Überall ist von LEDs die Rede, aber was ist das eigentlich? Wir werden alltäglich mit LEDs und LED-Lampen konfrontiert, ohne es überhaupt zu bemerken. LED-Leuchtmittel sind beispielsweise in Ampeln oder Bildschirmen verbaut, aber natürlich auch in LED-Lampen. Obwohl wir täglich LEDs nutzen und sehen, ist die LED-Funktionsweise den meisten nicht bekannt.  In diesem Blogbeitrag erkläre ich Dir was LED bedeutet, wie die Leuchtmittel funktionieren und welche Vorteile sie gegenüber anderen Leuchtmitteln haben.

LED Funktionsweise und Aufbau

LED ist eine Abkürzung und steht für Lichtentsendende Diode bzw. Lichtemittierende Diode (Light Emitting Diodes). Der Name ist nicht das Spannende, sondern die LED-Funktionsweise. LEDs sind nämlich winzige Elektronik-Chips, die durch Spannung Licht erzeugen. Aber wie genau funktionieren LEDs? Um die LED-Funktionsweise zu verstehen, sind die verschiedenen Bestandteile sowie deren Aufbau hilfreich. Zunächst also die wichtigsten Bestandteile einer LED im Überblick:

• Chip bzw. Halbleiterkristall
• Reflektorwanne
• Kathode
• Anode
• Bond Draht
• Kunststoffgehäuse

Die Funktionsweise im Detail

Eine Anode und eine Kathode bilden eine Diode, in unserem Fall eine Leuchtdiode. Damit der Stromfluss zwischen beiden Leitern gewährleistet ist, sind sie mit dem Bonddraht verbunden. Die Kathode, eine negativ geladene Elektrode, ist mit einem Chip und einer Kunststofflinse ausgestattet, wodurch die Lichtverteilung im gesamten Raum und der Schutz des Chips gewährleistet wird. Dieser Chip wird zur Lichterzeugung genutzt und ist eingebettet in eine Reflektorwanne, damit die größtmögliche Lichtausbeute erzielt wird. Dieser Elektrochip ist ein Halbleiterkristall, der wiederum aus zwei Halbleitern bzw. Halbbleiter-Verbindungen besteht. Davon weist eine einen Überschuss an Elektronen auf und die zweite einen Überschuss an Defektelektronen, sogenannte Elektronenlöchern. Am Stromnetz angeschlossen genügt eine geringe Spannung, damit die Elektronen wandern. Deren unterschiedliche Dotierung sorgt bei einem Überschuss von positiven oder negativen Ladungsträgern bei Stromzufuhr zu einer Reaktion der Elektronen. Dadurch wird Energie freigesetzt und Licht in Form von Photonen emittiert.

Vereinfacht ausgedrückt bedeutet das, dass die positiven Elektronen umherwandern und in die negativen Löcher fallen. Dadurch fließt Strom zwischen den beiden Halbleitern, denn die Elektronen setzen Energie ausgedrückt durch Lichtblitze frei. Diese Funktionsweise von LEDs bringt die LED-Lampen zum Leuchten. Sie entsendet Licht bzw. emittiert es, wodurch die Leuchte ihren Namen hat. LEDs funktionieren auf der Basis von Spannung und Strom. Durch die elektrische Spannung wird elektromagnetische Strahlung in Form von Licht emittiert. Das Prinzip nennt man Elektrolumineszenz. Um eine LED-Lampe zum Leuchten zu bringen ist also kein Glühen von Drähten mehr notwendig.

Zusätzlich wird heute ein Kühlkörper in der Leuchte mitverbaut, wodurch die Lebensdauer verlängert wird. Da die Diode aus Halbleitern besteht, wird der Strom nur in eine Richtung geleitet. Der Halbleiter leitet den Strom nur in eine Richtung. Bei LEDs ist die Richtung von der Anode aus hin zu dem Chip. Die Halbleiter und Dioden sind in der Regel sehr klein und können daher auch in schmalen Leuchten verbaut werden. Dünne LED-Streifen sind durch die kleine Bauweise möglich und sehr beliebt, um den Raum indirekt zu beleuchten.

Arten von LEDs

Mittlerweile gibt es eine beinahe unzählige Menge an LED-Lampen. Das hängt auch damit zusammen, dass fast alle Hersteller die Technologie der LEDs auf die „früheren“ Fassungen anpassen. Bei Glühbirnen und Halogenlampen sind die gebräuchlichen Fassungen beispielsweise E14, E27, GU9 und vieles mehr. Wenn Du mehr über Lampenfassungen erfahren willst, sieh Dir gerne unseren entsprechenden Blogbeitrag zum Thema an. Das Praktische daran ist, dass Du deine LED-Leuchtmittel in Deine vorhandenen Lampen und deren Fassungen einsetzen kannst, ohne die gesamte Lampe zu wechseln. Diese LEDs nennt man auch Retrofit LED, da sie in „veraltete“ Fassungen passen.Andererseits gibt es auch direkt verbaute LEDs. Die gängigsten Arten sind wohl COB-LEDs, High-Power und Low Power LEDs, DIP LEDs und SMD-LEDs. Letztere ist beispielsweise recht großflächig und eignet sich daher für Deckenleuchten. COB-LEDs hingegen sind sehr schmal und flach.

