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LEDs in verschiedenen Farben

Elektrisches Symbol einer LED, mit dem auf der linken Seite Anode ( ) und rechts die Kathode (-)

Aufbau einer LED
1. Linse aus Epoxidharz (Gehäuse)
2. Drahtverbindung
3. Reflektor
4. Halbleiterkristall
5. Amboss
6. unterstützen
7. Rahmen
8. abgeflachte Seite
EIN. Anode
b. Kathode

EIN LED (aus dem Englischen lNacht-emitting djod) ist ein elektronischHalbleiterbauelement aufgebaut wie ein Diode, in welchem Strömungskanal strahlt Licht in Senderichtung ab. Dies kann sichtbares Licht in verschiedenen Farben sein, aber auch Infrarotstrahlung oder ultraviolette Strahlung. Nach ihrer Erfindung im Jahr 1962 wurden LEDs nur noch als Kontrollleuchte und zur Signalübertragung verwendet. Durch technologische Verbesserungen stieg die Lichtleistung und bis Ende der 1990er Jahre konnten LEDs produziert werden, die als Lichtquelle für den täglichen Gebrauch geeignet waren. Üblicherweise wird eine LED in ein kleines transparentes Gehäuse von wenigen Millimetern Größe eingebaut, das auch als Linse fungiert.

Name

Das Wort LED ist ein Abkürzung von Leuchtdiode, auf Niederländisch: „Leuchtdiode“ oder „Leuchtdiode“. Heute hat sich das Wort im Niederländischen so etabliert, dass es nicht mehr als Akronym (Akronym) empfunden wird. Aus diesem Grund hat die Nederlandse Taalunie entschieden, dass das Wort ohne Großbuchstaben und ohne Apostroph im Plural geschrieben werden soll (ähnlich wie Radar und Laser-). Auf Englisch hingegen schreibt man LED, die ausgesprochen wird "el-ie-die".

In Übersetzungen, auch aus dem Deutsche, liest man oft „Leuchtdiode“.

Neben der eigentlichen Diode wird auch der gesamte Halbleiter mit Reflektor, Kontaktstellen und Gehäuse/Linse (siehe Zeichnung) als LED oder LED bezeichnet. Werden mehrere solcher LEDs in einem größeren Gehäuse kombiniert, spricht man von einem LED-Lampe.

Geschichte

1907 wurde der britische Radiopionier Henry Joseph Runde dass die Kontaktstelle von a Kristalldetektor Licht bemerkte er auch, dass unterschiedliche Materialien und Spannungen unterschiedliche Farben erzeugen können.^[1] 1927 veröffentlichte die Russisch Wissenschaftler Oleg Losev in einem russischen Magazin beschreibt, was man als erste LED bezeichnen und zum Patent anmelden könnte.^[2][3] Losevs Arbeit blieb jedoch unbemerkt und er kam während der Belagerung Leningrads zu. Zudem waren die von ihm verwendeten Materialien nicht besonders geeignet für eine gute Lichtausbeute und so dauerte es bis 1962, bis die LED wirklich durchsetzte. In diesem Jahr entwickelt Nick Holonyak eine funktionierende LED.

Operation

Das Halbleitermaterial einer LED besteht aus a pn-Übergang in denen a Erschöpfungszone entsteht. Diese Zone leitet keinen Strom. Wenn die LED in Vorwärtsrichtung angeschlossen ist, d. h. negative Seite von a Spannungsquelle mit dem N-Typ-Material und die positive Seite mit dem P-Typ-Material verbunden ist, fließt Strom. Die Verarmungszone im Zentrum schrumpft und verschwindet. Sobald ein negatives Elektron mit einem positiven Teilchen, einem sogenannten „Loch“, rekombiniert, verliert das Elektron Energie in Form eines Photons. Diese Photonen bilden den Lichtstrahl.

Farben

Das Farbe von den aufgeregten Licht hängt von der Beschaffenheit der Materialien ab, aus denen die LED besteht, genauer gesagt von der Breite des Verbotene Zone zwischen den Valenzband und der Leitungsband. Dies erklärt auch, warum eine LED mit langer Wellenlänge eine geringere Durchlassspannung hat als eine mit kurzer Wellenlänge, zum Beispiel rot 1,7 bis 1,9V und blau 2,8 bis 4,6 V. Dies hat auch Folgen für die Anschlussspannung und für die mögliche Addition von Widerstände um den Strom durch eine LED-Schaltung zu stabilisieren.

