С быстрым ростом рынка светодиодов правильный выбор продукта является обязательным условием для обеспечения производительности и срока службы светодиодов. В первой части этой статьи, опубликованной в предыдущем номере журнала, мы обсудили важность правильного управления температурным режимом, включая различные способы обеспечения максимального рассеивания тепла в светодиодных системах. Эффект чрезмерного тепловыделения обсуждался в прямой зависимости от времени жизни светодиода. В этой статье мы поговорим об использовании светодиодов в различных средах и способах соответствующей защиты в таких условиях.
Применение светодиодов становится все более разнообразным. Требования к дизайну, местоположение или функция продукта — все это элементы, которые доказывают, что задачи, с которыми сталкиваются дизайнеры светодиодов, постоянно развиваются. Светодиоды, как и большинство электронных устройств, будут работать хорошо, пока внешние воздействия не начнут ухудшать производительность. Такими воздействиями могут быть электростатическое притяжение пыли, влажные или коррозийные среды, химическое загрязнение, а также многие другие. Поэтому чрезвычайно важно, чтобы среда конечного использования была детально рассмотрена, чтобы обеспечить возможность выбора правильных продуктов.
Рынок светодиодного освещения — быстрорастущий рынок. Этот рост объясняется преимуществами светодиодов по сравнению с традиционными формами освещения с точки зрения адаптируемости, срока службы и эффективности. Поэтому легко понять, почему светодиодное освещение имеет такое широкое применение, включая бытовые светильники, промышленное освещение для заводов, освещение для морской среды, архитектурное освещение и дизайн, и это лишь некоторые из них.
Сравнение условий окружающей среды в стандартном уличном освещении с освещением в морской среде может помочь нам понять потенциальные причины износа светодиодов. При применении в уличном освещении возможно, что сам светодиод закрыт из-за конструкции устройства или что ориентация светодиода такова, что он может подвергаться воздействию только общих изменений температуры и влажности окружающей среды. В морской среде возможно, что светодиодный источник света может быть забрызган или погружен в соленую воду, и во всех случаях он будет находиться в среде солевого тумана в течение большей части своего срока службы. Условия с высоким содержанием соли могут вызвать коррозию на печатных платах и, таким образом, значительно снизить производительность намного быстрее, чем общие условия с переменной влажностью.
Обычно защитные покрытия и заливочные смолы используются для обеспечения высокого уровня защиты в каждой из этих сред.
Защитные покрытия представляют собой тонкие лаки, которые соответствуют контурам печатной платы, обеспечивая хорошую защиту без добавления какого-либо значительного веса или объема к плате. Они обычно наносятся на 25—75 микрон, и их легко наносить путем распыления или погружения. Для защиты поверх светодиодов важно, что-бы используемое покрытие имело хорошую прозрачность и чтобы оно оставалось прозрачным в течение всего срока службы продукта в желаемой среде. Может потребоваться, чтобы покрытие имело хорошую устойчивость к ультрафиолетовому излучению, если продукт находится на открытом воздухе. Таким образом, лучший тип защитных покрытий основан на акриле, предлагая как прозрачность, так и стабильность цвета в сочетании с превосходной защитой от влаги и солевого тумана.
Как правило, акриловые защитные покрытия представляют собой продукты на основе растворителей, где используемый растворитель представляет собой жидкость-носитель, позволяющую осаждать тонкую пленку смолы на подложке. В некоторых случаях производители светодиодов предъявляют особые требования в отношении использования продуктов, содержащих ЛОС,
а также другие специфические химические вещества. В общем, проверка химической совместимости поможет подтвердить, подходит ли защитное покрытие на основе растворителя для использования с желаемым светодиодом. Производители защитных покрытий, такие как Electrolube, могут помочь с такими испытаниями.
