Diffusionsfolien aus Makrofol und Wärmemanagement-Lösungen für LED-Anwendungen

Streulichtfolie aus Polycarbonat
Wärmemanagement für LED-Lampen


Die LED-Lichttechnik bietet sehr viele Möglichkeiten der energieeffizienten Lichtgestaltung – erheblich mehr, wie es früher mit ineffizienten Glühlampen oder linearen Leuchtstoffröhren möglich war. Insbesondere die geringere Wärmeentwicklung dieser elektronischen Lichtquelle erlauben heute den Einsatz anderer Werkstoffe wie PMMA oder Polycarbonat. Doch LED-Leuchtmittel emittieren stark punktförmig das Licht, was gerade bei einer möglichst gleichmäßigen Ausleuchtung mit Licht störend ist.

Die Firma Covestro AG (ehem. BayerMaterialScience) hat sich dieses Themas angenommen. Die Diffusionsfolien bzw. Streufolien Makrofol® LM auf Polycarbonatbasis spreizen das punktförmige Licht so, dass punktförmige Lichtquellen wie LEDs (LED-Spots) zu einer gleichmäßig beleuchteten Fläche verschmelzen und somit die LED-Lichtquelle unsichtbar wird.
Sie erreichen ihren besonderen Streueffekt durch spezielle, in das Material eingebettete Streupigmente bei nur geringer Abschwächung der Lichtintensität an sich.

Durch die mit Makrofol® LM ausgerüsteten Lampen erzielt man eine homogene Ausleuchtung und es wird eine Mehrfachschattenbildung verhindert. Auch beim Einsatz in hinterleuchteten Bauteilen zeigt die Diffusionsfolie Makrofol® LM  bei einer vergleichsweise geringen Bautiefe eine gleichmäßig flächige Ausleuchtung.

Im Vergleich zu den bisher bekannten Diffusionsfolien mit Oberflächenstrukturierung oder Einfärbung wurde das Verhältnis von Streuwirkung zu Lichtdurchlässigkeit nochmals deutlich verbessert. Mit den Diffusionsfolien Makrofol® LM lässt sich das Licht mit minimalem Leuchtkraftverlust gleichmäßig verteilen.

Viele Gestaltungsmöglichkeiten durch eine Vielzahl verschiedener Folien

Makrofol® LM ist in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich. Die Unterschiede liegen vor allem bei der Lichtdurchlässigkeit (Transmissionsgrad) und der Streuwirkung (Halbwertswinkel*). 

Neben den Folien mit intrinsischer Streuwirkung gibt es auch Makrofol® LM – Folien mit aufgeprägten Linienrastern. Diese verbinden punktförmige Lichtquellen wie z.B. von LED`s zu einem Lichtband, was ganz erstaunliche Beleuchtungseffekt ergeben kann.

Aus dem großen Sortiment an Makrofol® LM - Folien kann für jede Anwendung die passende Diffusionsfolie gefunden werden. Das Verkleben von Polycarbonatfolien aus Makrofol® LM miteinander erfolgt mit Lösungsmitteln, Klebebändern (CMC Klebetechnik) oder Reaktionsklebern. Makrofol® LM Diffusionsfolien bzw. Streufolien lassen sich unter Zuführung von Wärme und Druck sowie mittels Ultraschallverfahren verschweißen und können z.T. thermoplastisch geformt werden.

 

Wärmemanagement für zuverlässige und hochwertige LED-Beleuchtungen

Obwohl LED-Beleuchtungen eine deutlich höhere Energieeffizienz vorweisen können, muß dennoch auf ein ausreichendes Wärmemanagment geachtet werden. Denn bei LED`s entsteht das Licht innerhalb einer sehr kleinen Fläche. Der lichtemittierende Halbleiterkristall (Elektrolumineszenz) erwärmt sich erheblich und muss gekühlt werden.

Bei geringen Leistungen kann diese Kühlung sehr simpel ausfallen oder man kann sogar gänzlich darauf verzichten, da die Anschlussleitungen schon als „Kühlkörper“ ausreichen. Bei Leistungs-LED`s jedoch ist eine bewusste Wärmeableitung notwendig.

LED`s besitzen eine Lebensdauer von 30.000 bis 50.000 Stunden. Damit sie über diese Zeit zuverlässig arbeiten, müssen sie vor Überhitzung geschützt werden. Denn permanent zu warm betriebene LED`s verändert auch ihre Farbtemperatur (die Farbe verändert sich) und Lichtleistung, was sich negativ auf den Lichteindruck auswirken kann.

Aus den oben genannten Gründen werden leistungsfähigere Highpower LED`s bereits herstellerseitig auf einem Metallträger (Miniplatinen, Stars) montiert. Die Idee dahinter ist eine massive Verbreiterung des Wärmeleitpfades. Denn neben der materialspezifischen Wärmeleitfähigkeit geht in die Berechnung des Wärmewiderstandes auch die Fläche mit ein.
Die Miniplatine mit Metallkern kann nun z.B. auf einem Kühlkörper (passive Konvektionskühlung), einer Metallschiene oder einem Peltier-Element (aktive Kühlung, auch möglich: Lüfter) montiert werden.

Schlechter Wärmeübergang reduziert die Wärmeleitung merklich

Bei der Betrachtung des Wärmepfades ist zu beachten, dass durch Oberflächenrauigkeit oder Verformungen infolge thermischer Ausdehnung sich die Anbindung der Miniplatine an einen Kühlkörper verschlechtern kann. Luft ist ein ausgesprochen schlechter Wärmeleiter und daher sind Lufteinschlüsse im Wärmepfad unbedingt zu vermeiden. Ein effizienter Weg ist der Einsatz von Phase-Change Materialien. Diese dünnen wärmeleitenden Schichten schmelzen beim Überschreiten von ca. 50-60°C auf und füllen die Luftkavitäten auf. Die Folge davon ist eine formschlüssige Verbindung zwischen Hochleistungs-LED und Wärmesenke mit guter thermischer Leitfähigkeit.
Die Bedeutung von Übergangswiderständen von einer Oberfläche auf die nächste innerhalb eines Wärmeleitpfades sollte man nicht unterschätzen.

Im Programm der wärmeleitenden Produkte der CMC Klebetechnik gibt es

  • nicht isolierende Produkte (Aluminiumfolie mit wärmeleitenden Beschichtungen)
  • elektrisch isolierende Produkte (z.B. Kapton MT+ Folien mit wärmeleitenden Kleberbeschichtungen)
  • Distanzausgleichende Produkte (Gapfiller bis 10 mm Dicke)
  • Wärmeleitende, doppelseitige Klebebänder für Montage und  Befestigung (z.B. Nitto TR-5320F)

Um die verschiedenen Produkte problemlos einsetzen zu können, ist eine anwendungsgerechte Aufmachung wichtig. Mehrere modulare und flexible Stanzmaschinen, zwei hochpräzise Schneidplotter bis 2050 x 3050 mm Teilegröße sowie etliche Schneid- und Laminiermaschinen lassen kaum einen Wunsch offen. Es können Prototypen-Stückzahlen gefertigt werden, aber auch große Stückzahlen auf rotativen Stanzanlagen. Kundenindividuelle Beschichtungen können auf einem Pilotcoater (Fertigungsbreite 300 mm) schnell und kostengünstig optimiert werden.

Passende Produkte für die Kühlung von LED-Leuchtmitteln finden Sie HIER