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LED

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LED Light Emitting Diode bedeutet Licht Emittierende Diode und verdrängen in der Lichttechnik in vielen Bereichen die bisher verwendeten thermischen Glühlampen und sogar teilweise die Energiesparlampen.


LEDs.jpg

Technik

Das Leuchten wird erreicht, indem durch das Halbleitermaterial ein konstanter Strom geleitet wird. Die Leuchtdiode verhält sich prinzipiell wie eine normale Diode, so dass der Stromfluss nur in eine Richtung erfolgen kann. Erstmalig wurde die LED im Jahre 1962 vorgestellt. Lag die Lichtausbeute der ersten LEDs bei ca. 0,1 Lumen, so können die heutigen LEDs mit dem 100-fachen und mehr aufwarten. Die Entwicklung profitierte dabei durch eine entwicklungsbedingte Qualitätssteigerung der Halbleiterherstellung. Wurden Anfangs LEDs in den sichtbaren Farben Rot, Gelb und Grün, sowie im nicht sichtbaren Spektrum Infrarot hergestellt, können heute nahezu alle Farben produziert werden.


Eigenschaften

Karakteristische Eigenschaften von LEDs sind:


Genutzte Halbleiter

Um die Farben der LEDs zu realisieren, werden verschiedene Halbleiter verwendet. Es ändert sich dadurch nicht nur die Versorgungsspannung, sondern auch die Lichtstärke der LED. In der folgenden Tabelle sind einmal die wichtigsten Farben dargestellt:


LED-Farben und genutzte Halbleiter

LED-Farbe
Farbe
LED-Stromfluss
LED-Spannung normal
eingesetzte Halbleiter
typ. Lichtstärke mcd
Amber
40 mA
2,0 Volt
InGaAIP
Indium-Gallium-Aluminum-Phosphid
1800
Blau
30 mA
3,3 Volt
InGaN
Indium-Gallium-Nitrid
800
Gelb
20 mA
2,1 Volt
GaAsP
Gallium-Arsenid-Phosphid
18
Grün
20 mA
2,1 Volt
GaP
Gallium-Phosphid
18
RGB
rot
grün
blau
20 mA
R = 2,0 Volt
G = 2,2 Volt
B = 4,0 Volt
GaAsP/GaP
GaP
GaN
R = 50
G = 30
B = 40
Rot
20 mA
2,3 Volt
GaP
Gallium-Phosphid
4,5
Pink
20 mA
3,6 Volt
Ga(i)N
Gallium-Nitrid
1000
Türkis
20 mA
3,8 Volt
InGaN
Indium-Gallium-Nitrid
2000
Ultraviolett
nicht sichtbar
20 mA
3,8 Volt
InGaN
Indium-Gallium-Nitrid
160
Violett
20 mA
3,6 Volt
Ga(i)N
Gallium-Nitrid
1000
Weiß
20 mA
3,6 Volt
GaInN
Gallium-Indium-Nitrid
2000


Abstrahlwinkel

Der Abstrahlwinkel ist bei LEDs beschränkt. Eine Standard-LED besitzt aufgrund ihrer Bauart einen Abstrahlwinkel von ca. 30° bis 60°. Für spezielle Anwendungen können z.B. Linsen zur Bündelung oder Streuung eingesetzt werden (Beispiel: LED-Display).


Matt oder klar

Ob eine LED in matt oder klar benötigt wird, ist vom Einsatzgebiet der LED abhängig. Eine matte LED besitzt aufgrund der Berechung des Lichts, einen größeren Abstrahlwinkel (Beispiel: Signal-LED), wobei eine klare LED seine Lichtenergie gezielt in eine Richtung entlädt (Beispiel: LED-Taschenlampe).


