Vorwort:
Aufgrund der vielen Beiträge zum Thema LED, LED-Nachrüstung und dergleichen hier im Forum, sehe ich dies nun zum Anlass um einen entsprechenden
Beitrag zu diesem Thema zu leisten. Diese von mir zusammengetragene "Auflistung" erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und soll nur
zur eigenen Information und Weiterbildung dienen.
Genug der Worte...viel Spass nun beim Lesen. 
Allgemeines
Die
Leuchtdiode wird auch als Lumineszenz-Diode bezeichnet oder verkürzt LED
genannt.
LED steht für „Light Emitting Diode“ (Licht emittierende Diode), da
sie elektrische Energie in Licht wandelt.
Aus physikalischer Sicht ist sie eine
Kaltlichtquelle und ein elektronisches Halbleiter-Bauelement der
Optoelektronik, dessen Leitfähigkeit zwischen der von Leitern (z. B. Metalle,
Wasser, Graphit) und Nichtleitern (z. B. Nicht-Metalle, Glas, Holz) liegt.
Aufbau
Leuchtdioden gibt es je nach Bedarf in den unterschiedlichsten Größen, Bauformen und Farben. Die klassische Variante (Standard-LED) hat eine zylinderähnliche Form und ist an der Stelle, wo das Licht austritt, durch eine Halbkugel geschlossen.
Einfache Leuchtdioden bestehen aus folgenden Bauteilen
- LED-Chip
- Reflektorwanne (mit Kontakt zur Kathode)
- Golddraht (Kontakt zur Anode)
- Kunststoff-Linse (vereint und fixiert Bauteile)
1 Klein und widerstandsfähig – Die Hochleistungsdiode
Hochleistungsdioden verfügen über einen großen Metallrohling, der für eine bessere Wärmeregulierung sorgt.
Dadurch dass die Wärme leichter abgeführt wird, kann mehr Strom durch die Diode fließen, die Lichtabstrahlung erfolgt großflächiger, und die Lichtleistung ist höher.
Im Vergleich zu einer einfachen 5-mm-LED ist der Wärmewiderstand um das Zehnfache reduziert. In der Praxis bedeutet dies, dass eine Hochleistungsdiode, die eine etwa 1 mm große quadratische Emissionsfläche hat und einen Wirkungsgrad von rund 40-100 Lumen.
Die Leistung einer normalen 5-mm-Standard- LED verblasst dagegen. Mit einer Größe von 0,25 mm und einer Leistung von weniger als 0,1 W und 20-30 mA erreicht sie nur einen Wirkungsgrad von 1-2 Lumen.
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2 Bauformen
Es gibt unterschiedliche Typen und Bauformen von Leuchtdioden. Je nach Einsatzbereich unterscheiden sie sich in Aufbau, Leistung und Lebensdauer. Zu den wichtigsten LEDs gehören:
1. Bedrahtete Leuchtdioden
Der Vorreiter aller LEDs sind die bedrahteten Leuchtdioden, die vorrangig zu Kontrollzwecken eingesetzt wurden.
In Kombination mit mehreren LEDs verwendet man sie heute auch als LED-Spots, Leuchtstoffröhren, -Module oder -Röhren. Gängige Größen sind 3, 5 und 10 mm.
Die Kathode, den Minuspol einer bedrahteten LED, erkennt man daran, dass sie kürzer ist als die Anode (Pluspol) und die Kunststoffummantelung abgeflacht ist.
Der Austrittswinkel des Lichts wird durch die Linsenform des Gehäuses definiert.
2. Super Flux
Leistungsstärker als einfache bedrahtete LEDs sind SuperFlux-LEDs, die bis zu vier Chips (Halbleiter-Kristalle) haben.
Sie zeichnen sich durch einen großen Abstrahlwinkel aus und werden besonders im Bereich der Flächenbeleuchtung eingesetzt, da das Licht flächenförmig ausgestrahlt wird.
