Praktischer Einsatzbereich

Die ersten LEDs im Handel wurden üblicherweise als Ersatz für Glüh- oder Neonleuchten und in Siebensegementanzeigern verwendet; zuerst bei teuren Anwendungen wie Laborausrüstung, oder elektronischen Testgeräten, und später in solchen Geräten wie Fernseher, Radio, Telefon, Taschenrechner und sogar Uhren (siehe Liste der originalen Anwendungsbereiche). Diese roten LEDs waren gerade hell genug für Anzeigelämpchen, da der Lichtoutput nicht hoch genug war, um einen ganzen Bereich auszuleuchten. Die Anzeigen bei Taschenrechnern waren so klein, dass Plastiklinsen über jede Zahl gelegt wurden, um sie lesbar zu machen. Später standen auch andere Farben zur Verfügung und kamen auch in Anwendungen und Geräten zum Einsatz. Als sich die Technologie betreffend die Materialien der LEDs weiterentwickelte, stieg der Lichtoutput an, während Wartungseffizienz und Verläßlichkeit auf einem annehmbaren Niveau gehalten werden konnten. Die Erfindung und Entwicklung der Hochleistungsweißlicht LED führte zu ihrem Einsatz in der Beleuchtung, was zu einer graduellen Ablöse von Glühlampen und fluoreszierender Lampen führt (sie Liste von Beleuchtungsapplikationen).

 

Physik

Die LED besteht aus einem Halbleiterchip, der mit Unreinheiten dotiert ist, um eine p-n Kreuzung herzustellen. Wie bei anderen Dioden fließt der Strom leicht von der p- Seite, oder Anode, zur n- Seite, oder Kathode, aber nicht in entgegen gesetzter Richtung. Die Ladungsträger – Elektronen und Löcher – strömen von Elektroden mit unterschiedlicher Spannung in die Kreuzung hinein. Wenn ein Elektron auf ein Loch trifft, fällt es auf ein niedrigeres Energieniveau, und gibt die Energie in Form eines Photons ab.

Die Wellenlänge des ausgesendeten Lichtes, und damit seine Farbe hängt vom Abstand der Energiebänder der Materialien, die die p-n Kreuzung bilden, ab. Bei Silikon – und Germanium Dioden verbinden sich Elektronen und Löcher so, dass es zu keiner optischen Emission kommt. Die Materialien, die für LEDs verwendet werden besitzen einen direkten Bandabstand mit Energielevels nahe an den Übergängen zu infrarot, sichtbar, oder nahe am ultravioletten Licht.

Die LED Entwicklung begann mit infraroten und roten Bauteilen, die aus Gallium und Arsen gefertigt waren. Fortschritte in der Materialforschung haben es ermöglicht, Teile mit noch kürzeren Wellenlängen zu bauen, die Licht in verschiedenen Farben abgeben.

LEDs werden üblicherweise auf einem Typ n – Substrat gebaut, wo eine Elektrode an der Typ p Schicht an der Oberfläche angebracht wird. Typ p Substrate, obwohl weniger gebräuchlich, kommen auch zum Einsatz. Viele handelsübliche LEDs, speziell GaN/InGaN, verwenden auch Saphir Substrate.

Die meisten bei der LED – Herstellung verwendeten Materialien haben einen sehr hohen Brechungskoeffizienten. Das bedeutet, dass ziemlich viel Licht von der Material – Luft Grenzschicht zurück in das Material reflektiert wird. Daher ist Lichteffizienz bei LEDs ein wichtiger Aspekt bei der LED Produktion; diesbezüglich wird viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit betrieben.