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Entwärmung

Im Gegensatz zu Leuchten wie Glühlampen oder Gasentladungslampen ist der LED-Beleuchtungskörper ein Halbleiterbauteil. Durch diese neue Lichttechnik erweitern sich die Möglichkeiten bei Beleuchtungskonzepten. Die Herausforderung besteht allerdings darin, das thermische Verhalten, d.h. die Entwärmung, in den Griff zu bekommen.
In der LED wird nicht die gesamte elektrische Energie in Lichtleistung umgewandelt. Wie bei allen Halbleiternbauelementen wird auch ein Teil der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Deshalb ist hier – anders als bei thermischen Strahlern (Glühlampe) – ein thermisches Management unbedingt erforderlich.

LEDs haben bei vergleichbarer Lichtausbeute einen deutlich geringeren Energieverbrauch als herkömmliche Leuchten. Dazu kommt, dass Leuchtdioden kaum Wärme in Richtung der Lichtabstrahlung erzeugen.
Über die chemische Zusammensetzung und Dotierung des Halbleiterwerkstoffes können die Farbe und Effizienz der Leuchtdiode eingestellt werden. Die Leuchtdichte, der Lichtstrom und die Lichtleistung sind mit der Größe des Vorwärtsstromes verknüpft. Dieser beeinflusst durch die entstehenden Temperaturen maßgeblich Funktion und Lebensdauer der Halbleitersperrschicht und damit der LED.

Das thermische Management bei LEDs

Halbleiter-LEDs verändern mit der Zeit ihre Emissionseigenschaften – die Intensität der Lichtausbeute nimmt kontinuierlich ab. Dieses Verhalten wird als LED-Alterung bzw. als Degradation bezeichnet und steht im Zusammenhang mit der Ausweitung und Vergrößerung von Störstellen im Chip.
Die Umgebungs- und damit die Chiptemperatur beeinflussen direkt die Effizienz und die Lebensdauer der LED: Ein zu hoher Lichtstrom durch höheren elektrischen Strom erhöht die Temperatur in der LED und ebenso verkürzen starke Temperaturschwankungen die Lebensdauer erheblich.
Auch die für Kapselung und Linsenformung der LED verwendeten Kunststoffe unterliegen der Alterung und somit Trübung.

Temperaturinduzierte Effekte und Fehler

Die Chiptemperatur der LED beeinflusst die Lichtausbeute, die Lichtfarbe und die Vorwärtsspannung, außerdem beeinflussen die Umgebungstemperatur und die Selbsterwärmung durch elektrischen Stromfluss die Chiptemperatur.

Die Degradation als Funktion des Temperaturanstieges ist beispielhaft. Die Kurve zeigt, dass eine Temperaturerhöhung von 25 auf 75°C den Lichtstrom um annähernd die Hälfte reduziert.

LED-Montage mit gutem Wärmeübergang

Besonders wichtig ist die Anbindung der LED an die Wärmesenke, da bei einem schlechten Wärmeübergang von der LED zum Kühlkörper die Wärmeleitung reduziert und die LED-Temperatur deutlich erhöht wird. Dadurch kann die Funktion und Lichtleistung der Leuchtdiode eingeschränkt werden. Auch ein Temperaturanstieg bis zur Zerstörung ist möglich.
Ein optimalen Übergang zwischen LED-Bauteil und Kühlkörper erreicht man, wenn die durch Fertigungsprozesse unvermeidlichen Toleranzen, Unebenheiten und Rauhigkeiten der zu verbindenden Oberflächen egalisiert werden und Lufteinschlüsse, die den Wärmetransport behindern, vermieden werden

Patentierte Sicherheit

Die Techniker bei Delsana haben eine äußerst praktikable Lösung im Bereich der Konstruktion gefunden. Die Idee wurde im Januar 2008 zum Gebrauchsmusterschutz angemeldet und zum Patent eingereicht.