Da die Spannung über der LED bei einem größeren Strom auch etwas ansteigt, verschiebt sich die Farbe leicht zu einer kürzeren Wellenlänge, eine blaue LED leuchtet bei niedrigem Strom grünlicher und eine rote LED wird bei so viel (für einen Moment) gelb Strom, dass es bricht.

Blaue LED

Die Entwicklung der blauen LED hat lange auf sich warten lassen. Blaue (und weiße) LEDs auf Basis von halbleitendem Galliumnitrid wurden erfunden von Shuji Nakamura. Erst in den 1990er Jahren kamen erschwingliche Versionen mit vernünftiger Helligkeit auf den Markt. Schon seit 2006 die blaue LED steht der grünen kaum nach. Mit der Verfügbarkeit der blauen LED, fertig RGBFarbmischung ist möglich geworden.

LED, die weißes Licht emittiert. Die Farbe des Gehäuses bestimmt nicht die Farbe, die eine LED ausstrahlt. Schließlich kann ein transparentes Gehäuse auch Rot, Blau, Grün, Gelb oder jede andere einfarbige Farbe durchlassen.

Weiße LED

Eine weiße LED ist eine blaue LED mit a fluoreszierend niedrig (fälschlicherweise auch . genannt Phosphor erwähnt). Die fluoreszierende Schicht wandelt einen Teil des blauen Lichts in gelbes Licht um. Die Mischung aus blauem und gelbem Licht wird als weißes Licht wahrgenommen.

Ebenfalls dreifarbige LEDs oder RGBLEDs können weißes Licht emittieren.

Infrarot-LED

Nahezu alle Fernbedienungen für elektronische Geräte übertragen ihre Befehle mit IR-LEDs. Diese können eine relativ hohe Leistung verarbeiten. Infrarot-LEDs werden auch häufig als integrierter Sender in Optokoppler (Optokoppler), Sicherheitskomponenten, bei denen die Sendeseite und die Empfangsseite optisch fest verbunden, aber elektrisch voneinander isoliert sind. IR-LEDs können auch als Zusatzbeleuchtung für analoge und digitale Videokameras mit "Nachtaufnahme" seit der CCDSensor ist auch empfindlich für die Wellenlänge einer IR-LED. Mit dieser Funktion kann auch überprüft werden, ob eine Fernbedienung noch funktioniert, beim Blick durch einen elektronischen Sucher einer Video- oder Fotokamera sollte das Licht sichtbar sein.

Mehr Farben

Es gibt auch zweifarbige LEDs. Das sind normale LED-Gehäuse, in denen allerdings zwei LEDs integriert sind, die eine andere Farbe haben, meist rot und grün. Durch das Aufleuchten beider Farben entsteht Gelb. Zweifarbige LEDs können zwei oder drei Beine haben.

Eine zweifarbige LED mit zwei Beinen ist hin und her geführt genannt, ändert sich die Farbe durch Umkehrung der Polarität des Stroms. Wird die LED an Wechselstrom angeschlossen, entsteht eine Mischfarbe.

Mit drei Beinen kann jede Mischfarbe aus Rot und Grün erzeugt werden, indem der Strom durch die beiden LEDs separat gesteuert (gesteuert) wird.

Darüber hinaus gibt es LEDs mit mehr als zwei Farben auf dem Markt, darunter die volle Farbe RGB-LED, ein LED-Gehäuse, das eine rote, eine grüne und (normalerweise zwei) blaue LEDs enthält (RGB=Rot Grün Blau). Mit diesem Grundfarben von dem additive Farbsystem alle Farben des Spektrums sind kombinierbar. Solche LEDs werden unter anderem in großen beleuchteten Displays und Bildschirmen sowie in bestimmten Designmöbeln verwendet. Durch die einfarbig Charakter der einzelnen LEDs ist der Farbwiedergabe von RGB-LEDs gemischt mit weißem Licht hingegen eher dürftig, insbesondere gelbe Pigmente wirken aufgrund der fehlenden Wellenlängen im gelben Bereich unnatürlich. Um dies zu umgehen, gibt es auch RGBA-LEDs, bei denen eine gelbe ("amber") LED hinzugefügt wurde.

