Prinzipien von LED-Lichtprodukten

LED (Light Emitting Diode) ist ein Festkörper-Halbleiterbauelement, das elektrische Energie in sichtbares Licht umwandeln kann. Es kann Strom direkt in Licht umwandeln. Das Herzstück einer LED ist ein Halbleiterchip, dessen eines Ende an einer Halterung befestigt ist, wobei ein Ende die negative Elektrode darstellt und das andere Ende mit der positiven Elektrode einer Stromversorgung verbunden ist, sodass der gesamte Chip in Epoxidharz eingekapselt ist.

Ein Halbleiterchip besteht aus zwei Teilen, einem ist ein Halbleiter vom P-Typ, in dem Löcher dominieren, und der andere ist ein Halbleiter vom N-Typ, in dem Elektronen dominieren. Wenn diese beiden Halbleiter jedoch verbunden werden, entsteht zwischen ihnen ein PN-Übergang. Wenn der Strom durch den Draht fließt und auf den Chip einwirkt, werden Elektronen in Richtung P-Bereich gedrückt, wo sie mit Löchern rekombinieren und Energie in Form von Photonen abgeben. Das ist das Prinzip vonLED-LichtEmission. Die Wellenlänge des Lichts, auch Lichtfarbe genannt, wird durch das Material bestimmt, das den P-N-Übergang bildet.

LEDs können direkt rotes, gelbes, blaues, grünes, blaues, orangefarbenes, violettes und weißes Licht ausstrahlen.

Ursprünglich wurde LED als Anzeigelichtquelle für Instrumente und Messgeräte verwendet. Später wurden verschiedenfarbige LEDs in großem Umfang in Verkehrssignalen und Großflächenanzeigen eingesetzt, was zu großen wirtschaftlichen und sozialen Vorteilen führte. Am Beispiel der roten 12-Zoll-Ampel in den USA wurde ursprünglich eine 140-Watt-Glühlampe mit langer Lebensdauer und geringer visueller Effizienz als Lichtquelle verwendet, die 2000 Lumen weißes Licht erzeugte. Nach dem Durchgang durch den Rotfilter beträgt der Lichtverlust 90 %, so dass nur noch 200 Lumen rotes Licht übrig bleiben. In der neu gestalteten Lampe verwendet Lumileds 18 rote LED-Lichtquellen inklusive Schaltungsverlusten, die insgesamt 14 Watt Strom verbrauchen und den gleichen Lichteffekt erzeugen. Auch Kfz-Signalleuchten sind ein wichtiges Einsatzgebiet für LED-Lichtquellen.

Für die Allgemeinbeleuchtung benötigen Menschen mehr weiße Lichtquellen. Die Entwicklung von LEDs, die weißes Licht emittieren, war 1998 erfolgreich. Dieser LED-Typ wird durch die gemeinsame Verkapselung von GaN-Chips und Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) hergestellt. GaN-Chip emittiert blaues Licht (λ). Das durch Hochtemperatursintern hergestellte YAG-Fluoreszenzpulver mit Ce3+ (p=465 nm, Wd=30 nm) emittiert gelbes Licht, nachdem es durch dieses blaue Licht angeregt wurde, mit einem Spitzenwert von 550 nLED-LichtM. Das Blaulicht-LED-Substrat ist in einem schalenförmigen Reflektorhohlraum installiert, der mit einer dünnen Harzschicht, gemischt mit YAG, etwa 200–500 nm, bedeckt ist. Das vom LED-Substrat emittierte blaue Licht wird vom fluoreszierenden Pulver absorbiert und ein anderer Teil des blauen Lichts wird mit dem vom fluoreszierenden Pulver emittierten gelben Licht gemischt, um weißes Licht zu erhalten.

Bei weißen InGaN/YAG-LEDs können durch Änderung der chemischen Zusammensetzung des YAG-Leuchtstoffs und Anpassung der Dicke der Leuchtstoffschicht verschiedene Farben weißen Lichts mit einer Farbtemperatur von 3500–10000 K erhalten werden. Diese Methode zur Erzeugung von weißem Licht durch blaue LEDs ist aufgrund ihres einfachen Aufbaus, der geringen Kosten und der hohen technologischen Reife weit verbreitet.