LED und Zubehör

LEDs zählen zu den bahnbrechendsten Technologien des 20. Jahrhunderts. Sie sind in der Lage, sehr viel Licht mit sehr geringem Stromverbrauch auszugeben. Sie sind zudem sehr stabil und können Stößen und anderen Gefahren sehr gut standhalten. Sie sind in vielen verschiedenen Farben erhältlich, sodass sie sich gut für Signallampen, Warnleuchten, Displaybeleuchtung und Taschenlampen eignen. Sie werden darüber hinaus sogar in ganz normalen Haushaltslampen verwendet, da sie wesentlich energieeffizienter und langlebiger sind als herkömmliche Glühbirnen. Selbst im Vergleich zu Kompaktleuchtstofflampen stechen sie mit ihrer hohen Lebensdauer hervor. Eine LED kann im wahrsten Sinne des Wortes zehntausend Stunden lang Licht erzeugen – das entspricht dem jahrzehntelangen Gebrauch in einer Haushaltslampe.

 

Heutzutage sind LEDs in vielen verschiedenen Formen erhältlich, gleichwohl ihre Fähigkeiten zu Beginn noch sehr beschränkt waren. Moderne preiswerte Verbrauchergeräte verwenden LEDs für Sicherheitszwecke, zur Ausgabe von infrarotem und UV-Licht sowie für Fernbedienungen und vieles mehr. LEDs spielten darüber hinaus eine wichtige Rolle für die Entwicklung von Computer-Monitoren und Fernsehgeräten, da sie hochauflösende Bildschirme wesentlich dünner und leichter gestalten als es mit Röhrenmonitoren jemals möglich gewesen wäre. Bei Autos sorgen LED-Scheinwerfer für hervorragende Sicht, verbrauchen zudem wesentlich weniger Strom — bei gleichzeitig wesentlich längerer Lebensdauer — als alte Scheinwerfer und sorgen somit für ein Plus an Sicherheit und Nachhaltigkeit.

 

Wofür steht LED?

 

LED steht für „Licht-emittierende Diode“. Hierbei handelt es sich um Halbleiter-Bauelemente, die anderen Halbleiter-Bauteilen in Computern und sonstigen Geräten sehr ähnlich sind. Die allerersten LEDs konnten lediglich rotes Licht emittieren, mittlerweile sind jedoch Designs für Licht in nahezu jeder nur erdenklichen Farbe und Intensität erhältlich.

 

Wie funktioniert eine LED?

 

Die Funktion einer LED basiert auf ihren Eigenschaften als Halbleiter. Die Diode erlaubt Elektronen, die Komponente lediglich in einer Richtung zu durchströmen. Bei diesem Vorgang kombinieren sie sich in den Vertiefungen des Halbleiter-Materials neu. Bei dieser Bewegung wird Energie frei, welche die Diode als Photon verlässt – sozusagen als Quantum Licht.

 

Mit Hilfe verschiedenster Designs können LEDs Licht in bestimmten Farben emittieren oder einen breiteren bzw. engeren Bereich beleuchten. Die Technologie dieser Geräte hat sich in den letzten Jahren deutlich weiterentwickelt, sodass diese Geräte mittlerweile in einer Vielzahl verschiedenster Anwendungen zum Einsatz kommen.

 

Aus welchen Teilen besteht eine LED? 

 

In der obenstehenden Abbildung sind die verschiedenen Teile einer LED dargestellt. Das durchsichtige Kunststoffgehäuse enthält die gesamte Halbleiter-Komponente. Bei manchen LEDs ist dieses Gehäuse so konstruiert, dass das Licht in einem bestimmten Schema oder einer bestimmten Farbe ausgestrahlt wird.

 

Die Anschlussklemmen der Komponente sind mit dem Schaltkreis verbunden und sorgen somit für die Stromversorgung. Die Diode befindet sich innerhalb des Gehäuses und ist aus halbleitendem Material gefertigt. Wenn sich die Elektronen in den Vertiefungen dieses halbleitenden Materials neu kombinieren, senden sie Lichtstrahlen aus, wie in der obigen Abbildung dargestellt. Dabei ist festzustellen, dass die Lichtstrahlen in der Abbildung an den Seitenwänden reflektiert und an der Oberseite der LED ausgestrahlt werden. Diese Konfiguration wird für diese Geräte sehr häufig verwendet.