Energieverbrauch

Monochromatische LEDs haben in der Regel eine signifikante Energieeffizienz und nutzt sich kaum ab. Es gibt mehrere gängige Größen, die von 1,8 mm bis 20 mm reichen, von denen 3 und 5 mm die häufigsten sind. Sie können an durchgehenden Beinen oder Verbindern montiert werden PCB gelötet oder mit Hilfe des AufputzgerätTechnologie (SMD) direkt auf der Leiterplatte montiert.

Optische Eigenschaften

Verschiedene Öffnungswinkel

Durch den Halbleiteraufbau einer LED wird das emittierte Licht bereits etwas gebündelt. Diese Bündelung wird bewusst erhöht, indem der Kristall in einem Reflektor montiert wird, um mit einem kleineren Öffnungswinkel eine höhere Lichtstärke erzielen. Die hellsten LEDs (im Jahr 2005: über 20CD oder 20.000 mcd) haben einen sehr engen Öffnungswinkel (weniger als 20 Grad). Ein Rechenbeispiel: Eine 25.000 mcd LED mit einem Öffnungswinkel von 20 Grad emittiert eine Lichtmenge von: ${displaystyle cd imes sr ightarrow 25.000 imes 2pi left(1-cos left({frac {20pi }{360}}ight)ight)=2386mlmca. 2,4lm}$

Zum Vergleich: Eine 100-W-Glühlampe erzeugt etwa 1200 Lumen. Um eine 100W Glühlampe zu ersetzen, werden also 1200/2,4 = 500 LEDs benötigt Je nach Anwendung kann das Gehäuse matt, farbig transparent oder klar transparent gewählt werden. Durch einen großen Öffnungswinkel leuchtet eine matte LED insgesamt recht gleichmäßig und eignet sich somit als Kontrollleuchte.

LED mit hoher Helligkeit

LEDs ersetzten zunächst Skalenbeleuchtung und Kontrollleuchten. Durch eine Entwicklung um das Jahr 2000 ist es nun auch möglich, LEDs mit sehr hoher Helligkeit, sogenannte LEDs mit hoher Helligkeit. Dadurch sind diese Halbleiter nun stetig auf dem Vormarsch zu Glühbirne, zum Beispiel in Ampeln, Warnleuchten an Bahnübergängen und in Straßenlaternen.^[4] Durch ihre viel längere Lebensdauer, große (mechanische) Stoßfestigkeit, viel geringeren Energiebedarf und damit viel geringere Wärmeentwicklung sind sie ein günstiges und umweltfreundlich Alternative. Neuere Typen sind auf dem Vormarsch, um zu ersetzen Halogenlampen. Sie verbrauchen relativ weniger Energie und sind nicht viel teurer.

Effizienz

Es gibt einen wichtigen Unterschied in der Effizienz für farbige monochromatische LEDs auf der einen Seite und weiße LEDs auf der anderen. Eine monochromatische LED, insbesondere eine rote, kann sehr effizient sein (bis zu 50% der elektrischen Energie wird in Licht umgewandelt). Es lohnt sich eindeutig, solche LEDs als Ersatz für Glühlampen in roten Ampeln einzusetzen: Die Glühlampe hat eine Gesamtweißlichtausbeute von etwa 5 Prozent, und selbst davon wird nur ein kleiner Teil genutzt (das meiste wird durch das rote blockiert). Glasfilter). Auch hier kommt der begrenzte Öffnungswinkel einer LED zum Tragen.

Die Effizienz einer weißen LED ist geringer als die einer roten LED. Dies liegt daran, dass eine weiße LED aus einer blauen LED besteht, von der ein Teil des Lichts durch einen Phosphor in gelbes Licht und Wärme umgewandelt wird. Das Gelb in Kombination mit Blau ergibt einen weißen Eindruck. Weiße LEDs waren aufgrund dieses Prinzips zunächst nicht oder kaum effizienter als große Glühlampen. Durch technische Entwicklungen ist es mittlerweile jedoch möglich, die Effizienz weißer LEDs deutlich zu steigern. Im April 2012 wurde ein Rekord von 254 Lumen pro Watt erreicht.^[5]

