Alle Zeigefinger auf China?
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Acronym: LED
Definition: ein Leuchtmittel basierend auf optoelektronischen Halbleitern
Abbildung 1:
Zwei Leuchtdioden, die weißes bzw. rotes Licht abstrahlen können.
Leuchtdioden (light-emitting-diodes = LEDs) sind optoelektronische Halbleiterbauelemente, die direkt elektrische Energie in Licht umwandeln können (Elektrolumineszenz).
Für lange Zeit wurden sie praktisch nur für kleine Signallämpchen wie in Abbildung 1 eingesetzt, da sie nur geringe Lichtleistungen liefern konnten und auch nicht sehr effizient waren.
In den letzten Jahren wurden jedoch massive technische Fortschritte erreicht, die zu zusätzlichen möglichen Farben, einer dramatisch erhöhten Lichtausbeute und einer sehr hohen Energieeffizienz führten.
Insbesondere wurde die früher ineffiziente Lichtauskopplung aus dem Halbleiterchip stark optimiert, ebenfalls die Wärmeabfuhr bei LEDs größerer Leistung.
Dadurch werden Leuchtdioden nun auch für Beleuchtungszwecke interessant, zumal sie diverse attraktive Vorteile bieten, wie weiter unten diskutiert.
Diese Entwicklung ist noch lange nicht beendet; mit weiteren erheblichen Fortschritten bezüglich Helligkeit, Effizienz, Farbtreue und Herstellungskosten ist zu rechnen.
Lichtfarben
Naturgemäß strahlen Leuchtdioden (LEDs) farbiges Licht ab.
Besonders gut funktionieren rote, orangene und blaue LEDs, während bei grünen LEDs die Lebensdauer bisher tendenziell weniger gut ist.
Für Beleuchtungszwecke wird meistens weißes Licht benötigt.
Hierfür gibt es zwei verschiedene Ansätze:
- Eine LED-Leuchte kann eine Ansammlung von LEDs mit verschiedenen Farben enthalten, die sich insgesamt zu weißem Licht mischen.
(Selbst ein einzelnes Bauteil kann Chips für verschiedene Farben enthalten.)
Beispielsweise können rote, grüne und blaue LEDs kombiniert werden; man spricht dann von RGB-LEDs.
- Eine blaue LED kann mit einem Lumineszenz-Leuchtstoff kombiniert werden, der einen Teil des blauen Lichts absorbiert und dafür grünes, gelbes und rotes Licht abstrahlt.
In der Summe ergibt sich wieder ein weißer Farbeindruck.
Die meisten weißen LEDs (weiße Standard-LEDs) basieren auf diesem Prinzip.
Der RGB-Ansatz hat den Vorteil, dass die Leistung für die einzelnen Lichtfarben getrennt eingestellt werden kann, was eine nachträgliche Abstimmung bzw. Änderung des erzeugten Farbtons ermöglicht.
Beispielsweise wird in modernen Flugzeugen die LED-Beleuchtung auf weniger intensives und wärmeres Licht (mit stärkeren Rottönen) gestellt, wenn sich die Fluggäste entspannen sollen.
Wenn dagegen Einreiseformulare ausgefüllt werden müssen, wird helleres Licht mit stärkerem Blauanteil erzeugt.
Ähnliche Anwendungen werden auch für Wohnräume eingeführt.
Neue Bauformen
Leuchtdioden werden mittlerweile auch als Energiesparlampen angeboten, die für den direkten Ersatz von Glühlampen mit Sockel E27 oder E14 geeignet sind.
Andere LED-Leuchten haben Sockel wie die für Halogenstrahler, um diese direkt zu ersetzen.
In jedem Fall sind diverse Aspekte zu beachten:
- Unterschiedliche Farbtöne sind erhältlich, insbesondere warmweiß und kaltweiß.
Im letzteren Fall ist oft ein deutlicher Blaustich zu sehen; für Wohnräume ist dies wenig geeignet.
- Die Energieeffizienz ist ähnlich hoch wie bei Leuchtstofflampen.
Die Lichtausbeute ist recht unterschiedlich – manchmal unter 70 lm/W, manchmal aber auch über 100 lm/W – tendenziell für kaltweiße Leuchten höher als für warmweiße.
- Die Abstrahlung erfolgt meist weitgehend weg vom Sockel der Leuchte, anders als die weniger gerichtete Abstrahlung einer Glühlampe.
Dies kann insbesondere bei Strahlern die effektive Lichtausbeute weiter deutlich verbessern, bei manchen anderen Leuchten aber unschön aussehen.
- Die Leuchten starten ohne jede Verzögerung, liefern sofort die volle Helligkeit und flackern nicht.
- Ihre Lebensdauer dürfte noch höher sein als die von Leuchtstofflampen, also weitaus höher als von Glühlampen.
Häufiges Ein- und Ausschalten sollte diesen LED-Leuchten nicht schaden, wenn das eingebaute Netzteil gut konstruiert ist.
Das Dimmen ist bei manchen Modellen möglich.
- Im Vergleich zu Kompaktleuchtstofflampen sind diese Leuchten noch recht teuer.
