LEDs als moderne Lichtquellen für fast alle Beleuchtungszwecke

Die LED setzt auf eine komplett andere Art der Lichterzeugung als die klassische Glühlampe oder eine Energiesparlampe mit einer Leuchtstoffröhre. Das Licht wird in einem Halbleiterchip erzeugt, und das auf höchst effiziente Art und Weise und ohne die sonst so starke Wärmeentwicklung.

Weniger Hitzeentwicklung als andere Leuchtmittel

Bei einer herkömmlichen Glühlampe oder einer Halogenlampe entsteht neben dem eigentlichen Licht hauptsächlich eines: Hitze. Genau hier kann die Leuchtdiode als moderne Lichtquelle ihre Vorteile ausspielen. Sie emittiert Licht (LED = light emitting diode = Licht emittierende Diode), wenn das Halbleitermaterial von einem elektrischen Strom durchflossen wird, ganz im Gegensatz zu einer herkömmlichen Diode, welche wie die LED den Strom übrigens ebenfalls nur in einer Richtung fließen lässt. In der Lichttechnik bezeichnet man diesen Vorgang als Elektrolumineszenz. In modernen Leuchtmitteln wie beispielsweise LED-Strahlern, LED-Lampen im klassischen glühlampenförmigen Gehäuse oder in Form einer Hintergrundbeleuchtung für Bildschirme werden in der Regel viele LEDs zu einer Beleuchtungseinheit zusammengefasst, da eine einzelne LED in der Regel keine so große Lichtstärke erzeugen kann. Dabei hat die LED gerade in den letzten Jahren erheblich an Leuchtkraft und damit auch an ihrer Bedeutung als Leuchtmittel gewonnen.

Werkstoffe und Farben bei modernen LEDs

Anders als bei Glühlampen, welche mit beliebigen Farben lackiert werden können, hängt bei den LEDs die Leuchtfarbe im Wesentlichen von den verwendeten Halbleitermaterialien ab. Aus diesem Grunde gab es auch zunächst nur LEDs mit bestimmten Leuchtfarben. Blaue LEDs gab es zum Beispiel eine sehr lange Zeit gar nicht, da die hierfür benötigten Materialien erst später als geeignete Halbleitermaterialien für die Bauteile entdeckt wurden und eingesetzt werden konnten. Heute sind LEDs in allen denkbaren Farben erhältlich, von verschiedenen Rottönen über Orange, Gelb, Grün und Blau bis hin zu Violett und Weiß.

Infrarot-, Ultraviolett- und RGB-LEDs

Auch LEDs mit Infrarotlicht oder ultravioletter Strahlung können hergestellt werden. In vielen Bereichen werden auch LEDs eingesetzt, die verschiedene Halbleiterchips in einem Gehäuse enthalten und durch die Kombination verschiedener LEDs nahezu alle möglichen Farben des RGB-Farbraumes erzeugen können. Oft werden diese LEDs in Objekten für Dekorationszwecke eingesetzt, beispielsweise mit automatischen Farbwechseln. Spezial-LEDs mit Infrarotlicht beispielsweise kommen schon seit sehr langer Zeit in Fernbedienungen zum Einsatz, wo sie mithilfe von Infrarotlicht die Schaltbefehle von der Fernbedienung zum Empfänger (beispielsweise einem Fernsehgerät) übertragen. Als Empfänger dienen wiederum lichtempfindliche Halbleiterbauteile in Form von Fotodioden oder Fototransistoren.

Von den ersten LEDs bis zu modernen blauen und weißen LEDs

Eine sehr lange Zeit lang gab es LEDs ausschließlich in den Farben Rot, Gelb und Grün. Blaue oder gar weiße LEDs gab es noch vor wenigen Jahrzehnten gar nicht zu kaufen. Erst etwa Ende der achtziger bzw. Anfang der neunziger Jahre kamen die ersten LEDs mit blauer Leuchtfarbe auf den Markt. Allerdings lies deren Helligkeit anfangs noch stark zu wünschen übrig. Weiße LEDs gab es noch später. Aber erst mit diesen Bauteilen wurde die LED für die meisten Beleuchtungszwecke erst interessant, natürlich nur bei einer erheblichen Weiterentwicklung der Leuchtstärke, die aber in den folgenden Jahren rasant zunehmen sollte. Ab dem Anfang der zweitausender Jahre stieg die Leuchtkraft innerhalb kürzester Zeit sehr stark an, weshalb die LED sich neue Einsatzgebiete sichern konnte wie etwa Beleuchtungszwecke, am Anfang hauptsächlich als Hintergrundbeleuchtung für Displays in unterschiedlichen Leuchtfarben. Schließlich konnte die Leuchtstärke soweit erhöht werden, so dass erstmalig auch Einsatzgebiete als richtige Leuchtmittel und als Glühlampenersatz möglich wurden.

Der Energiebedarf und die Leuchtkraft im Vergleich mit der Glühlampe

Der Hauptvorteil einer LED gegenüber einer klassischen Glühlampe besteht darin, dass die LEDs bzw. mit LEDs bestückte Leuchtmittel über eine wesentlich höhere Lichtausbeute verfügen als herkömmliche Glühlampen. Sie gelten als etwa zehn- bis zwölfmal so effizient wie Glühlampen und immer noch deutlich effizienter als Leuchtstoffröhren oder Halogenlampen. Mit der Einführung von mit LEDs bestückten Leuchtmitteln musste die Lichtstärke bzw. der Lichtstrom oder die Leuchtkraft etwas anders definiert werden. Bei den herkömmlichen Glühlampen wurde in der Regel die Leistung in Watt angegeben. Allerdings ist diese Angabe bei einer LED nur wenig aussagekräftig in bezug auf die tatsächliche Lichtleistung. Folgende Begriffe haben sich inzwischen eingebürgert:

der Lichtstrom in Lumen (abgekürzt lm)
die Beleuchtungsstärke in Lux

Der Lichtstrom einer LED

Interessant ist vor allem der Lichtstrom, der in Lumen (lm) angegeben wird. Er wird in der Regel verwendet, um die Leuchtstärke einer LED zu klassifizieren. Als Vergleich dient wieder die gute alte Glühlampe, welche bei einer Leistung von 40 W einen Lichtstrom von etwa 430 lm erzeugt. Ein Leuchtmittel mit LEDs, welches den gleichen Lichtstrom erzeugt, ist von seiner Leuchtstärke her vergleichbar mit einer Glühlampe, die eine Leistung von 40 W hat. Dieser Lichtstrom kann also als Vergleich genommen werden, um Aussagen über die Leuchtkraft von LEDs zu treffen.

Die Lebensdauer und die deutlich geringere Hitzeentwicklung

Die wesentlich geringere Wärmeentwicklung wurde bereits angesprochen. Sie rührt daher, dass eine LED einen wesentlich höheren Wirkungsgrad hat, also wesentlich größere Anteile der ihr zugeführten elektrischen Leistung im Licht umwandelt, statt in Wärme. Schließlich besitzt eine Glühlampe einen Glühfaden, der zunächst einmal Hitze erzeugt, die so hoch ist, dass schließlich das sehr starke Glühen zur Lichterzeugung genutzt werden kann. Die LED funktioniert komplett anders und nutzt wesentlich mehr Energie zur Lichterzeugung. Allerdings entsteht auch hierbei etwas Wärme, die gegebenenfalls durch einen Kühlkörper abgeleitet werden muss, genauso wie bei anderen Halbleiterbauteilen wie beispielsweise Transistoren auch. Ein wesentlicher Punkt ist aber auch die Lebensdauer, die bei einer LED in der Regel wesentlich höher ist als bei einer Glühlampe. Außerdem brennt eine LED nur selten mit einem Schlag durch. Vielmehr nimmt deren Leuchtstärke im Lauf der Zeit kontinuierlich ab. Sie gilt meist dann als defekt, wenn die Leuchtstärke um mehr als die Hälfte gesunken ist.

Einsatzbereiche moderner LED-Leuchtmittel

LEDs kommen heute fast überall dort zum Einsatz, wo früher ausschließlich Glühlampen oder Halogenlampen sowie Leuchtstofflampen eingesetzt werden konnten. Hier sind einige mögliche Einsatzgebiete:

  • Hintergrundbeleuchtungen für Displays
  • Leuchtmittel für Raumbeleuchtungen
  • Beleuchtungseinrichtungen in Kraftfahrzeugen
  • Beleuchtungen für Projektoren und Beamer
  • Ampeln sowie sonstige Verkehrseinrichtungen
  • Beleuchtungen für Schilder
  • Straßenbeleuchtungen
  • Kontrollleuchten
  • Leuchtschriften und Leuchtanzeigen (beispielsweise Laufschriften und Reklameanzeigen)

Die LED und die Energiewende

Heute ist ein sparsamer Umgang mit Ressourcen und Energien angesagt. Deswegen muss elektrischer Strom möglichst durch erneuerbare Energien erzeugt werden. Genauso geht es aber auch darum, die zur Verfügung stehende elektrische Energie möglichst effizient zu nutzen. Dazu gehört es auch, energiefressende Leuchtmittel gegen energiesparende Beleuchtungseinrichtungen auszutauschen. Hierbei kann die LED einen großen Beitrag leisten, indem Sie den Energieverbrauch von Beleuchtungsmitteln wesentlich senkt. Dies ist auch der Grund dafür, dass sie in immer mehr Bereichen eingesetzt wird. Ein gutes Beispiel ist die klassische Glühlampe, welche sie in vielen Bereichen weitgehend abgelöst hat. Aber auch andere Einsatzgebiete wie beispielsweise Hintergrundbeleuchtungen für Fernsehgeräte und Monitore konnte sich die LED in den letzten Jahren erschließen. Alleine durch die Hintergrundbeleuchtung mit LEDs kann der Energieverbrauch der Geräte oft um mehr als die Hälfte gesenkt werden, da die Beleuchtung bei diesen Fernsehgeräten meistens den größten Energieverbrauch hat.

Fazit: Ohne leistungsfähige LEDs wäre die moderne Beleuchtungstechnik nicht in der Form denkbar, wie wir diese heute kennen. In vielen Bereichen konnte sie andere Leuchtmittel ersetzen, und das mit einer längeren Haltbarkeit und einem wesentlich geringeren Energieverbrauch. Die Energiewende ohne die LED wäre kaum denkbar, weshalb sie heute zu einem allgegenwärtigen Leuchtmittel geworden ist, das überall anzutreffen ist, sei es im Haushalt, im Verkehr oder in den meisten Geräten der Unterhaltungselektronik.

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