Eine helle weiße LED

Lichtstrom im Vergleich

Die neuesten LED-Lampen (Typ Superflux) sind daher etwas effizienter als moderne Energiesparlampen (60-100 gegen 55-60 Lumen/Watt). Damit schlagen diese LEDs auch die altmodische Glühlampe und den Halogenstrahler, aber noch nicht die Leuchtstoffröhren. Denken Sie daran, dass Lumen nur das Lichtspektrum sind, das Menschen sehen können. Eine LED hält locker 50.000 Stunden durch, selbst modernste Leuchtstoffröhren und Natrium- oder Quecksilberlampen halten nicht mehr als 18.000 Stunden. Eine Ausnahme bilden die sogenannten „Long Life“-Leuchtstoffröhren. Diese können je nach Anwendung Ballast kann bis zu ca. 84.000 Stunden dauern. Diese Lebensdauer basiert auf einem technischen Ausfall von maximal 10 % und einem maximalen Lichtabfall von 10 %. Bei den meisten Hochleistungs-LEDs nimmt die Lichtleistung im Laufe der Lebensdauer allmählich ab. Außerdem nimmt die Lebensdauer (und Lichtleistung) schnell ab, wenn die LED (zu) heiß wird. Eine gute Kühlung ist notwendig, und das macht ihn größer und schwerer. Kaum ein Unternehmen bietet festgeschriebene Garantien über Lebensdauer und Lichtleistung.^[Quelle?]

Hochleistungs-LEDs sind weniger effizient in der Lichtleistung pro Watt (z. B. Luxeon K2 von Philips: 24 Lumen pro Watt [2008]) im Vergleich zu kleineren LEDs (z. B. Superflux-4-Chip-LEDs: 44 Lumen pro Watt [2008]). Eine kleinere LED ist sehr effizient in der Lichtleistung pro Watt, gibt aber nur wenig Licht (3 bis 5 Lumen), da der maximale elektrische Strom durch die LED möglicherweise nicht groß ist.

LEDs haben die einzigartige Eigenschaft, dass beim Dimmen die Effizienz steigt (weniger Strom durch die LED). Auch bei Kälte steigt die Effizienz, im Gegensatz zu Energiesparlampen auf Basis von Leuchtstofflampen, die bei Kälte weniger Licht abgeben.^[Quelle?]

Lebensdauer

Brennstunden

Eine LED kann viel mehr Lichtstunden liefern als eine CFL, bevor sie kaputt geht. Auf der Verpackung von LED-Beleuchtung steht oft, dass sie mindestens 30.000-50.000 Stunden halten sollte. Von entscheidender Bedeutung bei einer LED-Lampe ist, dass die Wärme richtig abgeführt wird. Geschieht dies nicht, verringert sich die Lebensdauer der LED erheblich. Auch die Qualität der Elektronik ist wichtig.

halbes Leben

Die Halbwertszeit (L50) ist die Anzahl Stunden, die eine LED brennen kann, bis sie nur noch die Hälfte ihrer ursprünglichen Lichtstärke emittiert. Bei einfachen farbigen LEDs ist diese Zeit auch sehr begrenzt,^[Quelle?] bei LEDs, die helles weißes Licht emittieren, kann diese Zeit zwischen 5000 und 150.000 Stunden betragen. Das heißt, wenn eine billige weiße LED als Hintergrundbeleuchtung ständig leuchtet, wird sie nach einiger Zeit nur noch halb so hell. Die Halbwertszeit hängt von den gewählten Materialien und der Konstruktion der LED ab. Mittlerweile gibt es LEDs mit einer Halbwertszeit von mehr als 150.000 Stunden bei einer Sperrschichttemperatur von 80°C. Die Halbwertszeit wird von einigen Herstellern angegeben oder Testergebnisse werden gemeldet, siehe Links unten. Dies betrifft ausnahmslos LEDs, die über ein Wärmeleitpad verfügen, mit dem sie auf eine Kühlplatte gelötet werden müssen, so dass der Gesamtwärmewiderstand der Sperrschicht zur Umgebung sehr gering gehalten werden kann, beispielsweise insgesamt 15 °C/ W, so dass bei 2 Watt der Temperaturanstieg der LED-Sperrschicht auf 30°C begrenzt ist. Allerdings scheinen sich die meisten LED-Lampen- oder LED-Leuchtenhersteller der Bedeutung einer guten LED-Kühlung nicht nur für die Lebensdauer, sondern auch für die erreichbare Effizienz (Lumen/Watt) bei hohen Temperaturen nicht bewusst zu sein. Stellentemperatur erheblich sinkt. Eine LED kann bewusst auf einen niedrigeren Strom eingestellt werden, damit die Sperrschichttemperatur niedriger bleibt, um die Halbwertszeit zu verlängern. Die Sperrschichttemperatur, der interne Aufbau der LED (verwendete Materialien, Prozesskontrolle bei der Herstellung) und in geringerem Maße der Strom durch die LED und die Umgebungstemperatur bei weißen Single-Chip-LEDs bestimmen L70 und L50. In diesem Punkt werden noch Fortschritte gemacht, aber für eine sehr lange Lebensdauer muss die LED immer richtig gekühlt werden und es darf nicht zu viel Strom durch die LED geschickt werden, ein wesentlicher Unterschied zu anderen Lichtquellen ).

