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Leuchtdiode

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Akronym: LED

Definition: ein Leuchtmittel basierend auf optoelektronischen Halbleitern

Englisch: light-emitting diode

Kategorie: Licht und Beleuchtung

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 27.05.2010; letzte Änderung: 01.06.2015

Leuchtdiode

Abbildung 1: Zwei Leuchtdioden, die als Signallämpchen 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.

Bislang ist es schwierig bzw. aufwendig, mit LEDs sehr hohe Lichtmengen zu erzeugen – zumindest wenn das Gehäuse kompakt sein muss. Dies liegt daran, dass leistungsstarke LED-Leuchten mehr oder stärkere LED-Chips benötigen, und dass deren Kühlung aufwendiger ist. Obwohl relativ wenig Wärme abgeführt werden muss, brauchen leistungsfähige LED-Leuchten relativ große Kühlkörper (z. B. Kühlrippen), da die LED-Chips keine sehr hohen Temperaturen vertragen. Tiefe Temperaturen sind dagegen kein Problem; sie können die Lichtausbeute und die Lebensdauer sogar noch weiter verbessern.

Neue Bauformen für den Ersatz von Glühlampen oder Leuchtstoffröhren

LED-Leuchtmittel

Abbildung 2: LED-Lampen, links mit der größeren E27-Fassung, rechts mit der kleineren E14-Fassung. Die Leistungsaufnahme ist nur 10 W bzw. 4 W. Die linke Lampe leuchtet nur in einen Halbraum und ist deswegen eher für Strahler geeignet, während die rechte einigermaßen gleichmäßig in alle Richtungen abstrahlt

Leuchtdioden werden mittlerweile auch als Energiesparlampen angeboten, die für den direkten Ersatz von Glühlampen mit Sockel E27 oder E14 geeignet sind (siehe Abbildung 2). Andere LED-Leuchten haben Sockel wie die für Halogenstrahler, um diese direkt zu ersetzen.

In jedem Fall sind diverse Aspekte zu beachten:

LED-Band

Abbildung 3: Ein an einer Kellerdecke montiertes LED-Band. Mit einem mehrere Meter langen Leuchtband, welches sich einfach an der Decke befestigen lässt, lässt sich ein großer Raum viel gleichmäßiger beleuchten als mit einer kompakten Leuchte.

Ebenfalls gibt es LED-Leuchten in Röhrenform, die direkt in die Fassungen von Leuchtstofflampen eingesetzt werden können. Manche Modelle erfordern allerdings, dass die Ballast-Drossel und der Starter entfernt werden; bei anderen muss nur der Starter entfernt oder ausgewechselt werden. (Danach darf auf keinen Fall ohne entsprechenden Rückbau 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.

LED-Bänder (Leuchtstreifen) (siehe Abbildung 3) können mehrere Meter lang sein und werden aufgerollt geliefert. Sie sind einerseits für dekorative Lichteffekte geeignet (in diesem Falle meist mit geringer Leuchtkraft), andererseits aber auch in versteckter Form für indirekte Beleuchtungen, für die man früher gewöhnlich Leuchtstoffröhren einsetzte. In den letzteren Fällen wird man oft Leuchtbänder mit hoher Leuchtstärke einsetzen, beispielsweise mit 1000 Lumen pro Meter.

Es gibt auch Leseleuchten, die nicht auswechselbare LEDs enthalten. Dies bedeutet, dass beim Ausfall des Leuchtmittels die Leuchte praktisch unreparierbar ist. Das mag bei sehr einfachen Leuchten noch halbwegs akzeptabel sein, wenn eine Lebensdauer von zehntausenden von Stunden erreicht wird. Durch einen Stecksockel austauschbare Leuchtmittel sind freilich vorzuziehen, allein schon weil dies den Einsatz unterschiedlicher Lichtstärken oder Farbtöne ermöglicht und eventuell auch das Dimmen.

Andere Einsatzmöglichkeiten

LEDs werden heute bereits sehr viel für diverse kleine Leuchten verwendet wie z. B. Taschenlampen oder auch kleine Scheinwerfer für Fahrräder. In dieser Form lassen sie sich relativ preisgünstig herstellen. Ihre sehr geringe Stromaufnahme ermöglicht sehr viel längere Lebensdauer von Batterien als mit kleinen Glühlämpchen, die sogar ineffizienter sind als große Glühlampen. Ebenfalls sind so wesentlich kompaktere Gehäuse möglich.

Es gibt auch bereits etwas stärkere Scheinwerfer z. B. für Beleuchtungszwecke im Garten. Diese haben z. B. eine Aufnahmeleistung von 10 Watt und erzeugen damit 800 Lumen. Verglichen mit einem 500-Watt-Halogenstrahler, der über 5000 Lumen erzeugt, ist die Helligkeit erheblich geringer, der Stromverbrauch aber auch 50 mal geringer.

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 technische Ansätze:

Weißlicht von Leuchtdioden kann mit unterschiedlichen Verfahren gewonnen werden.

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.

Ähnlich wie bei Leuchtstofflampen kommen bei weißen LED-Lampen unterschiedliche Varianten von “weiß” vor, die sich unter anderem in der Farbtemperatur unterscheiden. Warmton-Lampen (“warmweiß”) mit relativ niedriger Farbtemperatur gelten als gemütlicher, während Kaltton-Lampen (kaltweiß) beispielsweise für Büros und Küchen eher besser geeignet sind. Leider ist der genaue Farbeindruck durch die Farbtemperatur noch nicht festgelegt; beispielsweise emittieren manche Warmton-Lampen ein etwas unnatürlich rötlich gefärbtes Licht, welches nicht dem von heruntergedimmten Glühlampen entspricht. Der Farbwiedergabeindex kann je nach verwendete Modell recht hoch oder auch ziemlich niedrig liegen.

Vor- und Nachteile von Leuchtdioden

Die Vorteile von Leuchtdioden sind vielfältig:

Leuchtdioden können für die Beleuchtung sehr effizient sein – nicht nur durch effiziente Lichterzeugung, sondern auch die gezielte Abstrahlung.

Auf der anderen Seiten gibt es diverse Nachteile:

Die Lebensdauer von LED-Leuchten ist meist sehr hoch, kann durch Betrieb bei hohen Temperaturen ab stark leiden.

Siehe auch: Beleuchtung, Glühlampe, Leuchtstofflampe, Energiesparlampe, Energieeffizienz
sowie andere Artikel in der Kategorie Licht und Beleuchtung

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