LEDs - mehr als nur eine neue Lichttechnologie

• Teil 2: Die Geschichte der LEDs
• Teil 3: LED-Technologie

(11.4.2008; light+building-Bericht) Heute sind sich die meisten Beleuchtungsspezialisten einig, dass die Einführung der Leuchtdiode (LED) als neue Lichtquelle einen revolutionären Effekt auf die Beleuchtungsindustrie und insbesondere auf die Beleuchtung haben wird. Die Festkörper- oder LED-Beleuchtung wird seit der Erfindung der Glühlampe vor über 130 Jahren als größter Umbruch in der Beleuchtungstechnologie betrachtet. Vor noch nicht allzu langer Zeit galten LEDs noch als Nischenprodukt auf dem Markt für Allgemeinbeleuchtung und als Ergänzung zu den bestehenden Systemen, doch vor wenigen Jahren hat die Entwicklung von LEDs mit weißem Licht das Potenzial dieser Halbleitertechnologie verwandelt. Mit der Zeit wird Festkörperbeleuchtung die Art und Weise, wie wir unsere Wohnungen, Autos, unsere Geschäfte und Städte beleuchten, grundlegend verändern.

Beleuchtung, die sich automatisch der Tageszeit anpasst oder Farben und Effekte schafft, die den Aktivitäten oder Stimmungen der Menschen entsprechen, werden alltäglich. Neue Möglichkeiten eröffnen sich für Design, Mode und Sicherheit, wenn sich Beleuchtung in Straßenbeläge, Baumaterialien, Möbel, KFZ-Innenausstattung und sogar Kleidung - wie beispielsweise Jacken für Polizisten oder Straßenarbeiter - integrieren lässt. Dekorateure und Städteplaner können mit dynamischem Licht in allen Farben nahezu unbegrenzte Effekte programmieren, denn künftig gibt es nicht nur den Status ein/aus oder hell und dunkel, sondern alle möglichen Zustände - sogar die Simulation eines Videobilds. LEDs sind darüber hinaus äußerst praktisch, denn sie sind klein, stabil, langlebig und energiesparend. Auch in Anbetracht ihres Potenzials zur Verringerung des Energieverbrauchs und damit indirekt des CO₂-Ausstoßes bieten sich LEDs zugunsten der Umwelt und des Klimaschutzes an.

Was ist eine LED?

Eine LED ist eine Diode aus Halbleitermaterial, die Licht abgibt, wenn elektrischer Strom durch sie hindurch geleitet wird. Diese Technologie der Lichterzeugung unterscheidet sich grundlegend von der Technologie herkömmlicher Glühbirnen (Glühemission) oder Leuchtstofflampen (Gasentladung). Die LED-Technologie stammt aus den späten 1960er Jahren und wurde ursprünglich als "Anzeigelämpchen" von beispielsweise Unterhaltungselektronikgeräten verwendet. In den vergangenen zehn Jahren wurden in der LED-Technologie aber beträchtliche Fortschritte erzielt, so dass diese nun für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden kann. Bis Anfang der 1990er Jahre gab es LEDs nur in Rot oder Grün. Nach der Entwicklung der ersten blauen LED wurde die Erzeugung von weißem Licht möglich ...

• durch die additive Mischung der Farben Rot, Grün und Blau (Bild rechts) oder
• auf der Basis von Blau mit der Umwandlung durch Phosphorleuchtstoff, ähnlich wie bei Leuchtstofflampen.

Diese Technologie machte den Wandel in der Beleuchtung erst möglich und erklärt zudem, warum weiße LEDs selbst der gleichen Charge in ihrer Lichtfarbe erheblich differieren können. Bei hochwertigen Beleuchtungsanforderungen sollten deshalb nur wirklich kalibrierte LEDs verwendet werden - ansonsten kann das Ergebnis fürchterlich sein:

LEDs von heute

Der große Unterschied der modernen Hochleistungs-LEDs zu den früheren Versionen besteht darin, dass sie sehr viel mehr Licht abgeben. Sie sind tatsächlich so viel heller, dass Philips Lumileds beispielsweise vergleichend feststellt, dass die neueste LUXEON Flash LED mehr Licht abgibt als eine Miniatur-Xenon-Blitzröhre. Damit bietet sie sich an für eine erste Serienanwendung zum Einbau als Blitz in Handykameras.

Einen wirklichen Einfluss auf unser Leben werden leistungsstarke LEDs jedoch als Lichtquellen für allgemeine und architektonische Beleuchtung sowie in Automobilen nehmen. Hochleistungs-LEDs sind bereits in Rückleuchten von Autos zu finden und deren Anwendung für Scheinwerfer läuft an. Im Markt für allgemeine Beleuchtung bieten LED-Leuchten den Käufern bereits heute langlebige und energiesparende Lösungen für dekorative und akzentuierte Beleuchtung. Darüber hinaus werden Hochleistungs-LEDs als Ersatz für Halogenlampen verwendet und bereits als Ersatz für Glüh-, Kompaktleuchtstoff- und Leuchtstofflampen in der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt.

Worin bestehen die Vorteile von LEDs?

• LEDs sind klein, energiesparend, robust, einsetzbar ab minus 40°C sowie vibrationssicher und haben eine längere Lebensdauer und dadurch niedrige Wartungskosten.
• LEDs sparen mehr Energie ein als viele der herkömmlichen Lichtquellen, insbesondere, wenn man ihren optischen Wirkungsgrad betrachtet.
• LEDs werden mit Niedervoltgleichstrom betrieben, was nicht nur den Einbau vereinfacht, sondern sie auch sicherer macht.
• LEDs werden immer weiter entwickelt. Momentan verdoppelt sich der Wirkungsgrad etwa alle zwei Jahre.
• LEDs bieten kräftige, satte Farben ohne Farbfilter; dabei sind sie praktisch ohne Farbveränderung dimmbar.
• LEDs ermöglichen eine elektronische, dynamische Farbsteuerung sowie gerichtetes Licht mit wenig Streulicht und hohem Wirkungsgrad.
• LEDs starten verzögerungsfrei und liefern umgehend 100 Prozent Licht und Farbe.
• LEDs haben keine Infrarot- und Ultraviolettstrahlung im Licht.
• LEDs machen den Weg frei für neue Anwendungen, auch in Schwellenländern. Beispielsweise sind neue Formen der Beleuchtung in ländlichen Gegenden von Ländern wie Indien oder China denkbar, in denen die Stromversorgung begrenzt ist.

LEDs mit hoher Leistung versus LEDs mit hoher Leuchtdichte

• LEDs mit hoher Leistung liefern mehr Licht: zehn bis 100 Mal mehr als LEDs mit hoher Leuchtdichte.
• LEDs mit hoher Leistung eignen sich für allgemeine Beleuchtungszwecke, LEDs mit hoher Leuchtdichte für Anzeigeanwendungen.
• Hochleistungs-LEDs wie Philips' Luxeon besitzen eine Lebensdauer von 50.000 Stunden oder mehr, wogegen LEDs mit hoher Leuchtdichte nur für 6.000 bis 10.000 Stunden halten.
• Die Leuchtdichte ist ein Maß für den Helligkeitseindruck, den eine selbstleuchtende Lichtquelle oder eine beleuchtete Fläche vermittelt.

Welche Anwendungsmöglichkeiten gibt es für LEDs?

• LEDs lassen sich vielseitig einsetzen. Hauptanwendungsbereiche sind heute Handys, Schilder und kommerzielle Anzeigen, Automobilanwendungen, Straßenverkehr sowie architektonische und dekorative Beleuchtung.
• LEDs können in Stoffe oder andere Materialien integriert werden. Ein Beispiel aus der Philips Forschung ist eine Tasche mit integrierter Anzeige. So lässt sich Kleidung oder ein Accessoire nach Wunsch personalisieren.
• LEDs ermöglichen darüber hinaus neue Lichtgestaltung, wie zum Beispiel Farbwechsel zur Veränderung der Raumatmosphäre, von hellem Licht am Morgen bis hin zu einer wärmeren, romantischen Atmosphäre für den Abend.
• Durch die extrem lange Lebensdauer - Luxeon-LEDs haben beispielsweise nach 50.000 Stunden noch 70 Prozent des Anfangslichtstroms - und geringen Abmessungen lassen sich LEDs fast unsichtbar in Architektur oder Produktdesigns integrieren.