Serie (12): Wie funktioniert eigentlich...

...eine LED?
Licht emittierende Dioden produzieren Licht - haben aber sonst nichts mit Glühlampen oder Energiesparlampen zu tun. Sie nutzen vielmehr die Schwäche eines unserer Sinnesorgane: die des Auges.

Die Abkürzung LED sagt dem Fachmann alles, dem Laien aber gar nichts. Um die Funktion von LED zu beschreiben, vergleicht man sie am besten mit den herkömmlichen Glühlampen. Vereinfacht gesagt funktionieren Glühlampen so: Es wird Strom durch einen dünnen Draht geleitet, der daraufhin anfängt zu glühen, aber nicht verbrennt. Man kann sich auch eine Bratpfanne vorstellen, die auf dem Herd steht: Sie wird heiß, wir fühlen die Infrarotstrahlung mit der Hand, aber wir sehen sie nicht. Erst wenn die Infrarot (Wärme-) Strahlung so groß wird, dass sie in einen höherfrequenten Bereich geht, nehmen wir diese Strahlung als „Glühen“ wahr. Dieses Glühen sorgt einerseits für Licht, leider aber bei Lampen dafür, dass sie den größten Teil der eingespeisten Energie in Wärme umwandeln. Deshalb ist ihr Wirkungsgrad gering.

 

 

 

LED setzen kaum Energie in Wärme um, weil sie grundsätzlich anders funktionieren: Elektrische Bauteile, und nichts anderes sind LED, sondern Strahlung ab. In Falle der LED fließt der Strom in einen Halbleiter. Halbleiter sind Materialien, die sowohl leiten als auch nicht leiten. Der Unterschied in der Leitfähigkeit ist stark temperaturabhängig. Durch den Widerstand im Halbleiter verlieren die Elektronen Energie und geben Strahlung ab.

 

Strahlung ist normalerweise unsichtbar, weil unser Auge nur in einem sehr schmalen Band Strahlung als Licht wahrnehmen kann. Der Trick bei der LED: Genau in diesem schmalen Band operiert die Strahlung der LED.

Das Licht einer LED stammt also nicht aus chemischen oder thermischen Prozessen wie bei Leuchtstäben oder der Glühbirne, sondern aus der Strahlung. Fachleute haben hierfür den Begriff „Lumineszenzstrahler“ erfunden, umgangssprachlich heißt das „kaltes Licht“.

 

Die biologische Grenze unseres Auges führt noch zu einer weiteren Besonderheit von heutigen LED: Das Strahlungsband einer LED ist so eng, dass sie immer eine Farbe hat. Das liegt daran, dass es einen riesigen Bereich an Strahlung gibt, den unser Auge nicht sehen kann. Das beginnt bei den langwelligen und energiearmen Wellen wie den Radiowellen und zieht sich bis zu den ultraharten Strahlungen wie den Röntgenstrahlen. Würde unser Augen ein weiteres Frequenzband haben, könnten wir Radiowellen sehen.

 

LED allerdings operieren in einem sehr schmalen Band. Kauft man EINE LED, hat diese meist eine Farbe wie beispielsweise blau, weil ihr Strahlungsspektrum sehr eng ist. Will man weißes Licht bekommen, muss ein LED-Strahler aus zwei oder drei LED bestehen: entweder blau und gelb oder rot, blau und grün, diese Kombinationen nimmt unser Auge dann als weiß wahr. Es wurden schon 1995 weiße LED erfunden. Es gibt also auch weiße LED aus einer Strahlungsquelle, aber im Handel sind diese noch selten zu finden – und wenn, dann sind sie teuer.

 

Die Ummantelung des eigentlichen Strahlungs(Licht-)körpers einer LED dient im Gegensatz zu Energiesparlampen oder den Glühlampen zwei Dingen: Erstens dem mechanischen Schutz des Halbleiters, und zweitens dazu, einen Reflektor anzubringen. Dieser erhöht die Lichtausbeute einer LED.