Was ist eine LED?

Was ist eine LED? Das Wort LED begegnet uns fast jeden Tag. LED steht für Light Emitting Diode, was mit "Licht emittierende Diode" übersetzt werden kann. LED ist eine Form der Diode, die zur Erzeugung von Licht entwickelt wurde.

Sie werden diese drei Buchstaben am häufigsten sehen, wenn Sie einen Fernseher oder ein neues Telefon kaufen. Heutzutage sind alle Bildschirme mit LED-Hintergrundbeleuchtung ausgestattet und LED-Leuchten erhellen unser Zuhause.

Das Prinzip der LEDs wurde bereits 1907 geboren. Wir haben einen Artikel zu diesem Thema geschrieben: Eine kurze Geschichte der LEDs

"Elektrolumineszenz, das Prinzip hinter LEDs, wurde erstmals 1907 von Henry Joseph Round entdeckt. Aber erst 1962 nutzte der Ingenieur Nick Holonyak diese Wissenschaft, um LEDs zu entwickeln, die sichtbares Licht erzeugen, wie wir es kennen..." - Geschichte der LEDs, ein kurzes Lehrbuch

Wie funktioniert eine LED-Leuchte?

Die LED funktioniert wie eine PN-Diode. P=Positiv (+) und N=Negativ (-). Sie funktioniert nach demselben Prinzip, d.h. sie leitet Strom nur in eine Richtung und in die andere Richtung kann kein Strom fließen. Warum ist das notwendig? Wenn sich Elektronen in eine Richtung bewegen, bilden sie einen Strom, der in der Reaktion zur Lichtquelle wird.

Damit die LED funktioniert, muss sie mit Strom versorgt werden. Das heißt, es wird eine Spannung an den P-Pin angelegt. Wenn die Löcher auf der P-Seite auf die Elektronen auf der N-Seite am Übergang der Diode treffen, wird Energie freigesetzt und diese Photonen erzeugen Licht.

Wie unterscheidet sich eine LED von einer herkömmlichen Diode?

Nun mehr zu den LEDs. Was ist eine LED und wie unterscheidet sie sich von einer PN-Diode? Nicht sonderlich viel. Im Inneren befindet sich ein legierter Halbleiter. Das Emissionsspektrum (Farbe des Lichts) hängt vom Grad der Legierung und dem Material ab, aus dem der Halbleiter hergestellt ist.

Der größte Unterschied liegt natürlich in der Bauweise. So hat eine herkömmliche LED einen speziellen halbkugelförmigen Schutz (gilt für alle Arten von LEDs), der sie vor Stößen und anderen äußeren mechanischen Einflüssen schützt. In der Forschung hat man herausgefunden, dass es die P-Seite ist, die das Licht freisetzt. In LED-Schaltungen ist die P-Seite daher so oberflächlich wie möglich und so dünn wie möglich, um das Licht so sichtbar wie möglich zu machen.

Aus diesem Grund besteht der Körper über dem LED-Schaltkreis oft aus Epoxidharz oder einem anderen transparenten Material, das dazu verwendet werden kann, die Photonen in die gewünschte Richtung zu lenken.

Warum braucht eine LED einen Widerstand auf der Vorderseite?

Damit eine LED mit der richtigen Spannung brennt, ist es normalerweise notwendig, einen Vorwiderstand zu installieren. Der von der LED benötigte Nennstrom kann zwischen 20 mA und 5 A liegen, abhängig von der Leistung der LED.
Der entsprechende Vorwiderstand wird wie folgt berechnet: Spannung - von der LED benötigte Spannung = Vorwiderstandsspannung
Den Wert des Vorwiderstands (OHMI) erhalten Sie, indem Sie die erhaltene Spannung (V) durch den von der LED benötigten Strom (mA) dividieren.

Wenn Sie beispielsweise eine Spannung von 24 V haben und eine COB-LED mit einer Schwellenspannung von 19 V und einem Strombedarf von 350 mA installieren möchten, führen Sie folgende Berechnung durch:
Restspannung = 24 V - 19 V = 5 V
Frontwiderstand = 5 V / 350 mA = 5 V / 0,014 A = 357 Ohm
357 Ohm Frontwiderstand erforderlich

Was sind die Vorteile von LED-Licht?

Eine der wichtigsten Eigenschaften von LEDs ist ihre hohe Effizienz. Tatsache ist, dass eine herkömmliche Glühlampe während des Gebrauchs viel Wärme abgibt, während eine LED im Gegensatz dazu relativ kühl bleibt. Das liegt daran, dass sie den größten Teil ihres Lichts in dem für den Menschen sichtbaren Spektrum erzeugt und keine Energie für unnötige Wellenlängen verschwendet. Glühlampen haben einen Wirkungsgrad von nur 5%, während LED-Lampen einen Wirkungsgrad von 90% haben können. Darüber hinaus sind LED-Schaltkreise viel kleiner, so dass sie fast überall platziert werden können.