Ebenfalls gibt es LED-Leuchten in Röhrenform, die direkt in die Fassungen von Leuchtstofflampen eingesetzt werden können.
Manche Modelle erfordern allerdings, dass der Ballast und der Starter entfernt werden; danach darf auf keinen Fall wieder eine Leuchtstoffröhre in die Fassung eingesetzt werden.
Die Abstrahlung erfolgt nicht nach allen Seiten, sondern vorwiegend in eine Richtung, was die Effizienz z. B. bei indirekter Beleuchtung erheblich verbessern kann.
Vor- und Nachteile von Leuchtdioden
Die Vorteile von Leuchtdioden sind vielfältig:
- Die Lichtausbeute ist je nach Farbe und Konstruktionsdetails unterschiedlich, bei modernen LEDs aber generell sehr hoch.
Weiße LEDs können nun weit über 100 lm/W (teils schon um 200 lm/W) erreichen und damit selbst Leuchtstofflampen noch übertreffen.
- Die extrem kompakte Bauform ermöglicht sehr vielfältige Lichtanwendungen, auch in kompakten und leichten Leuchten und Geräten (z. B. Bildschirmen und Fernsehern).
Lediglich bei höheren Leistungen kann wegen der Notwendigkeit der Kühlung ein etwas größeres Gehäuse notwendig werden.
Bei kleinen Leistungen sind auch sehr gut zu versteckende Bauformen möglich.
- Die Lebensdauer ist außerordentlich hoch (weit über 10 000 Stunden, teils sogar 100 000 Stunden), vorausgesetzt dass die Betriebstemperatur nicht zu hoch wird und keine Stromspitzen (z. B. durch Blitzeinschläge) auftreten.
Die hohe Lebensdauer ist z. B. bei Verkehrsampeln sehr vorteilhaft, aber auch überall wo der Aufwand für einen Lampenwechsel besonders hoch wäre.
- Ein Flackern wie bei manchen Leuchtstofflampen gibt es mit LEDs ebenso wenig wie Brummen oder andere Geräusche (außer evtl. mit schlechten Netzteilen).
- LEDs sind extrem robust gegen Schläge, die z. B. Glühlampen und Leuchtstofflampen zerstören würden.
Dies ist wichtig z. B. für den Einsatz in Fahrzeugen.
- LEDs lassen sich ohne Verlust an Lebensdauer sehr schnell und sehr oft schalten.
Es ist sogar möglich, durch sehr schnelles, für das Auge nicht sichtbares Schalten Daten mit hohen Raten auf geeignete Empfänger zu übertragen.
Dies könnte in Zukunft z. B. dazu dienen, Musiksignale an drahtlose Empfänger zu senden, ohne damit Elektrosmog zu erzeugen.
- Das Dimmen der Helligkeit ist ebenfalls möglich, wenn das Netzteil dafür ausgelegt ist.
Die Helligkeit lässt sich hier anders als bei Glühlampen reduzieren, ohne dass die Effizienz darunter leidet oder sich der Farbton verändert.
- Die Abstrahlung kann stark gerichtet erfolgen, was eine gezielte Beleuchtung mit hoher Effizienz erleichtert.
Eine diffuse Abstrahlung ist genauso möglich.
- Farbiges Licht kann ohne weiteres erzeugt werden, und zwar ohne zusätzliche Farbfilter, die die Effizienz stark reduzieren würden.
Die Nachteile sind:
- Die Kosten für LED-Lampen vor allem mit höheren Leistungen sind heute noch wesentlich höher als für Lampen mit anderen Leuchtmitteln.
Allerdings dürften die Preise weiter erheblich fallen.
- Die Farbwahrnehmung bei Beleuchtung mit weißen LEDs (insbesondere weißen Standard-LEDs mit Leuchtstoffen) ist teilweise stark verändert; das Licht kann sehr “kalt” wirken, manchmal sogar bläulich.
Teilweise muss ein Kompromiss zwischen höherer Effizienz und besserer Farbtreue eingegangen werden.
Die Entwicklung dürfte hier aber auch weitergehen.
Teurere RGB-LEDs mit besserer Farbwiedergabe oder gar einstellbarem Farbton sind bereits erhältlich.
- LEDs müssen mit sehr geringen elektrischen Spannungen, aber höheren Stromstärken betrieben werden.
Für den Betrieb am Stromnetz wird ein Netzteil benötigt, und selbst für Betrieb mit Niederspannung braucht man in der Regel eine entsprechende Elektronik (am besten mit einem Schaltregler).
Minderwertige Elektronik kann die Energieeffizienz und die Lebensdauer reduzieren.
- LEDs enthalten giftige Substanzen wie Gallium und Arsen, allerdings nur in geringen Mengen und chemisch so stark gebunden, dass sie erst bei totaler mechanischer Zerstörung (mehr als nur Zerbrechen der Leuchte) oder beim Verbrennen frei werden.
Siehe auch: Beleuchtung, Glühlampe, Leuchtstofflampe, Energiesparlampe, Energieeffizienz
Kategorie: Beleuchtung