High Power LED

Wurden in der Vergangenheit LEDs in der Beleuchtungstechnik vornehmlich als Design- und Dekorationselement eingesetzt, so haben LEDs mittlerweile den gleichen Stellenwert wie herkömmliche Beleuchtungsmittel in der Lichttechnik erreicht. Neben den Vorteilen der langen Lebensdauer und der Energieeffizienz sind es vor allem die Lichtleistungen, die diese LED-Modulreihe auszeichnet. Mittlerweile werden Leistungen bis zu 50 W erreicht. Doch Vorsicht, denn diese LED-Module werden extrem heiß. Da Temperaturen von über 150° erreicht werden können, ist für eine ausreichende Kühlung zu sorgen. Selbstverständlich sind diese LED-Module auch in den Farben rot, grün, blau, gelb, weiß und warmweiß erhältlich.

Die Spannungsversorgung wird über sogenannte Konstantstromquellen realisiert. Die Eingangsspannung kann zwischen 90 V und 264 V betragen, sodass am Ausgang zwischen 9 V und 30 V (je nach LED) zur Verfügung gestellt wird. Eine Konstantstromquelle liefert immer den gleichen Strom, der je nach Ausführung der Konstantstromquelle unterschiedlich hoch sein kann.


LED-Leuchtmittel

Auch im Haushalt und im Modellbau erfreut sich die LED immer größerer Beliebtheit. Nicht zuletzt durch den niedriegen Stromverbrauch und der extrem langen Haltbarkeit. LED-Leuchtmittel sind schon in den gängisten Lampenfassungen erhältlich. Leider sind LED-Leuchtmittel noch nicht so hell, dass sie 60-100 W Glühlampen ersetzen können. Da sie einen relativ kleineren Abstahlwinkel besitzen, werden sie hauptsächlich als LED-Strahler zur zielgerichteten Beleuchtung eingesetzt. In dem Thema Umrüsten von Halogen- auf LED-Leuchtmittel sind einige Informationen enthalten, die eine Umrüstung von Halogen- auf LED-Leuchtmittel vereinfachen sollen.


LED-Leuchtmittel Hochvolt

Bei den LED-Leuchtmittel für den 230 V-Bereich (E14, E27, GU10 usw.) befindet sich die Elektronik in der Lampenfassung. Diese ist auch verantwortlich dafür, ob eine LED-Leuchtmittel dimmbar ist oder nicht. Grundsätzlich sind nur LED-Leuchtmittel dimmbar, die eine dementsprechende Kennzeichnung besitzen. LED-Leuchtmittel für diesen Bereich können jede normale Glühlampe bequem ersetzen.


LED-Leuchtmittel Niedervolt

Da LED-Leuchtmittel im Niedervoltbereich (GU4, GX5,3 usw.) auch nur sehr wenig Strom verbrauchen, ist mit Halogen betrieben Strahlern ein Tausch nicht ohne weiteres möglich. Die Stromversorgung für Halogenlampen wird über einen Halogentrafo realisiert. Da dieser Halogentrafo in der Regel eine Mindestlast von 20 W benötigt und ein LED-Strahler nur um die 3 W Leistung besitzt, müssen schon mindestens 7 LED-Strahler angeschlossen werden, damit der Trafo funktioniert. Dafür sind spezielle LED-Trafos entwickelt worden, die bereits ab 0,5W Mindestlast arbeiten.


Bauformen

LED-Leuchtmittel sind in den verschiedensten Bauformen / Gehäusen zu erhalten. Die heutigen Geräte werden immer kleiner und handlicher. Der zur Verfügung stehende Raum in den Geräten wird dadurch immer geringer.




Vorwiderstandsberechnung

LEDs können nicht direkt an eine Betriebspannung angeschlossen werden. Entweder ist der Vorwiderstand für eine fest Betriebsspannung in der LED integriert oder dieser muss in Reihe mit der LED und der Betriebsspannung geschaltet werden.

Bei unterschreiten der LED-Spannung gibt es Schaltungskombinationen in denen der Vorwiderstand entfallen kann. Dies ist aber eine Besonderheit und nicht die Regel.

Die für die Berechnung erforderlichen Werte der LED können aus den in unserem Online-Shop hinterlegten Datenblätter entnommen werden.

Die Berechnung des Vorwiderstands ist in dem Thema Vorwiderstandsberechnung genau beschrieben.


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