 

Wie wurden LEDs entdeckt?

 

Die Funktion von LEDs basiert auf der sogenannten Elektrolumineszenz: Dieses Prinzip wurde im Jahre 1907 in den Marconi Forschungslabors das erste Mal entdeckt. Es dauerte jedoch noch rund zwei Jahrzehnte, bis Oleg Losev, ein russischer Wissenschaftler, die erste LED baute.

Einen richtigen Aufschwung erlebten LEDs jedoch erst in den 1960er-Jahren. Forscher von Texas Instruments entdeckten eine Möglichkeit, infrarotes Licht durch Elektrolumineszenz zu emittieren. Weitere Forschungsarbeiten bauten auf dieser Erkenntnis auf, bis schließlich die erste kommerzielle Variante einer LED im Jahre 1962 auf den Markt kam.

LEDs mit sichtbarem Licht waren zu Beginn rot. Das Voranschreiten der Entwicklung von LEDs wird heute vor allen Dingen einem Mann namens Nick Holonyak Jr. zugeschrieben, damals im Dienste von General Electric Company. Holonyak arbeitete daran, LEDs aufzuhellen und Designs zu entwickeln, mit denen auch andere Farben erzeugt werden können.

 

Welche Farben können LEDs erzeugen?

Die Farben einer LED hängen davon ab, welche halbleitenden Materialien für ihren Bau verwendet wurden. Sie können jede beliebige Farbe des sichtbaren Spektrums abdecken. Ebenso können sie Farben des ultravioletten und des infraroten Spektrums unterstützen. Sie können zum Beispiel auch pinkes Licht emittieren, indem sie verschiedene Farben miteinander kombinieren. Weißes Licht können sie ebenso erzeugen: Dies wird vor allen Dingen in LEDs eingesetzt, die herkömmliche Glühbirnen in Haushalten ersetzen sollen.

 

Welche Arten von LEDs gibt es?

 

Die ersten LEDs waren noch sehr schwach, doch das hat sich im Laufe der Jahre ganz erheblich geändert. Heutzutage sind LEDs in verschiedenen Varianten erhältlich.

Sogenannte Mini-LEDs kommen zum Beispiel oftmals bei Warnleuchten zum Einsatz. Sie sind sehr klein, mit einem Durchmesser von nicht weniger als 2mm. Sie sind zudem in vielen verschiedenen Formen erhältlich und eignen sich somit für die unterschiedlichsten Anwendungen. In aller Regel benötigen sie eine Spannung zwischen 5V und 12V.

LEDs der mittleren Leistungsklasse emittieren Licht im 10er-Bereich der Lumen-Skala. Eingesetzt werden sie zunehmend in Automobil-Scheinwerfern: Dabei bieten sie hervorragende Leuchtkraft bei wesentlich geringerem Energieverbrauch als herkömmliche Glühbirnen.

Hochleistungs-LEDs sind LEDs, die mit sehr hohen Strömen betrieben werden, mitunter sogar mit mehr als einem Ampere. Sie verfügen in aller Regel auch über einen Kühlkörper zur Ableitung verbrauchter Energie. Eingesetzt werden sie in Haushaltslampen, Anzeigetafeln und ähnlichen Anwendungen, die allesamt eine hohe Lumenzahl erfordern.

 

LEDs sind auch in anderen Varianten erhältlich: So gibt es zum Beispiel LEDs, die speziell auf den Betrieb als Blinklicht ausgelegt sind, sowie solche, die nicht sichtbares Licht im infraroten und ultravioletten Spektrum aussenden, und Varianten, die über mehr als einen Emitter verfügen.

 

Was sind IR-LEDs? Wie funktionieren sie und wofür werden sie eingesetzt?

