Stichpunkte

Allgemein
	strahlt sie Licht ab. Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
	Schaltsymbol Eine Leuchtdiode (Kurzform LED für Light-Emitting Diode – Licht aussendende Diode) ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement. Wird an der Diode eine Spannung in Durchflussrichtung angelegt
	"Verbergen") 1 Aufbau 2 Funktionsprinzip 3 Technologie 4 Eigenschaften 5 Weiße LED 6 Einsatzbereiche 7 Entwicklung 8 Siehe auch 9 Weblinks [Bearbeiten]
Aufbau
	Bild nicht gefunden Makroaufnahme einer Leuchtdiode (Durchmesser 5 mm)
	Das Bild rechts zeigt den Aufbau einer Standard-Leuchtdiode (Durchmesser 5 mm)
	Die Kathode (-)
	in dem der Halbleiter sitzt
	trägt einen kegelförmigem Reflektor
	markiert durch eine Abflachung links am Gehäuse
	Der feine Bonddraht
	stellt den Kontakt zur Anode (+) her
	rechts oberhalb des Trägers als horizontale Linie erkennbar
	Hochleistungs-LED werden mit höheren Strömen betrieben
	die sich in speziellen Bauformen ausdrückt
	Es entstehen besondere Anforderungen an die Wärmeableitung
	Die Wärme kann entweder über die Stromzuleitungen abgeführt werden oder der Strom wird über zwei Bonddrähte zugeführt und die Wärmeableitung über die Reflektorwanne ist davon getrennt
	Die industrielle Verarbeitung von bedrahteten LED ist aufwändig und teuer
	LED werden z.B. auch SMD-Gehäuseform hergestellt
	Eine weitere Möglichkeit ist das direkte "bonden" des LED-Chips auf der Platine (Chip on board - COB)
	Mehrfarbige Leuchtdioden bestehen aus mehreren (2 oder 3) Dioden in einem Gehäuse
	Bei der Ausführung mit 2 Anschlüssen sind 2 LED in Gegenrichtung parallel geschaltet
	Je nach Polarität leuchtet die eine oder andere Diode
	Eine Wechselspannung regt beide Dioden an und erzeugt eine Ãœberlagerungsfarbe. [Bearbeiten]
Funktionsprinzip
	Der Halbleiter in einer LED besteht aus einer Diode. Durch Anlegen einer äußeren Spannung in Durchlassrichtung wandern Elektronen zur Rekombinationsschicht an seinem p-n-Übergang
	Auf der n-dotierten Seite bevölkern sie das Leitungsband
	um nach Überschreiten der Grenzfläche auf das energetisch günstigere p-dotierte Valenzband zu wechseln. Beispielsweise erfolgt bei Silizium-Dioden der Übergang strahlungslos durch Phononenanregung
	das Gitter führt die Energie als Wärme ab
	schematisch
	Gallium-Arsenid (GaAs) hingegen leuchtet. Bild nicht gefunden Bandstrukturen zweier Halbleiter
	Die Bandstruktur des Halbleiters bestimmt das Verhalten der Energieübertragung
	Im Unterschied zum sehr vereinfachten Bändermodell ist in der Grafik auf der Abszisse (x-Achse) der Impuls k aufgetragen
	anschaulich vergleichbar einer reziproken Ortskoordinate
	Rechts ist kein direkter Strahlungsübergang vom oberen Leitungsband auf das untere Valenzband möglich
	im Gegensatz zum linken Beispiel
	sondern auch der Impuls k verändert
	da sich nicht nur die Energie
	626 · 10-34 Js (Joule Sekunden) c Lichtgeschwindigkeit = 2
	Die Größe der Energielücke E''-E' bestimmt die Farbe des ausgesandten Lichts: <math>lambda(W_D) = frac{h cdot c}{W_D} = frac{1240 nm}{W_D cdot eV^{-1}}<math> <math>lambda(W_D)<math> lambda: Wellenlänge des emittierten Lichtes in nm (Nano-Meter)
	hier: Bandlücke
	angegeben in eV (Elektronenvolt)
	wenn <math>W_D<math> in eV eingesetzt wird. h Plancksches Wirkungsquantum = 6
	997 · 108 m/s (Meter pro Sekunde) WD Arbeit
	abhängig vom verwendeten Halbleiterwerkstoff. Die Größe der Bandlücke und damit die Farbe lassen sich über die chemische Zusammensetzung des Halbleiters steuern
	4 eV
	entsprechend einer Wellenlänge von 885 nm
	Beispielsweise hat der Halbleiter GaAs einen direkten Bandabstand von 1
	liegt der Bandabstand bei fast 2 eV (650 nm)
	verformt aber auch das Leitungsband. Wenn Phosphor 50% der As-Atome ersetzt
	Eine Zugabe von Phosphor vergrößert ihn
	dass keine direkten Strahlungsübergänge mehr beobachtet werden
	Dafür hat sich die Bandstruktur so verschoben
	wie im Beispiel rechts gezeigt. [Bearbeiten]
Technologie
	Durch die gezielte Auswahl der Halbleitermaterialien und der Dotierung können die Eigenschaften des erzeugten Lichtes variiert werden
	bis 1000nm Wellenlänge; Durchlass-Spannung 1
	5..4 V Zinkselenid (ZnSe) – (blau) ((??Wird diese Verbindung noch weiter verfolgt? Geringe Intensität
	4 V IndiumGalliumnitrid(InGaN)/Galliumnitrid (GaN) – UV-blau-grün; Durchlass-Spannung 3
	2..2
	orange und gelb; Durchlass-Spannung 1
	5 V Galliumarsenid-phosphid (GaAsP) und Aluminium-Indium-Gallium-phosphid (AlInGaP) – rot
	2 V Galliumphosphid (GaP) – grün; Durchlass-Spannung 2
	8..2
	Vor allem der Spektralbereich (das entspricht im sichtbaren Bereich der Farbe) und die Effizienz lässt sich so beeinflussen: Aluminium-Galliumarsenid (AlGaAs) – rot und infrarot
	schnelle Alterung.)) ZinkKadmiumSulfidSelenid (ZnCdSSe) – (grün) (??s.o??) Siliziumcarbid (SiC) – (blau) Diamant (C) – ultraviolett Silizium (Si) – gegenwärtig (2004) in der Entwicklung; Problem: indirekte Bandlücke. Europium(II) dotiertes Strontium-Gallium-Sulfid (SrGa2S4:Eu2+; grün) Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs): z.B
	2..1
	665 nm
	rot
	LWL bis 1000m Bei der Herstellung der LED-Halbleiter werden verschiedene Epitaxie-Verfahren eingesetzt. [Bearbeiten]
Eigenschaften
	blauen und weißen Leuchtdiode
	grünen
	Bild nicht gefunden Spektren einer roten
	Anders als Glühlampen sind Leuchtdioden keine Temperaturstrahler
	das Licht ist nahezu monochrom
	Sie emittieren Licht in einem begrenzten Spektralbereich
	Deshalb ist z
	besonders effektiv
	bei denen Farbfilter den grössten Teil des Spektrums herausfiltern
	B. der Einsatz in Signalanlagen im Vergleich zu anderen Lichtquellen
	Anders als Glühlampen sind Leuchtdioden auch im Betrieb unempfindlich gegen Erschütterungen
	wird als Lebensdauer der LED bezeichnet
	der implodieren kann. Die Zeit
	Sie haben keinen Hohlkörper
	nach der die Lichtausbeute der LED auf die Hälfte des Anfangwertes abgefallen ist
	fallen aber nicht plötzlich aus
	Leuchtdioden werden nach und nach schwächer
	Strom) ab
	Die Lebensdauer hängt von dem jeweiligen Halbleitermaterial und den Betriebsbedingungen (Wärme
	Die angegebene Lebensdauer reicht von einigen 1000 Stunden bei 5 Watt LED bis zu über 100000 Stunden bei mit niedrigen Strömen betriebenen LED
	Hohe Temperaturen (z.B. durch hohe Ströme) verkürzen die Lebensdauer der LED drastisch
	LED haben eine hohe Schaltgeschwindigkeit
	Leuchtdioden besitzen eine exponenziell ansteigende Strom-Spannungs-Kennline. Im Betrieb muss der Strom durch ein weiteres Bauelement begrenzt werden
	im einfachsten Fall durch einen Widerstand oder durch einen Konstantstromregler
	Die Stromaufnahme beträgt 10 mA bis ca
	700 mA bei einer Spannung von 2 V bis 4 V. [Bearbeiten]
Weiße LED
	kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz: Drei Leuchtdioden der Farben Rot
	Um mit Leuchtdioden weißes Licht zu erzeugen
	Grün und Blau (RGB) werden zusammengeschaltet und erzeugen weißes Licht (Einsatz: Displays
	Effektbeleuchtung)
	Das kann mit separaten LED oder mit drei LED Chips innerhalb eines Gehäuses geschehen
	energiereiches Licht in langwelliges
	energieärmeres Licht umgewandelt
	Auch mit nur zwei LED in den Farben Blau und Gelb kann weißes Licht gemischt werden. Der LED-Chip wird mit Fluoreszenzfarbstoff bedeckt. Ähnlich wie bei einer Leuchtstofflampe wird kurzwelliges
	Bei geeigneter Wahl der Komponenten ergibt die additive Farbmischung weiß. Entweder wird ein Teil des Lichtes blauer LED durch einen Farbstoff in gelbes Licht umgewandelt und die Mischung ergibt weiß oder die Leuchtdiode strahlt im UV-Bereich
	Das sichtbare weiße Licht wird ausschließlich durch Anregung von geeigneten Fluoreszenzfarbstoffen (RGB) erzeugt
	Solche LED haben gute Farbwiedergabeeigenschaften (Ra 90). [Bearbeiten]
Einsatzbereiche
	Bild nicht gefunden LED Leuchtmittel Bild nicht gefunden Digitaluhr von 1978 mit LED Anzeige
