LED bedeutet ausgeschrieben: light-emitting diode. Übersetzt heißt das: Lichtemittierende Dioden. Inzwischen konnten sich LEDs im Rahmen der Beleuchtungstechnik nicht nur etablieren, sie nehmen auch einen immer größer werdenden Platz in diesem Bereich ein. Kein Wunder, denn die Leuchtmittel bringen entscheidende Vorteile mit sich: Sie sind robust, energieeffizient und flexibel. LEDs können sowohl in Kombination mit leistungsstarken Hallenstrahlern als auch mit klassischen Wohnleuchten für ein privates Ambiente genutzt werden. Doch wie funktioniert die LED eigentlich und welche Arten stehen bei der Auswahl zur Verfügung? Diese Fragen wollen wir im nachfolgenden Ratgeber beantworten, ohne dabei zu sehr in die technischen Tiefen vorzudringen.

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Das Wichtigstezur Funktionsweise einer LED

  • LED stellen den Gegensatz zu Glühbirnen und Heizstrahlern dar
  • Die Entdeckung der Funktionsweise geht bereits auf das Jahr 1907 zurück
  • Kühlere Farben geben mehr Lichtleistung ab
  • LEDs werden mit einem Kühlkörper ausgestattet
  • Unterteilung in High-Power und Low-Power LEDs

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Wie funktioniert die LED?

Die Funktionsweise der LED basiert auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz. Technisch gesehen handelt es sich um Dioden, welche als elektronische Bauteile zu bezeichnen sind. Sie stellen somit den Gegensatz zu Glühbirnen und anderen Heizstrahlern dar. Zum Beispiel, wenn es in puncto Leuchtmittel darum geht einen im Inneren befindlichen Draht oder das enthaltene Gas einer Leuchtstoffröhre zum Glühen zu bringen

Die LED im Wandel der Zeit

Der englische Forscher Henry Joseph Round gilt als Erfinder der Leuchtdioden, welcher bereits im Jahr 1907 entdeckt hat, dass anorganische Stoffe zum Leuchten angeregt werden können, sofern eine elektrische Spannung angelegt wird. Daraus ergibt sich der nach dem Entdecker benannte Round-Effekt, welcher die Grundlage der heutigen LED darstellt. Die ersten LEDs wurden im Jahr 1967 in den Markt eingeführt und waren zunächst nur in Rot erhältlich. Später kamen weitere Farben dazu. Die Leuchtmittel wurden primär als Funktionslicht eingesetzt und an technischen Geräten verbaut. Diese Form des Einsatzes ist bis heute so geblieben. Im Jahr 1995 wurden die ersten weißen LEDs auf den Markt gebracht, welche für Beleuchtungszwecke eingesetzt wurden.

Was sind eigentlich Halbleiterkristalle?

Das Licht wird im Rahmen der Elektrolumineszenz durch halbleitende Kristalle erzeugt, welche in mehreren Schichten angeordnet sind. Dabei handelt es sich um monochromes Licht, dessen Farbe vom Halbleiterkristall, beziehungsweise dessen Materialbeschaffenheit abhängt. Das bedeutet, dass folgende Farben direkt aus dem Kristall erzeugt werden können:

  • Rot
  • Gelb
  • Blau
  • Grün

Das weiße Licht welches für die Beleuchtungstechnik genutzt wird, ist nicht dabei. Dies ist darauf zurückzuführen, dass weißes Licht mit Hilfe einer Beschichtung und im Rahmen der Lumineszenskonversion erzeugt wird. Ähnlich wie bei Leuchtstoffröhren werden die Phosphorschichten angeregt, um Licht abzugeben. Dieses Licht mischt sich dann mit dem Licht der blauen LED, um ein Gesamtspektrum darzustellen. Die blauen LEDs können also auf verschiedene Lichtfarben (Kelvin) eingestellt werden, während sie in Weiß erscheinen. Handelt es sich um kühlere, zum Beispiel eher blauere Lichtfarben, welche sich in einem Bereich von 5.000 bis 6.000K bewegen, fällt die Lichtleistung für gewöhnlich höher aus, als es bei wärmeren Farbtönen mit 2.700K der Fall ist.

Welche Funktion nimmt der Kühlkörper ein?

Der Halbleiter muss auf einem Kühlkörper fixiert werden. Dieser dient dazu die Wärme abzuleiten und damit den empfindlichen Halbleiterkristall zu schützen. Auf diese Weise kann die hohe Lebensdauer von LEDs gewährleistet werden. Sollte der Halbleiter über einen längeren Zeitraum so stark erhitzt werden, dass dessen angegebene Höchsttemperatur überschritten ist, kann die Leuchtkraft rapide absinken und das Leuchtmittel komplett ausfallen.

Welche Arten lichtemittierender Dioden gibt es?