Eine gute Wärmeableitung erfolgt über vier Kontakte, die einzeln angesteuert werden können.
Der Aufbau der High Flux sichert eine hohe Lebensdauer und macht sie so zu einem effizienten Leuchtmittel, welches universell eingesetzt werden kann
3. SMD
SMD steht für „Surface Mounted Device“ und bedeutet, dass diese Diode im Bereich der Oberflächen-Montage eingesetzt wird.
SMD LEDs bestehen meistens aus drei bis vier Chips und haben Lötkontakte, die auf die jeweilige Leiterplatte oder Anschlussfläche gelötet werden.
Sie sind in Bezug auf die Stromdichte relativ unempfindlich und können daher intensiv leuchten. Die Ausführungen der SMD-LED sind sehr vielfältig.
Größe, Gehäuseform und Lichtstromstärke können variabel ausgewählt werden.
In Kombination mit anderen SMD-Leuchtdioden verwendet man sie in LED-Leuchtstoffröhren oder -Modulen. In der Automobilindustrie wird sie vorrangig für Blink-, Brems- oder Tagfahrlicht eingesetzt
4. High Power LED
High-Power-LEDs sind leistungsstarke und widerstandsfähige Leuchtdioden, die bei optimalen Betriebsbedingungen mit Strömen von 1000 mA betrieben werden können.
Eingesetzt werden sie meistens auf Metallkern-Leiterplatten. Ihre außergewöhnliche Bauform erfordert erhöhte Ansprüche an das Thermo-Management.
5. COB
Die „Chip On Board“-LED (COB) ist die am höchsten entwickelte Leuchtdiode.
Sie trägt diesen Namen, da sie unmittelbar auf der Platine befestigt wird. Dies erfolgt mit Hilfe der „Bündelung“, wobei die Chips auf einer meist vergoldeten Leiterplatte befestigt werden.
Der Kontakt zum Gegenpol erfolgt über in der Regel über einen Draht aus Gold oder Aluminium.
Da bei COB-LEDs keine Reflektoren oder Linsenoptik benutzt werden, ist der Abstrahlwinkel des ausgestrahlten Lichts sehr groß.
Die größten Vorteile der COB-Technologie liegen in der starken Leuchtkraft, der homogenen Ausleuchtung sowie den umfangreichen Anwendungsbereichen.
3 Aber woraus besteht eine LED überhaupt?
Im Wesentlichen besteht eine LED aus mehreren Schichten von Halbleiterverbindungen.
Halbleiter, wie z. B. Silizium, sind Stoffe, die von ihrer elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Leitern, wie z. B. den Metallen Silber und Kupfer, und den Nichtleitern (Isolatoren), wie z. B. Teflon und Quarzglas, liegen.
Durch gezieltes Einbauen von elektrisch wirksamen Fremdstoffen (Dotieren) können Halbleiter in ihrer Leitfähigkeit stark beeinflusst werden.
Die verschiedenen Halbleiterschichten bilden zusammen den LED-Chip.
Von der Art und Weise der Zusammensetzung dieser Schichten
(unterschiedliche Halbleiter) hängen die Lichtausbeute (Effizienz) der LED und
die Farbe des Lichts ganz entscheidend ab.
Fliesst in der LED ein Strom in Durchflussrichtung (von Anode + zur Kathode –), wird Licht erzeugt (emittiert).
Die n-dotierte Schicht ist durch Einbau von Fremdatomen so präpariert, dass ein Überfluss an Elektronen herrscht.
In der p-dotierten Schicht sind nur wenig dieser Ladungsträger vorhanden. Dadurch gibt es die sogenannten Elektronenlücken (Löcher).
Beim Anlegen einer elektrischen Spannung (+) an der p-dotierten Schicht und (–) an der n-dotierten Schicht bewegen sich die Ladungsträger aufeinander zu.
Beim pn-Übergang kommt es zur Rekombination (Wiedervereinigung gegensätzlich geladener Teile zu einem neutralen Gebilde).
