Wie ist eine LED aufgebaut?
Eine LED (Light Emitting Diode) ist eine komplexe Baugruppe aus mehreren Komponenten. Hier erklären wir den Aufbau Schritt für Schritt.
Kurze Antwort
Eine LED besteht aus einem Halbleiter-Chip, der bei Stromdurchfluss Licht erzeugt, umgeben von einer Linse/Vergussmasse, montiert auf einem Träger (Leiterplatte)mit Kühlkörper und Anschlussdrähten.
Die 5 Hauptkomponenten einer LED
LED-Chip (Halbleiter)
Funktion: Das Herzstück – hier wird das Licht erzeugt
- Material: Meist Galliumnitrid (GaN) für weiße LEDs
- Größe: 0,3–1,5 mm² (SMD) bis 3–5 mm² (High-Power)
- Prinzip: Elektrolumineszenz – Strom erzeugt Lichtemission
- Spannung: Typisch 2,8–3,4 V (weiße LED)
Physik kurz: Elektronen wechseln von hohem zu niedrigem Energieniveau und geben dabei Lichtphotonen ab.
Leuchtschicht (Phosphor)
Funktion: Wandelt blaues LED-Licht in weißes Licht um
- Material: Gelb-orange leuchtende Phosphor-Kristalle
- Prinzip: Blaues Licht + gelbes Phosphorlicht = weißes Licht
- Wichtig für: Farbtemperatur (Kelvin) und Farbwiedergabe (CRI)
- Qualitätsunterschied: Billige LEDs haben ungleichmäßige Phosphorschicht
Tipp: Hochwertige LEDs haben homogenen Phosphor für gleichmäßige Lichtfarbe.
Linse / Vergussmasse
Funktion: Schützt den Chip und bündelt das Licht
- Material: Transparentes Epoxidharz oder Silikon
- Form: Bestimmt den Abstrahlwinkel (15°–120°)
- Qualität: UV-beständig, hitzeresistent
- Typen:
- Klare Linse: Gebündeltes Licht (Spots)
- Diffuse Linse: Gestreutes Licht (Allgemeinbeleuchtung)
Träger (Leiterplatte / PCB)
Funktion: Mechanische Montage und elektrische Verbindung
- Material: Aluminium-PCB (MCPCB) oder FR4-Platine
- Aufgabe:
- Wärmeabfuhr vom Chip
- Elektrische Verbindungen (Plus/Minus)
- Montage mehrerer LEDs
- Qualität: Gute Wärmeleitfähigkeit entscheidend für Lebensdauer
Kühlkörper (Heat Sink)
Funktion: Ableitung der Verlustwärme
- Material: Aluminium (manchmal Kupfer)
- Warum wichtig: LED wandelt nur ca. 30–50% in Licht, Rest wird Wärme
- Folgen ohne Kühlung:
- Chip-Temperatur >100°C → Lichtleistung sinkt
- Dauerhafte Überhitzung → drastisch verkürzte Lebensdauer
- Größe: High-Power LEDs brauchen große Kühlkörper (50–200 cm²)
Schematischer Aufbau (Querschnitt)
Hinweis: Vereinfachte Darstellung. Reale LEDs haben zusätzliche Schichten für ESD-Schutz, Reflektoren etc.
LED-Typen nach Bauform
SMD-LED (Surface Mounted Device)
- Größe: 2×2 mm bis 5×5 mm
- Montage: Direkt auf Platine gelötet
- Leistung: 0,1–1 W pro LED
- Anwendung: LED-Streifen, Panels, Leuchtmittel
- Beispiel: SMD 2835, SMD 5050
High-Power LED / COB
- Größe: 5–15 mm Durchmesser
- Leistung: 1–100 W (COB bis 200 W)
- COB: Chip-on-Board – viele Chips direkt auf Substrat
- Kühlbedarf: Aktive/passive Kühlung erforderlich
- Anwendung: Scheinwerfer, Straßenlampen, Hallenstrahler
Bedrahtete LED (Through-Hole)
- Größe: 3 mm, 5 mm, 10 mm Durchmesser
- Montage: Zwei Anschlussdrähte (Anode/Kathode)
- Leistung: 20–100 mW
- Anwendung: Anzeigelampen, Hobbyelektronik, Signalleuchten
- Heute: Meist durch SMD ersetzt
Wie werden LEDs hergestellt?
- 1.Wafer-Herstellung: Halbleiter-Schichten auf Saphir-Substrat aufgedampft (Epitaxie)
- 2.Chip-Trennung: Wafer in tausende einzelne LED-Chips geschnitten
- 3.Binning: Chips nach Helligkeit, Farbort und Spannung sortiert
- 4.Die Bonding: Chip auf Träger geklebt, Bonddrähte angeschlossen
- 5.Phosphor-Beschichtung: Auftrag der Leuchtschicht (bei weißen LEDs)
- 6.Verguss: Schutzlinse aufgebracht
- 7.Test & Verpackung: Qualitätskontrolle und Versand
⏱️ Dauer: Gesamt ca. 4–8 Wochen vom Wafer bis zur fertigen LED
⚖️ Qualitätsunterschiede erkennen
| Merkmal | Hochwertige LED | Billig-LED |
|---|---|---|
| LED-Chip | Markenhersteller (Nichia, Cree, Osram) | No-Name China-Chips |
| Phosphor | Gleichmäßig, hochwertig | Fleckig, ungleichmäßig |
| CRI (Ra) | > 90 | 60–75 |
| Kühlkörper | Groß, Alu-Guss mit Rippen | Klein, Plastik oder dünnes Blech |
| Treiber | Stabiler Konstantstrom | Einfacher Widerstand |
| Lebensdauer | 50.000–100.000 h (L70) | 5.000–15.000 h |
| Preis | 5–20 € | 1–3 € |
Warum werden LEDs warm?
Häufiges Missverständnis: "LEDs werden nicht warm." – FALSCH!
Realität: LEDs wandeln nur 30–50% der elektrischen Energie in Licht um. Die restlichen 50–70% werden als Wärme frei.
Beispielrechnung (10W LED):
- Elektrische Leistung: 10 W
- Lichtleistung: ca. 4 W (40% Effizienz)
- Abwärme: 6 W (60%)
→ 6 W Wärme müssen abgeführt werden, sonst steigt die Chip-Temperatur auf >100°C!
Deshalb sind Kühlkörper bei LEDs unverzichtbar für lange Lebensdauer.
Praktischer Kauftipp
So erkennen Sie gute LEDs:
- Gewicht: Hochwertige LEDs sind schwerer (Alu-Kühlkörper)
- CRI angegeben: Gute Hersteller geben Ra > 80 an
- Chip-Hersteller genannt: z.B. "Samsung LM301B", "Osram Duris"
- Garantie: Mindestens 3 Jahre, besser 5 Jahre
- Zertifikate: CE, TÜV, VDE
Mehr über LED-Technologie erfahren?
Nutzen Sie unsere Tools und Tabellen für tieferes Verständnis und optimale LED-Auswahl.
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