Thermisches Management an Lichtquellen

Abstract:
Hauptaufgabe von Lichtquellen ist die Beleuchtung, also die Erzeugung von sichtbarer Strahlung und somit Licht. Allerdings entsteht bei der Erzeugung von Licht auch unerwünschte Wärme, die effizient abgeleitet werden muss. Bei klassischen thermische Lichtquellen wird Licht über die elektrische Heizung von Wolframdrähten bis zu Temperaturen von 3000 K erzeugt. Auch bei dieser Temperatur liegt der überwiegende Teil der emittierten Strahlung im unsichtbaren infraroten Bereich des optischen Spektrums. Entladungslampen erzeugen Licht auf nichtthermischem Wege. Da aber auch hier die Elektroden auf Temperaturen über 2000 K erhitzt werden, leiden Entladungslampen ebenfalls unter thermischer Belastung. In modernen Festkörperlichtquellen wie LEDs, gleichsam nichtthermische Lichtquellen, erzeugt der elektrische Strom eine Joulesche Erwärmung des Bauteils, dessen Temperatur für optimalen Betrieb üblicherweise unter 420 K bleiben sollte. Solche, im Vergleich zu den anderen Lichtquellen niedrigen Temperaturen, verhindern eine effiziente Strahlungskühlung, so dass eine Kühlung durch Konvektion oder Leitung erfolgen muss. Alle genannten Lichtquellen erfordern ein optimales Thermisches Management, d.h. die Einstellung und Einhaltung einer optimalen Betriebstemperatur, für optimale Effizienz und Lebensdauer. In diesem Beitrag werden die genannten Generationsmechanismen für Licht sowie die Untersuchung der thermischen Belastung der unterschiedlichen Lichtquellen beschrieben und mögliche Optimierungswege diskutiert. Einige Beispiele verdeutlichen die Relevanz des Thermischen Managements für die Anwendung und geben Hinweise für zukünftiges Potential für energieeffizientere Lichtquellenkonzepte.