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Technik kurz erklärt Die Entwicklung der LED

Autor: M.A. Bernhard Richter

In unserer Serie „Technik kurz erklärt“ stellen wir jede Woche ein Meisterwerk der Konstruktion vor. Heute: Die LED.

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Vom nutzlosen Abfallprodukt zu langlebigen und effizienten Lichtquellen: Die LED.
Vom nutzlosen Abfallprodukt zu langlebigen und effizienten Lichtquellen: Die LED.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Über die Geschichte der blauen LED haben wir hier schon berichtet – aber ganz im Stile Hollywoods beschäftigen wir uns nach einer erfolgreichen Geschichte mit der Vorgeschichte, der Entwicklung der Leuchtdiode (LED). Und die begann im Jahre 1907.

Was ist eigentlich eine LED?

Grundsätzlich ist eine LED eine Halbleiter-Lichtquelle, die – wenn Strom fließt – leuchtet. Elektronen im Halbleiter rekombinieren (Umkehrprozess zur Ionisation) mit Elektronenlöchern und geben dabei Energie in Form von Photonen ab.

Elektroluminiszenz gibt Rätsel auf

Vor 113 Jahren legte der britische Erfinder H. J. Round Strom an einen Siliciumcarbid-Kristall an – ein Material, dass damals wie heute wegen seiner abrasiven Eigenschaften und seines hohen Schmelzpunktes verwendet wurde. Zu seiner Verwunderung erzeugte die negativ geladene Nadelspitze seines Versuchsaufbaus einen grün glimmenden Leuchtdiodenübergang.

Die physikalischen Umstände dieses kalten Glimmens – initial „Elektroluminiszenz“ genannt – konnte sich Round nicht erklären und das Phänomen geriet in Vergessenheit. Immerhin musste sich der Radioingenieur Round um andere Projekte im Bereich der Nachrichtentechnik kümmern. Am Ende seiner Karriere hielt er insgesamt 117 Patente und entwickelte unter anderem eine besondere Elektronenröhre – die Hochfrequenztriode V24.

LEDs ohne Verwendung

Ende der 1920er Jahre experimentierte der junge Oleg Losev am ersten sowjetischen Radio-Laboratorium mit Strom und Siliciumcarbid-Kristallen. Wie schon Round vor ihm wollte auch er die Kristall-Radios optimieren, die zur damaligen Zeit weit verbreiten waren – deren Funktionsweise aber nicht verstanden wurde.

Auch Losev bemerkte das kalte Glimmen – im Gegensatz zu Round begann er aber das Phänomen zu erforschen. Richtigerweise erkannte er, dass es kein thermisches Phänomen war, sondern dass die Erklärung im neuen Forschungsfeld der Quantenmechanik lag. Zwischen 1924 und 1941 veröffentlichte Losev eine Reihe von Abhandlungen die die Funktionsweise der Lichtquelle erklärten – allerdings sah niemand eine nützliche Verwendung dafür.

Brauchbare LEDs für 1.500 Dollar

So gerieten die LEDs wieder in Vergessenheit – bis in den 1960er Jahren Forschergruppen die Entwicklung von Halbleiter-Lasern weiter vorantrieben und die ersten wirklich nutzbaren LEDs quasi ein Abfallprodukt dieser Bemühungen waren. Diese ersten LEDs für Infrarot und sichtbares rotes Licht waren extrem teuer – sie kosteten bis zu 200 US-Dollar pro Stück im Jahre 1968 – das entspräche knapp 1.500 US-Dollar heute.

Die US-amerikanische Firma Monsanto schrieb es sich auf die Fahne, die LED in Massen zu produzieren und in Zusammenarbeit mit Hewlett-Packard konnte die Displaytechnologie der Zeit revolutioniert werden. In den 1970er kostete ein LED-beleuchtetes Taschenrechner-Display nur noch rund 5 Cent.

LEDs: Günstiges Licht mit Schattenseiten

Heute sind LEDs überall zu finden. Sei es in der Industrie oder im privaten Umfeld. Wurde die klassische Glühbirne schnell von der sparsamen aber werkstofftechnisch bedenklichen Energiesparlampe ersetzt, wurde diese beinahe über Nacht von den robusten, langlebigen und extrem effizienten LED-Lampen abgelöst.

Die allgemeine Verfügbarkeit von „billigem“ Licht stört allerdings den Schlafzyklus von Stadtbewohnern, wie der Amerikanische Medizinische Verband (AMA) herausfand und zieht Insekten nachts stärker an als herkömmliche Lichtquellen. Auch nimmt die Lichtverschmutzung weiter zu, da Städte die sparsamen LEDs nicht mehr abschalten.

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Über den Autor

M.A. Bernhard Richter

M.A. Bernhard Richter

Redakteur Online/Print/Video, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht