LED-Technik Glossar LED-Technik - IT Wissen.info

LED-Technik
Glossar
LED-Technik
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Index
LED-Technik
AlInGaP, aluminium, indium,
gallium and phosphorous
AMOLED, active matrix OLED
Candela
CCT, correlated color temperature
Dreifarbige LED
Footlambert
FOLED, flexible OLED
Helligkeit
Infrarot-LED
InGaN, indium gallium nitride
Kelvin
Leuchtdichte
Leuchtdiode
Lichtstrom
Lumen
luminous efficacy
Lux
OLED, organic light emitting diode
PLED, polymer light emitting
diode
PMOLED, passive matrix
OLED
Power-LED
RC-LED, resonant cavity LED
SMOLED, small molecule
OLED
SOLED, stacked OLED
SSL, solid state lighting
TOLED, transparent OLED
UHB, ultra high brightness
UV-Leuchtdiode
Weiß
WLED, white LED
Zweifarbige LED
Impressum
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LED-Technik
AlInGaP, aluminium,
indium, gallium and
phosphorous
AlInGaP (Aluminium, Indium, Gallium, Phosphor) ist ein dotiertes Halbleitermaterial, das seit
Anfang der 90er Jahre in Leuchtdioden (LED) eingesetzt wird. Die Dotierung AlInGaP hat in
den spektralen Wellenlängen zwischen 630 nm und 670 nm, also bei Rot, Orange und
Bernstein, eine besonders hohe Lichtstärke.
AMOLED, active matrix
OLED
Aktivmatrix-OLEDs (AMOLED) sind Dünnschicht-Displays. Sie haben bessere technische
Eigenschaften als Passivmatrix-OLEDs, sind aber komplizierter herzustellen, weil jede
einzelne OLED eine eigene Stromverbindung hat und über ein aktives elektronisches
Bauelement, einen Dünnschichttransistor, gesteuert wird.
AMOLEDs bestehen aus mehreren Schichten. Auf der Anodenschicht sind die
Dünnschichttransistoren (TFT) als Array matrixförmig aufgebracht, mit denen jedes einzelne
organische Farbpixel aktiviert und deaktiviert wird. Oberhalb der organischen Schicht befinden
sich die transparenten Kathoden. Der Stromfluss über den Dünnschichttransistor bringt die
AMOLEDs zum Leuchten. AMOLEDs werden für OLED-Displays benutzt und benötigen keine
Hintergrundbeleuchtung, da sie selbstleuchtend sind. Dies führt zu wesentlich verbesserten
Aufbau der Active Matrix OLED (AMOLED)
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LED-Technik
Hintergrundbeleuchtung, da sie
selbstleuchtend sind. Dies führt
zu wesentlich verbesserten
Kontrastwerten gegenüber
Passivmatrix-OLEDs (PMOLED)
mit Hintergrundbeleuchtung.
Der Vorteil von Aktivmatrix-
OLEDs liegt in den guten
Kontrastwerten und der besseren
Energienutzung gegenüber
PMOLEDs, LCD- oder TFT-
Displays. Diese ist dadurch
bedingt, dass schwarz
dargestellte Pixel ausgeschaltet
AMOLED-Display mit RGBG von Nexus, Foto: stealthcopter.com
sind und keinen Strom
benötigen. Wegen der geringeren benötigten Energie und der kürzeren Ansprechzeit eignen
sich AMOLEDs ideal für Displays in Mobilgeräten, wie Handys, PDAs und Smartphones, aber
auch in größeren Displays von Fernsehgeräten oder digitalen Bilderrahmen.
Die Leistung, die ein AMOLED-Display benötigt hängt sehr stark von der dargestellten
Helligkeit und den Farben ab. Nachteilig ist, dass sich bisher der Kontrast und die Helligkeit
von AMOLEDs mit der Zeit verschlechtern. Außerdem ist die Lebensdauer kürzer, als die von
Passivmatrix-OLEDs.
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Candela
cd, candela
Candela (cd) ist die Maßeinheit für die Lichtstärke, für die von einer Lichtquelle in einer
bestimmten Richtung abgestrahlte Lichtenergie. Definitionsgemäß ist es die Energie, die ein
schwarzer Strahler mit 1/60 qcm Oberfläche bei der Schmelztemperatur von Platin, bei 1.770
°C während einer Sekunde ausstrahlt.
Eine Lichtquelle hat ein Candela wenn die Beleuchtungsstärke in einem Abstand von einem
Meter 1 Lux (lx) beträgt. Die Einheit Candela gehört zu den Basiseinheiten des
Einheitensystems (SI). Je höher der Candela-Wert ist, desto heller ist das emittierte Licht. Ein
Candela ist in 1.000 Millicandela (mcd) unterteilt.
Bezieht man die Lichtstärke auf eine Flächeneinheit, erhält man die Leuchtdichte, angegeben
in Candela pro Quadratmeter (cd/m) oder in Nit.
Zwischen der Lichtstärke und dem Lichtstrom gibt es eine Beziehung über den Raumwinkel in
Steradian. Danach ergibt sich Candela aus dem Verhältnis von Lumen zum Raumwinkel.
Typische Candela-Werte liegen im Wohnraum zwischen 3 und 12 Candela, im Büro zwischen
10 und 20 Candela und bei Schaufensterbeleuchtungen liegen die Candela-Werte zwischen 60
und 300 Candela.
CCT, correlated color
temperature
Die korrelierte Farbtemperatur, Correlated Color Temperature (CCT), beschreibt die relative
Farbtemperatur einer weißen Lichtquelle. Die Abstufungen von Weiß reichen von Kaltweiß über
Neutralweiß bis hin zu Warmweiß. Die Farbflächen für die Correlated Color Temperature liegt
im CIE-Farbraum beidseitig der Planckian Black Body Locus (BBL).
Diese feinen Unterschiede, die im Binning eingeteilt sind, drücken sich im Farbempfinden aus,
das Weiß als gelb-, orange- oder blaustichig charakterisiert. Die in Kelvin (K) angegebene
Correlated Color Temperature steht für die diversen Weiß-Schattierungen. Kaltweiß hat den
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CCT-Bereich zwischen
10.000 Kelvin (K) und
4.500 K, der CCT-
Bereich von
Neutralweiß liegt
zwischen 4.500 K und
3.500 K und der von
Warmweiß zwischen
3.500 und 2.540 K.
Im CIE-Farbraum sind
die Weiß-Farbflächen
von ANSI exakt
spezifiziert, in ihrer
Farbtemperatur und in
ihren Koordinaten
festgelegt und mit
Buchstabenkombinationen
gekennzeichnet. So
Luxeon White Binning-Einteilung, Diagramm: futurelightingsolutions.com
hat der Farbraum für
Bin „WA“ die x-Koordinaten zwischen 0,329 und 0,308 und die y-Koordinaten zwischen 0,331
und 0,311 und eine typische Correlated Color Temperature von 6.300
K. Die verschiedenen Weißtöne werden in der Entwicklung von weißen LEDs (WLED)
entsprechend berücksichtigt. Dadurch kann das Angebot an WLEDs über die grundsätzliche
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Einteilung in Kaltweiß, Warmweiß und Tageslichtweiß weiter hinsichtlich der Farbstichigkeit
von WLEDs differenziert werden.
