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Das unmögliche Licht - DGZfP

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DEUTSCHE<br />

GESELLSCHAFT FÜR<br />

ZERSTÖRUNGSFREIE<br />

PRÜFUNG E.V.<br />

ZfP-Sonderpreis der <strong>DGZfP</strong> beim Landeswettbewerb Jugend forscht<br />

SCHÜEX THÜRINGEN<br />

<strong>Das</strong> <strong>unmögliche</strong> <strong>Licht</strong><br />

- weiße LED`s -<br />

Wie entsteht weißes LED-<br />

<strong>Licht</strong>?<br />

Klemens Eichhorn<br />

Franz Benkert<br />

Schule:<br />

Friedrichgymnasium Altenburg<br />

Geraer Straße 33<br />

04600 Altenburg<br />

Jugend forscht 2012


<strong>Das</strong> <strong>unmögliche</strong> <strong>Licht</strong><br />

weiße LED's<br />

Wie entsteht weißes LED-<strong>Licht</strong> ?<br />

- 1 -


Kurzfassung<br />

Bei unseren letzten Experimenten mit LED's fanden wir heraus, dass die Farbe der LED's bzw. die<br />

Wellenlänge ihres <strong>Licht</strong>es spezifisch für das verwendete Halbleitermaterial ist. Weißes <strong>Licht</strong> ist aber<br />

ein Mischlicht (enthält alle Spektralfarben) – deshalb versuchten wir dieses Jahr zu erforschen , wie<br />

man dann mit LED's überhaupt weißes <strong>Licht</strong> erzeugen kann.<br />

Wir fanden heraus: eine Möglichkeit ist die Kombination von verschiedenfarbigen LED's in einem<br />

Gehäuse, die dann mit gleicher <strong>Licht</strong>stärke leuchten müssten. Dies konnten wir mit einem Versuch<br />

selbst zeigen.<br />

Bei unseren Nachforschungen stießen wir aber auch auf den Begriff „Lumineszenz“. Mit<br />

Messgeräten, einer weißen LED, Widerständen, einer Batterie und einer Steckplatte bewaffnet,<br />

nahmen wir die Kennlinie unserer weißen LED auf. Dabei ergaben die Messungen, dass ihre<br />

Kennlinie fast identisch zu der einer blauen LED ist. Also ist in der weißen LED wahrscheinlich ein<br />

Stoff, der von blauem LED-<strong>Licht</strong> angestrahlt wird und dann weiß leuchtet. Genau diesen Effekt nennt<br />

man Lumineszenz. Unsere Recherchen ergaben, dass bei der Herstellung von weißen LED's fast<br />

immer genau diese Variante verwendet wird.<br />

Inhaltsverzeichnis<br />

1. <strong>Licht</strong> 3<br />

1.1 sichtbares und nichtsichtbares <strong>Licht</strong> 3<br />

1.2 Was ist weißes <strong>Licht</strong> ? 3<br />

2. Halbleitermaterialien in LED's und deren Wellenlänge 3<br />

3. Zerlegung des <strong>Licht</strong>s in Spektralfarben 4<br />

4 die Fullcolor-LED 6<br />

5. Untersuchungen an einer weißen LED 8<br />

5.1 weiße LED's unter einer Lupe betrachtet 8<br />

5.2 Kennlinie 9<br />

6 Lumineszenz 11<br />

7. Geschichte und Aufbau von weißen LED's 12<br />

8. Zusammenfassung, Anwendung, Ausblick 13<br />

9. Quellen- und Literaturverzeichnis 14<br />

10. Anhang 15<br />

- 2 -<br />

Seite


1. <strong>Licht</strong><br />

<strong>Licht</strong> ist elektromagnetische Strahlung mit Welleneigenschaften. Die Energie liegt dabei in Quanten vor, die<br />

man als Photonen bezeichnet.<br />

1.1 sichtbares und nichtsichtbares <strong>Licht</strong><br />

Ein großer Teil des <strong>Licht</strong>es ist für den Menschen sichtbar. Dieses Spektrum reicht von etwa 380nm bis<br />