High-Power und Low-Power

Ist die Bezeichnung „High-Power LEDs“ zu lesen, handelt es sich um lichtemittierende Dioden, deren Betrieb mit mehr als 20mA umgesetzt wird. Alle anderen Produkte werden demnach als Low-Power Dioden bezeichnet. Mit High-Power LEDs besteht die Möglichkeit, stärke Lichtquellen auf kleineren Räumen zu schaffen. Dabei sollte die Wärmeableitung berücksichtigt werden, welche hier ein stärkeres Thema ist.

DIP LEDs

Dabei handelt es sich um die früheste Art der klassischen LED. Die Abkürzung DIP steht für „dual-in-line-package“ und definiert eine LED, welche sich über zwei Drähte an die Platine löten lässt. Dabei handelt es sich wohl um die bekannteste LED-Art, mit der sich auch verschiedene Farben erzeugen lassen. Der Nachteil der DIP LEDs bezieht sich auf das rasche Nachlassen der Leuchtkraft. Eingesetzt wird diese Art häufig in Anzeigen auf elektronischen Geräten.

SMD LED

Die Abkürzung steht für „surface-mounted-device“ und bezeichnet die verbreitetste LED-Art, welche sowohl im Industriebereich als auch in der privaten Wohnraum-Beleuchtung zu finden ist. Die Halbleiter bilden mit dem Kühlkörper eine Verbindung und werden in den Kreislauf gelötet. Die Einheit aus Halbleiter und Kühlkörper wird zum Verlöten auf eine Leiterplatte geklebt. Das Verlöten erfolgt maschinell. Mit der Lötstelle lässt sich die direkte Wärmeübertragung gewährleisten. Zugleich stellt die Lötstelle einen Teil des elektrischen Anschlusses dar. Der andere Teil wird ebenfalls übernommen. Allerdings vom sogenannten Bond-Draht. Dieser geht vom Kristall aus. Der Bond-Draht ist extrem dünn konzipiert, damit kein Licht abgeschirmt wird. Für den Einsatz in SMD LEDs kommen sowohl High- als auch Low-Power LEDs in Frage. Damit lassen sich äußerst flexible und lichtstarke Leuchten realisieren.

COB LED

Ausgeschrieben bedeutet diese Abkürzung „chip-on-board“. Bei dieser Variante wird der Kristall direkt und gehäust auf die Leiterplatte, welche aus einem Aluminium- oder Keramik-Bord besteht, geklebt. Die elektrische Verbindung gestaltet sich über den Einsatz von Bond-Drähten. Damit lässt sich auf kleinem Raum eine sehr gute Wärmeableitung umsetzen. Außerdem lässt sich ein hervorragendes Preisleistungsverhältnis erzielen, da sich die Fertigung als deutlich weniger komplex gestaltet. Der Abstrahlwinkel wird über eine Linse realisiert, welche über dem Halbleiter angebracht wurde und aus Epoxyd besteht. Das breitere oder schmalere Abstrahlen der LED hängt davon ab, wie der Epoxydtropfen gewölbt ist. Der Kühlkörper welcher in Kombination mit COB LEDs verbaut wird, kann kleiner ausfallen, da das COB-Bord bereits den Großteil der Wärme aufgenommen hat. Mit dieser Technologie ist es möglich, die Bauweise der LEDs so dicht wie möglich umzusetzen und damit eine höhere Lichtausbeute auf kleinstem Raum zu erzielen.

LED Lampen: Häufig gestellte Fragen

Welche Vorteile bringen LEDs mit sich?

LEDs überzeugen mit in einer beeindruckenden Langlebigkeit und schaffen es auch im unteren Preissegment auf eine Lebensdauer von 15.000 Stunden. Ein weiterer Vorteil bezieht sich auf die geringe Wärmeentwicklung: Trotz der hohen Leuchtkraft sind LEDs im Betrieb nur handwarm. Ein weiteres überzeugendes Kaufkriterium definiert sich über den geringen Energieverbrauch. Dieser beziffert sich auf bis zu 80 Prozent Energieersparnis gegenüber anderen Leuchtmitteln. Und nicht zuletzt punkten LEDs aufgrund ihrer riesigen Farbauswahl. Die Farbe des Lichts kann individuell angepasst werden und somit für eine bessere Atmosphäre im Raum sorgen.

Müssen LEDs gekühlt werden?

Ja, immer. Sofern diese nicht mit einem Kühlkörper ausgestattet sind, wird die maximal zulässige Temperatur schnell überschritten werden und die LEDs fallen früher oder später komplett aus.

Können LEDs gedimmt werden?

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, LED Lampen zu dimmen. Das klappt allerdings nur mit speziell gekennzeichneten Lampen, welche beim Kauf speziell nach dieser Eigenschaft ausgewählt werden sollten.