 

Infrarot-LEDs emittieren Licht im infraroten Bereich des Lichtspektrums. Dieses Licht ist für das menschliche Auge unsichtbar. LEDs dieser Variante zählen zu den ersten LEDs überhaupt. IR-LEDs werden sehr häufig in Fernbedienungen aller Art eingesetzt: Dabei emittieren sie einen nicht sichtbaren Lichtimpuls, den ein passender IR-Sensor verarbeiten kann. Ebenso finden sie oftmals in Sicherheitssystemen Verwendung, wo man sie sehr häufig rundum die Linse von Überwachungskameras antrifft. Sie fluten Szenen im Dunkel der Nacht mit Infrarot-Licht, mit dessen Hilfe die Kamera dann ein Bild erstellen kann. Sichtbar werden IR-LEDs zum Beispiel durch die Kamera eines Smartphones oder ähnlichen Geräts, da solche Kameras weiter in das IR-Spektrum eindringen können als das menschliche Auge. Dabei werden diese LEDs als weiß erleuchtete LEDs angezeigt.

 

Was sind LED Light Pipes? Wie funktionieren sie und wofür werden sie eingesetzt?

 

Light Pipes, auch Lichtleiter genannt, sind im Grunde genau das, was ihr Name vermuten lässt. Sie ermöglichen die horizontale Übertragung von Licht mit minimaler Streuung. Sie sind sie in den meisten Fällen aus Glas und Polykarbonat gefertigt und können auf einer Leiterplatte oder einer Schalttafel montiert werden. Sie können darüber hinaus auch mit den verschiedenartigsten LEDs verwendet werden, darunter Varianten zur Durchsteck- und Oberflächenmontage. Man findet sie sogar in flexiblen Designs.

Ein Lichtleiter erlaubt die Übertragung des Lichts einer LED zu einer Stelle, die nicht auf einer Linie mit der LED selbst liegt – etwas, das mit Licht normalerweise unmöglich ist. Dies kann zum Beispiel dafür verwendet werden, um das Licht einer Anzeige auf einer Leiterplatte aufzugreifen und an eine Schalttafel weiterzuleiten, sodass keine zweite LED für den Bediener erforderlich ist.

 

Was sind LED Tester? Wie funktionieren sie und wofür werden sie eingesetzt?

 

Ein LED Tester erlaubt es, alle LEDs eines kompletten Systems jeweils einzeln zu prüfen. Manche dieser Testgeräte verfügen über ihre eigene Stromquelle, sodass die einzelnen Lichter geprüft werden können ohne das gesamte System hochfahren zu müssen.

Ein LED Tester kann in jeder beliebigen Anwendung eingesetzt werden, bei der womöglich eine einzige fehlerhafte LED das Aufleuchten anderer LEDs des Systems verhindert. Das wohl naheliegendste Beispiel für die Funktion eines solchen Testers liegt in Weihnachtsbeleuchtung. Dabei kann der Tester mit jeder einzelnen LED verknüpft werden, bis die fehlerhafte LED, welche die Funktion der anderen LEDs verhindert, gefunden ist und ersetzt werden kann. Erhältlich sind diese Tester mitunter in besonderen Designs für ganz bestimmte Anwendungen, wie zum Beispiel die Prüfung von Anzeigetafeln und Ähnliches.

 

Was sind UV-LEDs? Wie funktionieren sie und wofür werden sie eingesetzt?

 

UV-LEDs emittieren Licht im ultravioletten Bereich des Spektrums. Licht aus diesem Bereich ist für das menschliche Auge nicht sichtbar. Neben UV-Licht können sie jedoch auch blaues und violettes Licht emittieren, das in dem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich liegt.

Die Technologie von UV-LEDs findet in vielen verschiedenen Bereichen Verwendung. Diese LEDs können zum Beispiel UV-Licht zur Überprüfung von Maschinen und Ähnlichem emittieren. Ebenso können sie zur Erkennung der Wasserzeichen an Geldscheinen dienen und können somit helfen, Blüten aus dem Verkehr zu ziehen. Darüber hinaus werden sie auch im Bereich Medizintechnik eingesetzt.

UV-LEDs eignen sich auch für dekorative Zwecke, ziemlich genau so wie herkömmliches Schwarzlicht. Dennoch besteht die Sorge, dass blaue und ultraviolette Frequenzen mancher LEDs zu erhöhter Lichtverschmutzung im urbanen Bereich führen können. Blaue und UV-LEDs wurden erst sehr spät entwickelt, sind heutzutage jedoch sehr weit verbreitet.