Bei diesem Prozess wird Energie in Form von Licht freigesetzt.
4 Elektrische Eigenschaften – warum zu hoher Strom schädlich ist
Wird an eine Leuchtdiode Spannung angelegt, so sinkt ihr Widerstand auf null.
Leuchtdioden sind äußerst empfindliche Bauteile, bei denen schon die kleinste Überschreitung der zugelassenen Stromhöhe dazu führt, dass sie zerstört werden.
Daher ist zwingend darauf zu achten, dass Leuchtdioden nie unmittelbar an eine Spannungsquelle angelegt werden.
Erst wenn ein Strombegrenzer oder Vorwiderstand im Stromkreislauf eingebaut ist, dürfen sie angeschlossen werden.
Bei Hochleistungs-LEDs erfolgt die Ansteuerung über eine Vorschaltelektronik, die einen konstanten Strom liefert.
5 LED-Ansteuerung
Da LEDs nur wenig Strom brauchen, leuchten sie schon dann, wenn sie nur einen Bruchteil (wenige mA) des zugelassenen Durchlass-Stroms erhalten.
Oft reicht dieser aus, um für ausreichend Licht zu sorgen.
Wie bereits erwähnt, gibt es je
nach Anwendungsfall unterschiedliche Möglichkeiten, LEDs zu betreiben.
6 LED-Optiken im Automobil
Es gibt unterschiedliche Methoden, Licht in eine bestimmte Richtung zu leiten.
Die wichtigsten Verfahren der Lichtrichtung in der Automobilbeleuchtung
sind Reflexion, Brechung und Hybrid (Kombination aus Reflexion und Brechung).
Thermo Management
Das Thermo-Management spielt bei der Verwendung von Leuchtdioden eine entscheidende Rolle, da diese Bauelemente sehr empfindlich auf Wärme reagieren.
Leuchtdioden sind Kaltlichtquellen, da sie zwar Licht, aber nahezu keine UV- oder IR-Strahlung aussenden.
Das ausgesendete Licht wirkt kühl und erwärmt die angestrahlten Objekte nicht.
Die LED allerdings wird durch den Lichtentstehungsprozess erwärmt.
Bis zu 85 % der Energie werden in Wärme umgesetzt. Je niedriger die Temperatur ist, desto heller und länger leuchtet die LED.
Auf eine entsprechende Kühlung ist demzufolge unbedingt zu achten.
Neben der selbst produzierten Wärme müssen bei Scheinwerfern oder Leuchten auch andere Wärmequellen, wie Motorwärme, Sonneneinstrahlung etc. berücksichtigt werden.
Daher kommen auch heute je nach LED und deren Verwendungszweck unterschiedliche Techniken zur Steigerung der Wärmeübertragung oder -ableitung zum Einsatz
Beispiele
a) Rippen-Kühlkörper
b) Pin-Kühlkörper
c) Kühlkörper mit ,,Heatpipe’’
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Zudem besteht meistens die Möglichkeit, den Strom für die LEDs zu regeln.
Unter extremen Bedingungen kann die Leistung der LEDs bis auf ein bestimmtes Maß reduziert werden, um so die Wärmeproduktion zu verringern.
Um die Kühlung
noch zu steigern, wird die Luftzirkulation durch Axial- oder Radial-Lüfter
zwischen den Kühlelementen erhöht.
Nachwort:
Abschließend bleibt mir nur noch zu sagen, das dies nur ein "Abriss" des Thema LED und deren Eigenschaften darstellt,
da ein noch ausführlicher Bericht den Rahmen sprengen würde..
Was uns im Fahrzeugbau noch zu diesem Leuchtmittel erwartet wird wohl nur die Zukunft zeigen.
Ich hoffe es ist mir gelungen euch die Technik und deren Grundlagen verständlich zu erklären.
verwendete Quelle/n: https://www.hella.com/techworld/de/T…heinwerfer-833/