L70 und L50

Das Dokument LED-Lebensdauer für die Allgemeinbeleuchtung: Definition von Leben^[6] möchte eine Definition der Lebensdauer einer LED vorschlagen und definiert unter anderem L70 und L50. L70 gibt an, nach wie vielen Brennstunden die Lichtleistung um 30 Prozent abgenommen hat, wobei das Dokument darauf hinweist, dass die LED das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat. Der L70-Wert für kleine LEDs, die bei ihrem maximalen Stromwert verwendet werden, beträgt 1000 Stunden und für gekühlte Qualitäts-LEDs 150.000 Stunden, abhängig von der internen LED-Konstruktion und der Sperrschichttemperatur der LED im Betrieb. Bei Verwendung einer hochwertigen LED ist eine sehr gute Kühlung und das Senden von zu viel Strom durch die LED der Weg, um eine lange Lebensdauer zu erzielen. Der L50-Wert ist etwa um den Faktor 2 höher als der L70-Wert. Für hochwertige Anwendungen wird meist der L70-Wert und manchmal sogar der L80-Wert verwendet.

Aktuelle Tests schreiben eine anfängliche Einbrennzeit von 1000 Stunden vor. Die Lichtergebnisse in diesem Zeitraum zählen nicht für die Messung. Während der Einbrennzeit kann die Lichtleistung der LED sogar ansteigen. Dann folgt ein Messintervall zwischen 1000 und 6000 Stunden, wobei die Lichtleistung zB alle 1000 Stunden (sehr genau) gemessen wird. Während des Tests müssen die Temperatur und der Strom durch die LED sehr konstant gehalten werden. Es wird empfohlen, bei unterschiedlichen Strömen und unterschiedlichen Temperaturen zu messen. Obwohl der Lichtzerfall in der stabilen Periode im Prinzip exponentiell ist, kann er für L70 ohne allzu große Fehler linear werden hochgerechnet (dies ergibt ein etwas zu pessimistisches Ergebnis).

Wenn in der Messperiode von 5000 Stunden eine Abnahme von 3 % beobachtet wird, würde L70 50.000 Stunden betragen. Für eine längere Lebensdauer sollten längere Messungen vorgenommen werden. Um beispielsweise 150.000 Stunden nachweisen zu können, müssten 15.000 Stunden gemessen werden, wobei eine leichte Abnahme von maximal 3% erfolgen sollte.

Anwendungen

Ein Display mit separaten roten, grünen und blauen LEDs

LEDs in den Rückleuchten von a Audi A6

Traditionell wurden LEDs als Ersatz für Kontrollleuchten und in Sieben-Segment-Anzeigen.Leds werden heute in der Unterhaltungselektronik häufig als Infrarotstrahler in Fernbedienungen und Spannung oder SignalIndikatoren, aber auch zunehmend in beleuchteten Kiosken und Flachbildschirmen. Durch die noch relativ junge Möglichkeit, LEDs blaues oder (durch Kombinationen von LEDs) weißes Licht emittieren zu lassen, hat sich das potentielle Anwendungsgebiet erheblich erweitert.