780nm. Daran grenzen der infrarote und der ultraviolette Bereich an. Diese sind für das menschliche Auge<br />

nicht sichtbar. <strong>Das</strong> sichtbare Farbspektrum reicht von rot, gelb und grün über blau bis zu violett, wobei rot<br />

langwelligerem <strong>Licht</strong> und violett kurzwelligerem <strong>Licht</strong> entspricht.<br />

Die wahrgenommenen Farben entsprechen <strong>Licht</strong> mit bestimmten spektralen Verteilungen. Wird aus <strong>Licht</strong> mit<br />

gleichmäßiger Spektralverteilung eine bestimmte Wellenlänge absorbiert, dann entsteht aus den restlichen<br />

Spektralfarben der Farbeindruck für den Menschen.<br />

1.2 Was ist weißes <strong>Licht</strong> ?<br />

<strong>Licht</strong> mit gleichmäßiger Spektralverteilung wird von uns als „weiß“ empfunden. Es sind also alle<br />

Spektralfarben mit gleicher Intensität enthalten.<br />

Für uns Menschen entsteht der Farbeindruck „weiß“ immer dann, wenn ein Material das <strong>Licht</strong> so reflektiert,<br />

dass alle drei Zapfen in der Netzhaut des Auges in gleicher Weise und mit ausreichend hoher Intensität<br />

gereizt werden.<br />

Bei Fernsehgeräten und Computermonitoren entsteht weißes <strong>Licht</strong><br />

z.B durch eine additive Mischung gleicher Intensitäten der Farben<br />

Rot, Grün und Blau.<br />

2. Halbleitermaterialien in LED's und deren Wellenlängen<br />

Bild 1: <strong>Licht</strong>mischung<br />

Die Spannungs-Strom-Diagramme von LED's zeigen jeweils einen Kennlinienknick. Die Stelle des<br />

Kennlinienknicks ist spezifisch für die jeweilige LED-Farbe. Dadurch ergibt sich das spezielle<br />

Leuchtverhalten der LED's, nämlich, dass sie in einem ganz kleinen Spannungsbereich leuchten.<br />

Dieser Spannungsbereich ist für jede Farbe kennzeichnend und hängt mit dem Material des<br />

Halbleiterkristalls zusammen:<br />

Farbe (Halbleitermaterial) Spannungsbereich Wellenlänge in nm<br />

Infrarot (GaAs) 1,9 V > 760<br />

Rot (GaAsP) 2,1 V 610 - 760<br />

Orange (GaP) 1,8 V 590 - 610<br />

Grün (GaP) 2,1 V 500 - 570<br />

Gelb (GaP) 2,2 V 570 - 590<br />

Blau (GaN) 2,9 V 450 - 500<br />

Violett (InGaN) 3,2 V 400 - 450<br />

Ultraviolett (AIGaN) 3,8 V 230 - 400<br />

Herkömmliche LED's leuchten also nur in einem sehr engen Bereich des Farbspektrums.<br />

Da Weiß ein Mischlicht ist kann es also keine weißen LED's geben – oder doch?<br />

- 3 -


3. Zerlegung des <strong>Licht</strong>s in Spektralfarben<br />

Unser <strong>Licht</strong> in Natur und Technik besitzt unterschiedliche Wellenlängen. Es lässt sich z.B. mit einem Prisma<br />

in seine einzelnen Bestandteile zerlegen, dies sind die sogenannten Spektralfarben oder auch<br />

umgangssprachlich: die Regenbogenfarben.<br />

Im 17. Jahrhundert hat der Physiker Isaac Newton erstmals in einem Experiment gezeigt, dass weißes<br />

Sonnenlicht mittels eines dreikantigen Prismas in die Farben des Spektrums zerlegt werden kann. Der<br />

<strong>Licht</strong>strahl wird durch ein Prisma in ein farbiges Band zerlegt, das man Spektrum nennt. Dabei entstehen die<br />

Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett.<br />

Grund für die Zerlegung ist die unterschiedlich starke Brechung von <strong>Licht</strong> mit verschiedenen Wellenlängen<br />

beim Übergang von einem optischen Material in ein anderes.<br />

Bild 2: <strong>Licht</strong>zerlegung am Prisma<br />

Die Brechung des <strong>Licht</strong>s geschieht innerhalb des Mediums zur Senkrechten hin, beim Austritt in die<br />

entgegengesetzte Richtung. Daraus ergibt sich der Brechungsindex, der von der Wellenlänge abhängig ist,<br />

je kleiner die Wellenlänge ist, desto größer ist der Brechungsindex. Deshalb wird z.B. violettes <strong>Licht</strong> stärker<br />

gebrochen als rotes oder grünes.<br />

Die <strong>Licht</strong>brechung kann man auch in einem Regenbogen beobachten, wenn das Sonnenlicht in den feinen<br />

Wassertröpfchen gebrochen wird. Noch besser kann man das <strong>Licht</strong> zerlegen, indem man es durch einen<br />

feinen Doppelspalt schickt. Die beiden Spalte wirken wie zwei neue <strong>Licht</strong>quellen, und auf einem<br />

Projektionsschirm überlagern sich die verschiedenen Wellengruppen und erzeugen dabei Muster aus<br />

dunklen und hellen Streifen, den Interferenzstreifen. Wenn man die Anzahl der Spalte stark vergrößert,<br />

entstehen besonders schöne Spektren. Auf diese Weise entstehen auch die Farbspektren, wenn <strong>Licht</strong> auf<br />

die Oberfläche einer CD trifft.<br />

Bild 3: Oberfläche einer gepressten CD-ROM Bild 3a: CD-ROM<br />

- 4 -


Spektralfarben des <strong>Licht</strong>s einer Glühlampe, einer weißen LED und einer roten LED<br />

Experiment:<br />

Unseren Überlegungen zufolge lässt sich weißes <strong>Licht</strong> in Spektralfarben zerlegen, also auch weißes<br />

<strong>Licht</strong> einer LED. Dies wollten wir in einem Versuch an einer CD-ROM überprüfen und den Vergleich<br />

zu einer herkömmlichen (roten) LED herstellen.<br />

Bild 4: <strong>Licht</strong>zerlegung an einer CD-ROM (Titelbild)<br />

Aufgabe:<br />

Untersuchung der <strong>Licht</strong>zusammensetzung einer Glühlampe, einer weißen LED und einer roten LED<br />

Geräte und Hilfsmittel:<br />

CD-ROM<br />

Taschenlampe mit Glühlampe<br />

Taschenlampe mit weißer LED<br />

Laserpointer (rote LED)<br />

weißer Zeichenkarton als optischer Schirm<br />

Raumverdunkelung<br />

Fotoapparat<br />

Durchführung:<br />

Wir befestigten den Zeichenkarton an einer frei zugänglichen Wand und verdunkelten anschließend<br />

den Raum.<br />

Wir hielten die CD in einer Hand und leuchteten mit den verschiedenen <strong>Licht</strong>quellen aus<br />

verschiedenen Winkeln so auf die CD, dass sich auf dem Zeichenkarton an der Wand das Spektrum<br />

abzeichnete.<br />

Beobachtung:<br />

Glühlampe weiße LED rote LED<br />

alle Farben des<br />

<strong>Licht</strong>spektrums<br />

erkennbar<br />

alle Farben des<br />

<strong>Licht</strong>spektrums<br />

erkennbar<br />

kein Farbspektrum,<br />

nur ein roter<br />

<strong>Licht</strong>streifen<br />

Auswertung:<br />

Unsere Überlegungen waren richtig, weißes <strong>Licht</strong>, egal ob von Glühlampe oder LED, enthält alle<br />

Farben des <strong>Licht</strong>spektrums, das <strong>Licht</strong> einer herkömmlichen LED nur eine einzige Farbe, da diese<br />

sich aus den verwendeten Halbleitermaterialien ergibt.<br />

- 5 -


4. Die Fullcolor-LED<br />

Unser Experiment hat gezeigt, dass auch eine weiße LED <strong>Licht</strong> aussendet, welches alle Spektralfarben<br />

enthält. Damit stellt sich nun immer noch die Frage: Wie ist dies möglich?<br />

Durch verwendete Halbleitermaterialien ist dies nicht erklärbar. Ein erster Ansatz wäre die Überlegung, dass<br />

im Gehäuse einer LED mehrere verschiedenfarbige LED-Chips untergebracht sind, die mit gleicher<br />

<strong>Licht</strong>stärke leuchten müssten. Unser nächstes Experiment sollte diese Möglichkeit nachweisen.<br />

Experiment:<br />

Mit einer Fullcolor-LED oder auch RGB-LED bzw. Multi-LED versuchten wir durch additive<br />

Überlagerung aus verschiedenen <strong>Licht</strong>farben weißes <strong>Licht</strong> zu erzeugen.<br />

Bild 5: Versuch mit einer Fullcolor-LED<br />

Aufgabe:<br />

Erzeugung von weißen LED <strong>Licht</strong> durch additive Überlagerung von rotem, blauem und grünem<br />

LED-<strong>Licht</strong>.<br />

Geräte und Hilfsmittel:<br />

Kingbright Fullcolor RGB Lamp<br />

3 Widerstände (470 Ohm)<br />

3 Potentiometer (100 kOhm)<br />

Steckplatine<br />

9V Blockbatterie<br />

Batterieclip mit Drähten<br />

Durchführung:<br />

Entsprechend der nachfolgenden Berechnungen verwendeten wir für jeden LED-Chip einen<br />

Vorwiderstand von 470 Ohm, damit die LED nicht durch zu großen Strom zerstört wird. In Reihe zu<br />

den drei Vorwiderständen schalteten wir jeweils ein Potentiometer (regelbarer Widerstand) um die<br />

Stromstärke und damit die Leuchtkraft der einzelnen LED-Chips regulieren zu können.<br />

Mit Hilfe der Potentiometer konnten wir die Intensität der drei Farben Rot, Grün und Blau einstellen.<br />

- 6 -


Berechnung der minimalen Vorwiderstände:<br />

Bild 6: Schaltbild für je eine Farbe<br />

geg: Spannungsquelle 9 V<br />

maximal zulässiger Strom der LED = 20 mA (Herstellerangabe)<br />

LED Flussspannung (bei max. 20 mA) = 2,0 V (aus Kingbright Herstellerdiagramm)<br />

ges: R<br />

Lsg: R = U / I<br />

R = ( USpannungsquelle – ULED ) / I<br />

R = ( 9 V – 2,0 V ) / 20 mA<br />

R = 7 V / 0,02 A<br />

R = 350 Ohm<br />

Antw.: Es ist ein Vorwiderstand von größer oder gleich 350 Ohm zu verwenden. Deshalb<br />

verwendeten wir jeweils 470 Ohm – Widerstände.<br />

Beobachtung:<br />

Durch nacheinander einzelnes Hochregeln lassen sich mit der Fullcolor-LED die einzelnen Farben<br />

Rot, Blau und Grün zeigen. Durch gleichzeitiges Leuchten der drei LED-Chips lässt sich mit etwas<br />

Fingerspitzengefühl ( die müssen wirklich spitz sein ) <strong>Licht</strong> gleicher Intensität erzeugen, so dass es<br />

für den Betrachter weiß aussieht. Bei näherer Betrachtung mit einer Lupe erkennt man jedoch noch<br />

die drei einzelnen Farben. Durch weiteres Verstellen der Potentiometer lassen sich alle weiteren<br />

denkbaren Farbkombinationen einstellen.<br />

Auswertung:<br />

Mit einer Fullcolor-LED lässt sich weißes <strong>Licht</strong> erzeugen.<br />

Die additive Farbmischung von Rot, Grün und Blau (RGB) oder nur Blau und Gelb kann neben allen<br />

anderen Mischfarben auch weißes <strong>Licht</strong> erzeugen. In der Fullcolor-LED werden drei verschiedene<br />

LED-Chips in einem Gehäuse kombiniert. Sie werden z.B bei hochauflösenden LED-Video-Displays<br />

oder zur Displayhintergrundbeleuchtung verwendet.<br />

Um die einzelnen Chips einzeln regeln zu können, müssen aus dem Gehäuse der LED jedoch<br />

mindestens vier Anschlussdrähte herausgeführt werden (ein gemeinsamer und je Chip ein weiterer)<br />

Aber unsere normalen weißen LED's besitzen nur 2 Anschlussdrähte...<br />

Es muss also noch eine andere Möglichkeit geben, weißes LED <strong>Licht</strong> zu erzeugen.<br />

Bild 7: Fullcolor LED Bild 7a: Farbspektrum<br />

- 7 -


5. Untersuchungen an einer weißen LED<br />

Da eine handelsübliche weiße LED nur eine Anode und eine Kathode hat, also nur zwei Anschlussdrähte,<br />

versuchten wir nun in das Innere der LED zu schauen. Es wäre doch immerhin noch möglich, dass in der<br />

LED drei Chips untergebracht sind, und dazu auch die notwendigen Vorwiderstände. Dies müsste man dann<br />

bei einem klaren Gehäuse sehen können.<br />

Wenn die Vorwiderstände mit im Gehäuse untergebracht sind, und wir von der LED ein Spannungs-<br />

Stromdiagramm aufzeichnen, so dürfte man keinen eindeutigen Kennlinienknick sehen.<br />

5.1 Weiße LED's unter einer Lupe betrachtet:<br />

Bild 8: unsere getesteten weißen LED's<br />

Bild 9: Fullcolor LED Bild 9a: 3-Chip-LED Bild 9b: 1-Chip-LED<br />

Ergebnis:<br />

Unter einer Lupe ist bei der Fullcolor-LED deutlich zu sehen, dass auf dem Träger drei einzelne<br />

Halbleiterkristalle platziert sind.<br />

Überrascht hat uns das Bild der weißen LED's. Wir haben eine weiße LED gefunden, bei der drei<br />

Chips zu sehen waren, alle anderen untersuchten weißen LED's haben nur einen Chip.<br />

Aus diesem Grund versuchten wir nun die Kennlinie einer weißen 1-Chip-LED aufzunehmen, um<br />

vielleicht daran ihren Aufbau ableiten zu können.<br />

- 8 -


5.2 Kennlinie einer weißen LED<br />

Bild 10: Messung von Spannung und Strom an einer weißen LED<br />

Aufgabe:<br />

Untersuche an einer weißen LED den Zusammenhang von Spannung und Strom.<br />

Geräte und Hilfsmittel:<br />

weiße LED<br />

Messgeräte für Spannung und Strom (Voltcraft VC-11)<br />

Widerstand (470 Ohm)<br />

Potentiometer<br />

Steckplatine<br />

9V Blockbatterie<br />

Batterieclip mit Drähten<br />

- 9 -<br />

Bild 11: unsere Multimeter


Durchführung:<br />

Durch Verstellen der Potentiometer (wir verwendeten ein größeres und ein kleineres in<br />

Reihenschaltung, um feiner einstellen zu können) erhöhten wir die Spannung, beginnend bei 1,7 V,<br />

in 0,1 V – Schritten. Auf dem zweiten Messgerät lasen wir die dazugehörigen Stromwerte ab. Wir<br />

erfassten alle Messwerte in unserer bereits bestehenden Tabelle anderer LED–Kennlinien.<br />

Bild 12: Schaltbild für die Strom- und Spannungsmessung<br />

Beobachtung:<br />

Ab einer bestimmten Spannung begann die LED zu leuchten. Unterhalb dieser Spannung konnten<br />

wir am Strommessgerät keinen Strom feststellen, aber bei Erhöhung der Spannung stieg die<br />

Stromstärke stark an. Im Diagrammen ist dies als Knick in der Kurve zu sehen. Dieser Knick ist dafür<br />

verantwortlich, dass die LED sehr plötzlich ihre Helligkeit erhöht.<br />

Auswertung:<br />

Der Zusammenhang von Spannung und Strom an der weißen LED ist nichtlinear, er hat einen<br />

starken Knick. Eine Änderung des Leuchtverhaltens der LED ist nur im Bereich dieses Knicks gut zu<br />

sehen. Die LED leuchtet bei geringerer Spannung nicht, bei höherer Spannung steigt der Strom<br />

schnell über den höchstzulässigen Strom der LED, (Achtung: Herstellerangabe) und zerstört diese.<br />

(Auch dieses Jahr ist unseren Tests wieder eine zum Opfer gefallen)<br />

Ein Vergleich mit den Kennlinien verschiedener farbiger LED's zeigte ein für uns verblüffendes<br />

Ergebnis: die Kennlinie der weißen LED ist fast identisch zu der Kennlinie einer blauen LED.<br />

Daher liegt die Vermutung nahe, dass die weiße LED eigentlich eine blaue LED ist, deren <strong>Licht</strong><br />

durch einen zusätzlich im Gehäuse untergebrachten Stoff so verändert wird, dass die LED weiß<br />

leuchtet. (Kennlinien und Diagramm im Anhang)<br />

Fehlerbetrachtungen<br />

1. Messtoleranz der Messgeräte<br />

2. Fertigungstoleranzen der Leuchtdioden<br />

3. Innenwiderstand der Messgräte, dadurch Veränderungen von Stromstärke und Spannung, weil<br />

beim Spannung messen immer auch durch das Voltmeter ein geringer Strom fließt, und beim<br />

Strom messen das Amperemeter einen zusätzlichen Widerstand in Reihe darstellt<br />

4. Übergangswiderstände an Steckverbindungen und Klemmen durch unsaubere Kontaktstellen<br />

5. Umgebungslicht beeinflusst die Werte der LED<br />

- 10 -


6. Lumineszenz<br />

Um unsere Vermutung zu überprüfen, haben wir in einem abgedunkelten Raum ein mit Lecksuchmittel<br />

getränktes Wattestäbchen mit einer blauen LED angeleuchtet. Dabei konnten wir einen wunderschönen<br />

Lumineszenzeffekt beobachten (der in Wirklichkeit viel heller war als auf dem folgenden Bild zu sehen ist).<br />

Bild 13: Fluoreszenz mit Lecksuchmittel<br />

Lumineszenz ist das Aussenden von <strong>Licht</strong> durch einen Stoff, der dazu angeregt wurde durch z.B:<br />

- Strom (Elektrolumineszenz)<br />

- chemische Reaktionen (Chemolumineszenz)<br />

- chemische Reaktionen in Organismen (Biolumineszenz)<br />

- Wärme (Thermolumineszenz)<br />

- Photonen (Photolumineszenz)<br />

Bei der Photolumineszenz unterscheidet man je nach Zeitdauer zwischen Anregung und Emission des<br />

<strong>Licht</strong>es in Phosphoreszenz und Fluoreszenz.<br />

Phosphoreszenz<br />

Im Gegensatz zur Fluoreszenz kommt es bei der Phosphoreszenz nach dem Ende der Bestrahlung zu<br />

einem Nachleuchten. Dieses Nachleuchten kann zwischen Sekundenbruchteilen und mehreren Stunden<br />

dauern. Ein Beispiel dafür sind die Leuchtzahlen auf manchen Uhren.<br />

Eine „Phosphoreszenz“ wurde erstmals als lang andauerndes Nachleuchten bei dem chemischen Element<br />

Phosphor (<strong>Licht</strong>träger) in seiner weißen (hochreaktiven) Modifikation beobachtet. Da dieses Nachleuchten<br />

auf der chemischen Reaktion von Luftsauerstoff mit Phosphor beruht, handelt es sich hier genaugenommen<br />

um eine Chemolumineszenz.<br />

Fluoreszenz<br />

Fluoreszenz ist die kurzzeitige, spontane Emission von <strong>Licht</strong> beim Übergang eines elektrisch angeregten<br />

Stoffes in einen Zustand niedrigerer Energie, wobei das ausgesendete <strong>Licht</strong> energieärmer ist, als das vorher<br />

absorbierte. Fluoreszenz endet nach der Bestrahlung meist innerhalb einer Millionstel Sekunde.<br />

- 11 -


Wir haben nun die weiße LED mit einer blauen LED angeleuchtet. Wie auf den Bildern zu sehen ist,<br />

leuchtete dadurch die weiße LED, obwohl sie nicht mit dem Stromkreis verbunden war.<br />

Bild 13: weiße LED angeleuchtet Bild 13a<br />

Bei einfachen weißen LED's wird also ein Fluoreszenzeffekt ausgenutzt.<br />

7. Geschichte und Aufbau von weißen LED's<br />

Der japanische Hersteller „Nichia“ entwickelte als erster 1995 die Weißlicht-LED und stellt sie seit 1997 her.<br />

Zeitgleich hat das Fraunhofer Institut in Zusammenarbeit mit der Firma „Osram“ den Fertigungsprozess für<br />

weiße LED's entwickelt. Die Produktion wurde 1998 begonnen. Seitdem haben alle anderen Hersteller von<br />

LED's nach und nach weiße LED's in ihr Programm aufgenommen.<br />

Um mit einer LED weißes <strong>Licht</strong> zu erzeugen, wird eine blaue LED verwendet, über deren Halbleiterkristall<br />

ein fluoreszierender Stoff aufgebracht ist, der blaues <strong>Licht</strong> zu einem großen Teil in weißes <strong>Licht</strong> umwandelt.<br />

Dieser Stoff wird dabei von dem blauen <strong>Licht</strong> angeregt und sendet dann weißes <strong>Licht</strong> aus. Blaues <strong>Licht</strong> wird<br />

dabei deshalb verwendet, weil es kurzwelliger als die anderen <strong>Licht</strong>farben ist und damit energiereicher. Aus<br />

diesem Grunde kann man auch weiße LED's finden, deren Kennlinien weniger mit der einer blauen LED,<br />

sondern mehr mit der Kennlinie einer UV-LED übereinstimmt. Auch diese Variante ist möglich, der<br />

fluoreszierende Stoff wird dabei von dem noch kurzwelligerem UV-<strong>Licht</strong> angeregt.<br />

Bild 14: Aufbau einer weißen LED<br />

- 12 -


8. Zusammenfassung, Anwendung, Ausblick<br />

Weißes LED–<strong>Licht</strong> ist also nicht unmöglich, es gibt aber keinen Halbleiterkristall, welcher weißes<br />

<strong>Licht</strong> aussendet. <strong>Das</strong> liegt daran, dass weißes <strong>Licht</strong> ein Mischlicht ist, das aus mehreren Farben<br />

zusammengesetzt werden muss. Deshalb gibt es LED's, bei denen mehrere verschiedenfarbig<br />

leuchtende Halbleiterkristalle in einem Gehäuse untergebracht sind und andere, in denen ein<br />

Fluoreszenzfarbstoff zum Leuchten angeregt wird.<br />

In vielen Anwendungen haben weiße LED's Vorteile gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln:<br />

• keine UV- und IR-Strahlung / kein „Ausbleichen“, keine Erwärmung der angestrahlten Objekte<br />

Vitrinenbeleuchtung, Bilderleuchten, Medizinische Leuchten<br />

• Farbmischung<br />

Stimmungsleuchten, Gastronomie<br />

• unempfindlich gegenüber Erschütterung<br />

Automobile, Fahrradleuchten, Arbeitsleuchten<br />

• geringe Wärmeentwicklung<br />

Möbelleuchten, Displays<br />

• hohe Lebensdauer<br />

Not- und Hinweisleuchten<br />

• kleine Spannungen<br />

Automobile<br />

• kleinste Abmaße und Bauformen<br />

• kein Flackern<br />

• hoher Wirkungsgrad, dadurch geringer Energieverbrauch<br />

Die LED-Technik ist eine der jüngsten Technologien zur Erzeugung von <strong>Licht</strong> und hat noch enormes<br />

Verbesserungspotenzial. So verdoppelt sich fast aller zwei Jahre die erreichte Ausgangsleistung.<br />

Durch den Einsatz von LED's anstelle von herkömmlichen Leuchtkörpern lassen sich aufgrund der<br />

hohen Effizienz große Energiemengen einsparen (gegenüber Glühbirnen bis zu 90%), die Umwelt<br />

schonen und geringere Energiekosten erzielen.<br />

Die besonders geringe Wärmeentwicklung ist in vielen Anwendungsfällen ein großer Vorteil<br />

gegenüber anderen Leuchtmitteln.<br />

Außerdem lassen sich weiße LED's im Niederspannungsbereich einsetzen. (Stromsparlampen und<br />

Leuchtstoffröhren sind deshalb z.B. im Kfz-Bereich ungeeignet)<br />

Aus diesen Gründen wird die weiße LED in der Zukunft eine wichtige Rolle als Leuchtmittel spielen.<br />

- 13 -


Quellen- und Literaturverzeichnis<br />

1. Kainka, Burkhard: Lernpaket LEDs: Alles was leuchtet und blinkt!, Franzis Verlag Poing, 2005<br />

2. Kainka, Burkhard: Schnellstart LEDs: Leuchtdioden in der Praxis, Franzis Verlag Poing, 2005<br />

3. Hanus, Bo: Experimente mit superhellen Leuchtdioden, Franzis Verlag Poing, 2004<br />

4. Huderz, Karl: Die Effizienz von weißen LEDs, GRIN Verlag, 2011<br />

5. Kainka, Burkhard: Conrad Adventskalender, Poing 2011<br />

6. http://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode, 4.12.2010, Wikipedia, Leuchtdiode<br />

7. www.ledshift.de, 18.12.2010, Markus Kottas, Heldenberg Ltd.<br />

8. Benda, Dietmar: Basiswissen Elektronik, Berlin 1992<br />

9. Bredthauer, Wilhelm: Impulse Physik 1, Stuttgart 1995<br />

10. Conrad: Hauptkatalog 2011, Hirschau 2010<br />

11. Krato, Herrmann: Aufgaben Elektrotechnik Grundstufe, Stuttgart 1991<br />

12. Reber, Friedrich: Elektro espresso! , Poing 2004<br />

13. Reichelt: Lieferprogramm 2011, Sande 2010<br />

14. Selbst ist der Mann: Elektro Installationen rund ums <strong>Licht</strong>, Hamburg 2009<br />

- 14 -


Anhang<br />

Tabelle 1: alle Messwerte der Strom- und Spannungsmessungen<br />

Strom in mA<br />

Spannung in V Strom in mA<br />

Grün Rot Orange Gelb Blau UV Weiß<br />

0,10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

0,20 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

0,30 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

0,40 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

0,50 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

0,60 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

0,70 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

0,80 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

0,90 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

1,10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

1,20 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

1,30 0,00 0,00 0,00 0,03 0,00 0,00 0,00<br />

1,40 0,00 0,00 0,00 0,04 0,00 0,00 0,00<br />

1,50 0,00 0,00 0,00 0,05 0,00 0,00 0,00<br />

1,60 0,00 0,03 0,00 0,07 0,00 0,00 0,00<br />

1,70 0,03 0,15 0,03 0,10 0,00 0,00 0,00<br />

1,80 0,25 1,62 0,64 0,30 0,00 0,00 0,00<br />

1,90 1,19 8,56 2,68 1,59 0,00 0,00 0,00<br />

2,00 3,69 18,49 6,60 11,60 0,00 0,00 0,00<br />

2,10 9,60 16,73 18,27 0,00 0,00 0,00<br />

2,20 16,18 18,60 0,00 0,00 0,00<br />

2,30 17,65 0,00 0,00 0,00<br />

2,40 0,00 0,00 0,00<br />

2,50 0,00 0,00 0,00<br />

2,60 0,02 0,00 0,00<br />

2,70 0,04 0,00 0,00<br />

2,80 0,07 0,03 0,00<br />

2,90 0,11 0,05 0,02<br />

3,00 0,22 0,53 0,03<br />

3,10 0,34 7,16 0,08<br />

3,20 0,66 15,03 0,23<br />

3,30 1,42 0,70<br />

3,40 3,29 1,86<br />

3,50 6,28 3,54<br />

3,60 8,87 6,48<br />

3,70 13,57 10,82<br />

20,00<br />

18,00<br />

16,00<br />

14,00<br />

12,00<br />

10,00<br />

8,00<br />

6,00<br />

4,00<br />

2,00<br />

0,00<br />

Grün<br />

Rot<br />

Orange<br />

Gelb<br />

Blau<br />

UV<br />

Weiß<br />

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 2,10 2,20 2,30 2,40 2,50 2,60 2,70 2,80 2,90 3,00 3,10 3,20 3,30 3,40 3,50 3,60 3,70<br />

Spannung in V<br />

Diagramm 1: Kennlinien unserer Leuchtdioden<br />

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