Leuchtdiode

Leuchtdiode

Leuchtdiode © Tsekhmister/Shutterstock.com

Wie funktioniert eine
Leuchtdiode?

Leuchtdioden (LEDs) bestehen aus Halbleiterkristallschichten, die in Abhängigkeit vom verwendeten Material Licht bestimmter Wellenlängen abgeben, wenn ein Strom in Durchlassrichtung hindurchfließt (Elektroluminiszenz). Die einzelnen Dioden leuchten entweder rot, grün oder blau; weißes Licht kann hieraus auf verschiedene Weise gewonnen werden. Früher haben Leuchtdioden hauptsächlich als bunte, aber leuchtschwache Signallämpchen gedient. Nach Jahrzehnten der Forschung und Entwicklung revolutionieren die digital ansteuerbaren, stromsparenden Leuchtmittel nun die Beleuchtung, indem sie die veralteten, ineffizienten Glühlampen ablösen.

Leuchtdiode: Aufbau und Funktion

Leuchtdiode © Lampe.de

Leuchtdiode © Lampe.de

Halbleiter haben die Eigenschaft, nur in einer der beiden möglichen Fließrichtungen gut Strom zu leiten. Der LED-Chip ist über eine kristalline Siliziumschicht an eine Kathode (Elektronenüberschuss, negativer Ladungspol) angekoppelt. Auf der Siliziumschicht liegt eine zweite, dünnere Schicht aus Halbleitermaterial auf, die einen Elektronenmangel aufweist. Im Übergangsbereich, der sog. Sperrschicht, treffen die überschüssigen Elektronen auf die ‚Löcher‘, an denen Elektronen fehlen und schließen diese, wobei Energie als Licht abgegeben wird. Der Anschluss an die Anode (positiver Ladungspol) erfolgt über einen sehr dünnen Golddraht, der den Lichtaustritt nur minimal beeinträchtigt. Eine schützende Kunststoffschicht umgibt die LED-Chips und verbessert den Lichtaustritt.

Eine typische Leuchtdiode ist etwa einen Millimeter groß. Das Leuchtelement gibt sein Licht sehr zielgerichtet ab, anstatt in alle Richtungen zu strahlen wie eine Glühbirne. Die einzelnen LED-Chips können jedoch räumlich beliebig kombiniert werden, um die Lichtabgabe in die gewünschten Richtungen zu lenken. Ein weiteres Hilfsmittel zur Lichtlenkung sind Einfassungen, die als Reflektor dienen.

Buntes und weißes LED-Licht

RGB-LEDs haben jeweils eine rote, eine grüne und eine blaue Leuchtdiode und können deren Lichtmenge gezielt steuern, woraus sich dann die gewünschte Farbe ergibt. Am aufwendigsten ist es, weißes LED-Licht zu erzeugen. Im Wesentlichen gibt es zwei verschiedene Methoden, mit denen sich aus verschiedenen Lichtfarben das gewünschte Weiß ergibt. Eine Variante kombiniert eine blaue LED mit einer Phosphorschicht, deren gelbes Licht den Ausschlag zu einer weißen Gesamtfarbe gibt. Durch additive Farbmischung kann das weiße LED-Licht auch aus rotem, blauem und grünen Licht bestimmter Wellenlängen entstehen.