LED-Diode – Charakteristik der wichtigsten Parameter

Was ist eine LED-Diode?

Leuchtdiode, auch genannt elektrolumineszierende Diode, kurz LED (engl. light-emitting diode), ist eine Art Halbleiter, der Lichtstrahlung unter Einwirkung des durchfließenden Stroms aussendet. Am häufigsten trifft man auf Dioden, die verschiedene Farben des sichtbaren Lichts emittieren, doch es kann auch Infrarot oder Ultraviolett sein. LEDs gibt es in vielen Formen – von klassischen, zylindrischen Durchsteckbauteilen über mikroskopisch kleine Oberflächenmontage-Bauteile bis hin zu umfangreichen Chip-on-Board (COB) Anordnungen. Welche Eigenschaften unterscheiden sie also von anderen Halbleitertypen? Die Antwort auf diese Frage finden Sie in diesem Artikel.

Welche Anwendungen haben Leuchtdioden?

LED-Technologie begleitet uns im Alltag – als Signalgeber in verschiedensten elektronischen Geräten sowie zur Hintergrundbeleuchtung von Displays und LCD-Monitoren. Sie ist zudem Standard in den meisten modernen Beleuchtungsprodukten. Es ist sehr wahrscheinlich, dass LEDs zusammen mit dem fortschreitenden technischen Fortschritt in naher Zukunft herkömmliche Beleuchtung vollständig ersetzen können. Es lohnt sich daher, die Eigenschaften dieser universellen Lichtquelle kennenzulernen.

Was sind die wichtigsten Parameter einer LED-Diode?

Unten stellen wir eine Übersicht der wichtigsten Parameter vor, die LEDs charakterisieren:

Gehäusetyp und Montageart

LEDs gibt es in vielen Formen und Ausführungen – es lassen sich zahlreiche Formen und Größen, Anschlussarten und Montagetypen, Linsenform und Farbe sowie sogar die Lage des Emitters im Gehäuse unterscheiden. Es gibt auch Dioden, die mehrere getrennte Emitter in einem Gehäuse enthalten. Das Ergebnis ist ein sehr breites Anwendungsspektrum – LEDs sind sowohl in Straßenlampen als auch in kompakten tragbaren Geräten zu finden. Die Montageart der Diode ist ebenso ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl. Beispielsweise erlauben SMD-Komponenten (Oberflächenmontage) die maschinelle Montage und nehmen weniger Platz ein, ermöglichen aber keine direkte Montage im Gehäuse oder Frontpanel des Geräts.

Maximaler Durchlassstrom

Dieser Wert variiert je nach Typ und Verwendungszweck der Diode – meist ist er vom Hersteller angegeben. Beispielsweise beträgt der Nennstrom für eine 5mm rote, diffuse LED, verwendet u.a. in Signalanzeigen, 50mA. Überschreitung dieses Wertes kann zu dauerhaften Schäden oder Zerstörung der Diode führen, während ein geringerer Strom ihre Lebensdauer erhöht. Der durch die Diode fließende Strom hängt von der Spannung ab – je höher die Spannung, desto größer der Strom. Je größer der Strom durch die Diode, desto intensiver ist ihre Leuchtstärke (Strahlungsintensität).

Durchlassspannung

Dieser Parameter steht in engem Zusammenhang mit der Farbe des emittierten Lichts, das wiederum der Energie der Photonen entspricht. Für eine bestimmte Farbe der Diode ist der Durchlassspannungsbereich meist konstant, wobei die zulässigen Grenzen ca. 1,2V bis 5V betragen. Beispielsweise liegt die Durchlassspannung einer roten Diode zwischen 1,6V und 2,4V, während eine blauen Diode von 2,8V bis 3,6V liegt.

Lichtfarbe (Wellenlänge)

LEDs emittieren normalerweise eine bestimmte Farbe Licht in einem sehr engen Wellenlängenbereich. Sie hängt hauptsächlich vom verwendeten Halbleitermaterial ab, genauer von der Bandlücke des Halbleiters. Je größer diese Lücke ist, desto kürzer ist die ausgesandte Wellenlänge. Weiße LEDs, die in Beleuchtungsprodukten verwendet werden, nutzen einen Leuchtstoff zur Erweiterung des abgestrahlten Lichtspektrums. Es gibt auch verschiedene Arten von mehrfarbigen LEDs, die für unterschiedliche Anwendungen spezifisch sind. Ein Beispiel für eine solche Diode ist unsere 5mm RGB-Diffus-LED.

Lichtstrom (Helligkeit)

Dies ist eine physikalische Größe aus dem Bereich der visuellen Photometrie, die die gesamte von einer Quelle emittierte Lichtleistung angibt. Die Maßeinheit ist Lumen (lm). Bei der Messung des Lichtstroms wird die Empfindlichkeit des menschlichen Auges für verschiedene Farben berücksichtigt – definiert durch die sogenannte Leuchtdichtefunktion. Zum Beispiel erreicht eine grüne Diode eine wesentlich höhere Leuchtdichte als eine blaue Diode mit gleicher Leistung, da das menschliche Auge grünes Licht deutlich besser wahrnimmt als andere Farben.

Lichtausbeute (auch Lichtwirkungsgrad)

Dieser Wert gibt den Lichtstrom an, den eine Lichtquelle aus einer gelieferten Leistungseinheit erzeugen kann. Er wird in Lumen pro Watt (lm/W) angegeben. Bei LEDs liegt er meist zwischen 70 und 120 lm/W, während hocheffiziente Emitter sogar Wirkungsgrade über 200 lm/W erzielen können. Zum Vergleich: Eine herkömmliche 60W-Glühbirne hat eine Lichtausbeute von etwa 12 lm/W, und eine Halogenlampe gleicher Leistung etwa 20 lm/W. Dieser deutliche Effizienzunterschied ist besonders in Beleuchtungsanwendungen wichtig, denn er erlaubt einen deutlich niedrigeren Energieverbrauch.

Farbwiedergabeindex (kurz CRI oder Ra)

Dieser Parameter findet hauptsächlich bei weißen LEDs Verwendung, die in der Beleuchtungstechnik eingesetzt werden. Er beschreibt, wie realistisch die Farben von durch die Lichtquelle beleuchteten Objekten wiedergegeben werden. Der Wert liegt zwischen 0 und 100 – je höher, desto natürlicher die Farbwiedergabe. Typischerweise können LED-Beleuchtungen nicht ganz mit klassischen Glühlichtquellen im Farbwiedergabeindex mithalten. Weiß LEDs haben meist einen CRI im Bereich von 80 bis 90, während Glüh- und Halogenlampen CRI-Werte nahe 100 erreichen. Es gibt jedoch hochwertige Beleuchtungs-LEDs mit CRI über 95.