LED (Light Emitting Diode), eine Leuchtdiode, ist ein Halbleiterbauelement, das elektrische Energie in sichtbares Licht umwandeln kann. Es kann Elektrizität direkt in Licht umwandeln. Das Herzstück der LED ist ein Halbleiterchip. Ein Ende des Chips ist an einer Halterung befestigt, ein Ende ist ein Minuspol und das andere Ende ist mit dem Pluspol der Stromversorgung verbunden, sodass der gesamte Chip mit Epoxidharz umhüllt ist.
Der Halbleiterchip besteht aus zwei Teilen. Ein Teil ist ein p-Typ-Halbleiter, in dem Löcher dominieren, und das andere Ende ist ein n-Typ-Halbleiter, in dem Elektronen dominieren. Werden diese beiden Halbleiter jedoch verbunden, bildet sich zwischen ihnen ein pn-Übergang. Fließt Strom durch den Draht auf den Chip, werden die Elektronen in den p-Bereich gedrückt, wo sie mit Löchern rekombinieren und Energie in Form von Photonen abgeben. Dies ist das Prinzip der LED-Lichtemission. Die Wellenlänge des Lichts, also die Lichtfarbe, wird durch das Material des pn-Übergangs bestimmt.
LEDs können rotes, gelbes, blaues, grünes, orangefarbenes, violettes und weißes Licht direkt ausstrahlen.
LEDs wurden zunächst als Anzeigelichtquellen für Instrumente und Anzeigen verwendet. Später wurden LEDs in verschiedenen hellen Farben häufig in Ampeln und Großanzeigen eingesetzt, was zu wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Vorteilen führte. Die 12 Zoll große rote Ampel ist ein Beispiel dafür. In den USA wurde ursprünglich eine langlebige, aber wenig lichtstarke 140-Watt-Glühlampe als Lichtquelle verwendet, die 2000 Lumen weißes Licht erzeugte. Nach dem Durchgang durch den Rotfilter beträgt der Lichtverlust 90 %, sodass nur noch 200 Lumen rotes Licht übrig bleiben. In der neu entwickelten Lampe verwendet Lumileds 18 rote LED-Lichtquellen, einschließlich Schaltungsverlust. Der Gesamtstromverbrauch beträgt 14 Watt, womit der gleiche Lichteffekt erzielt werden kann. Auch Signallampen in Kraftfahrzeugen sind ein wichtiges Anwendungsgebiet für LED-Lichtquellen.
Für die Allgemeinbeleuchtung werden zunehmend weiße Lichtquellen benötigt. 1998 wurde die weiße LED erfolgreich entwickelt. Diese LED wird aus einem GaN-Chip und einem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) hergestellt. Der GaN-Chip emittiert blaues Licht (λ P = 465 nm, Wd = 30 nm). Der bei hoher Temperatur gesinterte Ce3+-haltige YAG-Leuchtstoff emittiert nach Anregung durch dieses blaue Licht gelbes Licht mit einem Spitzenwert von 550 nm. Das blaue LED-Substrat wird in einen schalenförmigen Reflexionshohlraum eingesetzt und mit einer dünnen Schicht aus Harz, gemischt mit YAG (ca. 200–500 nm), bedeckt. Das blaue Licht des LED-Substrats wird teilweise vom Leuchtstoff absorbiert, der andere Teil des blauen Lichts wird mit dem gelben Licht des Leuchtstoffs gemischt, um weißes Licht zu erzeugen.
Bei InGaN/YAG-Weißlicht-LEDs können durch Änderung der chemischen Zusammensetzung des YAG-Leuchtstoffs und Anpassung der Leuchtstoffschichtdicke verschiedene Weißlichtfarben mit Farbtemperaturen von 3500–10000 K erzeugt werden. Diese Methode zur Erzeugung von Weißlicht durch blaue LEDs ist einfach aufgebaut, kostengünstig und technologisch ausgereift und daher weit verbreitet.
Veröffentlichungszeit: 29. Januar 2024