LED - Temperatur - Wärme

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.
 

Quelle: Osram

Quelle: Osram

COB LED-Typen haben duch die uintegrierte 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.