Eine Leuchtdiode, auch „Lumineszenzdiode“ oder kurz LED genannt, ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement. Fließt durch die Diode ein Strom in Durchflussrichtung, so strahlt sie Licht ab. Durch die Verwendung von verschiedenen Halbleiterkristallen und entsprechendem Dotiermaterial lässt sich monochromatisches Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen erzeugen.
Die Herstellung von Leuchtdioden geschieht, wie bei anderen Halbleitern auch, im
so genannten Epitaxie-Verfahren. Die Epitaxie ist ein geordnetes Kristallwachstum welches die von einem einkristallinen Substrat vorgegebene atomare Ordnung auf eine wachsende Schicht überträgt. Abhängig davon, ob Substrat und Schicht aus gleichem oder unterschiedlichem Material bestehen, werden auch die Bezeichnungen Homo- beziehungsweise Heteroepitaxie verwendet. Folgende Epitaxie Verfahren werden üblicherweise eingesetzt: Flüssigphasenepitaxie, Molekularstrahlepitaxie & Metallorganische Gasphasenepitaxie
Entdeckt wurde die LED, oder besser gesagt, die physikalische Elektrolumineszenz, durch Mr. Henry Joseph Round im Jahre 1907. Die Entdeckung wurde aber erstmal vernachlässigt. Die ersten roten LEDs wurden um 1962 durch General Electric auf den Markt gebracht. Seit dem wurde immer weiter an der Effizienz gearbeitet und im Jahre 1993 entwickelte Shuji Nakamura (Nichia Chemical) die ersten hoch-effizienten Dioden im blauen und grünen Spektralbereich. Diese bildeten die Grundlage für die ersten RGB (rot - grün - blau) Farbmischsysteme und auch für die ersten weißen LEDs. Die erste LED mit weißem Licht wird 1995 vorgestellt. Sie basierte auf Lumineszenzkonversion, ein Verfahren, bei dem durch die Bedeckung einer blauen Leuchtdiode mit Floureszenzfarbstoff das kurzwellige energiereiche Licht in langwelliges, energiearmes Licht umgewandelt wird. Dies ist der eigentliche Beginn der Revolution, die in der Lichttechnik durch die LED ausgelöst wurde. Seit dem hat sich die Effizienz der LEDs weiterhin drastisch gesteigert und übertrifft die ersten Dioden um ein Vielfaches. Durch die Einführung der so genannten „High-Power-LEDs“ vor wenigen Jahren, ist es erstmals gelungen auch in der Lichttechnik die Anwendungsbereiche von rein dekorativem Licht auf wirkliches Gebrauchslicht auszudehnen. LEDs auf modernem Standard sind heute drei bis viermal so effizient wie konventionelle Glühlampen und erobern täglich neue Einsatzgebiete.
Leuchtdioden werden entsprechend ihrem Einsatzgebiet und physikalischen Anforderungen in verschiedenen Bauformen gefertigt. Hierbei sind Baugröße, Abstrahlcharakteristik, Lichtausbeute und Wärmeverhalten die wichtigsten Kriterien. Im Laufe der Jahre haben sich folgende grundsätzliche Bauformen etabliert:
COB - Technologie
Bei dieser Bauform wird die Diode direkt auf eine Platine aufgeklebt und durch so genannte Bonddrähte mit den Leiterbahnen der Platine elektrisch verbunden. Da es hierbei keinen Reflektor gibt, wird ein Abstrahlwinkel von bis zu 180 Grad erreicht. Durch die geringe Baugröße lassen sich bis zu 100 Dioden auf einen Quadratzentimeter platzieren. Besonders für die Hinterleuchtung von Displays geeignet. Durch das Aufbringen eines Epoxydharz-Tropfens wird die LED geschützt und kann auch in der Lichttechnik verwendet werden.SMD - Technologie
SMD - LEDs sind Dioden die in ein Gehäuse, dem so genannten „Package“ eingebaut sind. Hierbei wird die Leuchtdiode in einen Reflektor gesetzt welcher sich im Package befindet. Das Gehäuse wird anschließend vergossen so das die Leuchtdiode hermetisch abgeschlossen ist. Die elektrische Kontaktierung geschieht über die „Füße“ die im Inneren mit der Diode verbunden sind. Diese Bauform ist trotz des Gehäuses relativ klein und kann über übliche Bestückungsmaschinen weiter verarbeitet werden.Standard LEDs
Standard LEDs sind wohl die bekanntesten LEDs. Sie tauchen in fast jedem Elektrogerät als Signal- oder Indikatorleuchte auf. Bei der Standard LED wird die Diode in einen Reflektor eingesetzt welcher vollkommen in einem transparenten Epoxydharz - Gehäuse eingegossen wird. Die Kontaktierung erfolgt über die „Beine“. Durch diese Bauform wird die Diode optimal geschützt und kann einfach maschinell verarbeitet werden. Verschiedene Größen und Gehäuseformen sind für unterschiedliche Anwendungen vorhanden.High Flux LEDs
Prinzipiell bauen die High Flux LEDs auf dem gleichen Prinzip wie die Standard LEDs auf. Um jedoch eine höhere Lichtausbeute zu erlangen, besitzt die High Flux LED eine größere Grundfläche und doppelt so viele „Beine“. Damit erreicht man eine bessere Wärmeableitung und kann somit die LED mit mehr Strom zu einer besseren Lichtausbeute bringen ohne schädliche Hitze aufzubauen. Auch hier wird die Diode in einen Reflektor eingesetzt und über die Beine kontaktiert.High Power LEDs
High Power LEDs haben innerhalb weniger Jahre die LED Lichttechnik grundlegend verändert. Durch die stark verbesserte Wärmeableitung und die bessere Resistenz gegen hohe Temperaturen, können diese LEDs durch hohe Bestromung enorme Lichtstärken aufweisen. Im Augenblick können bis zu 80 Lumen/Watt erzeugt werden. Die Industrie geht davon aus das Ende 2007 schon 120 Lumen/Watt möglich sein werden. Im Vergleich, eine 60W Glühbirne schafft gerade mal 20 Lumen/Watt.... High Power Packages
Unter einem High Power Package versteht man die Zusammenfassung von LEDs die als sogenanntes Package oder Paket in ihrer Gesamtheit eine enorme Lichtausbeute generieren. Hier werden High Power LEDs als pure Dioden zusammengefasst und durch eine entsprechende gemeinsame Kontaktierung zu einer einzigen Leuchtdiode. Diese Packages benötigen eine extrem gute Kühlung, sind aber schon jetzt im Bereich von 100W zu finden.