Eine Reihe von LEDs in Reihe wird auch als drittes Bremslicht verwendet; hinter der Heckscheibe eines Autos montiert. Audi und General Motors gehörten zu den ersten Automobilherstellern, die LEDs in großem Maßstab in ihren Serienmodellen einsetzten. So wurde der Cadillac Deville im Jahr 2000 mit einer Voll-LED-Beleuchtung am Heck ausgestattet und die Audi R8 das erste Auto, in dem die Scheinwerfer bestehen komplett aus LEDs. Auch die neuen Blitzlichter für Krankenwagen, Polizei, Feuerwehr etc. sind meist LED-Leuchten. In letzter Zeit haben wir auch viele LEDs in der Gartenbeleuchtung mit eingebautem Solarzelle die aus Sonnenlicht elektrische Energie erzeugt, die in einem aufladbarer Akku.

Weitere Anwendungen sind kompakt Taschenlampen und Fahrradbeleuchtung, beide fest am Fahrrad montiert oder als separate Clip-On-Einheiten.

Durch einen speziellen optischen Aufbau kann die LED in einen Halbleiter verwandelt werdenLaser- gemacht. Eine solche LED gibt stark gebündelt kohärent Lichter mit einem ganz bestimmten Wellenlänge, wodurch es für den Einsatz in CD- und DVD- Aufnahme- und Wiedergabegeräte. Diese LEDs haben eine begrenzte Lebensdauer. Bei einigen Stunden am Tag hält eine solche LED etwa 8 Jahre.

LEDs werden auch in neuen verwendet Ampeln und mit Bahnübergänge. Dies hat den Vorteil, dass sie lange halten, praktisch unempfindlich gegen mechanische Schwingungen sind und weniger Energie verbrauchen als die bisher verwendeten Glühlampen.

Auch für Straßenbeleuchtung LEDs werden immer häufiger verwendet. Fast alle großen Anbieter von Straßenbeleuchtung haben inzwischen eine oder mehrere LED-Leuchten in ihr Sortiment aufgenommen. Die meisten dieser Leuchten liefern weißes oder kaltweißes Licht. Allerdings verwendet der niederländische Hersteller Innolumis grüne und rote LEDs, die ein gold-grünes Leuchten erzeugen. Diese spektrale Verteilung entspricht eher den physiologischen Eigenschaften des menschlichen Auges im Dunkeln (die Purkinje-Effekt), so dass weniger Licht benötigt wird, um klar zu sehen. Auf lange Sicht werden LEDs als gute Alternative zu anderen Beleuchtungsarten gesehen, mit einer längeren Lebensdauer und einem geringeren Energieverbrauch als andere Lichtquellen.

Eine weitere Anwendung von LEDs in der Unterhaltungselektronik ist der Einsatz von LEDs als Hintergrundbeleuchtung in Fernsehgeräten – auch bekannt als geführtes Fernsehen genannt – und Computermonitore. Verwendung traditioneller Displays CCFLs als Hintergrundbeleuchtung, um die verschiedenen Pixel zu beleuchten. Ein bei dieser Beleuchtungsmethode häufig auftretendes Phänomen ist das "Backlight Bleeding". Da jede CCFL einzeln einen großen Bereich beleuchtet, ist es üblich, dass die CCFL Bereiche beleuchtet, die nicht beleuchtet werden sollen. Dies ist besonders bei einem komplett schwarzen Bild sichtbar. An den Bildschirmrändern ist die Farbe dann heller als auf dem Rest des Bildschirms. Dies kann als störend empfunden werden. Durch die Verwendung von LEDs als Hintergrundbeleuchtung wird dieses Phänomen reduziert und bei richtiger Platzierung verboten. Geben Sie jeder LED einen kleinen Zielbereich und installieren Sie die Option, jede einzelne LED leuchten zu lassen oder nicht, um den Lichtverlust zu den Seiten zu reduzieren und schwarze Bilder besser anzuzeigen. Samsung kam 2006 erstmals mit einem LED-Fernseher auf den Markt.

