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Man ist bestrebt möglichst viel Licht aus der LED herauszuholen. Da die Rekombinierenden
Ladungsträger Lichtphotobnen aussenden ist die Lichtstärke ungefähr proportional
dem Strom. Aber die Lichtstärke wird mit zunehmender Sperrschichttemperatur kleiner.
Die Höhe der Sperrschichttemperatur wiederum ist vom Durchlassstrom abhängig, denn
je höher der Strom um so größer ist die Erwärmung bzw. Verlustleistung. Ab einer
bestimmten Temperatur degeneriert der Kristall überproportional bis hin zur vollständigen
Zerstörung. So ist es dem Wirkungsgrad sehr zuträglich, einen konstanten abgestimmten
Strom zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig den Halbleiterkristall so kühl wie
möglich zu halten. Deshalb ist der Aufwand der Vorbeschaltung und eine Wärme abführende
Platzierung des Chips ebenfalls extrem wichtig für einen vernünftigen Wirkungsgrad
und eine lange Lebensdauer. Da ein Halbleiter bei ca. 120 °C zerstört wird, sind
bei einem LED-Strahler auch keine höheren Temperaturen zu erwarten. Da dieser Festkörper
sein Licht nicht über Temperatur erzeugt, sondern durch Rekombination der Ladungsträger
Photonen freigesetzt, kann man durchaus auch von kaltem Licht sprechen. So erlauben
LEDs auch dort einen Einsatz, wo bisherige Leuchtmittel aufgrund ihrer Wärmeabgabe
nicht zur Diskussion standen.
Dennoch ist die LED mit einem Temperaturproblem behaftet. Sind bei einem konventionellen
Scheinwerfer Temperaturdifferenzen der Umgebungstemperatur unerheblich im Vergleich
beim Temperaturgefälle von ca. 3000 °C, an der Wedel bis zu 400 °C, am Sockel zu
25 °C bzw. 35 °C der umströmenden "Frischluft", so sind diese 10 °C Differenz bei
einem Halbleiter mit 90 °C Betriebstemperatur doch erheblich. Der Kühlungsaufwand
des LED-Chips ist von größter Bedeutung und die Umgebungstemperatur hat erheblichen
Einfluss auf eine evtl. Überhitzung oder die Verringerung des Lichtstroms. Hierbei
sind zum Beispiel große Unterschiede bei den verwendeten Leiterplatten zu beobachten.
So kann der gleiche LED-Typ auf einer üblichen Expoxyd-Platte montiert sein oder
einer speziellen Leiterplatte mit wärmeableitenden Kern. Diese Unterschiede schlagen
sich nicht nur auf die Zuverlässigkeit und Lebensdauer sondern natürlich auch im
Preis nieder.
Schlussfolgerung:
- LEDs sind erheblich mehr von der Umgebungstemperatur
abhängig als konventionelle Scheinwerfer.
- Schlechtes Kühldesign verringert die Lebensdauer und die
Lichtleistung beträchtlich.
Quelle: Luxeon, Trademark von Lumileds Lighting LLC.
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Der Wärmewiederstand läßt sich ähnlich den elektrischen Wiederständen berechnen
Schaltbild zur allgemeinen Wärmeberechnung
Quelle: Luxeon, Trademark von Lumileds Lighting LLC.
COB LED-Typen haben duch die integrierte Boardtechnik definierte und optimierte Wärmeübergänge
Die Temperatur der LED kann auch durch die Platine besser oder schlechter abgeleitet
werden. z. B. Eine Platine mit Aluminiumkern leitet besser die Wärme ab als eine
handelsübliche Pertinax-Platine.
Beispiel von zerstörten roten LEDs
(Zum Vergleich mittige LED ist unbeschädigt )