Happy Birthday: 19 Jahre weiße LED

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Die electronica wird 50. Wohl niemals haben „elektronische“ Erfindungen unser Leben so fundamental verändert, wie seit dem Bestehen der Messe. Eine kleine Serie soll die wichtigsten vorstellen. Diesmal: die Geburtsstunde der weißen LED.

Knapp 20 Jahre ist es her, dass Prof. Dr. Jürgen Schneider, langjähriger Abteilungsleiter am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, mit seinen Mitarbeitern Dr. Peter Schlotter und Ralf Schmidt die erste weiße Leuchtdiode (LED) hergestellt. Zeitgleich hatte die japanische Firma Nichia eine weiße LED entwickelt.

Weißes Licht aus LEDs galt bis dahin als Unmöglichkeit. In den Farben gelb, grün oder rot blinkten sie uns schon seit langem aus Stereoanlagen, Küchengeräten oder Armaturenbrettern an. Weiße LEDs konnten aber nicht hergestellt werden, da Leuchtdioden nur einfarbiges Licht abgeben und die Farbe Weiß keine Spektralfarbe ist. Erst ein Gemisch aus Einzelfarben führt zu dem weißen Farbeindruck, den etwa das Sonnenlicht hervorruft.

Weiße LED gemixt

Die erste Weißlichtdiode wurde über sogenannte Lumineszenzkonversion hergestellt. Dazu kombinierte man blau-emittierende Leuchtdioden auf Gallium-Nitrid-Basis mit Lumineszenzfarbstoffen. Diese Farbstoffe werden durch Licht zum Leuchten angeregt und ändern dabei dessen Wellenlänge. Das ergibt dann die richtige Mischung für das weiß-leuchtende Licht.

Technisch wird aktuell oberhalb einer blauen LED eine dünne Phosphorschicht aufgetragen, die von kurzwelligem, energiereichen blauen Licht zum Leuchten angeregt wird und energieärmeres gelbes Licht abgibt. Da nicht das gesamte blaue Licht umgewandelt wird, ergibt die resultierende additive Mischung der Spektralfarben das weiße Licht.

Rot + Grün + Blau = Weiß

Rot + Grün = Gelb

Gelb + Blau=Weiß

Dabei variiert der Farbton des Lichts je nach Dosierung des Phosphor-Farbstoffes, und es entstehen die für Beleuchtungen wichtigen Weißtöne wie Warmweiß, Neutralweiß oder Kaltweiß.

Eine zweite Methode zur Gewinnung von weißem LED-Licht basiert auf dem Prinzip der additiven Farbmischung. Hier entsteht das weiße Licht durch die Mischung von rotem, grünem und blauem Licht (RGB). Durch gezielte Ansteuerung kann bei der Methode auch farbiges Licht erzeugt werden – etwa in LED-Fernsehern.

Aller Anfang ist schwer

Wie viele bahnbrechende Erfindungen hatte es auch die LED anfangs schwer: „Eine unserer ersten Lumineszenzkonversions-LEDs wurde bei einem Kunden zunächst als merkwürdige Büroklammer verkannt und entsorgt,“ erinnert sich Prof. Dr. Schneider. Mittlerweile glänzt der LED-Markt mit einer enormen Dynamik.

In seinem Branchenreport 2015 geht der ZVEI für den Lichtmarkt 2015 sowohl für Deutschland als auch global von einem soliden Wachstum auf vergleichbarem Niveau des Zuwachses 2014 aus. Das betrug in Deutschland über die gesamte Lichtbranche 3,2 Prozent. Laut McKinsey sollen sich die globalen Umsätze bis 2020 weltweit auf 65 Mrd. Euro mehr als versiebenfachen. Der US-Hersteller General Electric (GE) erwartet, dass bis dahin rund 70 Prozent des Lichtmarkts auf LEDs entfallen. Zuletzt waren es 18 Prozent.

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Weißes LED-Licht entsteht durch additive Farbmischung aus rotem, grünem und blauem Licht (RGB).