LED
LED ist die Abkürzung für Light Emitting Diode, auf Deutsch Leuchtdiode. Eine LED ist ein Halbleiterbauelement, das elektrische Energie in Licht umwandelt. Fließt elektrischer Strom durch den Halbleiter, wird dabei Energie in Form von Licht abgegeben. Dieser Vorgang wird als Elektrolumineszenz bezeichnet.
Vorteile von LEDs
LEDs erreichen eine hohe Lichtausbeute und können einen großen Anteil der aufgenommenen elektrischen Leistung für die Lichterzeugung nutzen. Gegenüber klassischen Glüh- und Halogenlampen ermöglichen sie dadurch bei vergleichbarer Leistungsaufnahme einen höheren Lichtstrom.
Weitere Vorteile sind ihre kompakte Bauform, die lange mögliche Lebensdauer, kurze Schaltzeiten und die gute Steuerbarkeit. Aufgrund ihrer kleinen lichtemittierenden Fläche lässt sich das erzeugte Licht außerdem sehr gezielt durch optische Systeme formen. Diese Eigenschaften machen LEDs besonders geeignet für Fahrscheinwerfer, Arbeitsscheinwerfer und Signal- beziehungsweise Warnleuchten.
Lichtfarbe einer LED
Welche Lichtfarbe eine LED unmittelbar erzeugt, hängt von den verwendeten Halbleitermaterialien beziehungsweise deren Bandlücke ab. LEDs können deshalb Licht unterschiedlicher Wellenlängen erzeugen.
Eine einzelne LED erzeugt nicht von sich aus das gesamte Spektrum weißen Lichts. Bei weißen LEDs wird häufig kurzwelliges Licht einer LED mithilfe eines Leuchtstoffs teilweise in längerwelliges Licht umgewandelt. Aus der Mischung entsteht der Eindruck weißen Lichts. Daneben kann weißes Licht auch durch die Mischung verschiedener LED-Farben erzeugt werden.
Die wahrgenommene Lichtfarbe weißen Lichts kann durch die Farbtemperatur beschrieben werden. Wie naturgetreu Farben unter dem Licht erscheinen, beschreibt unter anderem der Farbwiedergabeindex.
Bauformen von LEDs
LEDs sind in unterschiedlichen Bauformen erhältlich. Klassische bedrahtete LEDs werden mit ihren Anschlussdrähten durch Bohrungen einer Leiterplatte geführt und verlötet. Sie werden heute beispielsweise noch für Anzeige- und Signalfunktionen eingesetzt.
Bei modernen Beleuchtungsanwendungen kommen häufig SMD-LEDs zum Einsatz. SMD steht für Surface Mounted Device. Diese Bauteile werden direkt auf der Oberfläche einer Leiterplatte montiert und ermöglichen kompakte Bauformen sowie eine effiziente industrielle Fertigung.
Eine weitere Bauform ist die COB-LED. COB steht für Chip on Board. Dabei werden mehrere LED-Chips direkt auf einem gemeinsamen Träger angeordnet und elektrisch verbunden. Die Technik ermöglicht eine hohe Packungsdichte der einzelnen Lichtquellen. Bei COB-LED-Bändern kann dadurch eine nahezu durchgehende Lichtlinie entstehen, bei der einzelne Lichtpunkte deutlich weniger hervortreten als bei vielen klassischen SMD-LED-Bändern.
Die Bauform allein sagt jedoch noch nichts über Lichtstrom, Effizienz oder Leistungsfähigkeit einer LED aus.
Wärmeentwicklung und Temperaturverhalten
Auch LEDs wandeln nicht die gesamte aufgenommene elektrische Energie in sichtbares Licht um. Ein Teil der Energie wird als Wärme abgeführt. Anders als bei einer Glühlampe entsteht das Licht zwar nicht durch einen erhitzten Glühfaden, dennoch kann insbesondere bei leistungsstarken LEDs eine erhebliche Verlustwärme entstehen.
Die Temperatur des Halbleiters beeinflusst dabei auch seine lichttechnischen Eigenschaften. Mit steigender Betriebstemperatur kann der erzeugte Lichtstrom abnehmen. Eine dauerhaft hohe Temperatur kann außerdem die Alterung der LED beschleunigen.
Eine wirksame Wärmeableitung ist deshalb ein wesentlicher Bestandteil leistungsfähiger LED-Scheinwerfer. Kühlkörper und andere Maßnahmen des Wärmemanagements führen die entstehende Wärme vom LED-Modul ab und begrenzen die Betriebstemperatur.
Lebensdauer von LEDs
Die Lebensdauer einer LED lässt sich nicht ausschließlich durch den Zeitpunkt eines vollständigen Ausfalls beschreiben. LEDs verlieren während ihrer Betriebszeit typischerweise allmählich an Lichtstrom. Dieser Vorgang wird als Lichtstrom- oder LED-Degradation bezeichnet.
Zur Beschreibung dieses Verhaltens werden unter anderem sogenannte L-Werte verwendet. L70 bezeichnet beispielsweise den Zeitpunkt beziehungsweise die Betriebsdauer, bei der der Lichtstrom einer LED auf 70 Prozent ihres ursprünglichen Wertes abgesunken ist. Entsprechend bezeichnet L50 einen verbleibenden Lichtstrom von 50 Prozent.
Eine LED kann zu diesem Zeitpunkt weiterhin funktionieren. Der jeweilige Grenzwert dient vielmehr dazu, die nutzbare Lebensdauer für eine bestimmte Anwendung zu definieren.
Neben dieser allmählichen Alterung sind auch vollständige Ausfälle möglich. Bei einem LED-Scheinwerfer bestimmen zudem nicht nur die LEDs selbst die Lebensdauer des gesamten Produkts. Auch Treiberelektronik, elektrische Bauteile, Dichtungen, thermische Belastungen und andere Komponenten können die tatsächliche Lebensdauer begrenzen.