen würde, müsste möglicherweise für einen höheren Grad des Schutzes gesorgt werden.

Bild 1: Wenn eine LED zu lange flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) ausgesetzt ist, führt dies zu deutlich sichtbaren Schäden.

Bild 1: Wenn eine LED zu lange flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) ausgesetzt ist, führt dies zu deutlich sichtbaren Schäden. Cree

LED-Beschilderungen kommen in bestimmten Fällen auch in Umgebungen zum Einsatz, in denen sie korrosiven Gasen ausgesetzt sind. Korrosive Gase können durch Lacke hindurch bis zur LED-Linse vordringen, den LED-Chip verfärben und dadurch die Leuchtkraft und die Effizienz der LED dramatisch reduzieren (Bild 1). Es ist deshalb wichtig zu wissen, wie sehr die Beschilderung korrosiven Gasen ausgesetzt sein wird. Die Dämpfe, denen etwa die Preisanzeige einer Tankstelle ausgesetzt ist, sind in der Regel nicht konzentriert genug, um die LEDs der Anzeige im Außenbereich zu beeinträchtigen. Deshalb reicht hier ein Lack zum Schutz gegen allgemeine Umweltbedingungen.

Bild 2: Die Schutzwirkung vor korrosiven Gasen ist bei Lacken und Gießharzen unterschiedlich stark ausgeprägt (je geringer die prozentuelle Abweichung, desto besser die Schutzwirkung).

Bild 2: Die Schutzwirkung vor korrosiven Gasen ist bei Lacken und Gießharzen unterschiedlich stark ausgeprägt (je geringer die prozentuelle Abweichung, desto besser die Schutzwirkung). Electrolube

Wenn korrosive Gase jedoch in höheren Konzentrationen vorliegen, ist eine wirksamere Barriere erforderlich. Für Anwendungen wie Industriebeleuchtungen oder die Beleuchtung in der Landwirtschaft oder Viehzucht ist der Einsatz von Gießharzen erforderlich, um sicherzustellen, dass die vorkommenden korrosiven Gase während der Lebensdauer des Produkts nicht bis zur LED vordringen. Bild 2 zeigt, wie hoch der Schutz ist, der von verschiedenen Lacken und Gießharzen zu erwarten ist. Silikonharze etwa sind gasdurchlässig. Deshalb sind ihre Leistungen in solchen Anwendungen auch so schlecht.

Bild 3: UV-Strahlung führt bei klarem Epoxydharz (links) häufig zu starken Verfärbungen (rechts).

Bild 3: UV-Strahlung führt bei klarem Epoxydharz (links) häufig zu starken Verfärbungen (rechts). Electrolube

Andere LED-Anwendungen müssen nicht nur vor chemischen, sondern auch vor physikalischen Umwelteinflüssen geschützt werden. Ein Beispiel für eine solche Anwendung sind LED-Lichtleisten für die Bodenbeleuchtung in einem Einkaufszentrum, bei der viele Menschen direkt über das Harz gehen, das zum Schutz der LEDs in der Einheit verwendet wird. Ein Schutzlack wird in diesem Fall nicht den nötigen physikalischen Schutz bieten, da der Lack als ein dünner Film aufgetragen wird (<200 Mikrometer). Gießharze sind eine mögliche Alternative. Grundsätzlich sollte ein festes Epoxyd den besten physikalischen Schutz für die Einheit bieten. Bei dieser Produktauswahl müssen allerdings zwei Dinge berücksichtigt werden: die UV-Strahlung und die Abnutzung des Harzes. Die meisten üblichen Epoxydharzsysteme verlieren an Qualität, wenn sie UV-Strahlung ausgesetzt werden. Dieser Effekt ist in Bild 3 zu sehen.

Bild 4: Zum Schutz von LEDs sind sowohl lichtstreuende (links) als auch klare Harze (rechts) verfügbar.

Bild 4: Zum Schutz von LEDs sind sowohl lichtstreuende (links) als auch klare Harze (rechts) verfügbar. Electrolube

Werden die Beleuchtungssysteme sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gebäudes installiert, müssen sie UV-beständig sein. Da bei Epoxydsystemen zudem Verschleißspuren in Form einer verkratzten Oberfläche häufig deutlich sichtbar sind, ist für den konkreten Anwendungsfall einer Bodenbeleuchtung im Einkaufszentrum ein Polyurethanharz zu empfehlen, beispielsweise Electrolube UR5634 beziehungsweise UR5635 für Anwendungen, bei denen eine Lichtstreuung erforderlich ist (Bild 4).

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