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Die Leuchtdiode
Eine Leuchtdiode (Kurzform LED für light-emitting diode - Licht aussendende Diode) ist ein elektronisches Bauelement.
Schaltzeichen
Ist die Diode in Durchflussrichtung geschaltet, strahlt sie Licht ab. Im Laufe der Entwicklungen wurde die Leuchtkraft der LED immer mehr gesteigert und LEDs für unterschiedliche Farben entwickelt. Die Leuchtkraft einer LED wird gewöhnlich in mcd (m Candela ) angegeben.(siehe auch Laserdiode)
LED werden unter anderem für Zustandsanzeigen, Verkehrsleitsysteme und Informationstafeln verwendet. Infrarot-Leuchtdioden werden in Fernbedienungen für Fernsehgeräte eingesetzt.
Mit 10-30 lm/W entspricht die Lichtausbeute von Leuchtdioden der von (Halogen-) Glühlampen. Leuchtdioden strahlen monochrom, weshalb z.B. Signalanlagen ohne Farbfilter auskommen, die die Helligkeit herabsetzen würden. Anders als Glühlampen sind Leuchtdioden auch im Betrieb unempfindlich gegen Erschütterungen. Sie erreichen eine Lebensdauer von mehr als 50.000 Stunden.
Nach neusten Forschungsergebnissen ist es durchaus möglich, am P-n-Übergang eine hundertprozentige Energieumwandlung in Licht zu erreichen (?). Dafür ist aber ein optimaler Einkristall notwendig. An jeder Fehlstelle im Kristall findet Ladungsträgerrekombination statt, ohne dass Licht abgestrahlt wird. Die theoretische Grenze kann auch durch den derzeitigen Aufbau der LED nicht erreicht werden. Die Lichterzeugung findet im Kristall statt, die verwendeten Halbleiterkristalle sind aber nicht transparent und lassen das meiste Licht nicht nach außen.
Es wird daran gearbeitet, sowohl transparente Trägermaterialien, als auch transparente elektrische Zuleitungen. Die Bonddrähte decken einen bedeutenden Teil der aktiven Fläche ab. Die Alterung von LEDs ist wohl im bedeutenden Maße auf die Vergrößerung von Fehlstellen im Kristall durch termische Einflüße zurückzuführen, die nicht mehr an der Lichterzeugung teilnehmen. Die Lichterzeugung im Infrarotbereich am P-n-Übergang scheint ein weit verbreiteter Vorgang zu sein, der bei Transistoren bisher nicht beachtet wurde. Jetzt will man den Effekt für neue elektrooptische Schalter verwenden.
Spektren einer roten, grünen, blauen und weißen Leuchtdiode.
Anders als Glühlampen sind Leuchtdioden keine Temperaturstrahler. Sie emittieren Licht in einem begrenzten Spektralbereich. Die Energieanregung in einem Festkörper führt zu deutlich breiteren Spektralbändern als die in einem Gas z.B. einer Metalldampflampe.
Leuchtdioden gibt es in allen Spektralfarben, angefangen bei (unsichtbaren) Infrarot-Leuchtdioden mit einer Wellenlänge um 1000 nm, über rot, gelb, grün hin zu blau. Seit kurzem gibt es sogar Leuchtdioden, die im ultravioletten Spektrum jenseits von 400 nm strahlen. Weiße Leuchtdioden arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie Leuchtstoffröhren. Blaue Leuchtdioden erhalten Fluoreszenz-Farbstoffe, die kurzwelliges in langwelliges Licht umsetzen und so das blaue Farbspektrum in weißes Licht umwandeln.
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 Überlagerungsfarbe.
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- Foto einiger Leuchtdioden, links Leuchtdioden in einer 7-Segment-Anzeige