Dieser Teil unserer Scheinwerfer-Serie beschäftigt sich mit den LED Scheinwerfern und den Fragen, wie eine LED funktioniert, wie diese aufgebaut ist und wie lange diese hält. Im Folgenden werden alle Fragen veranschaulicht und erklärt. Viel Spaß!
Wie ist eine LED aufgebaut?
Der Aufbau der LED von Außen:
Die LED besitzt zwei Anschlussdrähte. Der längere Draht ist der sogenannte Anodenanschluss und der kürzere Draht der sogenannte Kathodenanschluss. Betreibt man die LED falsch herum in einem Stromkreis bzw. legt man bei ihr falsch herum die Spannung an, wird die LED – wie andere „normale“ Dioden – irreparabel zerstört. Auf den Anschlüssen befindet sich die LED-Linse. Auf der Unterseite dieser Linse gibt es eine Art Sockel. Betrachtet man den Sockel von oben, sieht man an einer Seite eine „Abflachung“ an der Kathodenseite. Durch diese Abflachung kann man, falls die Länge der Drähte nicht mehr erkannt werden kann, auch so die Kathodenseite erkennen.
Der Aufbau der LED von Innen:
Das Gehäuse der LED nennt man, wie vorher erwähnt, Linse oder Einbettung. In dieser Linse verlaufen beide Drähte im Inneren wie auf dem Bild gezeigt.
Nun nochmal etwas detailreicher dargestellt. An der im Bild markierten Stelle besteht zwischen den Drähten eine kleiner Abstand. Sie berühren sich also nicht.
Wie im Bild gezeigt, liegt der eigentliche LED Halbleiter (bzw. Kristall) in einer kleinen Ausbuchtung – auch Reflektorwanne bzw. Napf genannt.
Zu dem Halbleiter verläuft von dem Anodenanschluss ein Bonddraht. Durch diesen Draht entsteht eine Verbindung zwischen Anode und Halbleiter. Vom Halbleiter besteht außerdem eine direkte Verbindung zur Kathode.
Die LED als Halbleiter
- LED heißt ausgeschrieben light-emitting diode
- Auf deutsch übersetzt bedeutet das einfach gesagt: Lichtdiode bzw. Licht aussendende Diode
- Es handelt sich bei der LED also um eine ganz bestimmte Diodenart, weshalb ihre Innere Funktion gleich wie bei einer „normalen“ Diode ist
- Bei einer Diode wird das Licht von einem Kristall – einem Halbleiter – erzeugt
Der Unterschied zu den „normalen“ Dioden
Der Unterschied bei der LED zu einer normalen Diode ist folgender:
- Bei betriebener LED in Durchlassrichtung (+ zu -) fallen Elektronen in die Übertragsschicht in sogenannte Löcher
- Bei diesem Prozess geben die Elektronen ihre Energie in Form von Licht ab
- Der genaue Unterschied ist jedoch die LED Kristallart bzw. das Halbleitermaterial
- Das Material der LED Kristalle besteht aus der 3. und 5. Hauptgruppe des Periodensystems – bspw. GaP, sprich Galliumphosphid
- Das Material der „normalen“ LED besteht meistens aus Silizium
- Das jeweilige Material bestimmt im Endeffekt die Farbe und Lichtart – die Wellenlänge
Welche Farben können LEDs produzieren?
Die LEDs gibt es in den unterschiedlichsten Farben. Doch die wichtigste Farbe, gerade für den Straßenverkehr, kann ohne weitere Hilfe nicht produziert werden – weiß. Weißes Licht wird oft gefordert, deswegen gibt es unterschiedliche Verfahren um weißes Licht zu erhalten.
Eine Möglichkeit ist es, eine rote,grüne und blaue LED in ein Gehäuse zu setzen und aufeinander abzustimmen, damit weißes Licht erzeugt wird. Die zweite Möglichkeit ist es eine sog. UV-LED zu verwenden. Bei dieser Technik wird eine ultraviolett oder blau strahlende UV-LED mit einem gelben oder multichromatisch fluoreszierenden Phosphor beschichtet. Die UV-LED regt dieses Phosphor zum leuchten an. Es ensteht ein gelblich-weißes Licht mit Farbtemperaturen zwischen 2.500 Kelvin und 10.000 Kelvin.
Wie vorher erwähnt, enstehen für unterschiedliche Halbleitermaterialien, unterschiedliche Farben und Lichtarten. Die folgende Tabelle zeigt welcher Halbleiter zu welcher Farbe passt.
Welche Arten von LEDs gibt es?
Grundsätzlich gibt es nur zwei Arten von LEDs. Zum einen die low-power-LEDs, zum anderen die high-power-LEDs. Durch low-power-LEDs fließen weniger als 20mA und durch high-power-LEDs fließen mehr als 20mA.
Lebensdauer einer LED
Die Lebensdauer von einer LED ist beeindruckend. Sie kann Werte zwischen 20.000h und 50.000h erreichen. Außerdem hält die LED Milliarden von Schaltzyklen durch. Eine handelsübliche Energiesparlampe hält bspw. nur 5000 Schaltzyklen aus.
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