LED-Lampen: Die technologischen Grundlagen

LED steht für „Licht emittierende Dioden“ und dabei handelt es sich im Prinzip um Halbleiterlichtquellen. Seit Ende der 1950er Jahre werden LED-Lampen aus Halbleiterkristallen gefertigt. Mit einer Kantenlänge von weniger als einem Millimeter sind die Elektronik-Chips heute die kleinste verfügbare Lichtquelle. Wir erläutern die technologischen Grundlagen von LED-Lampen.

Wie funktionieren LED-Lampen?

Auf einen negativ leitenden Grundleiter wird eine dünne, positiv leitende Halbleiterschicht aufgetragen. Wird nun elektrischer Strom angelegt, kommt es zum Elektronenausgleich zwischen den beiden Halbleiterschichten, wobei entsprechend der verwandten Materialien ein schmalbandiges rotes, grünes, blaues oder gelbes Licht abgegeben wird. Die zugeführte Energie wird dabei nahezu vollständig in Licht umgesetzt. Es entsteht so gut wie keine Wärmestrahlung (Zum Vergleich: bei der herkömmlichen Glühlampe werden nur 5 Prozent der zugeführten Energie in Licht umgesetzt, die übrigen 95 Prozent werden als Wärmestrahlung abgegeben).

Um weißes Licht zu erzeugen, gibt es gegenwärtig zwei Methoden: Ähnlich wie bei der Energiesparlampe kann durch eine dünne Phosphor-Leuchtschicht blaues in weißes Licht verwandelt werden. Bei dieser sogenannten „Lumineszenzkonversion“ wird eine gute Farbwiedergabe von Ra >90 erreicht. Weißes Licht entsteht auch, wenn man das Licht von roten, grünen und blauen LEDs zu gleichen Teilen mischt. „Multi-LEDs“ haben den Vorteil, dass sich die Lichtfarbe steuern und sich neben weißem auch farbiges Licht erzeugen lässt.
 
Da die Halbleiterkristalle empfindlich auf Wärme und Feuchtigkeit reagieren, werden die LEDs in der Regel in ein schützendes, das Licht bündelndes Kunststoff-Gehäuse eingeschweißt und auf einer Platine angebracht, über die Stromversorung, Wärmeabfuhr und Ansteuerung geregelt werden kann. Diese LED-Module können dann mit sekundären Optiken wie Linsen, Reflektoren und Diffusoren ausgestattet werden. Versehen mit entsprechenden Schraub- oder Stecksockeln werden aus den LED-Modulen so genannte „Retrofit-Lampen“, mit denen sich die herkömmlichen Glühlampen bzw. Halogenlampen hochwertig und umstandslos ersetzen lassen.

Da kleine Schwankungen in der Stromversorgung einen großen Effekt sowohl für die Effizienz als auch für die Lebensdauer von LED-Lampen haben, ist eine konstante und typgerechte Strom- und Spannungsversorgung von zentraler Bedeutung. Diese wird in der Regel durch Steuerungseinheiten sichergestellt, die direkt auf der Leiterplatine untergebracht sind oder über entsprechende Schnittstellen von einem separaten Betriebsgerät gewährleistet. Von dort ist es nur ein kleiner Schritt zum intelligenten Lichtmanagement zum Beispiel für moderne Büro und Industriebeleuchtung, mit dem das LED- Licht über Sensoren, Fernbedienungen oder Zeitschaltpläne entsprechend der individuellen Bedürfnisse, dem aktuellen Tageslichteinfall und der Anwesenheit gesteuert werden kann.



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