Was ist eine LED? Funktionsweise und Vorteile erklärt

Was ist eine LED?

Eine LED (Light-Emitting Diode, deutsch: lichtemittierende Diode) ist ein Halbleiterbauelement, das inkohärentes Licht emittiert, wenn ein elektrischer Strom in Durchlassrichtung durch den PN-Übergang fließt. Dieses Phänomen ist eine Form der Elektrolumineszenz.

Funktionsweise und physikalische Grundlagen

Die Farbe des Lichts hängt vom verwendeten Halbleitermaterial ab und kann vom ultravioletten über den sichtbaren bis hin zum infraroten Bereich variieren:

• UV-LEDs: Emittieren ultraviolettes Licht.
• IREDs: Emittieren Infrarotlicht.

Physikalisch gesehen rekombinieren Elektronen und Löcher im Halbleitermaterial. Dabei wird Energie in Form von Photonen frei. Bei Halbleitern mit direkter Bandlücke (z. B. Galliumnitrid) ist diese Emission wesentlich effizienter als bei indirekten Bandlücken (z. B. Silizium).

Aufbau und Betrieb

Die LED ist meist in einem Kunststoffgehäuse gekapselt, das widerstandsfähiger als das bei Glühlampen verwendete Glas ist. Die Betriebsspannung liegt typischerweise zwischen 1,8 und 3,8 Volt, bei einem Betriebsstrom von 10 bis 40 mA. Die Effizienz ist bei geringeren Stromstärken meist höher, was einen Kompromiss zwischen Lichtintensität und Energieverbrauch erfordert.

Geschichte

Die erste LED, die im sichtbaren Spektralbereich emittierte, wurde 1962 von Nick Holonyak, einem Ingenieur bei General Electric, entwickelt.

Vorteile der LED-Technologie

• Geringe Wärmeentwicklung: LEDs emittieren Licht direkt in der gewünschten Wellenlänge.
• Hohe Effizienz: Nahezu das gesamte emittierte Licht wird genutzt.
• Lange Lebensdauer: Bis zu 100.000 Stunden (ca. 17-mal länger als herkömmliche Glühlampen).
• Robustheit: Hohe Beständigkeit gegen Stöße und Vibrationen.
• Vielseitigkeit: Verfügbar in allen Farben (460 nm bis 650 nm) und als weißes Licht.
• Steuerbarkeit: Einfach dimmbar und programmierbar.
• Umweltfreundlich: Niedriger Energieverbrauch und keine UV-Strahlung.