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

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.

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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.

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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.

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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.

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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).

Wirkung auf Farbtemperatur berücksichtigen

Bei der Entwicklung von LED-Beleuchtungen wird häufig eine bestimmte Farbtemperatur angestrebt. Die Wahl des Schutzmediums kann dabei einen unmittelbaren Einfluss auf die Farbtemperatur der LED haben. Deshalb sollte eine mögliche Farbtemperaturveränderung mit der verwendeten LED überprüft werden. Schutzlacke, beispielsweise Electrolube AFA, haben aufgrund der Materialbeschaffenheit und der sehr geringen Dicke der aufgetragenen Lackschicht (25-75 µm) typischerweise nur geringfügige Auswirkungen auf diese Eigenschaften. Ein Gießharz hat jedoch möglicherweise deutlich größere Auswirkungen, da eine dickere Schicht aufgetragen wird.

In solchen Fällen ist es wichtig, zu verstehen, wie sich das Gießharz auf die LED-Eigenschaften auswirkt, und zu bestimmen, zu welchen Änderungen es kommt. Wenn sich beispielsweise die Farbtemperatur dauerhaft von 3500 K auf 4500 K verändert, ist es sinnvoll, als Reaktion auf diese Veränderung eine LED mit einer geringeren Farbtemperatur zu verwenden. Zusätzlich lässt sich die Dicke des aufgetragenen Harzes anhand des erforderlichen Schutzes bestimmen. Um die Farbtemperatur nur wenig zu verändern, sollte die Harzschicht entsprechend möglichst dünn sein. Es ist unter Umständen auch möglich, zwei Harzschichten zu verwenden: die erste Schicht zur Minimierung der Farbtemperaturveränderung und die zweite Schicht, um für den erforderlichen Schutz zu sorgen.

Zusätzlich zu diesen ersten Veränderungen, die das Auftragen einer schützenden Verbindung bewirkt, ist es auch zwingend erforderlich, die Leistung des LED-Systems unter den späteren Einsatzbedingungen zu testen. Die Klarheit des Schutzmediums etwa kann durch die Umgebung beeinflusst werden. Ein Beispiel, das in diesem Zusammenhang bereits zur Sprache kam, ist die UV-Strahlung. Mit entsprechenden Tests lässt sich beispielsweise die Klarheit eines Harzes, bevor und nachdem es UV-Strahlung ausgesetzt war, vergleichen.

Einwandfreie Leistung auch bei Wärme

Obwohl LEDs deutlich effizienter als konventionelle Beleuchtungsformen sind, produzieren sie dennoch etwas Wärme. Diese Wärme kann die LED negativ beeinträchtigen, und es müssen deshalb Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, dass die Vorteile dieser Technik zum Tragen kommen. Wärmemanagement ist deshalb ein weiterer Bereich, in dem speziell entwickelte chemische Produkte eingesetzt werden, um die Leistung und die Lebensdauer von LED-Systemen zu verbessern.

Bild 5

Bild 5: Die ästhetische Wirkung eines Leuchtmittels ist maßgeblich von der Farbtemperatur der LED bestimmt. Electrolube

Die Temperaturen, unter denen die LED verwendet wird, können die Farbtemperatur beeinflussen. So könnte bei weißem Licht eine Steigerung der LED-Betriebstemperatur dazu führen, dass die Farbe des Lichts „wärmer“ wird. Wenn sich die Betriebstemperatur von LEDs in derselben Reihe unterscheidet, können zusätzlich auch verschiedene Farbtemperaturen entstehen. Dieser Effekt hätte Einfluss auf die Qualität und die ästhetische Wirkung des Leuchtmittels (Bild 5).

Gießharze lassen sich auch dazu verwenden, Wärme von Elektrogeräten abzuleiten. Gleichzeitig schützen sie die Einheit vor Umwelteinflüssen. Das Gießharz wird praktisch zur Temperatursenke und leitet die Wärmeenergie vom Gerät weg. Solche Produkte können für den Schutz der Technik hinter und am LED-Gerät verwendet werden, und sie können auch aus dem Inneren der Einheit heraus die Lichtreflexion unterstützen. Dies ist abhängig von der gewählten Farbe. Gießharze, die zusätzlich wärmeleitfähige Füllstoffe verwenden, lassen sich je nach Art des chemischen Stoffes unterscheiden: Konkret sind Epoxyd, Polyurethan und Silikon verfügbar. Die Wahl zwischen diesen chemischen Stoffen ist von der Umgebung abhängig. Wenn die Anlage beispielsweise häufigen und schnellen Temperaturänderungen ausgesetzt sein wird, wird ein flexibles Polyurethan- oder Silikonmaterial eine bessere Leistung erbringen als ein festes, steifes Epoxyd.

Eck-DATEN

Durch die korrekte Auswahl und Anwendung von Schutzüberzügen ist es möglich, LEDs in einer Vielzahl von Produkten zu verwenden. In Kombination mit einem effizienten Wärmemanagement lassen sich so bei LED-Systemen eine konstante Qualität und ein gleichbleibendes Aussehen erreichen. Gleichzeitig wird mit den richtigen chemischen Produkten auch die Lebensdauer von LED-Leuchtmitteln verbessert.

Jade Bridges

Global Technical Support Manager bei Electrolube

(ku)

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