Auch in der Gartenbau LED-Beleuchtung ist bereits weit verbreitet, sowohl für den mehrschichtigen Anbau als auch für Assimilationsbeleuchtung. Auch hier spielt die spektrale Verteilung der Lichtquelle eine Rolle: Pflanzen nutzen nicht das volle Lichtspektrum für ihre Photosynthese. Energie kann also gespart werden, indem nur die Lichtfrequenzen mit LED-Beleuchtung angeboten werden, die die Pflanze nutzen kann, und keine Energie in Lichtfrequenzen investiert, die für die Entwicklung der Pflanzen unwichtig sind. Gewächshäuser, die diese Technik verwenden, sind im Dunkeln an einem schwachen rot-blauen Leuchten zu erkennen, im Gegensatz zum viel stärkeren orangefarbenen „Halo“ von Natrium und SON-T-Lampen in anderen Gewächshäusern.

In letzter Zeit hat die LED-Beleuchtung auch in der Veranstaltungsbranche und als Theaterbeleuchtung. Aufgrund des deutlich geringeren Stromverbrauchs und der guten Regelbarkeit ist dies eine äußerst geeignete Lösung. Diese Anwendung wird häufig als Videowall verwendet, große LED-Boxen mit einem darüber laufenden Bild, aber auch Flutlichter in Form von PAR-Gehäuse auftreten.

LED mit integrierter Elektronik

Eine blinkende LED ist eine LED, in die eine kleine elektronische Schaltung integriert ist, die die LED abwechselnd ein- und ausschaltet. Diese LED benötigt oft die gleiche Spannung wie eine weiße oder blaue LED.

Außerdem gibt es LEDs, die aufleuchten, wenn die Spannung unter einen bestimmten Wert sinkt, um anzuzeigen, dass die Batteriespannung zu niedrig ist.

in allen arten Spielzeuge werden RGB-LEDs (siehe oben) mit einer Elektronik ausgestattet, die die emittierten Farben kontinuierlich ändert. Das nennt man auch verblassen erwähnt.

Elektrische Eigenschaften

Typische Eigenschaften verschiedener LEDs

Aus elektronischer Sicht sind LEDs und andere Halbleiterdioden interessante Bauteile, da an den Klemmen ein nahezu konstanter Spannungsabfall auftritt, anders als bei Ohmsche Widerstände resistor. Zum Beispiel verhält sich eine IR-LED wie eine Vorgesetzte Zenerdiode von ± 1,1 V.

Eine LED sollte daher niemals auf einem Spannungsquelle werden verbunden. Ein Strombegrenzer sollte immer vorhanden sein, wie z Transistor oder ein einfaches Widerstand, weil eine LED eigentlich eine Diode ist. Über die LED wird a Stromspannung fallen, je nach LED-Typ, ca. 1,1V für Infrarot-LEDs bis 3,5 V mit weißen und blauen LEDs (siehe nebenstehende Grafiken).

Das Standardstrom durch eine led sind 20mA kontinuierlich, aber die meisten leds können 10-30mA verarbeiten. Übrigens ist es durchaus möglich, gepulste Ströme bis 1 A zu verwenden, solange der durchschnittliche Strom innerhalb der sicheren Grenzen bleibt. In einer solchen Schaltung verbraucht die LED bei gleicher Intensitätserfahrung im Durchschnitt weniger Energie. Bei konstantem Gleichstrom ist die Größe des Strombegrenzungswiderstand sich nach den Ohm'sches Gesetz berechnen Sie wie folgt:

I: Strom,U_so: Versorgungsspannung,U_l: Betriebsspannung der LED,R: Vorwiderstand.

${displaystyle {frac {U_{s}-U_{l}}{I}}=R}$

Das Ausfüllen der Werte für eine rote LED: 20 mA, 1,6 V Betriebsspannung und 5 V Versorgungsspannung ergibt:

${displaystyle {frac {5.0-1.6}{0.02}}=170Omega}$ (wähle 180 Ω aus den E12-Serie)

Eine ähnliche Berechnung gilt für die Niedervolt-LEDs, die einen Standardstrom von 3 mA benötigen.

Ohne Vorwiderstand kann eine LED durch Stromsteuerung mit a . angesteuert werden Energiequelle, wie ein Widlar-Stromspiegel (d. h. kein Spannungsquelle). Dies liefert einen stabilen Strom, der durch die LED fließt. Der Serienregler (Transistor oder FET) in der Stromquelle ersetzt den Serienwiderstand und löst sich auf (verbraucht einen "nutzlosen" Strom) den seriellen Strom.