Dreifarbige LED
tri-color LED
Dreifarbige Leuchtdioden bestehen aus drei unifarbenen LEDs, die in einem Gehäuse
untergebracht sind. Normalerweise sind es die Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Das hat
den Sinn, dass man durch Farbmischung viele Farben des RGB-Farbmodells nachbilden kann.
Die Farbmischung erfolgt dadurch, dass die drei Leuchtdioden, deren Kathoden oder Anoden
einzeln über Anschlussdrähte ausgeführt sind, mit verschiedenen Spannungen angesteuert
werden. Neben den drei Anschlussdrähten gibt es noch einen vierten gemeinsamen
Anschlussdraht für die Anoden- oder Kathodenanschlüsse. Die Wellenlängen der einzelnen
Dreifarbige LED in 3 x 3 mm-Gehäuse,
Foto: directindustry.de
LED-Farben liegen für Rot bei 630 nm bis 650 nm, für
Grün bei 520 nm bis 530 nm und für Blau bei 460 nm
bis 470 nm.
Dreifarbige Leuchtdioden werden dort eingesetzt, wo
sich Farbtöne kontinuierlich verändern müssen, und die
Farben nahtlos von einem Farbton in einen anderen
übergehen. So beispielsweise in Deko-Anwendungen.
Außerdem können Tri-Color LEDs auch für
unterschiedliche Zustandsanzeigen mit
kontinuierlichen Farbänderungen oder auch in RGB-
Displays eingesetzt werden, die nicht hinreichend
Platz für unifarbige Leuchtdioden haben.
Dreifarbige und zweifarbige LEDs gibt es in
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transparenten Plastik- oder Glas-Gehäusen mit 3 mm und 5 mm Durchmesser, für die
Durchstecktechnik (THT) mit Anschlussdrähten und für die SMT-Technik.
FOLED, flexible OLED
Ein flexible Organic Light
Emitting Diode (FOLED) ist ein
OLED-Display, das auf flexibles
Basismaterial aufgebracht ist.
Das kann ein transparenter Film
oder eine metallisierte Folie sein.
Solche flexiblen OLED-Displays
können gerollt und gefaltet
Flexible OLED (FOLED), Foto: Universal Display Corp.
werden. FOLED-Displays haben
die gleichen Eigenschaften wie OLEDs: sie sind selbstleuchtend, hell und haben ein großes
Farbspektrum. Sie sind zudem leichtgewichtig und nicht zerbrechlich, da sie keine Substratoder
Glasplatte als Grundmaterial haben. FOLEDs können in Kleidung integriert oder auf
unebenen Oberflächen, als biegsame Displays eingesetzt oder auf Displaywänden und
Litfasssäulen aufgebracht werden.
Footlambert
fL, footlambert
Footlambert (fL) ist eine Beleuchtungsgröße, die von diffusen Oberflächen emittiert oder
reflektiert wird. Das Footlambert wird bei der Projektikon benutzt. Je höher der Wert ist, desto
heller ist die Darstellung.
Das Footlambert ist eine veraltete Beleuchtungseinheit für die Lichtstärke, die in den USA
benutzt wurde. 1 Footlambert entsprechen 3.426 Candela pro Quadratmeter (cd/qm).
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Helligkeit
brightness
Die Helligkeit ist ein Maß für die Lichtleistung, die von einem Bildschirm abgestrahlt wird. Ist
die Lichtleistung hoch, empfindet der Betrachter das Bild als hell, ist sie gering, empfindet er
es als dunkel. Die Bewertung der Helligkeit erfolgt über die Maßeinheit Candela/qm. Eine als
angenehm empfundene Helligkeit hat etwa 200 Candela/qm.
Die Helligkeit ist neben dem Farbton und dem Farbkontrast für die Erkennung von Bilddetails
maßgeblich. Das menschliche Auge kann je nach Farbbereich zwischen 16 und 26
verschiedenen Helligkeitswerten unterscheiden, wobei das Helligkeitsempfinden logarithmisch
ist. Dunklere Helligkeitswerte benötigen daher nur einen Bruchteil der tatsächlichen
Intensität. So kann ein 50-prozentiger Grauwert mit nur etwa 20 % der Intensität erzeugt
werden, die man für den Weißwert, also den 100-%-Wert benötigen würde.
Die Effizienz der Lichtumsetzung, die Efficacy, liegt bei Tageslicht bei 680 Lumen pro Watt
(lm/W), bei einer Lichtwellenlänge von 555 nm.
Infrarot-LED
IR-LED, infrared LED
Infrarot-LEDs (IR-LED) emittieren Infrarotlicht mit Wellenlängen zwischen 700 nm und 1.000
nm, dem sogenannten Near Infrared Bereich. Dieser Infrarotbereich liegt oberhalb des
sichtbaren Rotbereichs. Die wesentlichen Unterschiede zwischen Leuchtdioden (LED) für
sichtbares Licht und Infrarotlicht bestehen darin, dass Infrarot-LEDs eine niedrigere
Vorspannung haben und einen höheren Nennstrom, was mit den Materialeigenschaften der
Werkstoffe Galliumarsenid (GaAs) und Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) bei der
Lichtemission zusammenhängt. So können die Werte für den Treiberstrom von Infrarot-LEDs
bei 50 mA liegen. Im Gegensatz zu normalen LEDs wird die Emissionsleistung nicht in
Candela (Cd) angegeben, da es sich nicht um sichtbares Licht handelt, sondern in Milliwatt
(mW), wobei es IR-LEDs mit Leistungswerten von einigen hundert Milliwatt gibt.
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Infrarot-LEDs werden in der Unterhaltungselektronik in Fernbedienungen, Garagenöffnungen
und Bewegungsmeldern, aber auch in der Kommunikationstechnik in IrDA und Infrarot-LANs
eingesetzt.
InGaN, indium gallium
nitride
Indiumgalliumnitrid
Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) ist eine der bevorzugten Chip-Technologien für Leuchtdioden
(LED). Mit InGaN können LEDs produziert werden, die Licht mit Wellenlängen von ultraviolett
bis grün emittieren. Die unterschiedlichen Wellenlängen werden durch Änderung der Anteile an
Indium und Gallium erzielt. Eingesetzt wird die InGaN-Technologie u.a. in Scheinwerfern und
Blinklichtern von Kraftfahrzeugen.
Kelvin
K, kelvin
Kelvin (K) ist eine Maßeinheit für die Temperatur, die nach dem englischen Physiker William
Thomson, Lord Kelvin (1824 bis 1907), benannt ist. Die Kelvin-Skala beginnt beim absoluten
Nullpunkt, bei der kein Teilchen mehr Bewegungsenergie besitzt und der bei -273,15 °Celsius
(C) bzw. 0 Kelvin liegt. Die Temperaturdifferenz von 1 K entspricht der von 1 °C. Damit ergibt
sich bei 0 °C eine Temperatur von 273,15 K.
Das Kelvin-Grad wird in der Physik und in anderen technischen Bereichen wie bei der Angabe
von Farbtemperaturen oder Rauschtemperaturen von LNBs in Satellitenempfangsanlagen
verwendet. Ebenso bei der Angabe der Farbtemperatur von Projektorlampen.
Leuchtdichte
light density
Der Begriff Leuchtdichte wird bei Displaytechniken benutzt. Es handelt sich dabei um die
Lichtstärke bezogen auf eine Flächeneinheit, angegeben in Candela pro Quadratmeter (cd/
qm). Es ist das sichtbare Licht, das von einer Leuchtdiode oder einem Display in einer
bestimmten Richtung abgestrahlt wird. Dabei kann die Abstrahlung durch Emission erfolgen
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LED-Technik
wie bei den aktiven Displaytechniken,
beispielsweise beim TFT-Display oder
beim Plasma-Display, sie kann aber
ebenso durch Reflexion verursacht
werden, wie beim LCD-Display.
Häufig wird die Leuchtdichte auch in
nits angegeben. Dabei handelt es sich
um die in USA gebräuchliche Angabe,
die aus dem lateinischen Wort nitere,
was scheinen heißt, abgeleitet wurde.
Das Nit bezieht sich auf die
Lichtstärke, angegeben in Candela
(cd), bezogen auf eine Flächeneinheit:
Licht- und Beleuchtungseinheiten
1 Nit ist gleich 1 cd/qm.
Daneben wird in den USA für die Leuchtdichte auch die veraltete Dimension Footlambert (fL)
benutzt. Wobei 1 Footlambert gleich 3.426 cd/qm bzw. 3,426 nits sind. Früher wurde die
Leuchtdichte in Apostilb (asb) angegeben. 1 Apostilb entspricht 0,31831 cd/qm.
Leuchtdiode
LED, light emitting diode
Eine Leucht- oder Lumineszenzdiode (LED) ist ein Halbleiterbauelement der Optoelektronik,
das nach dem Prinzip der Elektroluminesz Licht emittiert. Die Elektrolumineszenzdiode
wandelt durch elektrischen Strom zugeführte Energie direkt in Licht um. Darunter versteht
man die Fähigkeit von Halbleitern Elektronen mit gleichzeitiger Abstrahlung von Photonen zu
verlagern. Dies geschieht durch einen Elektronen- oder Quantensprung von einer Schale des
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Bohrschen Atommodells auf eine andere. Ein Quantensprung erfolgt immer unter Aufnahme
oder Abgabe der Energiedifferenz.
Leuchtdioden, Farben und Halbleitermaterialien
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Beim Quantensprung und dem damit in
Zusammenhang stehenden Übergang von
einer höheren in eine niedrigere
Energiestufe, wird Energie in Form eines
Photons abgegeben. Den Prozess der
wechselseitigen Aufnahme von Energie und
späterer Rückkehr in den Urzustand unter
Abstrahlung von Licht (Photonen) nennt man
Lumineszenz.
Für diese Photonen-Emission werden
Halbleiter aus der 3. und 5. Gruppe des
Leuchtdiode (LED), Foto: Philips
Periodensystems benutzt, sogenannte III-V-
Verbindungshalbleiter. Das sind Nitrate wie Galliumnitrid (GaN) oder Indiumnitrid (InN),
Phosphide wie Galliumphosphid (GaP) oder auch Arsenide wie Galliumarsenid (GaAs) oder
Indiumarsenid (InAs). Diese Halbleiter oder Kombinationen daraus bestimmen die Farbe der
Lichtemission. Da kein Halbleiter weißes Licht emittiert, erzeugen weiß leuchtende LEDs,
WLED, eine blaue Lichtemission, die eine darüber liegende Phosphorschicht wiederum zur
Lichtemission anregt. Daher kann das Licht der weiß leuchtenden LEDs blaustichig sein. Die
Farbtemperatur liegt bei etwa 5.600 Kelvin. Es gibt auch Leuchtdioden-Arrays mit einstellbarer
Farbtemperatur, die das Tageslicht von 6.500 Kelvin erzeugen können.
LED-Anwendungen: Optische Übertragungstechnik, Statusanzeigen, Displays und Drucker,
Automotive- und Beleuchtungstechnik.
Leuchtdioden werden ebenso wie Laserdioden in der Kommunikation als Lichtquelle für die
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Übertragung in optischen Medien benutzt,
darüber hinaus als Statusanzeigen, in LED-
Displays oder inzwischen auch in der
Beleuchtungstechnik. Wichtige Kennwerte von
Leuchtdioden sind der Lichtstrom sowie die im
Bin-Code zusammengefassten Kennwerte für
das Farb- und Helligkeitsempfinden. Weitere
Kennwerte sind die Lichtausbeute, der
Wirkungsgrad und die Lebensdauer.
Bei den in der optischen Übertragungstechnik
eingesetzten LEDs liegt die Abstrahlfläche
zwischen 50 µm und 100 µm und darüber. Sie
werden daher primär in Multimodefasern
Kennlinie einer roten LED
eingesetzt. Da die Abstrahlung größer ist als
der Kernglasbereich, spricht man bei der LED-Einkopplung von Overfilled Launch (OFL). LEDs
haben eine gewisse Trägheit bei der optischen Signalgenerierung, die auf ihre Schalthysterese
zurückzuführen ist. Sie sind daher für hochbitratige Anwendungen wie sie in Gigabit-Ethernet,
10-Gigabit-Ethernet und 100-Gigabit-Ethernet vorkommen ungeeignet und werden durch VSEL-
Laser ersetzt.
Kennwerte und Einsatzgebiete von LEDs.
LEDs auf der Halbleiterbasis Galliumarsenid (GaAs) strahlen auf einer Wellenlänge von 850
nm. Es gibt sie aber auch in anderen Dotierungen für die Wellenlängen bei 1.300 nm und
1.500 nm. Die typischen Ausgangsleistungen liegen bei 1 mW, die Koppelverluste bei -17 dB.
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LED-Technik
Je nach Einkopplung unterscheidet man bei den LEDs zwischen Flächenemitter-LEDs und
Kantenemitter-LEDs.
Leuchtdioden erzeugen diffuses (inkohärentes) Licht, das in einem relativ großen Winkel
abgestrahlt wird. Dieser liegt zwischen 40 und 90 Grad. Die spektrale Fensterbreite beträgt 70
nm und kann mit Modulationsfrequenzen von bis zu ca. 250 MHz moduliert werden. Die
generierbaren Impulsanstiegszeiten liegen bei 1 ns, wodurch der Einsatz bei
Übertragungsraten von 1 Gbit/s begrenzt ist.
Energieeffizienz und Farbwiedergabe von
LEDs.
Leuchtdioden werden auch für die
Hintergrundbeleuchtung von LCD-Displays
entwickelt und als Power-LEDs zunehmend
als LED-Beleuchtung von Wohnräumen,
Ladenlokalen, Sälen und der Automotive-
Technik in Form von LED-Leuchten, LED-
Spots und LED-Scheinwerfern eingesetzt. Die
bereits zur Verfügung stehenden lichtstarken
Leuchtdioden haben eine
Beleuchtungseffizienz von über 150 Lumen
pro Watt, der von der Helligkeit her bereits
im Bereich einer 20-W-Halogenlampe liegt
und einem Farbwiedergabeindex (CRI) von
95 entspricht. Ihre Lebensdauer liegt je nach
Spektralverteilung von Laser- und Leuchtdiode
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LED-Technik
Kühlung zwischen 50.000 und 100.000 Stunden, wobei damit die Zeitspanne gemeint ist, nach
der die Helligkeit auf 70 % oder 50 % (Hersteller-abhängig) der Anfangshelligkeit abgefallen
ist.
Als Weiterentwicklungen sind Organic Light Emitting Diodes (OLED), polymere LEDs (PLED),
UV-LEDs, die in der UV-Oberflächenbehandlung eingesetzt werden, und die AC-LEDs für die
Raumbeleuchtung zu nennen, die direkt an das Stromnetz angeschlossen werden können. In
diesem Zusammenhang sind auch Infrarot-LEDs (IR-LED) zu nennen, aus denen die LEDs für
sichtbares Licht hervorgegangen sind.
Neben den monochromatisch leuchtenden Leuchtdioden, gibt es noch zweifarbig und dreifarbig
leuchtende, Bi-color LEDs und Tri-color LEDs.
Lichtstrom
luminous flux
Lichtstrom der verschiedenen Lichtquellen bezogen auf die Leistung
Die Einheit für den Lichtstrom,
allgemein für die Helligkeit, ist
das Lumen (lm). Sie ist definiert
als der Lichtstrom, den eine
punktförmige Lichtquelle allseitig
ausstrahlt. Eine punktförmige
Lichtquelle von 1 Candela (cd)
Lichtstärke sendet allseitig einen
Gesamtlichtstrom von 4 Pi aus,
das entspricht 12,57 Lumen (lm).
Der Lichtstrom einer Glühlampe
liegt zwischen 10 lm/W und 20
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LED-Technik
lm/W, Energiesparlampen und OLEDs haben etwa die doppelte Lichtausbeute,
Leuchtstofflampen bringen es auf 100 lm/W und Power-LEDs erreichen über 250 lm/W. Das
bedeutet, dass LEDs eine etwa 20fach höhere Lichtausbeute haben, als Glühbirnen.
Von der Lichtmenge spricht man, wenn ein Lichtstrom in einer festen Zeiteinheit zur
Verfügung steht: Lumen-Sekunden (lms).
Lumen
lm, lumen
Lumen (lm) ist die Maßeinheit für den Lichtstrom, der auf eine bestimmte Projektionsfläche
auftrifft. Dabei wird die Lichtleistung gemessen, die sich auf eine Flächeneinheit bezieht und
in Lux angegeben wird.
Der Zusatz ANSI bezieht sich auf das amerikanische Standardisierungsinstitut und ein von ihm
standardisiertes Messverfahren. Das ANSI-Lumen wurde 1993 definiert und ist exakter als das
undefinierte Lumen. Bei der Messung in ANSI-Lumen wird die Projektionswand mit weißem
Licht beleuchtet. Die gesamte Fläche wird in 9 gleich große Felder unterteilt und in der Mitte
von jedem Feld wird die Beleuchtungsstärke in Lux gemessen und mit der Fläche der Bildwand
multipliziert. Die einzelnen Werte und der Mittelwert aus den 9 Einzelwerten charakterisieren
die Eigenschaften der Projektoren und bieten eine Vergleichbarkeit der Projektionstechniken
untereinander und sind zudem unabhängig von der Größe der Projektionswand und dem
Abstand zwischen Projektor und Projektionswand.
Kleinere Bildschirme haben zwischen 150 bis 200 ANSI-Lumen, größere Bildschirme 200 bis
250 und LCD- und DLP-Projektoren liegen zwischen 1.000 und über 10.000 ANSI-Lumen. Das
ANSI-Lumen ist somit ein Maß für die Lichtstärke der Projektoren und steht in direktem
Zusammenhang mit der Referenzbildhelligkeitsbreite (RHB) und der Raumhelligkeit.
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LED-Technik
luminous efficacy
Beleuchtungseffizienz
Die Bezeichnung Efficacy steht im Deutschen für Wirksamkeit bzw. Effizienz. Verwendet wird
Efficacy in der Lichttechnik als Luminous Efficacy, Lichtausbeute. Es handelt sich dabei um den
Quotienten aus der Lichtstärke, die eine Lichtquelle emittiert, und der Leistung, die dieser
Lichtquelle zugeführt wurde.
Angegeben wird die Luminous Efficacy in Lumen pro Watt (lm/W) und entspricht damit der
Lichtausbeute. Aus dem Efficacy-Wert kann man erkennen welchen Lichtstrom eine Lichtquelle
emittiert, wenn man ihr ein Watt (W) Leistung zuführt. Die Luminous Efficacy wird vorwiegend
bei Leuchtdioden angegeben. Die Luminous Efficacy von Hochleistungs-LEDs liegt derzeit bei
über 250 lm/W, im Vergleich dazu liegt die einer Glühlampe bei ca. 15 lm/W.
Lux
lx, lux
Lux (lx) ist die im internationalen Einheitensystem (SI) festgelegte Basiseinheit für die
Beleuchtungsstärke, das ist die auf einen Körper auftreffende Lichtenergie. Die
Beleuchtungsstärke auf einer Fläche ist dann 1 Lux (lx), wenn ein Lichtstrom von 1 Lumen
(lm) senkrecht auf eine Fläche von 1qm fällt. Die Beleuchtungsstärke errechnet sich aus dem
Quotienten von Lichtstrom (F) zur Beleuchtungsfläche (A). Erfolgt die Beleuchtung mit 1 Lux
während einer Sekunde, dann handelt es sich um die Belichtung, die in Luxsekunden (lxs)
angegeben wird.
Häufig wird das Lux definiert als ein Lumen (lm) pro Quadratmeter (lm/mexp2).
Ein künstlich beleuchteter Raum hat etwa 20 lx bis 100 lx, im Freien können Werte von 3.000
lx im Schatten und bis zu 100.000 lx in der Sonne auftreten.
OLED, organic light
emitting diode
Organic Light Emitting Diode (OLED) ist eine Weiterentwicklung der Leuchtdiode (LED) für die
Display-Technik. Im Unterschied zu LEDs bestehen die farbig selbstleuchtenden OLEDs aus
organischen Halbleitern, die in einem elektrischen Feld Licht emittieren.
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LED-Technik
Der Aufbau von OLEDs.
OLEDs sind mehrlagige Flächenemitter, die aus mehreren Schichten bestehen, die für den
Transport der Löcher und Elektronen sorgen, sowie für deren Rekombination, die zur
Lichtemission führt. Die verschiedenen Schichten liegen auf einem transparenten Substrat -
Glas oder transparenter Plastik - auf das eine extrem dünne, transparente und elektrisch
leitende
Aufbau der OLED
Oxidschicht,
Transparent
Conductive Oxide
(TCO), aus Indium-
Zinnoxid (ITO)
aufgebracht ist.
Diese Schicht bildet
die Anode. Die
Anode liegt an
positivem Potential,
die Kathode an
negativem.
Zwischen der Anode und der Kathode liegen weitere Schichten: der Hole Injection Layer (HIL)
und der damit verbundene Hole Transport Layer (HTL), die lichtemittierenden Polymerschicht,
der Emission Layer (EML), und die Elektronenleitungsschicht, Electron Transport Layer (ETL).
Die Löcher werden von der Anode und dem Hole Injection Layer (HIL) bereitgestellt und
driften, bedingt durch das Spannungspotential zwischen Anode und Kathode, durch die
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LED-Technik
Lochleitungsschicht, den Hole Transport Layer (HTL), hin zur Kathode. Diese stellt die
Elektronen bereit, die ihrerseits über die Elektronenleitungsschicht, dem Electron Transport
Layer (ETL), zur Anode driften. Im Emission Layer (EML), einer Polymerschicht, die zwischen
dem HTL- und dem ETL-Layer eingebettet ist, rekombinieren die Löcher und Elektronen und
senden dabei Photonen als sichtbares Licht aus.
Das so erzeugte Licht gelangt durch das transparente Substrat zur Display-Oberfläche. Dabei
bestimmt das Material der Polymerschicht die Leuchtfarbe. So leuchtet Polythiophen rot,
Polyfluor blau und Polyphenylenvinyl grün.
Die wichtigsten Eigenschaften von OLEDs.
Von den elektrischen Eigenschaften her sind
OLEDs durchaus mit konventionellen Dioden
vergleichbar. Liegt keine Spannung an, fließen nur
geringe Sperrströme. Erst bei Erreichen einer
bestimmten Schwellspannung von einigen Volt
wird der mehrlagige Flächenemitter durchlässig
und der Strom steigt schnell an. Diese Funktion
ist von Bedeutung, weil die OLEDs im nicht
aktiven Zustand keinen Strom benötigen und
schwarz darstellen. Die Betriebsspannung liegt
zwischen 5 V und 10 V und die Stromdichte bei
einigen Milli-Ampere bis hin zu einem Ampere pro
Quadratzentimeter.
OLED als Beleuchtungselement, Foto: Philips OLEDs zeichnen sich durch eine hohe
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LED-Technik
Leuchtdichte und einen guten Kontrast aus und können Graustufen darstellen. Ihre
Leistungsaufnahme ist proportional zum Lichtstrom, sie sind selbstleuchtend, biegsam,
extrem flach und haben eine hohe Auflösung mit einer Pixelgröße von 5 µm, die sich durch die
Steuerleitungen für die Transistoren auf etwa 0,1 mm vergrößert. Ihre Schaltgeschwindigkeit
ist sehr kurz und liegt bei etwa 10 µs, darüber hinaus bieten sie einen extremen
Betrachtungswinkel von bis zu 160°. Angesteuert von einem Array aus OTFT bilden OLEDs mit
der OTFT-Ansteuermatrix ein OTFT-Display.
Dank ihrer Leuchtkraft, der Flexibilität und der geringen Leistungsaufnahme eignen sich OLEDs
ideal für Displays. Sie bestehen aus matrixförmig aufgebauten Arrays aus aktiven und
passiven OLEDs: Active Matrix OLEDs (AMOLED) und Passive Matrix OLEDs (PMOLED) und
auch aus transparenten OLEDs, TOLED, oder aus flexiblen OLEDs, FOLED. Darüber hinaus gibt
es mit PHOLEDs solche, die mit Phosphoreszenz arbeiten und eine höhere Lichtausbeute
haben. Entsprechende OLED-Displays werden in mobilen Geräten, in MP3-Playern, Handys,
PDAs, Kraftfahrzeugen und Smartphones eingesetzt, größere Displays in Notebooks, Desktops
und Fernsehgeräten.
Des Weiteren werden besonders hell leuchtende OLEDs als Beleuchtungselemente entwickelt.
Die Lichtausbeute liegt bei über 100 lm/W (Lumen pro Watt), die Lichtstärke kann bis zu
100.000 cd/qm (Candela pro Quadmeter) betragen, der Farbwiedergabeindex (CRI) beträgt 95
und die Lebensdauer liegt bei über 10.000 Betriebsstunden bei 100 cd/qm. Diese OLEDs
werden als White-OLEDs (WOLED) bezeichnet. Im Vergleich dazu haben Glühlampen eine
Lichtausbeute zwischen 10 lm/W und 20 lm/W.
OLEDs sind wesentlich einfacher und kostengünstiger zu produzieren als Leuchtdioden oder
Thin Film Transistors (TFT) und können auch in gedruckter Elektronik hergestellt werden. Ihre
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LED-Technik
Lebensdauer wird mit von 10.000 Stunden in 2012 auf 40.000 Stunden in 2018 steigen. Wobei
mit Lebensdauer ein Helligkeitsabfall um 30 %, bezogen auf die Anfangshelligkeit, definiert
wird.
PLED, polymer light
emitting diode
Polymer Light Emitting Diode (PLED) sind wie Light Emitting Polymer (LEP) oder OLEDs farbig
leuchtende Plastik-Komponenten für Displays. Sie unterscheiden sich im Aufbau von den LEPs
dadurch, dass sie eine Licht-reflektierenden Kathode haben. Die polymere Technik
Selbstleuchtendes PLED-Display, F
oto: Electronic Assembly
unterscheidet sich gegenüber normalen
LEDs durch den Aufbau. Die PLEDs
benutzen undotierte Polymere, die
zwischen zwei Elektroden angebracht sind.
Die Vorteile der polymeren Technik
gegenüber Leuchtdioden sind der geringe
Energieverbrauch, die extreme Flachheit
und die Biegsamkeit des Displays sowie
die hervorragenden Leuchteigenschaften.
PLEDs werden u.a. in einfachen Displays
von Zählern und Überwachungsgeräten
eingesetzt.
PMOLED, passive matrix
OLED
Im Gegensatz zu den Active Matrix OLEDs (AMOLED) haben Passive Matrix OLEDs (PMOLED)
keine Dünnschichttransistoren für die Aktivierung. Die einzelnen Elektroden der PMOLEDs - die
Anode, die organische Schicht und die Kathode - sind streifenförmig in Zeilen aufgebaut,
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LED-Technik
Aufbau der Passive Matrix OLED (PMOLED)
Passiv-Matrix-OLED mit Pulsweitenansteuerung
wobei die Zeilen der
Anoden rechtwinklig zu
denen der Kathoden
angeordnet sind. Die
Ansteuerung kann über die
Kathoden- und
Anodenleitung erfolgen,
wobei die OLED, die am
Schnittpunkt der Anodenund
Kathodenzeile liegt
aktiviert wird und Licht
emittiert. Die Helligkeit ist
dabei abhängig von dem
eingespeisten Strom.
Eine andere Ansteuerung
kann mittels
Pulsweitenmodulation
(PWM) erfolgen. Dabei
werden alle
Kathodenzeilen
gleichzeitig auf Masse
gelegt und die
Ansteuerung der
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LED-Technik
organischen Pixel über die Anodenleitungen mit Pulsbreitenvariation durchgeführt. Diese
Ansteuerung wird als Single Line Addressing (SLA) bezeichnet. Die Helligkeit der OLEDs wird
spaltenmäßig von den Anoden aus mit Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert. Das bedeutet,
dass bestimmte OLEDs für kürzere oder längere Zeit eingeschaltet werden und Licht
emittieren. Die gesamte Helligkeitsansteuerung ist somit abhängig von der
Zeilenaktivierungszeit und der Pulsdauer an der Anode.
OLED-Displays aus PMOLEDs verbrauchen mehr Strom als solche aus AMOLEDs, vor allem
durch die externen Steuerschaltungen. Sie eignen sich bestens für kleine Bildschirme und
Textdarstellungen, wie sie in PDAs und MP3-Playern benutzt werden.
Power-LED
4-Chip-Power-LED mit einem Farbwiedergabeindex
von 85, Foto: dotlight.de
Die rasante Entwicklung der Leuchtdioden hat
lichtstarke Power-LEDs hervorgebracht, die mehrere
Watt an elektrischer Leistung verbrauchen. Diese
Power-LEDs, die man auch zu LED-Arrays kombiniert,
werden dank ihrer Lichtstärke für die LED-
Beleuchtung in Gebäuden, in LED-Projektoren, als
LED-Spots und in LED-Scheinwerfern, sowie in der
Verkehrs- und Signaltechnik und für die
Straßenbeleuchtung eingesetzt werden.
Hochleistungs-LEDs arbeiten mit
Betriebsspannungen von 3 V Strömen von 2 A und
darüber, die von den Treiberschaltungen erbracht
werden müssen. Der wesentliche Unterschied zu
24

LED-Technik
Energiesparlampen besteht darin, dass Leuchtdioden Punktstrahler sind, deren Lichtemission
sich auf eine Fläche von nur 1 qmm konzentriert. Das führt dazu, dass sie punktförmig eine
hohe Leuchtdichte haben, die am besten durch einen vorgesetzten Diffusor verteilt wird.
Die Vorteile von Power-LEDs gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln liegen in platzsparenden
Bauweise und der enormen Lichtausbeute, der sogenannten Efficacy, die bei über 250 lm/W
(Lumen pro Watt) liegt. Bei der Helligkeit der Power-LED unterscheidet man zwischen High
Brightness und Ultra High Brightness (UHB). Letztere erreichen Helligkeitswerte von bis zu
1.500 Lumen (lm) bei einer Farbtemperatur von 6.500 K. Es gibt auch Power-LEDs als Weiße
LED (WLED) mit kaltweißem und neutralweißem Licht, die sich für Raumbeleuchtung eignen.
Die Power-LED als Beleuchtungsmittel.
Im Vergleich zur Power-LED liegt die Lichtausbeute der Leuchtstofflampe zwischen 50 lm/W
und 80 lm/W, die von Energiesparlampen bei etwa 30 lm/W bis 60 lm/W und die von
Glühlampen bei etwa 10 lm/W. Außerdem ist die Lebensdauer der Power-LED mit über 50.000
Betriebsstunden wesentlich höher als die von Glühlampen oder Leuchtstoffröhren.
Dazu ist allerdings anzumerken, dass die Lebensdauer der Power-LEDs sehr stark von der
Sperrschichttemperatur und damit von der Stromstärke abhängt und die Lebensdauerangaben
der verschiedenen Hersteller recht unterschiedlich sind. So geben einige Hersteller als
Lebensdauer die Zeit an, bei der die Helligkeit auf 70 % der Anfangshelligkeit gefallen ist,
andere geben den 50-%-Wert an.
RC-LED, resonant cavity
LED
Die Resonant Cavity LED (RC-LED) ist eine Leuchtdiode, die mit einem Resonanzkörper
arbeitet und sich gegenüber der normalen Leuchtdiode durch eine geringere spektrale
Bandbreite auszeichnet. Die RC-LED leuchtet bei 650 nm mit einer spektralen Breite von
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LED-Technik
10 nm. Die übertragbare Datenrate beträgt 600 Mbit/s, der Sendepegel liegt bei -2 dBm bis -6
dBm. Die RC-LED kann in einem großen Temperaturbereich zwischen -40 °C und +85 °C
eingesetzt werden. Ihr Einsatz ist in Verbindung mit Polymerfasern und Glasfasern möglich,
mit PCS-Fasern ist er nur bedingt möglich.
SMOLED, small molecule
OLED
Bei der Entwicklung von Organic Light Emitting Diodes (OLED) werden zwei unterschiedliche
Materialtechnologien verfolgt: Die eine arbeitet mit kleinsten Molekülen und nennt sich Small
Molecules OLED (SMOLED), die andere benutzt Polymere. Der Vorteil der erstgenannten
Technologie liegt in der höheren Effizienz und Lichtausbeute, die der Polymere in der
einfacheren und kostengünstigeren Herstellung. So können polymere OLEDs in gedruckter
Elektronik mit Druckmaschinen auf Folie gedruckt werden, wohingegen die SMOLED-Technik ein
Vakuum benötigt, in dem die kleinen Moleküle aufgedampft werden.
SOLED, stacked OLED
Aufbau eines SOLED-Displays
Die SOLED-Technologie
ist eine Display-
Technik, die sich von
der Anordnung der
Organic Light Emitting
Diodes (OLED),
gegenüber anderen
OLED-Diplays
unterscheidet. Bei der
Stacked-OLED-
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LED-Technik
Technologie sind die lichtemittierenden Elektroden und das lichtemittierende Material der
OLEDs transparent. Es handelt sich um sogenannte Transparent OLEDs (TOLED). Da sie
lichtdurchlässig sind, können die drei TOLEDs für die Primärfarben Rot, Grün und Blau
übereinander angeordnet werden, was zu der Bezeichnung Stacked OLED (SOLED) geführt hat.
Jede der drei TOLEDs wird einzeln angesteuert und kann über den zugeführten Strom in der
Helligkeit variiert werden. Werden alle drei TOLEDs mit dem gleichen Strom angesteuert, dann
leuchtet das entsprechende Pixel unbunt, zwischen weiß, grau und schwarz. Bei Erhöhung der
Lichtstärke verändert sich der Grauwert hin zu Weiß.
Da die TOLEDs übereinander angeordnet sind, besteht ein Pixel nicht aus einem Farbtripel,
sondern aus einem einzelnen in der Farbe und der Helligkeit steuerbaren Bildpunkt.
SSL, solid state lighting
Die Bezeichnung Solid State Lighting (SSL) ist der Oberbegriff für alle Leuchtkomponenten, die
auf Halbleiterbasis arbeiten und infolge von Elektrolumineszenzerscheinungen Licht
emittieren. Darunter fallen Leuchtdioden und ihre vielfältigen Varianten wie die mit
organischen Materialien arbeitenden OLEDs und die flexiblen FOLEDs, die polymeren PLEDs,
die SOLEDs und TOLEDs.
SSL-Komponenten sind Kaltlichtquellen, die die zugeführte Energie in Licht umwandeln. Unter
Elektrolumineszenz versteht man die Fähigkeit von Halbleitern Elektronen mit gleichzeitiger
Abstrahlung von Photonen zu verlagern. Dies geschieht durch einen so genannten Elektronenoder
Quantensprung von einer Schale des Bohrschen Atommodells auf eine andere. Ein
Quantensprung erfolgt immer unter Aufnahme oder Abgabe der Energiedifferenz. Bei dem
Übergang von einer höheren in eine niedrigere Energiestufe wird die Energie in Form eines
Photons abgegeben. Den Prozess der wechselseitigen Aufnahme von Energie und späterer
Rückkehr in den Urzustand unter Abstrahlung von Licht (Photonen) nennt man Lumineszenz.
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LED-Technik
TOLED, transparent
OLED
Transparente OLEDs (TOLED), vorne: deaktiviert,
hinten: aktiviert, Foto: Siemens
Im Gegensatz zu den Standard-OLEDs sind
bei transparenten OLEDs (TOLED) alle
Schichten - das Substrat, die Anode, die
Löcher transportierenden Schichten, die
emittierende Polymerschicht und die
Kathode - im inaktiven Zustand
transparent. Wird eine transparente OLED
aktiviert, wird das emittierte Licht in beide
Richtungen abgestrahlt und tritt an der
Vorder- und der Rückseite aus. Die
Lichtverhältnisse des abgestrahlten Lichts
können zwischen 1:1 bis 1:5 variiert
werden. Die Betrachter können beidseitig
des TOLED-Display die Darstellung
verfolgen.
Eine solche TOLED kann sowohl als Active Matrix OLED (AMOLED) und auch als Passive Matrix
OLED (PMOLED) aufgebaut sein. Die TOLED-Technik kann für Head-up-Displays und für
großformatige OLED-Displays eingesetzt werden.
UHB, ultra high
brightness
Die Bezeichnung Ultra High Brightness (UHB) wird für extrem hell leuchtende Leuchtdioden,
TFT- und LED-Displays benutzt. Bei den Leuchtdioden handelt sich um Power-LEDs mit hohem
Lichtstrom, die überall dort eingesetzt werden können, wo die Umgebungshelligkeit hoch ist
und dadurch die LED-Anzeige beeinträchtigt. So werden UHB-LEDs als LED-Blitz in
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LED-Technik
Digitalkameras eingesetzt, in Form von Displays in Schaufensterpräsentationen,
Lichtsignalanlagen, Großdisplays, Infoscreens, Electronic Billboards, Kiosk-Systemen u.ä.
Die Helligkeit der UHB-LEDs erreicht Werte von 1.200 Candela und mehr.
UV-Leuchtdiode
UV-LED, ultraviolet light
emitting diode
UV-Leuchtdioden (UV-LED) leuchten ultraviolett. Der UV-Bereich ist nach DIN 5031 unterteilt
in die Wellenlängenbereiche UV-A mit Wellenlängen zwischen 315 nm und 380 nm, UV-B
zwischen 280 nm und 315 nm und UV-C mit Wellenlängen zwischen 100 nm und 280 nm. UV-
LEDs gibt es für Wellenlängen
zwischen etwa 380 nm und
240 nm. Der Wirkungsgrad von
UV-LEDs sinkt mit kürzer
werdenden Wellenlängen
rapide ab und liegt bei
Wellenlängen unterhalb von
280 nm bei 2 % bis 3 %.
Entsprechend gering sind die
erzielbaren UV-Leistungen,
nämlich einige Milliwatt.
Wie konventionelle
Leuchtdioden benutzen UV-
LEDs als Basismaterial
Galliumnitrid, das durch
Lichtemission einer UV-A-LED
andere Metalle angereichert
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LED-Technik
wird, aber auch Aluminiumnitrid (AIN) und Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN). Durch die
Anreicherung können die Emissionswellenlängen verschoben werden.
UV-LEDs werden auch für die Herstellung von weißen LEDs, WLEDs, benutzt. Dazu wird die
UV-LED mit einem RGB-Konverter versehen, der das UV-Licht in den Primärfarben Rot, Grün,
Blau (RGB) emittiert. Das Farbemission der einzelnen Farben ist breitbandiger, was einen
höheren Farbwiedergabeindex zur Folge hat. Allerdings ist die Umwandlung des UV-Lichts in
die Einzelfarben mit einem Energieverlust verbunden, der als Wärme abgeführt wird.
Eingesetzt werden UV-LEDs in Form von UV-Lampen in der Oberflächenbehandlung, in
medizinischen Laboren für die Desinfektion und Luftaufbereitung sowie zum Prüfen von
Banknoten und zum Aushärten von Klebern.
Weiß
white
Weiß ist in der Farbdarstellung unbunt. Es ist eine „Farbe“, die das Licht vollständig reflektiert
und kein Licht absorbiert. Weiß umfasst alle Wellenlängen des sichtbaren Spektrums. Weiß
kann in seiner Farbtemperatur angegeben werden oder aber mit den Koordinatenwerten im
CIE-Farbraum. Vom Farbempfinden her unterscheidet man in der Beleuchtungstechnik zwischen
Kaltweiß, Neutralweiß und Warmweiß. Während die Farbtemperatur von Kaltweiß zwischen
5.000 Kelvin (K) und 10.000 K liegt, ist die von Neutralweiß zwischen 3.500 K und 5.000 K
und die von Warmweiß zwischen 2.600 K und 3.500 K.
Bei Farbmessungen und Fernsehübertragungen ist Weiß ein Standard, der dem absoluten
Reflexionsverhalten entspricht.
Je nach Farbstandard weichen die Weißwerte geringfügig voneinander ab. So definieren der
PAL-Fernsehstandard nach der europäischen Rundfunkunion (EBU), die Society of Motion
Pictures and Television Engineers (SMPTE) und verschiedene Grafikprogramme Weiß mit einer
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LED-Technik
Farbtemperatur von 6.500 K (D65) im
CIE-Farbraum mit den xy-Koordinaten
0,3127/0,3290. Dies entspricht dem
Tageslicht. Bei Bewölkung hat das Weiß
eine Farbtemperatur von 5.500 K (D55)
und die Koordinaten 0,3324/0,3474.
In den verschiedenen Farbmodellen liegt
Weiß am Ende der Unbunt-Achse. Bei
den Graustufen hat Weiß mit 100 %
ebenso den höchsten Wert wie in der
Munsell-Skala mit dem Wert 10.
Farbtemperaturen weißer Lichtquellen
In der digitalen Videotechnik gibt es ein
Weiß, das oberhalb vom darstellbaren
Weiß liegt und als Ultraweiß bezeichnet wird. Das ist der Signalbereich eines digitalen
Videosignals, der oberhalb von 100 % Weiß liegt. Dieser Bereich wird auch Headroom
genannt. Im Englischen wird dieser Bereich als „Whiter than White“ bezeichnet.
WLED, white LED
Weiße LED
Die Spektralcharakteristiken von Leuchtdioden (LED) haben bei bestimmten Farben ihr
Maximum. Das können die Farben Rot, Grün oder Orange sein, aber nicht Weiß. Das für Weiß
erforderliche breite Wellenlängenspektrum kann nur indirekt mit Halbleiter-
Leuchtkomponenten erzeugt werden. Es gibt mehrere Techniken um Warm-Weiß mit
Leuchtdioden zu erzeugen. Bei diesen Techniken wird die Lichtemission unterschiedlich
strahlender Leuchtdioden oder Phosphore miteinander kombiniert.
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LED-Technik
Verfahren zur Erzeugung von weißem Licht.
Ein Verfahren nennt sich Phosphor Conversion. Bei dieser Technik wird eine ultraviolett oder
blau strahlende UV-LED mit einem gelben oder multichromatisch fluoreszierenden Phosphor
beschichtet. Der gelbe Phosphor bildet eine Konversionsschicht. Er wird von den Photonen der
blau strahlenden Leuchtdiode aktiviert und konvertiert die blaue Strahlung in ein gelblichweißes
Licht mit einem breiten Wellenlängenspektrum. Die Farbtemperatur dieser Pseudo-
White-LEDs kann man beim Fertigungsprozess festlegen. Sie gibt es in warmweißem (ww),
neutralweißem und kaltweißem (cw) Licht mit Farbtemperaturen zwischen 2.500 Kelvin und
10.000 Kelvin.
Andere Techniken arbeiten mit LED-Arrays aus roten, grünen und blauen LEDs, die so zum
Leuchten angeregt werden, dass die Kombination der drei Lichtquellen weißes Licht emittiert.
Die drei LEDs werden in einem gemeinsamen Gehäuse dicht beieinander angebracht und
Spektralverteilung von weißen LEDs, Diagramme: Hera
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LED-Technik
können in ihrer Farbtemperatur einzeln gesteuert werden. Dadurch kann die Farbtemperatur für
Weiß eingestellt werden.
Lichtausbeute und Farbwiedergabeindex.
Damit die Lichtausbeute von Leuchtdioden möglichst groß ist, wird das emittierte Licht in der
LED durch eine Verspiegelung nach außen reflektiert. Weiße LEDs können über die
Farbtemperatur, den Farbwiedergabeindex (CRI) und über die Farbstichigkeit bewertet werden.
Was die Farbtemperatur betrifft, so gibt es ultraweiße oder purweiße (PW) LEDs mit
Farbtemperaturen zwischen 5.700 K und 6.500 K, neutralweiße (NW) mit Farbtemperaturen
zwischen 4.000 K bis 5.000 K und warmweiße (WW) LEDs mit Farbtemperaturen zwischen
2.700 K und 4.000 K. Der Farbwiedergabeindex liegt bei kaltweißen LEDs zwischen 70 und 80,
bei warmweißen werden Werte von über 90 erreicht. Die Farbstichigkeit wird durch den Bin-
Code und die Correlated Color Temperature (CCT) festgelegt. In diesen Kennwerten ist das
Farb- und Helligkeitsempfinden der Leuchtdioden (LED) zusammengefasst, da der Weißton
diverse Farbnuancen haben kann, die von grünlich, gelblich, bläulich bis hin zu violett reichen
können.
Die Lichtausbeute von WLEDs beträgt typischerweise 150 Lumen pro Watt (lm/W).
Spitzenwerte liegen bei über 250 lm/W. Dieser Wert steht für die Lichtstärke an der LED-
Oberfläche. Was den Farbwiedergabeindex betrifft, so ist dieser beim Phosphor Conversion
höher als bei dreifarbigen WLEDs.
Zweifarbige LED
bi-color LED
Zweifarbige LEDs sind die gleichen Leuchtdioden wie einfarbige, mit dem Unterschied, dass in
einem Gehäuse zwei LEDs mit verschiedenen Farben untergebracht sind. Sie haben die
gleichen Charakteristika und Kennwerte wie einfarbige LEDs.
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LED-Technik
Das bezieht sich auf die Helligkeitswerte, den Abstrahlwinkel, die Lebensdauer und alle
anderen LED-Kennwerte.
Bi-Color LEDs können zwei oder drei Anschlussdrähte haben, je nachdem wie sie intern
verdrahtet sind. Bei der zweiadrigen Ausführung sind die beiden Leuchtdioden parallel
geschaltet, allerdings in umgekehrter Richtung. Dabei ist die Anode der einen Leuchtdiode,
beispielsweise einer roten LED, mit der Kathode der zweiten LED, beispielsweise einer grünen
LED, verbunden. Liegt an der Parallelschaltung keine Spannung an, bleiben die LEDs dunkel,
ebenso, wenn an beiden Anschlussdrähten die gleiche positive Spannung anliegt. Liegt an der
Anode der roten Elektrode eine positive Spannung die über der Durchbruchspannung liegt,
dann leuchtet sie rot. wird die Spannung umgepolt und liegt an der Anode der grünen LED
eine positive Spannung, dann leuchtet sie grün.
Schaltzustände einer zweifarbigen LED mit zwei
Anschlüssen, Foto: Respotec
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LED-Technik
Die farbliche Kombination von Bi-Color LEDs ist vielfältig und reicht und umfasst die
komplette Farbpalette von Rot, Grün und Blau in den verschiedensten Ausprägungen: Rot/,
grün, rot/orange, rot/blau usw.
Zweifarbige Leuchtdioden werden dort eingesetzt, wo zwei Zustände angezeigt werden
müssen.
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Impressum LED-Technik
Urheber
Klaus Lipinski, Dipl.-Ing.
Datacom-Buchverlag GmbH
84378 Dietersburg
ISBN: 978-3-89238-260-7
LED-Technik
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