Leuchtdioden

Bedrahtete Leuchtdioden für Bastler und Tüftler

Leuchtdioden, auch bekannt unter ihrer Abkürzung LED (Light Emitting Diode), sind Halbleiterbauelemente, die farbiges oder weißes Licht emittieren können. Bedrahtete Leuchtdioden lassen sich besonders einfach verlöten und stahlen im Betrieb nur wenig Wärme ab. Das farbige Licht, das von Leuchtdioden ausgestrahlt wird, ist nahezu einfarbig (monochromatisch), daher eignen sich LEDs besonders gut für Signallampen.

Inzwischen ist das mögliche Farbspektrum von Leuchtdioden erheblich erweitert und verbreitert worden. Neben der Lichtfarbe Weiß können moderne LEDs folgende Farben emittieren:

• grün
• gelb
• orange
• rot
• violett
• blau

Leuchtdioden - Aufbau und Funktion

Die beiden Drähte an einer Leuchtdiode werden als Kathode und Anode bezeichnet, wobei die Kathode mit dem Minuspol verbunden wird und einen etwas kürzeren Draht als die positive Anode aufweist. Die Lichtstärke von Leuchtdioden verhält sich proportional zur Betriebstemperatur, je höher die Temperatur, desto heller strahlt die LED.

Die Lichtfarbe einer LED wird unter anderem durch die eingesetzten Halbleiterkristalle bestimmt, die sich im Inneren der Leuchtdiode befinden. Während farbiges Licht nahezu monochromatisch emittiert wird, muss weißes Licht entweder durch additive Farbmischung aus den Primärfarben Rot, Blau und Grün (RBG-LEDs) oder durch Lumineszenz erzeugt werden.

Was bedeutet die Angabe des Abstrahlwinkels bei Leuchtdioden?

Wie groß der Durchmesser des Lichtkegels einer Leuchtdiode ist, hängt vor allem davon ab, in welchem Abstrahlwinkel das Licht emittiert wird. Dabei gilt: Je größer der Abstrahlwinkel, desto größer der Leuchtkegel. Während bei LED-Leuchtmitteln für Wohnräume ein Abstrahlwinkel von 120° empfehlenswert ist, reicht in der Signal- und Elektrotechnik auch ein Winkel von etwa 40° aus, um die gewünschte Signalwirkung zu erreichen.

Warum ist für den Einsatz von Leuchtdioden ein Vorwiderstand erforderlich?

Leuchtdioden reagieren bauartbedingt sehr empfindlich auf zu hohe Durchflussströme, daher darf eine LED nicht direkt an eine Spannungsquelle angeschlossen werden. Um die LED sicher zu betreiben, ist daher ein Vorwiderstand notwendig, der den Durchlaufstrom abschwächt. Ohne diesen würde der natürliche Widerstand eines Halbleiters unter Stromzufuhr gegen Null absinken, die LED würde immer mehr Strom aufnehmen und damit immer heißer werden. Der Temperaturanstieg in der LED verstärkt die Stromleitfähigkeit des Halbleiters, dieses führt zu einem Kreislauf, der nach kurzer Zeit in der Zerstörung der Leuchtdiode endet.

LED sollten am besten in kühlen Umgebungen eingesetzt werden

Leuchtdioden verwandeln große Teile der verfügbaren elektrischen Energie in Lichtstrahlen, dennoch emittieren sie auch einen gewissen Anteil an Wärmestrahlen. Dieser ist zwar im Vergleich zu einem anderen Leuchtmittel geringer, allerdings reagieren LEDs auch deutlich empfindlicher auf eine zu große Wärmeentwicklung. Diese ist bei einem zu hohen Stromdurchfluss, etwa in Folge eines zu klein dimensionierten Vorwiderstandes oder eines falschen Schaltungsaufbaus, möglich.

Generell arbeiten LEDs besser und leben länger, wenn sie in einer kühlen Umgebung eingesetzt wird. In zu warmen Umgebungen kann sich die Lebensdauer erheblich verkürzen und die Leuchtdiode vorzeitig ausfallen.

Wie lange halten Leuchtdioden?

Die Lebensdauer einer LED wird durch den Lichtstrom bestimmt. Die Lichtstärke nimmt mit zunehmendem Alter kontinuierlich ab, anders als klassische Leuchtmittel versagt eine LED also in der Regel nicht von einem Moment zum nächsten, sondern wird unmerklich immer schwächer. Dank moderner Fertigungsverfahren sind heute jedoch Lebensdauern im Bereich von mehreren 10.000 Stunden möglich, vorausgesetzt, die Leuchtdioden werden ordnungsgemäß verbaut und nicht überlastet.