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LED Technik allgemein

Eine Leuchtdiode (auch Lumineszenz-Diode, englisch light-emitting diode, deutsch lichtemittierende Diode, LED) ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement. Fliesst durch die Diode Strom in Durchlassrichtung, so strahlt sie Licht, Infrarotstrahlung oder auch Ultraviolettstrahlung mit einer vom Halbleitermaterial und der Dotierung abhängigen Wellenlänge ab.

Anders als Glühlampen sind Leuchtdioden keine thermischen Strahler. Sie emittieren Licht in einem begrenzten Spektralbereich, das Licht ist nahezu monochromatisch. Deshalb sind sie beim Einsatz als Signallicht besonders effizient im Vergleich zu anderen Lichtquellen, bei denen zur Erzielung einer monochromen Farbcharakteristik Farbfilter den grössten Teil des Spektrums absorbieren müssen. Für die Verwendung von LEDs für allgemeine Beleuchtungszwecke werden meist blaue LEDs mit Leuchtstoffen kombiniert. (siehe Abschnitt Weisse LED)

Betrieb von LEDs:

LEDs können nicht wie Glühbirnen einfach an eine Spannung angeschlossen werden. Zum Betrieb einer LED ist immer eine Regelelektronik (Konstantstromquelle) nötig um den Betriebstrom zu steuern. Im einfachsten Fall ist dies bei kleinen Leistungen ein Vorwiderstand. Für einen energieeffizienten Betrieb wird jedoch meistens eine elektronische Regelung eingesetzt. Diese kann extern sein ( als stromgesteuertes Netzgerät) oder auch direkt eingebaut (Retrofit Leuchtmittel)

Manche Batterie-Leuchten betreiben LEDs direkt an Primärzellen - hier verlässt man sich auf einen ausreichend hohen Innenwiderstand der beigelegten Batterien.

Farbige LEDs:

Durch die gezielte Auswahl der Halbleitermaterialien und der Dotierung können die Eigenschaften des erzeugten Lichtes variiert werden. Somit können LEDs in verschiedenen Farben hergestellt werden.

Folgende Materialien kommen zur Anwendung:

Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) - rot (665 nm) und infrarot bis 1000 nm Wellenlänge Galliumarsenidphosphid (GaAsP) und Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) - rot, orange und gelb Galliumphosphid (GaP) - grün Indiumgalliumnitrid (InGaN)/Galliumnitrid (GaN) - Ultraviolett, Violett, blau und grün Weisse LEDs sind meistens blaue LEDs mit einer davor befindlichen Fluoreszenz-Schicht, die als Wellenlängen-Konverter wirkt (siehe Abschnitt Weisse LED).

Weisse LEDs:

Um mit Leuchtdioden weisses Licht zu erzeugen, kommen verschiedene Verfahren zur additiven Farbmischung zum Einsatz. Die meisten dieser Verfahren erzeugen aber keine befriedigende weisse Farbe.

Für Beleuchtungszwecke wird deshalb fast immer eine blaue LED mit nur einem gelben Leuchtstoff kombiniert, meist Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat-Pulver. Da blaue LEDs den höchsten Wirkungsgrad haben (UV-LEDs hingegen weniger als die Hälfte) und der Blauanteil sichtbar ist, ist das die wirtschaftlichste Methode, weisses Licht per LED zu erzeugen. Der Ultraviolett-Anteil, den blaue LEDs am kurzwelligen Ausläufer ihres Strahlungsspektrums aussenden, wird durch die Fluoreszenzschicht ebenfalls weitgehend in gelbliches Licht umgewandelt.

Lebensdauer:

Als Lebensdauer (Licht-Degradation) einer LED wird die Zeit bezeichnet, nach der die Lichtausbeute auf die Hälfte des Anfangswertes abgesunken ist. Leuchtdioden werden nach und nach schwächer, fallen aber in der Regel nicht plötzlich aus. Die Lebensdauer hängt vom jeweiligen Halbleitermaterial und den Betriebsbedingungen (Wärme, Strom) ab. Hohe Temperaturen (gewöhnlich durch hohe Ströme) verkürzen die Lebensdauer der LEDs drastisch. Die angegebene Lebensdauer reicht von einigen hundert Stunden bei älteren 5-Watt-LEDs bis zu über 100.000 Stunden bei mit niedrigen Strömen betriebenen LEDs. Aktuelle Hochleistungs-LEDs werden, um eine maximale Lichtausbeute zu erreichen, oft an Arbeitspunkten betrieben, bei denen ihre Lebensdauer bei 15.000 bis 30.000 Stunden liegt. Die von den Herstellern angegebene Leuchtdauer bezieht sich in der Regel auf die Anzahl der Betriebsstunden, bis die Leuchte noch mit 70 % der ursprünglichen Leuchtkraft arbeitet.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode