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LED-Arten: Die unterschiedlichen Funktionsweisen von Leuchtdioden

13. Februar 2020
Patric Domin

Sie haben sich in fast allen Bereichen durchgesetzt, die mit Licht zu tun haben: Die LEDs. Die light emitting diods, also Leuchtdioden, sind aus der Beleuchtungsbranche nicht mehr wegzudenken, nicht zuletzt auch deshalb, da sie so viele Formen annehmen können. Tatsächlich gibt es unzählige verschieden LED-Arten, die du in diesem Beitrag kennenlernst.

Welche Arten von LED-Lampen gibt es?

Grundsätzlich kann man LEDs aufgrund von verschiedenen Parametern in Kategorien einteilen. Was man meistens darunter versteht, wenn von LED-Arten die Rede ist, sind aber die unterschiedlichen Bauformen:

  • COB LED
  • SMD LED
  • High Power LED
  • DIP LED

Um diese 4 LED-Typen soll es als allererstes gehen. Danach werfen wir einen Blick auf die Einteilung nach Lampenformen (Retrofits, LED-Chips, etc.) und am Ende wird noch das Farbspektrum erläutert, das Leuchtdioden abgeben können. Die Frage wird hierbei vor allem sein, welche Halbleiterkristalle für welche Farben verwendet werden und wie LEDs mit weißem Licht hergestellt werden können. Per se gibt es nämlich gar keinen Halbleiterkristall, der weiß leuchtet.

Exkurs: Wie funktionieren Leuchtdioden grundsätzlich?
Leuchtdioden funktionieren auf der Grundlage der Elektrolumineszenz. Es glüht hier kein Draht oder Gas (wie bei Glühbirnen oder Leuchtstoffröhren), sondern das Licht wird von Halbleiterkristallen emittiert, durch die Strom geleitet wird.

LED-Arten und unterschiedliche Bauformen

Je nachdem, wie die einzelnen Komponenten, die eine LED ausmachen, aufgebaut und angeordnet sind, ergeben sich folgende 4 LED-Arten. Darüber hinaus lassen sich noch weitere Typen unterscheiden, die allerdings weniger angewandt werden – vor allem was die Pflanzenbeleuchtung angeht. Aus den unterschiedlichen Aufbauarten ergeben sich auch Leistungsunterschiede und andere Vor- und Nachteile.

LED Dip

DIP LED

Die DIP LEDs gelten als die Vorreiter in Sachen Leuchtdioden. Die „Dual-in-Line-Package“ oder auch bedrahteten LEDs verfügen über 2 Drähte, an deren Ende der Halbleiterkristall eingefasst ist.

Das Ganze wird von einer Kunststoffabdeckung umgeben und kann unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Nachteil dieser Variante ist die schnelle Lumenabnahme und kurze Lebensdauer.

SMD LED

Sogenannte surface mounted devices, also LEDs die auf eine Oberfläche montiert werden, funktionieren ganz ähnlich wie die COBs, mit dem Unterschied, dass sie in einen kleinen Kühlkörper eingefasst, statt direkt auf der Platine platziert zu werden. Als SMD-Chips sitzen sie dann auf sogenannten PLCC, plastic leaded chip carriers. Sie gelten sozusagen als die Vorgänger der COB.

Im Zusammenhang mit SMD sind dir vielleicht schon mal so ominöse Zahlenangaben untergekommen, wie 2835 oder 3528. Diese fungieren als Größenangaben. Die ersten beiden Ziffern geben die Breite in Millimetern x 10 an, die zweiten beiden Ziffern die Länge. SMD-LEDs 2835 sind also 2,8 mm breit und 3,5 mm lang.

Hingegen der Meinung mancher, gibt die Bezeichnung allerdings wirklich nur die Bauart bzw. Baugröße an. Die Helligkeit kann dadurch nicht bestimmt werden, da es unter den SMDs immer sowohl gute als auch schlechtere Ausführungen mit mehr oder weniger Lumen gibt.

High Power LED

High Power LEDBei High Power LEDs (bzw. auch bei Low und Mid Power LEDs) geht’s hauptsächlich um die elektrische Stromstärke, mit der die Dioden betrieben werden. Die High Power LEDs bewegen sich im Bereich einiger hundert Milliampere bis über einem Ampere. Mit ihnen kann auch auf geringem Raum starkes Licht abgegeben werden.

Allerdings gilt: je höher die Stromstärke und damit die Leistung, desto kritischer die Wärmeableitung. Deshalb finden sie eher gerne bei den COB Anwendung. Apropos …

COB LED

Die aktuell leistungsstärkste LED-Art ist die COB-LED. COB steht für „Chip on Board“ und damit ist auch eigentlich schon fast alles klar. Die COB unterscheiden sich insofern von anderen Arten, als dass hier die Halbleiterchips direkt auf der Platine aus Aluminium oder Keramik sitzen.

Das garantiert eine bessere Wärmeableitung (als beispielsweise bei den SMD, auf die wir gleich noch zu sprechen kommen). Außerdem kann man mit dieser Technik eng bepackte Multi-Chip-LEDs herstellen, die bis zu 70 Chips pro cm2 beinhalten, was mehr Leuchtkraft ergibt.

Lampenfassungen für LEDs

LED-Lampen kann man außerdem danach unterscheiden, in welche Form sie eingefasst sind. Die kleinen Dioden werden je nach Verwendungszweck in sogenannte Retrofits gefasst, in Streifenform angeordnet, oder mehr oder weniger große Plättchen zusammengebaut (wie wir sie beispielsweise für unsere Leuchten verwenden).

Stecker – „Glühbirnen“ – Retrofits

Bei dieser Art der LED-Lampe unterscheidet man vor allem die Fassungen: E14, E27, GU10 – sie sind die geläufigsten für den alltäglichen Gebrauch, etwa zur Raumbeleuchtung. Bei der E27 Fassung handelt es sich um die herkömmliche Glühbirnengröße, E14 ist etwas kleiner gehalten. Den GU10 Anschluss kennst du wahrscheinlich auch. Diese haben zwei Kontaktstifte und werden in den Sockel gesteckt und durch eine kurze Drehung fixiert.

Hier eine Übersicht der Fassungen:

LED Fassungen

LED-Streifen bzw. LED-Stripes: Bänder & „Leuchtstoffröhren“

Neben den LED-Lampen, die in den meisten unserer Zimmerlampen stecken, werden auch LED-Streifen gerne verwendet. Sie bestehen aus einem flexiblen Trägermaterial, auf denen zumeist SMD-LED montiert sind. Durch ihre selbstklebende Rückseite sind sie sehr einfach einzusetzen und können an vorgegebenen Stellen einfach auf die gewünschte Länge gekürzt werden.

Es gibt sie in verschiedenen Lichtfarben und Leistungen zu kaufen, auch als RGB-Stripes, die über entsprechende Steuerungen jede beliebige Farbe darstellen können. Aus diesem Grund werden sie häufig als LED-Effekt eingesetzt, beispielsweise als farbige Hintergrundbeleuchtung hinter dem Fernseher. Ab einer gewissen Leistung muss aber auch hierbei auf eine korrekte Wärmeableitung geachtet werden.

LED-Streifen können außerdem in aufwendigere Fassungen eingebaut werden. Klassische Leuchtstoffröhren kann man beispielsweise mittlerweile mit Leuchtdioden statt mit Leuchtstoff gefüllt erwerben und von ihren Vorteilen profitieren.

LED-Chips

LED-Chips werden seltener im privaten Bereich als eher zu gewerblichen und ähnlichen Zwecken verwendet. Sie eignen sich aufgrund ihrer hohen Leuchtkraft für den Einsatz in allen möglichen Arten von Leuchten, von der Schreibtischleuchte bis hin zur Straßenbeleuchtung. Auch als Schienen- oder Deckeneinbauleuchten werden sie eingesetzt. Auch wir sind auf ihre Vorzüge gestoßen und verbauen LED-Chips in unseren LED-Pflanzenlampen.

Farbenspektren der Leuchtdioden

Den großen Erfolg der Licht emittierenden Dioden haben sie nicht zuletzt ihrer Fähigkeit zu verdanken, dass sie in unterschiedlichen Farben leuchten können. Selbst Wellenlängen des ultravioletten und infraroten Spektrums sind für LEDs kein Problem, wodurch sie auch in der Signalübertragung, etwa in Fernbedienungen, eingesetzt werden können.

Wie bereits erwähnt, bestimmt der jeweilige Halbleiterkristall die Lichtfarbe, wodurch sich folgende LED-Arten in Bezug auf ihre Lichtfarbe ergeben:

FarbeKristall
InfrarotGalliumarsenid (GaAs)

Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs)

RotAluminiumgalliumarsenid (AlGaAs)

Galliumarsenidphosphid (GaAsP)

Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP)

Galliumphosphid (GaP)

OrangeGalliumarsenidphosphid (GaAsP)

Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP)

Galliumphosphid (GaP)

GelbGalliumarsenidphosphid (GaAsP)

Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP)

Galliumphosphid (GaP)

GrünIndiumgalliumnitrid (InGaN) / Galliumnitrid (GaN)

Galliumphosphid (GaP)

Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP)

Aluminiumgalliumphosphid (AlGaP)

Zinkoxid (ZnO), in Entwicklung

BlauZinkselenid (ZnSe)

Indiumgalliumnitrid (InGaN)

Siliziumkarbid (SiC)

Silizium (Si) als Träger, in Entwicklung

Zinkoxid (ZnO), in Entwicklung

ViolettIndiumgalliumnitrid (InGaN)
UltraviolettAluminiumnitrid (AlN)

Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)

Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN)

Diamant (C)

Experimentell: Hexagonales Bornitrid (BN)

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode#Funktionsprinzip

Zu Anbeginn der LED-Technik ergab sich aber für herkömmliche Beleuchtungszwecke ein Problem: es gibt keinen Halbleiterkristall, mit dem man weißes Licht erzeugen kann. Eine mögliche Lösung sind RGB-LEDs, die weißes Licht abstrahlen, indem ganze einfach rote, grüne und blaue LEDs kombiniert werden.

Bei einer weiteren Möglichkeit für weißes LED-Licht macht man sich die sogenannte Lumineszenz zu Nutze. Dabei wird auf einen blau strahlenden Halbleiterkristall ein photolumineszierender Farbstoff aufgetragen, der aus einigen blauen Strahlen gelbe Strahlen macht. Zusammen ergeben die beiden Komplementärfarben schließlich das gewünschte weiße Licht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LEDs eine so vielfältige Technologie darstellen, dass sie nur schwer zu kategorisieren sind. Ob nach unterschiedlichen Bauformen – sprich die LED-Arten im eigentlichen Sinn – COB-LEDs, SMD-LEDs, High Power LEDs oder DIP-LEDs, oder nach Bauart der Fassung, in die die Dioden eingebaut werden. Für deine Zwecke finden sich bestimmt die passenden Leuchtdioden.

Titelbild: © tailex – stock.adobe.com; Bild 1: © tailex – stock.adobe.com; Bild 2: © Iarygin Andrii – stock.adobe.com; Grafik: © primulakat – stock.adobe.com;

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