• Erfahren Sie hier mehr zum technischen Aufbau einer LED.

    Erfahren Sie hier mehr zum technischen Aufbau einer LED.

LED-Technik

Bei einer LED kommen im Gegensatz zu Temperaturstrahlern (z.B. Glühbirne) oder Gasentladungslampen (z.B. Leuchtstoffröhre), Halbleiterkristalle zur Lichterzeugung zum Einsatz. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer Elektrolumineszenz, da ein Feststoff durch das Anlegen einer elektrischen Spannung zum Leuchten angeregt wird.

Erfahren Sie hier mehr zum technischen Aufbau einer LED.

LED = Licht Emittierende Diode (Light Emitting Diode)

LEDs sind winzige Elektronikchips aus speziellen Halbleiterverbindungen, die mit nur wenig Energie zum Leuchten angeregt werden. Im Grunde funktionieren sie in umgekehrter Weise wie eine Solarzelle.

Funktionsprinzip: Leuchtdioden bestehen aus einem negativ leitenden Grundhalbleiter mit einem Überschuss an Elektronen. Darüber kommt eine sehr dünne, positiv leitende Halbleiterschicht mit einem Mangel an Elektronen, „Löcher“ genannt. Unter Spannung wandern die überzähligen Elektronen und „Löcher“ nun aufeinander zu und rekombinieren in der sogenannten Sperrschicht. Die freigesetzte Energie wird im Halbleiterkristall in Licht und Wärme umgesetzt.

Das Licht von LEDs ist von Natur aus farbig. Sie erzeugen stets eine schmalbandige (monochromatische) Strahlung. Das verwendete Halbleitermaterial bestimmt die dominante Wellenlänge und damit die Lichtfarbe: Rot, Grün, Gelb oder Blau.

Die wichtigsten Halbleitermaterialien für LEDs sind:

  • Indium Gallium Nitrid (InGaN) – Farben: Grün, Blau, (Weiß)
  • Aluminium Indium Gallium Phosphid (AllnGaP) – Farben: Rot, Orange, Gelb
  • Aluminium-Galliumarsenid (AlGaAs) – Farbe: Rot
  • Galliumarsenid Phosphid (GaASP) – Farben: Rot, Orange, Geld

Kein Halbleiter kann auf direktem Wege weißes Licht erzeugen. Um weißes Licht zu generieren kommen zwei Verfahren zum Einsatz:

  • Das heute gebräuchlichste Verfahren, das auch bei Leuchtstoffröhren zum Einsatz kommt, ist die sogenannte Lumineszenzkonversion: Energiereiches, kurzwelliges Licht einer blauen LED wird durch Aufbringen eines Leuchtstoffes in andere Wellenlängen konvertiert. Als Leuchtstoff werden Phosphorverbindungen verwendet. Je nach Zusammensetzung und Schichtstärke des Leuchtstoffes lässt sich weißes Licht mit unterschiedlichen Farbtemperaturen erzeugen. Durch die hauchdünnen Phosphorschichten zeigen die LEDs im nicht leuchtenden Zustand meist eine gelbe Farbigkeit.
  • Eine andere Möglichkeit, weißes LED-Licht zu gewinnen, ist die Mischung von farbigem Licht unterschiedlicher Wellenlänge. Diese additive Farbmischung von Rot, Grün und Blau (RGB) kann neben allen anderen Mischfarben auch weißes Licht erzeugen. Das RGB-Verfahren hat den Vorteil, dass die Lichtfarbe durch gezielte Ansteuerung verändert werden und neben weißem auch farbiges Licht erzeugt werden kann. Allerdings ist die Farbwiedergabe des weißen Lichts bei diesem Verfahren weniger gut als bei der Lumineszenzkonversion.

Grundsätzlich lassen sich LEDs in zwei Typen einteilen:

  • Der Typ Low-Power-LED (auch radiale LED) bezeichnet die klassische Bauform einer Leuchtdiode mit einer Größe von 3mm oder 5mm und charakterisiert durch die zwei abstehenden Beinchen. Sie werden mit Strömen von 20mA bis maximal 100mA betrieben und kommen heute vorwiegend für einfache Signalanzeigen zum Einsatz.
  • In der heutigen LED Lichttechnik werden sogenannte Hochleistungs-LED (High-Power LED) verwendet, die mit Strömen ab 100mA betrieben werden. Sie geben am meisten Licht ab, aber gleichzeitig auch mehr Wärme und benötigen deshalb ein gutes Thermomanagement.

Bild1Zwei verschiedene Bautypen:

  • COB-LED (=Chip on Board): Bei dieser Technologie werden die Halbleiterchips direkt (d.h. ohne Gehäuse) auf die Leiterplatine aufgebracht und über sogenannte „Bond-Drähte“ kontaktiert. Eine aufgeklebte Linse aus Epoxydharz dient der Lichtverteilung. COB-LED werden für besondere eng bepackte, leistungsstarke LED-Module eingesetzt.
  • SMD-LED (=Surface Mounted Devices) sind extrem kleine Standardprodukte, die die industrielle Fertigung sehr leistungsfähiger sowie extrem flacher und schmaler Module erlauben. Sie werden direkt auf einer Leiterplatte verklebt und im Lötbad kontaktiert. SMD-LEDs sind bereits verkapselt und mit einem „Gehäuse“ versehen, das die Lichtverteilung beeinflusst. Die SMD-Technologie wird mittlerweile am häufigsten zum Bau von LED-Leuchten verwendet.

Abstrahlcharakteristik und Lichtverteilung:

  • LEDs erzeugen ein gerichtetes Licht. Durch das Aufbringen der Halbleiter auf eine Platine, können LEDs maximal halbräumlich, d.h. um 180° abstrahlen. Um die Abstrahlcharakteristik zu beeinflussen werden die LED-Chips mit einer Linse umkapselt (Primäroptik). Die Kombination aus Linse und Reflektorwirkung des Gehäuses sorgt dann für die gewünschte Lichtlenkung.
  • Viele Leuchten arbeiten mit einer einzelnen LED als Lichtquelle, die gewünschte Lichtverteilung kann aber auch durch den Einsatz vieler Einzel-LEDs erreicht werden. So werden z. B. in Leuchten für die Straßenbeleuchtung viele LEDs nebeneinander angeordnet, die mit unterschiedlicher Abstrahlcharakteristik und Ausrichtung die gewünschte Lichtverteilung erzeugen.