Welche Farben können LEDs erzeugen?

Um die Farbe und Intensität des Lichts einzustellen, muss das geeignete Halbleitermaterial ausgewählt werden. Der in der Mischung verwendete Halbleiter ist entscheidend, da seine Reaktion mit den Elektroden die Farbe des Lichts beeinflusst. Allerdings strahlen LEDs nicht unbedingt alle Farben aus, und es ist möglich, ein genaues Spektrum zu erzielen.

Die gängigsten Farben sind Rot, Gelb, Grün und Orange. Das liegt daran, dass sie einfacher herzustellen und um ein Vielfaches billiger sind als die blauen und weißen LEDs, die in den 1990er Jahren aufkamen.

Die folgende Tabelle zeigt, welche Halbleitermaterialien verwendet werden, um eine bestimmte Lichtfarbe zu erzielen:

Die Tabelle zeigt, dass dasselbe Halbleitermaterial für mehrere verschiedene Farben geeignet ist und der Hersteller entscheidet, welches Material er verwendet. Die entscheidenden Faktoren sind die Verfügbarkeit und der Preis, die unterschiedlich sind.

Wie sind LEDs aufgebaut?

Jetzt, da wir wissen, wie die LED funktioniert, lassen Sie uns ein wenig mehr darüber sprechen, wie sie in Teilen funktioniert. Jede LED besteht aus den folgenden Teilen:

• Kathode
• anodi
• Halbleiterschaltung
• Reflektor
• Diffusor

Jede dieser Komponenten ist wichtig für die Funktion von LED-Licht. Die wichtigsten Teile im Inneren der LED sind die Kathode und die Anode. Welche Aufgabe haben diese Teile in einer LED?

Die Elektronen wandern von der Kathode (-) zur Anode (+), wenn eine Spannung an das Gerät angelegt wird. Infolgedessen treffen sich die Elektronen am PN-Übergang und besetzen dort freie Plätze (Löcher). Infolgedessen bewegen sich die Elektronen auf ein neues Energieniveau und es werden Photonen freigesetzt. Wie ich bereits erwähnt habe, werden die Photonen durch einen Reflektor und einen Diffusor (z.B. Epoxidharz) nach oben gelenkt.

Wie unterscheiden sich die verschiedenen LED-Technologien?

Die wichtigsten Arten von LED-Leuchten sind natürlich LED-Leuchten für die allgemeine Beleuchtung und LED-Leuchten für die Beschilderung, die normalerweise in elektronischen Geräten verwendet werden.

LEDs können auch je nach Herstellungsprozess in verschiedene Technologien unterteilt werden:

DIP-LED

Der erste kommerzielle LED-Typ war die DIP-LED. Das sind recht einfache und nicht sehr effiziente Anzeigeleuchten. Aber sie sind recht billig. Sie haben eine zylindrische Linse, die im Vergleich zum LED-Schaltkreis selbst meist recht groß ist.

SMD-LED

SMD-LEDs wurden nach den DIP-LEDs erfunden. Herkömmliche LED-Leuchten sind oberflächenmontiert und SMD waren die Lösung. Sie sind viel flacher und werden nur für die Oberflächenmontage verwendet. Die Montage erfolgt immer gegen ein wärmeleitendes Material. SMD ist die am häufigsten verwendete Form von LED in der Beleuchtung (bis 2023) und die Entwicklung von SMD ist noch lange nicht abgeschlossen.

COB-LED

Die neuesten LED-Leuchten verfügen jetzt über einen LED-Schaltkreis mit COB-Technologie (Chip On Board). Der Name deutet direkt darauf hin, dass die LED, oder besser gesagt mehrere LEDs, direkt auf der Grundplatte montiert sind. Sie sind sehr klein. Zusätzlich zu ihren geringen Abmessungen haben sie den Vorteil, dass sie sehr gleichmäßig leuchten und durch eine Phosphorschicht gut gegen Oxidation geschützt sind.

Dank dieser Vorteile wurden sie zum Beispiel in der Automobilindustrie für Scheinwerfer verwendet. Seitdem haben sie sich in LED-Downlights und LED-Leuchtbändern verbreitet.

FILAMENT LED

Eine andere neue Art der Herstellung von LED-Schaltungen ist der Glühfaden (Draht). Mit dieser LED-Schaltung kann das Licht in alle Richtungen gestreut werden. Ihr Hauptvorteil ist ihr Aussehen, denn sie sieht aus wie ein Glühfaden, wie bei Glühlampen. Deshalb werden Filament-LEDs hauptsächlich in LED-Glühbirnen eingesetzt, die Glühbirnen ersetzen.

Hier beantworten wir die häufig gestellte Frage "Was ist eine LED?".

*1 Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d7/PnJunction-LED-E.svg/640px-PnJunction-LED-E.svg.png

*2 Quelle: https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/diode/light-emitting-diode-led-technology-how-does-led-work.php

*3 Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/LED_circuit

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