Wir sind der Auffassung, dass ein markanter Teil der Leute, die LED Produkte benutzen und ggf. produktiv einsetzen, wissen möchten, wie die Technologie funktioniert. Wir wollen Ihnen hiermit eine kleine Zusammenfassung für die Funktionsweise der LEDs und verschiedener LED Produkte darbieten.

Funktionsprinzip

LEDs (englisch light-emitting diodes, deutsch Lumineszenz-Dioden) funktionieren im Prinzip genau so wie ein p-n-Übergang. Dies wiederum ist ein Materialübergang in Halbleiterkristallen zwischen Bereichen mit p- und n-Dotierung. Solche p-n-Übergänge oder auch Halbleiterdioden genannt leiten Strom in eine Richtung sehr gut und in die andere fast gar nicht. Der einzige Unterschied zwischen Leuchtdioden und Halbleiterdioden besteht im verwendeten Halbleitermaterial.  Während Halbleiterdioden meistens aus Silicium hergestellt werden, müssen bei LEDs direkte Halbleiter verwendet werden.

Legt man Spannung an eine Halbleiterdiode an, gelangen Elektronen von der n-dotierten Seite zum p-n-Übergang. Nachdem ein Elektron zur p-dotierten Seite übergegangen ist, geht es in das energetische günstigere Valenzband über. Diesen Übergang nennt man Rekombination, da er auch als Zusammenstoß von einem Elektron im Leitungsband mit einem Loch (Defektelektron) interpretiert werden kann. Die dabei frei werdende Energie wird in einem direkten Halbleiter zumeist als Licht abgegeben.

LED Produkte: Farben

Als viel schwerer als die grundlegende Technologie stellt sich jedoch die Erzeugung gewünschter Farben heraus, so erreichten zum Beispiel drei Forscher erst verhältnismäßig spät die Erzeugung von blauem Licht mittels LEDs, wofür diese 2014 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurden. Für die drei wichtigsten Farben (rot, grün und blau), welche auch in der Bildschirmherstellung eine bedeutende Rolle spielen, wollen wir hier eine Übersicht über die Materialien geben. Die jeweiligen Wikipedia Artikel dazu sind ebenfalls verlinkt:

Lebensdauer

Als Lebensdauer von LED Produkten bezeichnet man die Zeit nach der der Lichtstrom durchschnittsmäßig auf 70% des Wertes am Anfang abgesunken ist. Einige Quellen nennen hier andere Prozentwerte. Da in der Regel die LED Produkte nicht plötzlich ausfallen, jedoch aber der Lichtstrom nach und nach abnimmt braucht man ein solches Maß. Die Lebensdauer hängt von vielen Faktoren ab; hier sind vor allem das Halbleitermaterial, die Betriebsbedingungen und Leistung der einzelnen LEDs ausschlaggebend. Die Lebensdauer reicht deshalb von einigen hundert Stunden bei älteren LEDs bis zu über 100.000 Stunden (was in etwa elfeinhalb Jahren entspricht).

Aktuelle Hochleistungs-LEDs, die vor allem an Arbeitspunkten eingesetzt werden haben eine durchschnittliche Lebensdauer von 15.000 – 30.000 Stunden. Auch im Handel erhältliche LED Produkte weißen Lebensdauern von 25.000 – 45.000 Stunden auf.

Da LEDs bei gleicher Lichtstärke deutlich weniger Leistung aufnehmen als Energiesparlampen oder gar Glühlampen, erreichen diese eine Stromersparnis von bis zu 90%, was optimal zur Energiewende beiträgt.

Quellen

1. Leuchtdiode – Wikipedia, vom 01.12.2014
2. Die Erfinder blauer LED erhalten den Nobelpreis – Zeit Online, vom 01.12.2014