	rechts Tag/Datum Nachdem die LED lange Zeit aufgrund geringer Lichtausbeute und fehlender Verfügbarkeit aller Lichtfarben hauptsächlich als Indikationslampen
	Links Uhrzeit
	in Siebensegment- und Punktmatrixanzeigen eingesetzt wurden
	erschliesst sich die LED nun weite Einsatzbereiche z.B. auch in der Beleuchtungstechnik
	beispielsweise bei Zeigegeräten in der EDV oder für Lichtschranken Zur Belichtung der Tonerwalze bei LED Druckern Zur Displayhinterleuchtung (Mobiltelefon
	vornehmlich als Rücklicht
	vor allem im Bereich der Unterhaltungselektronik LED-Bündel in Verkehrsampeln (statt gewöhnlicher Glühlampen mit Farbfiltern) Fahrradbeleuchtung
	zunehmend auch im Automobilbereich Als Teil von Bewegungssensoren
	beispielsweise Betriebsbereitschaft bei Geräten aller Art Infrarot-LEDs in Fernbedienungen
	im nächtlichen Geländeeinsatz (Militär oder Tierbeobachtung)) Mobile Beleuchtungsanwendungen
	Schiffsbrücken
	wo die Dunkeladaptation des Auges nicht beeinträchtigt werden darf (Flugzeug-Cockpits
	wie Taschenlampen
	zunehmend aber auch als Scheinwerfer Siebensegmentanzeigen an Taschenrechnern und Messgeräten (dort inzwischen weitgehend abgelöst durch Flüssigkristallanzeigen) Rote und gelbe LEDs für Anzeigen in Bereichen
	Einige Einsatzbereiche sind: Leuchtmittel
	Sternwarten
	Monitore)
	Wechselkennzeichen im Straßenverkehr Statusanzeigen
	um Glühbirnen zu ersetzen (siehe Bild rechts) Laufschriftanzeigen zur Informationsübermittlung in der Öffentlichkeit
	Dieser Bereich macht einen großen Teil der Marktes der LED aus (tageslichtfähige) TV-Grossdisplays (z.B. in Stadien) Für Beleuchtungszwecke
	z.B. einfach einsetzbar in gesockelter Ausführung im Medizinbereich (z.B
	hauptsächlich Beleuchtung eng abgegrenzter Bereiche (Spotlicht) RGB-Effektbeleuchtung mit änderbaren Lichtfarben Als Ersatz für konventionelle Leuchtmittel
	UV LED in der Zahntechnik) [Bearbeiten]
Entwicklung
	Im Laufe der Entwicklung wurde die Lichtausbeute der LED gesteigert
	so dass es LED in nahezu allen Farben des Spektrums (Lücke im grün-gelb Spektrum) gibt
	Es wurden neue Halbleitermaterialien entwickelt
	UV) effektiv erzeugen
	wurde lange gesucht
	die Licht im kurzwelligen Bereich (blau
	Insbesondere nach Halbleitern
	Die weitere Steigerung der Effizienz und die preiswertere Herstellung der Halbleiter ist das Ziel weiterer Entwicklungen
	Gegenwärtig wird z.B. daran gearbeitet
	als auch transparente elektrische Zuleitungen herzustellen
	sowohl transparente Trägermaterialien und Halbleiter-Materialien
	Die Bonddrähte (elektrische Leitungen zum Halbleiterchip) decken einen Teil der aktiven Fläche ab
	Die Alterung von LEDs ist wohl auf die Vergrößerung von Fehlstellen im Kristall durch thermische Einflüsse zurückzuführen
	die nicht mehr an der Lichterzeugung teilnehmen und strahlungslose Übergänge fördern
	Mit 30 lm/W entspricht die Lichtausbeute von weißen Leuchtdioden der von Halogen-Glühlampen
	Die effektivsten verfügbaren weißen LED haben heute (November 2004) eine Lichtausbeute von 50 lm/W
	Große Leuchtdiodenhersteller arbeiten derzeit intensiv an der Erhöhung des Wirkungsgrades
	ist eine breite Anwendung im Automobilsektor sinnvoll
	Erst wenn dieser deutlich über Halogenlampen liegt
	In wenigen Jahren wird hier ein Durchbruch erwartet. [Bearbeiten]
Siehe auch
	Organische Leuchtdiode Laserdiode Foto einiger Leuchtdioden
	links Leuchtdioden in einer 7-Segment-Anzeige [Bearbeiten]
Weblinks
	LED Informationen (http://www.led-info.de/) Introduction to Light Emitting Diodes (engl.) (http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/ledsintro.html) Light Emitting Diodes (engl.) (http://cnx.rice.edu/content/m1011) LED-Rechner zum Berechnen des Vorwiderstands (http://www.wanzei.de/rechner.php) ca:Díode LED da:Lysdiode en:Light-emitting diode eo:Lum-Elsenda Diodo es:Diodo LED et:Valgusdiood fi:LED fr:Diode électroluminescente id:Dioda cahaya it:LED ja:発光ダイオード nl:LED no:Lysdiode pl:Dioda elektroluminescencyjna sv:Lysdiod

[X] Schliessen

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