Wie funktioniert eine LED?

LEDs beruhen auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz

Sie sind technisch gesehen Dioden, also ein elektronisches Bauteil. Im Gegensatz zu Heißstrahlern wie z.B. Glühbirnen, in denen Drähte zum Glühen gebracht werden oder Leuchtstoffröhren, in denen ein Gas glüht. Die Elektrolumineszens wurde schon 1907 von Henry Joseph Round entdeckt. Erste LEDs kamen 1967 auf den Markt (zunächst Rot, dann weitere Farben), welche meist als Funktionslicht an technischen Geräten eingesetzt wurden und bis heute werden. 1995 kamen die ersten für die Beleuchtung nutzbaren weißen LEDs auf den Markt.

Halbleiterkristalle

Bei der Elektrolumineszens wird Licht in einer von mehreren Schichten halbleitender Kristalle erzeugt. Dieses Licht ist Monochrom – die Farbe hängt vom Material des Halbleiterkristalls ab. Rot, gelb, blau und grün können so direkt aus den Kristallen erzeugt werden wenn Strom durch sie hindurch fließt.

Weißes Licht für die Beleuchtungstechnik ist nicht dabei. Dieses wird durch Lumineszenskonversion mit Hilfe einer Beschichtung erzeugt. Diese Phosphorschichten – ähnlich wie bei Leuchtstoffröhren – werden angeregt und geben Licht ab, welches sich dann mit dem Licht der blauen LED zu einem Gesamtspektrum mischt. Je nach Zusammensetzung dieser Schicht können so die blauen LEDs auf verschiedene Kelvin (Lichtfarben) eingestellt werden und erscheinen weiß. Die Lichtleistung bei eher blaueren bzw. kühleren Lichtfarben (5000K-6000K) fallen in der Regel höher aus als bei wärmeren Farbtönen (2700K).

Kühlkörper

Der Halbleiter wird dann auf einen Kühlkörper aufgebracht, welcher die Wärme von den empfindlichen Halbleiterkristallen ableitet. Dies stellt die lange Haltbarkeit der LED sicher. Wird der Halbleiter längere Zeit über dessen angegebene Höchsttemperatur erhitzt, sinkt die Leuchtkraft rapide – bis zum totalen Ausfall.

Arten Licht Emittierender Dioden

• High-Power und Low-Power

  Als High-Power LEDs bezeichnet man Licht Emittierende Dioden, die mit mehr als 20mA betrieben werden. Alle anderen bezeichnet man als sogenannte Low-Power Dioden. High-Power LEDs ermöglichen stärkere Lichtquellen auf kleinerem Raum. Die Wärmeableitung ist hier aber auch ein stärkeres Thema.

• DIP LEDs

  Die früheste Art der LED ist die DIP LED (dual-in-line-package). Diese mit 2 Drähten an die Platine lötbare LED in verschiedenen Farben ist wohl auch die bekannteste Art. Die Leuchtkraft dieser LEDs lässt schnell nach. Verwendet werden sie oft als Anzeige in elektrischen Geräten.

• Die SMD LED (Surface-mounted-Device)

  Die SMD ist heute wohl die verbreitetste Art der LED von der Industriebeleuchtung bis zur Wohnraumbeleuchtung. Die Halbleiter werden in einen Kreislauf gelötet und bilden mit dem Kühlkörper eine Einheit, die dann auf eine Leiterplatte geklebt und maschinell verlötet werden können. Der Halbleiterkristall wird direkt in den Kühlkörper gelötet – diese Lötstelle dient der direkten Wärmeübertragung und ist ein Teil des elektrischen Anschlusses. Der andere Teil des elektrischen Anschlusses wird von einem sogenannten Bond-Draht übernommen, der von dem Kristall ausgeht. Dieser ist sehr dünn um kein Licht abzuschirmen. In SMD LEDs sind sowohl Low-Power als auch High-Power LEDs im Einsatz. Äußerst lichtstarke und flexible Leuchten sind somit möglich.