Leuchtdiode
Leuchtdioden, auch Lumineszenzdioden, Lichtemitterdioden oder LED (abgeleitet vom englischen light emitting diode) genannt, sind spezielle Halbleiterdioden, die beim Betrieb in Durchlassrichtung Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich aussenden. Die Umkehrung der Leuchtdiode ist die Fotodiode.
Leuchtdioden, auch Lumineszenzdioden, Lichtemitterdioden oder LED (abgeleitet vom englischen light emitting diode) genannt, sind spezielle Halbleiterdioden, die beim Betrieb in Durchlassrichtung Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich aussenden. Die Umkehrung der Leuchtdiode ist die Fotodiode.
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Schaltzeichen für eine Leuchtdiode (links) und Lichtdioden für verschiedenfarbiges Licht (rechts)
L. Meyer, Potsdam
Aufbau und Wirkungsweise
Leuchtdioden bestehen wie andere Arten von Dioden aus einem n-Leiter und einem p-Leiter mit einem dazwischen liegenden, sehr dünnen pn-Übergang. Als Grundmaterial verwendet man vor allem Galliumarsenid (GaAs) und Galliumphosphid (GaP), wobei unterschiedliche Stoffe zur Dotierung genutzt werden. Diese Stoffe bestimmen die Farbe des Lichtes, das ausgesandt wird.
Leuchtdioden sind so gebaut, dass das im pn-Übergang entstehende Licht aus der Diode in einer bestimmten Richtung austreten kann. Bild 2 zeigt eine verbreitete Bauform, einen Flächenstrahler.
Die Leuchtdiode wird in Durchlassrichtung geschaltet. Dann fließt durch den pn-Übergang ein Strom. Im pn-Übergang kommt es zu einer Rekombination von Elektronen und Löchern (Defektelektronen). Bei dieser Rekombination wird Energie frei, die in Form von Licht abgegeben wird. Dabei gilt:
- Die Stoffe, aus denen die Leuchtdiode besteht, bestimmen die Farbe des Lichtes.
- Durch die Form der Diode wird bestimmt, von welcher Fläche Licht abgegeben wird. Die wichtigsten Formen sind Flächenstrahler, halbkugelförmige Strahler und strichförmige Strahler.
Hinweis: Rekombination von Elektronen und Löchern tritt auch bei anderen Dioden in Durchlassrichtung auf. Die dabei frei werdende Energie wird aber im Unterschied zu Leuchtdioden nicht als Licht, sondern in Form von Wärme abgegeben.
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Aufbau einer Leuchtdiode aus Galliumarsenid
Anwendungen
Wegen ihrer geringen Abmessungen und des relativ geringen Energieverbrauchs eignen sich Leuchtdioden vor allem als Anzeigevorrichtungen. Dabei nutzt man z. T. einzelne Leuchtdioden, z. B. um den Stand-by-Betrieb eines Fernsehgerätes oder eines Radios anzuzeigen. Zum Teil nutzt man auch Anordnungen solcher Dioden in Form von Leuchtbändern, Mehrsegmentanzeigen oder Matrixanzeigen.
