Tipps für den LED-Leuchtenentwickler Keine unerwünschten Verfärbungen bei der LED

Autor / Redakteur: Kai Klimkiewicz * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Der LED-Chip und die dazugehörige Linse bestehen aus einer Phosphor- und Silikon-Umhüllung. Doch können störende Verfärbungen auftreten. Einfache Tests sollen Abhilfe schaffen.

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Einfache Tests gegen Verfärbung: Sowohl der Chip als auch die Linse bei einer LED bestehen aus einer Phosphor- und Silikon-Umhüllung. Hier können ungewünschte Verfärbungen auftreten.
Einfache Tests gegen Verfärbung: Sowohl der Chip als auch die Linse bei einer LED bestehen aus einer Phosphor- und Silikon-Umhüllung. Hier können ungewünschte Verfärbungen auftreten.
(Cree)

Bei den Phosphor- und Silikon-Umhüllungen von LEDs können störende Verfärbungen auftreten. Grund sind häufig inkompatible flüchtige organische Verbindungen. Abhilfe schaffen einfache Tests bei denen Entwickler feststellen, mit welchen Substanzen sich eine Leuchtdiode verträgt. Die meisten LED-Leuchten sind mit Leuchtdioden ausgestattet, die blaues Licht abgeben. Der LED-Chip ist mit einer gelben Phosphor- und Silikon-Umhüllung umgeben. Sie wandelt das blaue Licht in weißes um. Hinzu kommt in vielen Fällen eine Silikon-Linse, welche die Konstruktion überdeckt. Die speziellen Silikon-Polymere, die dabei zum Einsatz kommen, haben folgende Vorteile:

  • eine hohe Lichtdurchlässigkeit,
  • eine hohe Stabilität über einen großen Temperaturbereich hinweg,
  • eine hohe Resistenz gegenüber Gelbverfärbung unter dem Einfluss von ultraviolettem Licht und
  • eine gute Formbarkeit.
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Das Problem mit dem Gelbstich bei einer LED

Allerdings können flüchtige organische Verbindungen, sogenannte Volatile Organic Compounds, VOC, in einem Beleuchtungssystem mit LEDs in die gasdurchlässige Silikonlinse und die Hülle einer LED austreten. In der Molekülstruktur dieser Materialien lagern sich diese Verbindungen an freien Stellen der Silikon-Polymere ab. Das kann unerwünschte Folgen haben: Die hohe Photonen-Energie der LED in Verbindung mit der Wärmeentwicklung im Beleuchtungssystem und der Umgebung führen unter Umständen zu einer Verfärbung der flüchtigen organischen Verbindungen. Das wiederum reduziert die Lichtmenge, die eine LED-Leuchte abgibt.

Solche Verfärbungen treten vorzugsweise bei LEDs auf, die Licht in den Farben blau, königsblau und weiß produzieren und zudem mit LED-Chips mit blauer Wellenlänge ausgestattet sind. Eine weitere Voraussetzung ist, dass gelbe Phosphor-Materialien für das Konvertieren der Wellenlängen verwendet werden. Das Phänomen ist bei Leuchtdioden aller Hersteller zu beobachten. Nicht betroffen sind LEDs, die Licht längerer Wellenlänge ausstrahlen, etwa gelb, rot und grün. Bei diesen Leuchtdioden fällt eine niedrigere Photonen-Energie an.

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Die Photonen-Energie (E) wird mithilfe folgender Formel ermittelt: E = h x f. Dabei steht h für die Planck-Konstante und f für die Lichtfrequenz. Je höher f, desto größer die Photonen-Energie.

Das Bild 2 zeigt, wie sich die Gelbverfärbung auswirkt. Anfangs gibt beispielsweise eine Leuchte auf Basis der XLamp XR-E LED von Cree ein Licht mit hohem Weiß-Anteil ab (links). Durch den Einfluss von VOC ist bereits nach 100 Stunden eine deutliche Verschiebung in Richtung Gelb zu erkennen (rechts). Der Einsatz ungeeigneter flüchtiger organischer Substanzen kann nicht nur den Farbort einer Leuchtdiode verfälschen, sondern zum Ausfall einer Leuchte führen.

Allerdings führen die Verfärbungen der Umhüllung oder der Linse durch VOCs im Normalfall nicht zu bleibenden Schäden am LED-Chip. In vielen Fällen lässt sich eine solche Leuchte innerhalb weniger Betriebsstunden wiederherstellen. Dazu wird entweder die Sekundäroptik entfernt oder die Belüftung verbessert. Allerdings bleibt die Verfärbung bestehen, solange die Silikon-Polymere dem Einfluss der falschen VOC ausgesetzt sind.

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