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Publikationsdatum
13. Februar 2006
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1968 wurde die erste rote LED kommerziell von HP erhältlich. In den frühen 70er Jahren boomte die Anwendung dieser neuen Lichtquelle in Taschenrechnern, Armbanduhren und auch in der Unterhaltungs- elektronik.

Vor allem als Lämpchen zur Anzeige des Betriebszustandes – rote LED für „Power On“ – wurde sie gerne eingesetzt und bald schien es, dass ein Gerät umso besser sei, je mehr LEDs es aufzuweisen hatte.

Seit diesen Anfängen ist intensiv an den Licht aussendenden Dioden (Light Emitting Diode LED) geforscht worden. Weitere Farben wie grün, gelb und schliesslich blau konnten erzeugt werden.

Die Lichtausbeute wurde vor allem in den letzten Jahren derart drastisch gesteigert, dass die LED nun für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden kann aber auch zur Bilderzeugung in neuen Display-Technologien.

Funktionsweise

Der LED-Chip „Ostar“ von Osram mit 6 LEDs erzeugt weisses Licht, dessen Abstrahlung durch die integrierte Linse optimiert wird. Die hexagonale Struktur erlaubt eine hohe Packungsdichte. (Bild: Osram)
Wie der Name sagt, ist die LED eine Diode, das heisst die einfachste Halbleiter-Komponente, die eine Steuerung des Stromflusses erlaubt.

Bei der Diode werden zwei unterschiedliche Halbleiter zusammengefügt, so dass ein Übergang entsteht zwischen einem Bereich mit hoher Elektronen- konzentration und einem mit tiefer (PN-Übergang).

Durch Anlegen einer Spannung wandern die Elektronen und wechseln im PN-Übergang ihr Energieniveau. Bei der LED bewirkt dieser Energiesprung, dass Photonen ausgesendet werden.

Die verwendeten Halbleitermaterialien und der Abstand im PN-Übergang bestimmen die Wellenlänge und die Lichtausbeute der LED.

Für die Herstellung einer LED sind viele Materialien entwickelt worden. Die häufigsten heute verwendeten sind Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs), Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) und Indium-Gallium-Nitrid (InGaN).

Innovationen

Das DLP-Modul von Texas Instruments erlaubt dank LED als Lichtquelle ein Bild mit grossem Farbumfang und ohne Regenbogeneffekt. (Bild:TI)
Die Entwicklungen im LED-Sektor haben zu einer ganzen Reihe von Innovationen geführt, die den Einsatz in Bereichen wie Raumbeleuchtung, Verkehrssignalisation und Bildschirmen ermöglichen.

Verbesserungen bei der thermischen Leitfähigkeit der eingesetzten Materialien erlauben eine höhere Leistungszufuhr und damit verbunden eine höhere Lichtausbeute.

Mit der Beimengung von Phosphor ist es gelungen, weisses Licht zu erzeugen, was insbesondere für Beleuchtungszwecke von Belang ist, wo die LED gegenüber Glüh- und Fluoreszenz-Lampen mit deutlich geringerem Leistungsbedarf bei deutlich erhöhter Lebensdauer aufwarten kann.

Entwicklungen bei den Halbleitermaterialien gestatten die Herstellung von LEDs mit einem breiten Farbspektrum. Der von LEDs abgedeckte Farbbereich ist bereits grösser als der für das hochauflösende Fernsehen HDTV definierte.

Diese Eigenschaft macht die LED für Fernsehanwendungen interessant, wo eine hohe Farbtreue und lange Lebensdauer gefordert werden.

In diesem Zusammenhang belegt die Entwicklung der Lichtausbeute das Potenzial für Display-Anwendungen.

Neueste Glühlampen liefern rund 40 Lumen/Watt, während es Fluoreszenz-Lampen auf 100 Lumen/Watt und Hochdruck-Bogenlampen auf etwas über 120 Lumen/Watt bringen.

Die LED brauchte rund 30 Jahre Entwicklung, bis sie es Anfang der 90er Jahre auf 20 Lumen/Watt brachte. Heute sind es bereits 100 Lumen/Watt und bis im Jahr 2010 sollen es über 160 Lumen/Watt sein.

In der weiteren Entwicklung der LED wird versucht, deren thermische Stabilität zu verbessern, da diese entscheidend ist für die Konstanz des ausgesendeten Lichtes sowohl in Bezug auf die Helligkeit wie auch auf die Wellenlänge (Farbe).

DLP-Fernseher mit LED

Angekündigt für den April hat Samsung den HL-S5679W, ein 56 Zoll DLP-HDTV, der mit LEDs als Lichtquelle arbeitet. Die Lebensdauer soll 20'000 Stunden betragen. (Bild: Samsung)
Texas Instruments hat ein hochauflösendes Fernsehmodul auf DLP-Basis entwickelt, das mit Hilfe von LEDs das Bild erzeugt. Die erzielte Helligkeit soll bereits an die von Systemen mit konventionellen Lampen heranreichen.

Mit einer aktiven Rückkopplung ist es gelungen, die Farbverschiebungen aufgrund der Temperaturänderungen derart zu reduzieren, dass sie vom Auge nicht mehr wahrgenommen werden.

Die drei LEDs erzeugen die RBG-Farben und werden wechselnd ein- und ausgeschaltet. Damit ist es möglich, auch in 1-Chip-Systemen die drei Grundfarben ohne Farbrad zu erzeugen, d.h. ein Bild ohne Regenbogeneffekt wiederzugeben.

Da die LED sehr schnell geschaltet werden kann, ist es möglich, sie während der kurzen Einschaltzeit mit einer höheren Leistung zu betreiben, ohne die thermische Belastung des PN-Überganges zu erhöhen (lange Ausschaltzeit).

Nicht nur die LED, auch die Mikrospiegel können schnell geschaltet werden, was eine Erhöhung der Bittiefe und damit eine Verbesserung der Farbdarstellung möglich macht.