Помимо учета влияния покрытия на светодиод, также важно понимать влияние на цветовую температуру. Сдвиг цветовой температуры был постоянной проблемой при рассмотрении типа используемой защитной среды, и следует понимать, что, независимо от того, какой материал помещен непосредственно над светодиодной линзой, это вызовет взаимодействие, которое приведет к сдвигу цветовой температуры. Этот сдвиг обычно происходит от теплой температуры к более низкой температуре и будет варьироваться между различными типами светодиодов и диапазонами цветовых температур. Кроме того, он также будет отличаться в зависимости от применяемого материала защиты. Это еще одна область, в которой акриловые конформные покрытия, такие как AFA Electrolube, предлагают преимущества по сравнению с другими типами химии и продуктов. На Рис. 3 представлены результаты изменения цветовой температуры «теплого» светодиода. Различные толщина и ме-ханизмы отверждения были использованы для того, чтобы выделить возможные изменения цветовой температуры. Красные линии обозначают границы конкретного типа используемого светодиода, т.е. цветовая температура может быть где угодно между этими линиями.
Упомянутые выше тонкие и толстые покрытия представляют собой типичную минимальную и максимальную толщину, на которую наносят конформные покрытия, то есть 25 и 75 микрон. Благодаря применению такой тонкой пленки сдвиг цветовой температуры сводится к минимуму и, в свою очередь, управляется в тех же пределах, которые установлены производителем светодиодов.
В идеальном мире защитные покрытия будут применяться во всех светодиодных устройствах благодаря их простоте применения, минимальному влиянию на объем и вес устройства, универсальности в использовании и, наконец, их влиянию на сдвиг цветовой температуры. Однако, как мы все знаем, зачастую невозможно найти одно решение для всех приложений. Конформные покрытия обеспечивают превосходный уровень защиты во влажной и соленой среде, как показано выше, однако они не обеспечивают наивысший уровень защиты в средах с частым погружением в воду, брызгами, а также в агрессивных газовых средах. Именно в таких ситуациях мы советуем рассмотреть заливочную смолу, что-бы предложить повышенный уровень защиты.
Заливочные смолы также могут состоять из различных материалов, включая эпоксидные, полиуретановые и силиконовые основы. Обычно эпоксидные смолы предлагают более жесткую защиту с точки зрения механических воздействий, но они не обеспечивают гибкость других компаундов, что может привести, например, к проблемам во время термоциклирования. Кроме того, стандартные эпоксидные системы не обеспечивают ясности и стабильности цвета других систем. Силиконовые смолы действительно обеспечивают отличную прозрачность, а также хорошо работают при экстремальных температурах, тогда как полиуретановые смолы предлагают сочетание хорошей гибкости, прозрачности и высокого уровня защиты в суровых условиях. Рис. 4 показывает разницу в четкости трех типов химического состава смол путем изучения цветовых различий смол после 1000 часов воздействия УФ-излучения, что подчеркивает стабильность каждой смолы в условиях окружающей среды. Очевидно, что силикон и полиуретановая смола в этом случае превосходят стандартную эпоксидную систему.
Сравнение производительности различных про-дуктов в суровых условиях может также выделить предпочтительный выбор продукта в зависимости от условий конечного использования. Например, Рис. 5 иллюстрирует влияние агрессивных газовых сред на акриловое покрытие, полиуретановую смолу и силиконовую смолу путем изучения % уменьшения светового потока светодиода после воздействия среды со смешанным газом. Эти результаты ясно иллюстрируют важность выбора правильного продукта для окружающей среды.
Хотя защитное покрытие не ухудшается с точки зрения его сопротивления поверхностной изоляции в среде агрессивных газов, оно не является адекватной защитой для светодиодов, поскольку позволяет газу проходить через тонкое покрытие и проникать через светодиод, тем самым ухудшая его характеристики с течением времени. Аналогичный эффект наблюдается и с силиконовой смолой, однако в этом случае, несмотря на то, что защитный слой значительно толще (2 мм против 50 мкм), газ все же способен проходить через смолу и воздействовать на светодиод. Когда вы сравниваете результат силиконовой смолы с полиуретановым материалом, становится очевидным, что у этих двух типов химического состава есть различие в характеристиках, поскольку силиконовая смола проницаема для газа, тогда как полиуретановая смола такой же толщины — нет. В таких случаях оптически прозрачная полиуретановая смола, такая как Electrolube UR5634, будет наиболее подходящей защитной средой для предотвращения неблагоприятного воздействия агрессивных газов на светодиод.