Lebensdauer LED

Durch die moderne Technik und ohne das Glühen von Draht sind LEDs langlebiger als gewöhnliche Leuchtmittel. Bei richtigem Gebrauch musst Du die LED nicht austauschen. Dies gilt allerdings nur für hochwertige LED-Leuchtmittel. Die jeweilige Lebensdauer ist meist auf der Verpackung oder in den Produktdetails angegeben. Die meisten LED-Lampen schaffen mittlerweile über 100.000 Stunden. Danach ist Deine LED nicht einfach aufgebraucht, sie leuchtet jedoch nur noch mit etwa 70 oder 80% der ursprünglichen Leuchtkraft. Zum Vergleich: Eine Glühbirne sollte maximal 1.000 Stunden brennen, ehe Du sie ersetzt. Energiesparlampen etwa 30.000 bis 100.000 Stunden, wonach sie dann aber hinüber sind.

Das gibt es zu beachten

Bei Spots, die vorher durch Niedervolt-Halogen betrieben wurden, solltest Du darauf achten, ob der verbaute Trafo auch mit der LED-Technik umgehen kann. Zu den Fassungen gehören GU10, GU9 oder GU4 bzw. GU40. Beim Kauf einer neuen Lampe wirst Du auf die Wattanzahl stoßen. Achtung: Diese gilt nicht für LED-Leuchtmittel. LEDs benötigen im Vergleich zu gewöhnlichen Leuchtmitteln weniger Watt bei gleichem Licht. Die Helligkeit wird in Lumen gemessen, sagt also etwas über die Lichtleistung Deines Leuchtmittels aus. In dieser Tabelle habe ich Dir die gängigsten Helligkeitsstufen aufgeführt:

25 Watt	230 Lumen
40 Watt	430 Lumen
60 Watt	730 Lumen
100 Watt	1380 Lumen

LED Funktionsweise Farbwechsel

Heute beinhalten die meisten LED eine Farbwechsel Funktion. Aber wie funktioniert das? Die Lichtfarbe einer LED ist abhängig von dem Material der Halbleiter. So führt Aluminiumgalliumarsenid zu langewilligem rotem Licht, Galliumphosphid deckt einen großen Bereich von Rot über Orange und Gelb bis zu Grün ab, während Grün bis ultraviolettes Licht mit Galliumnitrid oder Indium Galliumnitrid realisiert werden. Die Funktion des Farbwechsels von LEDs wird mittels mehrerer LEDs in einem Gehäuse realisiert. Wird eine Farbe ausgewählt, leuchten diejenigen LEDs, die im Zusammenspiel die gewünschte Farbe erzeugen.

Das „Problem“ besteht tatsächlich in der Erzeugung von weißem Licht, denn weißes Licht existiert im Farbspektrum nicht. Daher wird Licht aus gleichmäßigen Anteilen aller Farbe gemischt, um weißes Licht zu erhalten. Die Vermischung roter, grüner und blauer LEDs führt zu Weiß. Da dies teuer ist, werden heute ausschließlich weiße LEDs durch blaue Chips realisiert. Der Farbstoff Phosphor verwandelt das Licht in langweiliges, gelbliches Licht, das in Verbindung mit dem blauen Chip weiß erscheint. Aus diesem Grund sind LED-Leuchtmittel mit Farbwechsel in der Regel teurer, als ausschließlich weiße.

Vorteile der Funktion von LEDs

• LEDs sparen im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtmitteln bis zu 80% an Energie ein
• durch die vielen Fassungen und Sockel kannst Du nahezu jedes Leuchtmittel durch eine LED ersetzen
• es kommt zu keiner unnötigen Erhitzung durch das Glühen von Drähten
• die Leuchtmittel sind besonders langlebig
• die Licht-Emittierung hat keine lange Anlaufphase
• kleine Bauform realisiert auch schmale LED-Streifen und Spots
• sie enthalten keine Giftstoffe wie Quecksilber

Nachteile von LEDs

• höhere Anschaffungskosten im Vergleich zu Glühbirnen und Halogen-Leuchtmitteln
• häufig festverbaute Leuchtmittel, wodurch kein Austausch möglich ist

Mein Fazit zur LED Funktionsweise

LEDs sind mittlerweile aus der Beleuchtung nicht mehr wegzudenken. Das liegt an ihrer Funktionsweise und den daraus resultierenden Vorteilen. Trotz höherer Anschaffungskosten gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln sparen LEDs eine Menge Energie und sind somit schonend für den Geldbeutel und nachhaltiger. Die moderne Technik hinter LED-Leuchtmitteln ist im ersten Moment gar nicht so einfach zu verstehen. Ich hoffe, ich konnte Dir die LED-Funktionsweise verständlich erklären! ☺