LED

Effiziente Leuchtmittel auf Basis der Halbleitertechnologie

Bei Elektrolumineszenzstrahlern erzeugt elektrische Energie sichtbare Strahlung. Charakteristisch für Licht emittierende Dioden, LEDs, ist das schmalbandige Spektrum. Die Vorteile der LEDs liegen in der kleinen Bauform, hohen Farbsättigung, sehr langen Lebensdauer und einem geringen Energieverbrauch.

LED

Licht emittierende Dioden, LEDs, zeichnen sich durch sehr lange Lebensdauer, Stoßfestigkeit und geringen Energieverbrauch aus. Beim Dimmen bleibt die Lichtfarbe konstant. Bei Netzanschluss sind Betriebsgeräte für den richtigen Betriebsstrom notwendig. Die punktförmige Strahlungsquelle erlaubt eine präzise Lichtlenkung. Die Kunststoffeinkapselung der Diode fungiert als Schutz und Linse. Die Strahlungsleistung der LED nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Eine gute Wärmeableitung ist daher für den Betrieb wichtig. Direkte Sonneneinstrahlung sollte ebenso vermieden werden wie die Montage in der Nähe anderer Wärmequellen. Mit einer mittleren Lebensdauer von 50.000 Stunden stehen die LEDs für lange Betriebszeiten zur Verfügung. Der verzögerungsfreie Start und die unmittelbare Reaktion auf die Steuerung ermöglichen die Verwendung für schnelle dynamische Lichtszenen. Die Entwicklung von LEDs richtet sich derzeit auf kompaktere Bauformen, höheren Lichtstrom und bessere Lichtausbeute sowie eine preiswertere Herstellung. Ein weiteres Ziel ist die Reduktion der fertigungsbedingten Farbtoleranzen. Die Hersteller klassifizieren die LEDs über den Lichtstrom und die dominante Wellenlänge und geben einen "BIN" Code sowie einen Selektionsgrad an. Diese Sortierung von LEDs wird als Binning bezeichnet.

LED

Allgemein

LEDs sind Halbleiterdioden und gehören zu den Elektrolumineszenzstrahlern. Die Strahlungserzeugung erfolgt durch Rekombination von Ladungsträgerpaaren in einem Halbleiter mit entsprechendem Bandabstand. LEDs erzeugen eine schmalbandige Strahlung. Die Farbtemperatur bleibt bei abnehmender Lichtstärke konstant. Bei LEDs für die Beleuchtung entsteht keine UV- und IR-Strahlung.

Durch Anlegen einer Spannung an Kathode und Anode emittiert die LED aus der Sperrschicht Licht. Elektronen verändern ihr Energieniveau und geben bei der Rekombination am pn-Übergang Photonen ab. Die Wellenlänge des erzeugten Lichts hängt von den Halbleiterstoffen ab.

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Farbige LEDs

LEDs erzeugen einen schmalbandigen Spektralbereich. Die dominante Wellenlänge gibt den Farbort der LED an. LEDs verfügen im Vergleich zu farbigen Leuchtstofflampen über eine höhere Farbsättigung. Die Zusammensetzung des Halbleitermaterials bestimmt das abgegebene Lichtspektrum. Die Lichtströme farbiger LEDs sind bei gleicher Anschlussleistung nicht einheitlich.

LED

Weiße LED

Zur Erzeugung von weißem Licht stehen keine Halbleitermaterialien zur Verfügung. Daher finden derzeit zwei Techniken Verwendung, um weißes Licht herzustellen: RGB-Mischung oder Lumineszenskonversion. Die Farbwiedergabe von weißen LEDs reicht zur Zeit an einen Farbwiedergabeindex Ra von 90 heran. Als Lichtfarben stehen warmweiße, neutralweiße und tageslichtweiße LEDs von 2500K bis 8000K zur Verfügung.

RGB LED
Die Kombination von drei Leuchtdioden mit den Lichtfarben Rot, Grün und Blau (RGB) ermöglicht es, die Lichtfarben in einem großen Farbumfang zu mischen und damit auch Weiß zu erzeugen. Die Ansteuerung gleicht die unterschiedlichen Lichtströme von roten, grünen und blauen LEDs aus.

Lumineszenzkonversion
Durch den Einsatz von Phosphoren als Leuchtschicht lässt sich bei farbigen LEDs das Spektrum konvertieren. Die Herstellung von blauen LEDs mit gelben Phosphoren ist einfacher als UV-LEDs mit RGB Phosphoren einzusetzen.

Relative spektrale Verteilung: LED mit Lumineszenzkonversion, warmweiß

LED

T-Type LED

SMD LED

COB LED

T-Type LED
Die Standard T Bauform der LED besitzt ein 3-5mm großes Kunststoffgehäuse für die bedrahtete LED. Die Linsenform bestimmt den Lichtaustrittswinkel. Als Lichtquelle mit geringem Lichtstrom wird sie als Orientierungs- und Signalleuchte eingesetzt.

SMD LED
Bei der Bauform "Surface Mounted Device" (SMD) wird das Bauteil direkt auf die Leiterplatte geklebt und die Kontakte werden verlötet.

COB LED
Die "Chip on Board" (COB) Technologie setzt den Chip direkt auf eine Leiterplatte ohne ein eigenes Gehäuse. Die Kontaktierung von Anode und Kathode kann über dünne Drähte erfolgen. Gegen äußere Einflüsse wird der Chip durch Verguss geschützt.

High Power LED
Als High Power LED werden LEDs bezeichnet, deren Leistungsaufnahme oberhalb von 1W liegt. Das können sowohl SMD als auch COB LEDs sein. Wichtig ist ein spezieller Aufbau für einen sehr geringen Wärmewiderstand zwischen Chip und Leiterplatte. In der Regel werden High Power LEDs auf Metallkern-Leiterplatten verarbeitet, die ein besonderes Wärmemanagement in der Leuchte erfordern.

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