Wissenswertes zur Leuchtdiode (LED)

Strahler mit Leuchtdioden
Strahler mit Leuchtdioden

Die Leuchtdiode, kurz LED, hat eine lange Entwicklungszeit durchlebt, bis sie zu dem Leuchtmittel wurde, das heute jeder kennt.


Früher wurden Leuchtdioden hauptsächlich für Anzeigezwecke verwendet. Als Kontrolllampen zum Beispiel konnten sich Leuchtdioden wegen ihres geringen Stromverbrauchs und ihrer langen Lebensdauer schnell durchsetzen und die bis dahin verwendeten Glühlampen aus diesem Bereich nahezu verdrängen. Anschließend folgten Leuchtanzeigen mit Ziffern, die anfangs hauptsächlich für Uhren und später für Leuchtziffern in Messgeräten und anderen Geräten der Unterhaltungselektronik verwendet wurden. Oft wurde daher der Begriff digital häufiger mit eben diesen LED-Anzeigen in Verbindung gebracht.

 

Die ersten Versuche mit leuchtenden Halbleitern

Im Jahr 1907 stellte Henry Joseph Round zum ersten Mal eine Lichtemission von anorganischen Stoffen fest. Bei den Stoffen handelte es sich um sogenannte Halbleiter, die den Strom in einer Richtung gut leiten, in der Gegenrichtung den Stromfluss nahezu verhindern. Dieser Halbleitereffekt war zwar schon bekannt, aber eine Ausstrahlung von Licht beim stromdurchflossenen Halbleiter dagegen nicht. Dieses Phänomen war neu. In der damaligen Zeit tat man sich allerdings sehr schwer mit einer Erklärung dieser Tatsache. Schließlich war man noch nicht in der Lage, die Halbleitertechnik so zu nutzen, wie dies einige Jahrzehnte später möglich sein sollte, und es vergingen viele Jahre, bis man diese Lichtemission beim stromdurchflossenen Halbleiter weiterentwickeln und für praktische Zwecke nutzen konnte.

 

Der Transistor und seine Bedeutung für die Entwicklung der LED

Die Erfindung des Transistors im Jahre 1949 war zweifelsohne ein Riesenschritt bei der Entwicklung der gesamten Halbleitertechnik. Aber auch für die Erfindung der Leuchtdiode spielt er eine ganz entscheidende Rolle. Durch ihn gelang es erstmals, die Lichtemission bei Halbleitern zu erklären, was man als Durchbruch für die Entwicklung der Leuchtdiode ansehen kann. Ab 1957 wurde sich dann bei der Erforschung der Lichterzeugung ganz auf die Halbleiter konzentriert. Dabei stand die Erzeugung sichtbaren Lichts im Vordergrund. Dadurch war man dann auf dem richtigen Weg, wie sich kurze Zeit später herausstellen sollte. Bis zur ersten LED vergingen dann nur noch ein paar Jahre.

 

Die erste LED und ihre Weiterentwicklung

Im Jahre 1962 war es dann endlich soweit: Die erste Leuchtdiode wurde hergestellt. Mit ihr begann eine Entwicklung, die bis heute reicht und die immer noch nicht zu Ende ist. Die ersten LEDs leuchteten rot bis gelblich. Dies lag an den verwendeten Halbleitermaterialien, die für die Lichtfarbe ausschlaggebend sind. Die Lichtausbeute war damals jedoch noch sehr gering. Erst mit der Verbesserung der Halbleiterschichten und der Reduzierung von Verunreinigungen durch weiterentwickelte Herstellungsverfahren konnte die Lichtstärke in den folgenden Jahren auf ein Vielfaches erhöht werden. Diese Fortschritte und die Erweiterung der Leuchtfarben auf grün in den 1970er Jahren machte die LED dann interessant für erste kommerzielle Verwendungen.

Die LED findet erste Verwendung in den 1970er Jahren

In den Siebzigern war es dann soweit: Die ersten Geräte wurden mit LEDs als Anzeigelampen versehen. Dann kam sehr schnell noch eine weitere Verwendung dazu. Erstmals wurden auch Ziffernanzeigen mit Leuchtdioden hergestellt, die bis dahin die hauptsächlich verwendeten sogenannten Nixieanzeigen vom Markt verdrängten, welche ähnlich wie Elektronenröhren arbeiten und sehr hohe Betriebsspannungen benötigen. Auch Messgeräte wurden erstmals mit LED-Anzeigen statt Zeigerinstrumenten ausgestattet. Vielen noch bekannt sein dürften auch Armbanduhren mit LED-Anzeigen, die wegen ihres hohen Batterieverbrauchs keinen allzu großen Erfolg auf dem Markt hatten. Bei Radioweckern aber ersetzten sie die bis dahin gern verwendeten Klappzahlen immer häufiger. Auch wurden bei Fernsehern gern die Programmziffern mit LED-Anzeigen versehen, was auch bis in die späten achtziger Jahre so bleiben sollte.

Die 1980er und die ersten blauen LEDs

Während die Lichtausbeute von Leuchtdioden auch in den 1980er Jahren noch weitere Fortschritte machte, waren die Farben von Leuchtdioden immer noch auf rot, orange, gelb und grün beschränkt. Lange Zeit gelang es nicht, blau leuchtende LEDs herzustellen, während zum Beispiel Infrarot-LEDs mittlerweile schon für Fernbedienungen eingesetzt wurden. Erst 1988 gelang dies dann durch die Verwendung eines anderen Halbleiters. Dies machte auch eine ganz besondere Bauform der LED möglich, die sogenannte RGB-LED, die mehrere LED-Chips in den Grundfarben Rot, Grün und Blau enthielt und mit der alle Farben des Spektrums erzeugt werden konnten. Diese RGB-LEDs brauchten allerdings noch zwei blaue LED-Chips, da die Lichtausbeute von blauen LEDs im Vergleich zu Rot und Grün eher bescheiden war.

Superhelle, weiße LEDs und LED-Taschenlampen in den 1990ern

Die weitere Verbesserung der Lichtstärke und die Entwicklung weiß leuchtender LEDs in den Neunzigern machten Leuchtdioden für völlig andere Verwendungszwecke interessant. Erstmals wurden zum Beispiel Taschenlampen mit Leuchtdioden bestückt. Diese sind bis heute immer beliebter geworden, da sie keine durchbrennenden Glühlampen mehr enthalten, sondern mehrere LEDs, die eine sehr hohe Lichtstärke besitzen. Diese ist so hoch, dass man nicht in den Lichtstrahl schauen darf, da dies zu Verbrennungen der Netzhaut führt.

 

Die LED heute

Der Hauptfortschritt der Leuchtdioden besteht heute im Wesentlichen in der erreichbaren Lichtstärke, die mittlerweile einen Wert von mehr als 200 Lumen pro Watt erreicht hat. Nur zum Vergleich: Im Jahr 1962, bei der ersten LED also, lag diese bei 0,1 Lumen pro Watt. Dieser Wert konnte also auf das mehr als 2.000-fache erhöht werden. Daher ist es auch kein Wunder, dass heute schon LED-Strahler erhältlich sind, die Halogenlampen ersetzen, aber nur einen Bruchteil der Energie von ihnen verbrauchen. Auch Rückleuchten für Fahrzeuge oder Verkehrsampeln werden heute schon mit Leuchtdioden bestückt. Wer weiß, wie die Entwicklung noch weitergeht. Die Möglichkeiten und die Anwendungsgebiete wachsen ständig.

Text und Bilder: Gerd Weichhaus

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