Warum leuchten LEDs? – Wie entstehen die verschiedenen Farben?
Grundlagen der LED-Technik – verständlich erklärt für Modellbau und Praxis.
• LEDs wandeln elektrische Energie direkt in Licht um
• Die Farbe hängt vom verwendeten Halbleitermaterial ab
• Jede LED-Farbe hat ihre typische Durchlassspannung
Was bedeutet LED?
LED ist die Abkürzung für Light Emitting Diode, auf Deutsch lichtemittierende Diode.
Eine LED ist ein elektronisches Bauteil, das Licht erzeugt, wenn Strom in Durchlassrichtung fließt.
Warum leuchtet eine LED überhaupt?
Im Inneren einer LED befindet sich ein spezieller Halbleiterkristall. Dieser besteht aus zwei unterschiedlich dotierten Bereichen:
- einem n-Bereich (Elektronenüberschuss)
- einem p-Bereich (Elektronenmangel)
Wird die LED in Durchlassrichtung betrieben, wandern Elektronen und sogenannte „Löcher“ aufeinander zu.
Treffen sie sich, wird Energie frei – und diese Energie wird bei LEDs direkt als Licht abgegeben.
LED-Licht entsteht durch die Rekombination von Elektronen im Halbleiter.
Warum entsteht dabei Licht und keine Wärme?
Bei LEDs wird ein großer Teil der Energie direkt in Licht umgewandelt. Im Gegensatz dazu erzeugen Glühlampen Licht nur als Nebenprodukt von Hitze.
Ganz ohne Wärme geht es jedoch nicht:
- ein Teil der Energie wird immer in Wärme umgewandelt
- deshalb sind Kühlung und Strombegrenzung wichtig
Wie entstehen die verschiedenen LED-Farben?
Die Farbe einer LED hängt vom verwendeten Halbleitermaterial ab. Jedes Material besitzt eine charakteristische Bandlücke.
Diese Bandlücke bestimmt, welche Energie (und damit welche Lichtfarbe) beim Leuchten freigesetzt wird.
Zusammenhang zwischen Farbe und Spannung
Je höher die Lichtenergie, desto höher ist die erforderliche Durchlassspannung.
| LED-Farbe | Durchlassspannung (typ.) |
|---|---|
| Rot | 1,8 – 2,2 V |
| Gelb | 2,0 – 2,2 V |
| Grün | 2,0 – 3,2 V |
| Blau | 3,0 – 3,4 V |
| Weiß | 3,0 – 3,4 V |
Je „kälter“ (blauer) das Licht, desto höher die LED-Spannung.
Wie funktionieren weiße LEDs?
Weiße LEDs sind eigentlich blaue LEDs, die mit einer speziellen Leuchtschicht (Phosphor) beschichtet sind.
Ein Teil des blauen Lichts wird in gelbes Licht umgewandelt. Die Mischung aus Blau und Gelb erscheint unserem Auge weiß.
Warum sehen LEDs manchmal „kalt“ oder „unnatürlich“ aus?
Das liegt an:
- der spektralen Zusammensetzung des Lichts
- der Farbtemperatur (warmweiß, neutralweiß, kaltweiß)
- dem Farbwiedergabeindex (CRI)
Für den Modellbau werden meist warmweiße LEDs mit geringer Helligkeit bevorzugt.
Fazit
LEDs leuchten, weil im Halbleiter elektrische Energie direkt in Licht umgewandelt wird. Die Farbe entsteht durch das verwendete Material und bestimmt gleichzeitig die benötigte Spannung. Dieses Wissen hilft, LEDs gezielt auszuwählen, richtig zu betreiben und realistische Beleuchtungen im Modellbau umzusetzen.
Autor: led-am-stiel.de • Praxiswissen für LED-Technik & Modellbau