LED: Helles Licht aus Nano-Halbleiterschichten

Leuchtdioden, abgekürzt LED (engl. light emitting diodes) beruhen auf einem Halbleiterchip, der nur in einer Richtung Strom hindurch lässt und sichtbares Licht - oder je nach Material auch UV- oder Infrarotstrahlung - abgibt, wenn ein Stromfluss in dieser Richtung erfolgt.

Leuchtdioden in verschiedenen Farben
LEDs sind dank Nanotechnologie nicht nur hell, sondern auch Energie sparend. (Foto: Fraunhofer Institut für Angewandte Festkörperphysik)

Das Herzstück der LED ist ein Chip.
Dieser besteht aus Halbleiterverbindungen, auf denen in einem nanotechnologischen Verfahren - Epitaxie genannt - extrem dünne Schichten aufgetragen werden.

Auf der Unterseite des Chips befindet sich ein leitender Reflektor, auf der Oberseite ist das Plättchen zur Kontaktierung mit einem Golddraht verbunden. Der gesamte Aufbau ist in eine Kunststofflinse eingefasst.

LED sind nur 5 mm hoch, leuchten in extrem kurzer Zeit auf und besitzen dabei eine relativ hohe Leuchtkraft.

Dank nano: helles Licht ist jetzt energiearm

2007 wurden mit LEDs bereits Lichtausbeuten erreicht, die gleichauf mit jenen von Leuchtstofflampen liegen. Gleichzeitig erzeugen sie weniger Wärme und sind unempfindlich gegenüber Erschütterungen.

schematischer Aufbau einer Leuchtdiode
Aufbauschema einer Leuchtdiode mit nanobeschichtetem Halbleiterchip.

Die Farbe des abgestrahlten Lichts wird in der Regel durch die Wahl geeigneter Halbleitermaterialien oder deren Verunreinigung („Dotierung“) mit bestimmten chemischen Elementen beeinflusst.

Mit diesen Verfahren wurden bereits LED in den sichtbaren Lichtfarben Rot, Grün, Blau, Gelb und Orange hergestellt. Um weiße LEDs herzustellen, werden Leuchtfarbstoffe auf den Halbleiter-Halbleiter-
Material, dessen elektrische Leitfähigkeit zwischen der eines Metalls und der eines Isolators liegt.
Chip aufgetragen.

Auch die Energieersparnis ist ein Argument für die kleinen Lichtquellen. Sie erzeugen weniger Wärme als Glühlampen und übertreffen diese im Hinblick auf die Lebensdauer bei Weitem.
Als Lebensdauer definiert man dabei die Zeit, nach der die Lichtausbeute auf die Hälfte des Anfangswertes abgesunken ist. Je nach Stromstärke und Betriebsbedingungen (z.B. Temperatur) liegt die LED-Lebensdauer zwischen 20.000 und 100.000 Stunden. Zum Vergleich: Eine herkömmliche Glühbirne bringt es nur auf 1.000 Stunden.

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