Leuchtdioden

Entstehung von Licht in der LED

Light Emitting Diodes besitzen die gleichen Grundeigenschaften, wie elektrische Halbleiterdioden. Der Unterschied besteht im verwendeten Halbleiter. Während nichtleuchtende Dioden aus Silizium, Germanium oder Selen bestehen, ist das Ausgangsmaterial einer Leuchtdiode ein sogenannter III-V-Halbleiter, meist eine Galliumverbindung. Bei einem solchen Halbleiter handelt es sich um eine Materialverbindung bestehend aus einem Element der Erdmetalle-Bor-Gruppe (III. Gruppe) und einem Element der Stickstoff-Phosphor-Gruppe (V. Gruppe).
Sobald in Durchlassrichtung eine Spannung angelegt wird, fließen die Elektronen am n-dotierten Leitungsband auf den p-n-Übergang zu. Nach dem Übergang wechseln sie auf das energetisch günstigere p-dotierte Valenzband. Dort rekombinieren sie mit den vorhandenen Defektelektronen.
Beim Übergang der Elektronen vom Leitungs- auf das Valenzband, werden Photonen und somit Lichtenergie ausgesandt.
Die Wellenlänge Lambda des emittierten Lichtes kann berechnet werden:



Lambda ... Wellenlänge des emittierten Lichtes
h ... Planck’sches Wirkungsquantum
c ... Lichtgeschwindigkeit
W(D) ... Arbeit


Zusammenhang LED – Spannung / LED – Farbe


Bestimmung von h

Aufgrund der von uns im Unterricht gemessenen Werte an den drei verschiedenfarbigen Leuchtdioden und der Wellenlängen der jeweiligen Farben, lassen sich für das Planck'sche Wirkungsquantum h mit den uns bekannten Formeln folgende Werte errechnen:

LED als Leuchtmittel in der Praxis

Gegenüber der Glühbirne als Beleuchtungsvariante besitzen LEDs einige Vorzüge, die nicht außer Acht gelassen werden sollten:
Doch gibt es auch Nachteile:
Zwar benötigt man für den Betrieb von LEDs nur ungefährliche Kleinspannungen von 5V, jedoch wird dafür auch ein Vorwiderstand benötigt.

Aufgrund der geringen Lichtausbeute und der fehlenden Verfügbarkeit aller Farben, werden LEDs derzeit hauptsächlich noch für Statusanzeigen verwendet. Jedoch sind sie auf dem Gebiet der Signalübertragung, wie zum Beispiel bei Lichtschranken, bis heute führend. Auch die Medizin nutzt die spektralen Eigenschaften der LEDs für ihre Einsatzbereiche aus.