Im obigen Beispiel gehen 64 mW durch „Wärme“ im Widerstand verloren und nur 29 mW werden von der LED abgestrahlt. (Verluste innerhalb der LED nicht berücksichtigt.) Somit gehen nur etwa 33% der vom Netzteil gelieferten Leistung an die LED. Bei höheren Versorgungsspannungen wird dieses Verhältnis schiefer, bis der konventionelle Einsatz der LED nicht mehr wirtschaftlich ist. Bei Netzspannungsanwendungen ist es besser, einen Reihenkondensator zu verwenden. Ein kleiner Serienwiderstand wird dann hinzugefügt, um große Einschalt- oder Störspitzen zu dämpfen.

Um die LED dimmen zu können, verwendet man Multiplexen oder Pulsweitenmodulation (PWM-Stromsteuerung). Diese Regelung macht sich zunutze, dass eine LED hohen Spitzenströmen standhalten kann, solange der Effektivstrom den Normalwert hat. Die Impulsbreitensteuerung kann effizienter sein, wenn mehr Wirkleistung an die LED geht. Während der Einschaltzeit fließt ein höherer Strom durch die LED als im Normalbetrieb. Die LED-Spannung wird daher etwas höher sein. Der Serienwiderstand (oder Leitungswiderstand des Serientransistors) ist niedriger und die Leistung darin, die mit dem Strom im Quadrat zunimmt, wird höher. Die Mittelung zwischen Ein- und Aus-Zeit kann zu einem geringeren Verlust führen.

Die Lichtstärke wird in "mcd" (Millicandela) und reicht von 1,6 bis über 25.000 mcd.

Tippen

Verschiedene Arten von LED

LEDs werden in einer Vielzahl von Formen und Größen hergestellt. Die rote LED in einem zylindrischen 5-mm-Gehäuse, fünfte von links, ist die häufigste und macht schätzungsweise 80 % der Weltproduktion aus. Die Farbe der Kunststofflinse entspricht oft der tatsächlichen Farbe des emittierten Lichts, jedoch nicht immer. Lila Kunststoff wird beispielsweise häufig für Infrarot-LEDs verwendet, und die meisten Geräte werden mit einem klaren blauen Gehäuse geliefert. Es gibt auch LEDs in SMTGehäusen, wie sie bei Handys und Tastaturen zu finden sind.

Wissenswertes

KPN-Turm im Süden von Rotterdam

• Genau wie bei anderen HalbleiterDioden kann eine led Licht in Strom umwandeln. Das Prinzip ist das gleiche wie bei a Fotodiode. Allerdings ist die LED für diese Eigenschaft nicht optimiert.
• Bei vielen billigen LED-Taschenlampen wird aus Kostengründen auf den Vorwiderstand verzichtet, da Knopfzellen eine Ausgangsspannung haben, die nie die maximale Spannung überschreitet, die eine LED aushalten kann. Denken Sie daran, dass ein kleiner Spannungsanstieg einen enormen Stromanstieg bedeuten kann, der die LED irreparabel beschädigt. Dies hat damit zu tun, dass der Strom mit steigender Spannung exponentiell ansteigt (Shocleys Diodengleichung).
• Wie bei vielen anderen elektronischen Bauteilen ist der Minuspol einer LED Kathode genannt, und der Pluspol Anode.
• Normalerweise ist der längste Anschlussschenkel einer LED (die kleinste Elektrode in der LED mit dem Bonddraht) der Pluspol.
• In der Regel ist der Anschluss, der der flachen Seite des runden Kunststoffrandes der LED am nächsten liegt, der negative Anschluss.
• Der 100 Meter hohe Kühlturm von Elektrabel im Drogenbos, in der Nähe von Brüssel, wird seit Anfang Dezember 2005 mit fast 100.000 LEDs beleuchtet. Diese verteilen sich auf 57 Lichtlinien in den Farben Rot, Grün und Blau.
• Die KPN"Turm auf Süd" in Rotterdam hat eine schräge Front, die als 90 × 40 Meter großes Billboard gestaltet ist. Etwa 1000 grüne LED-Lampen wurden in einem Raster angeordnet und machen die Fassade zu einem Newsticker, auf dem Bilder angezeigt werden.

Siehe auch

• Charlieplexing
• oled
• Gesetz von Haitz

Externer Link

• Lebenslanges Experiment mit kleinen LEDs

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