Полиуретановые смолы были выделены в качестве подходящих смол для защиты светодиодов в ряде различных сред. Кроме того, они также могут быть адаптированы для предоставления дополнительных преимуществ, таких как пигментированные системы, используемые для покрытия печатной платы. Такие смолы используются для защиты печатной платы, обеспечивая эстетически приятную отделку, в то же время улучшая характеристики светильника, отражая свет от печатной платы и увеличивая светоотдачу. Существуют также специальные смолы, которые можно использовать для рассеивания света от светодиода.
Такие смолы, как Electrolube UR5635, могут предложить два решения в одном — защиту от окружающей среды и рассеивание света, потен-циально устраняя необходимость в крышках и крышках диффузоров.
Заливочные смолы явно обеспечивают высокий уровень защиты в различных средах и могут быть адаптированы к требованиям применения либо путем выбора типа химического состава, либо путем адаптации состава конкретной смолы. Однако важно вернуться к теме изменения цветовой температуры. Ранее в этой статье мы обсуждали минимальное влияние на цветовую температуру, оказываемое тонкопленочными защитными покрытиями. При сравнении толщины защитного покрытия с заливочными смолами очевидно, что часть повышенного уровня защиты, которую предлагают смолы, обусловлена способностью наносить гораздо более толстый слой. Смолы могут наноситься на глубину 1—2 мм или на большую глубину, однако эта глубина также будет влиять на наблюдаемый сдвиг цветовой температуры.
На Рис. 7 показан типичный сдвиг цветовой температуры светодиодов, покрытых полиуретановой смолой различной толщины. Ясно, что толщина напрямую коррелирует со степенью сдвига цветовой температуры, что подчеркивает еще одно важное соображение при выборе подходящего защитного средства. Мы знаем, что произойдет сдвиг цветовой температуры, но важным фактором является повторяемость сдвига для используемого светодиода. Если сдвиг является постоянным, изменение может быть учтено, например, путем пересмотра исходного диапазона цветовой температуры светодиода.
В этой статье обсуждались различные соображения, необходимые при выборе защиты для светодиодной системы. Оценка среды важна для успешного выбора продукта, как с точки зрения производительности конечного использования, так и с точки зрения пригодности для производственных процессов. Защитные покрытия предлагают наилучшее сочетание простоты нанесения и встраивания в конструкцию с превосходным уровнем защиты во влажной и соленой среде. Они также демонстрируют самое низкое влияние на цветовую температуру из-за малой толщины нанесенного покрытия. Когда условия становятся более сложными, рекомендуется переход на заливочные смолы. В этом случае выбор между типами химии будет основан на условиях конечного использования и в соответствии с конкретными воздействиями окружающей среды. Кроме того, следует учитывать толщину наносимой смолы, чтобы обеспечить достаточную защиту при минимизации влияния на изменение цветовой температуры, где это возможно.
Объединение средств защиты, обсуждаемых в этой статье, с продуктами для терморегулирования, рассмотренными в статье, опубликованной в предыдущем номере журнала «Электротехнический рынок», подчеркивает возрастающую важность технологии материалов на этом быстро растущем рынке. Обеспечивая эффективное рассеивание тепла и защиту от внешних воздействий, можно повысить эффективность и срок службы светодиодных систем. Светодиодные системы теперь могут также использоваться в более широком диапазоне сред, и предлагая поддержку дизайнеров светодиодов посредством продуманной разработки материалов. Electrolube постоянно оказывает поддержку этой постоянно развивающейся отрасли.