Manche LEDs, die sowohl tief im UV-Bereich als auch im sichtbaren Teil des Spektrums arbeiten, werden heute oftmals für relativ simple Zwecke eingesetzt. So dienen sie zum Beispiel dazu, Urinrückstände von Haustieren im wahrsten Sinne des Wortes zum Leuchten zu bringen, sodass sie leichter aufgewischt werden können. LEDs sind inzwischen so preisgünstig geworden, dass auch diese Technologie zu einem sehr erschwinglichen Preis erhältlich ist.

 

Was sind LEDs mit sichtbarem Licht? Wie funktionieren sie und wofür werden sie eingesetzt?

 

LEDs mit sichtbarem Licht können jede beliebige Farbe des gesamten Spektrums erzeugen. Dies erfolgt direkt und ohne Filter oder Linse, indem bestimmte Materialien beim Zusammenbau der LED miteinander kombiniert werden. LEDs können darüber hinaus auch farbiges Licht erzeugen, indem sie verschiedenfarbige LEDs mit der sogenannten RGB-Methode miteinander kombinieren. Somit können alle möglichen Farben des Spektrums erzeugt werden.

Zu LEDs mit sichtbarem Licht zählen auch die Varianten, die für Warnleuchten zum Einsatz kommen. Mit all den verschiedenfarbigen Optionen können diese Warnleuchten farblich gekennzeichnet oder aber als eine Art Verzierung verwendet werden. Hochleistungscomputer verfügen oftmals über LEDs in ihrem Gehäuse, die zwar keinerlei praktischen Nutzen aufweisen, dafür jedoch den Anblick des Geräts aufwerten.

LEDs können darüber hinaus, wie bereits erwähnt, auch unterschiedliche Rollen in Autos spielen. Hierzu zählen Leuchten im Armaturenbrett sowie Innenleuchten, Tagfahrlichter und Ähnliches.

LEDs mit sichtbarem Licht kommen inzwischen auch immer öfter in Haushalten und Büros zum Einsatz. LED-Birnen sind bereits sehr geläufig, und auch neue Varianten, zum Beispiel als Alternative zu herkömmlichen Leuchtstoffröhren, sind mittlerweile erhältlich. Der Vorteil: LED-Leuchten verwenden oftmals dieselben Fassungen wie ihre herkömmlichen Pendants. Sie erzeugen zudem genauso viel Licht wie die Leuchten, die sie ersetzen, und kommen mit sehr wenig Energie im Verhältnis zu ihrer Helligkeit aus. Mit dem zunehmenden Fortschritt bunter LEDs ist es Herstellern gelungen, die Qualität des Lichts dieser LEDs zu steigern. Während LED-Birnen einst für ein sehr forsches und geradewegs ungemütliches weißes Licht bekannt waren, sind heutzutage Designs mit einem sehr warmen und ansprechend natürlichem Licht erhältlich.

LEDs dieser Art eignen sich zudem ideal für Taschenlampen aller Art. LEDs verbrauchen sehr wenig Strom, was die Lebensdauer einer Batterie wiederum erheblich steigert. Darüber hinaus sind sie sehr robust, sodass sie sich ideal für Fahrradleuchten und ähnliche Anwendungen eignen, bei denen starke Erschütterungen auftreten können und die Leuchten gegebenenfalls auch zu Boden fallen.

Sichtbare LEDs werden ebenso in Computer-Monitoren verwendet: Dabei sorgen sie für die Hintergrundbeleuchtung, die letztlich das gewünschte Bild zum Leuchten bringt.

 

LEDs mit sichtbarem Licht findet man heutzutage in den meisten Beleuchtungssystemen. In manchen Bereichen konnten sie sich noch nicht gar so gut auf dem Markt etablieren, in manch anderen Bereichen haben sie traditionelle Technologien jedoch schon zu einem großen Teil ersetzt. So findet man LED-Taschenlampen zum Beispiel in Baumärkten, Sportgeschäften, Lebensmittelläden und Online-Stores – und das zu einem sehr erschwinglichen Preis.

Eine Eigenschaft von LEDs mit sichtbarem Licht, die sie noch flexibler gestaltet, besteht darin, dass die Farbe von LEDs mit Hilfe von Linsen und Ähnlichem, sowie durch den Einsatz verschiedenster Materialien verändert werden kann.