LED - Lichtemittierende Diode - Leuchtdiode

LED
LED Makroaufnahme

Leuchtdioden bzw LEDs (Abk. für Light Emitting Diode bzw. lichtemittierende Diode) enthalten Halbleiter, die Licht in einer spezifischen Wellenlänge ausstrahlen, sobald Strom durch sie durchfließt.¹

»Anders als Glühlampen sind Leuchtdioden keine Temperaturstrahler. Sie emittieren Licht in einem begrenzten Spektralbereich, das Licht ist nahezu monochrom.«^1a

Farb-LED
Weißlicht-LED
Farbspektren
LED in Glühbirnenform
Entsorgung als Elektronikschrott
Farbwiedergabeindex
Zu teuer und zu wenig hell
Gewährleistung der Lichtausbeute?
Augenschäden möglich durch Hochleistungs-LEDs
Heizungen für LED-Ampeln im Winter?
Störung des Radioempfangs
Mehr Ausfälle als erwartet
Gefährlicher Abfall
Flimmernde LED-Rücklichter
Lebensdauer
LED-Lampen lassen Stromverbauch steigen
LEDs sind hitzeempfindlich
Seltene Erden
LEDs flimmern
LEDs emittieren E-Smog
Wieviel sparen LEDs?
Flimmernde LED-Monitore

Farb-LED

reizend Der in blauen, weißen und grünen LEDs verwendete Halbleiter Galliumnitrid ^1b gilt ebenso wie der in roten, orangen und grünen LEDs verwendete Halbleiter Galliumphosphid ^1c laut Gefahrstoffkennzeichnung als reizend.

Weißlicht-LED

Weiße LEDs können auf zwei Arten hergestellt werden.

* Kombination mehrerer Farbiger LEDs

Um weißes Licht zu erhalten, werden entweder 2 LEDs (oft Blau und Gelb) oder drei LEDs (Rot, Grün, Blau, RGB) miteinander kombiniert.

* Kombination LED und Leuchtstoff/e

Aufbau Weißlicht-LED
Erzeugen von weißem Licht mit einer ultravioletten oder blauen Leuchtdiode in Kombination mit Fluoreszenzfarbstoffen

Oft wird eine UV-LED mit mehreren verschiedenen Leuchtstoffen (rot, grün und blau) oder eine blaue LED mit nur einem einzigen Leuchtstoff (gelb, meistens Cer-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat) kombiniert. Da die Verwendung mehrerer Farbstoffe den Herstellungsprozess verteuert, wird aus Kostengründen fast immer die Variante mit einer blauen Leuchtdiode in Kombination mit Leuchtstoffen verwendet.

»Das Licht weißer LEDs wird erreicht, indem vor blaue LEDs farbtonändernde Leuchtstoffe montiert werden. Sie besitzen neben dem breiten Spektralbereich des Leuchtstoffes daher einen schmalbandigeren blauen Lichtanteil.«¹

Farbspektren ²

Farb-LED

LED Farbspektrum
Grafik © Alexander Wunsch ²

Weißlicht-LED

LED Farbspektrum Kaltweiss und Warmweiss
Grafik © Alexander Wunsch ²

Das Farbspektrum einer Weißlicht-LED weist zwar keine Linien auf, ist aber sehr schlecht balanciert und im Vergleich zu Sonne und Glühlampe eher minderwertig ( vergleich).

LED in Glühbirnenform

LED in Glühbirnenform Sockel E 27 © Foto: Geoffrey.landis | en.wikipedia

Mittlerweile gibt es schon LED-Lampen in Glühlampenform, in der eine größere Anzahl kleiner Leuchtdioden dem Platz entsprechend untergebracht werden. In diesen Lampen kommt ein elektronisches Vorschaltgerät zum Einsatz, daß als Elektronikschrott fachgerecht entsorgt werden sollte.

Panasonic hat jetzt die LED LDAHV4L27CG LED Nostalgic Clear in Glühbirnenform mit der Optik einer klassischen Glühbirne inklusive "Glühfaden" präsentiert. ²¹

Sie wird auf der Webseite von Panasonic²² folgendermaßen beschrieben: LED Energiesparlampe mit Einschraubfassung E27, Nostalgic Clear (4,4W=20W), 2700K, warmweiss, 40.000 Stunden.

Auf Grund ihrer hohen Farbwiedergabe von 74% - Die Webseite designboom²³ (mit vielen Fotos der LED Glühbirne) spricht dagegen "sogar" von einer hohen Farbwiedergabe von 80%" - und der sehr hohen Lichtstromerhaltung von 70% bis ans Lebensende entspricht Sie der Energiestufe A.

Kommentar:

Farbwiedergabeindex
Mit der Farbwiedergabe von 74% bzw 80% ist wahrscheinlich der Farbwiedergabeindex von Ra 74/80 gemeint. Und das ist bedeutend niedriger als der Farbwiedergabeindex von Glühbirnen und Halogenlampen, der immer Ra 100 beträgt.

Lichtstromerhaltung:
Glühbirnen und Halogenlampen leuchten nahezu in der selben Leuchtstärke bis sie "ausbrennen". (Eine Ausnahme ist die 110 Jahre alte Glühbirne, die nur noch mit 4 Watt leuchtet.) LEDs und Kontaktleuchstofflampen werden mit der Zeit - in diesem Fall um 30% - dünkler.

Auch die LED-Glühbirnen Philips Master LEDbulb 'Glow' 7W²⁴ und Philips LED 60W 806lm Retrofit²⁵ überzeugen mich nicht, da sie folgende Schwächen aufweisen:

CRI: Ra82
Lebenszeit: 25,000h 70% Lumen Erhaltung
Leistungsfaktor: 0.65 bzw 0.70

Kommentar:

Farbwiedergabeindex und Lichtstromerhaltung sind auch bei diesen beiden Modellen nicht mit der Qualität einer Glühbirne vergleichbar.

Leistungsfaktor²⁶:
"Als Leistungsfaktor bezeichnet man in der Elektrotechnik gemäß DIN 40110-1 das Verhältnis vom Betrag der Wirkleistung P zur Scheinleistung S.

Der Leistungsfaktor kann zwischen 0 und 1 liegen.

Diese zusätzliche Energie pro Zeit, die nichts zur Wirkleistung („tatsächlichen Leistung“) beiträgt, ist im Allgemeinen unerwünscht und wird als Blindleistung²⁷bezeichnet."

Wirkleistung + Blindleistung = Scheinleistung

"Elektrische Großverbraucher in der Industrie müssen neben der bezogenen Wirkenergie auch für ihren Blindenergiebezug bezahlen. Privat- und Kleinverbraucher verursachen geringe Blindleistungsbelastung und werden deswegen und wegen des hohen Aufwandes für deren Erfassung von den Kosten freigestellt, bzw. finden sich letztere im Preis der Wirkarbeit (angegeben in kWh) wieder."²⁸

Anschaulich und verständlich wird die Blindleistung im PDF-Dokument "Was versteht man unter Blindleistung?"²⁷ erklärt.

Entsorgung als Elektronikschrott

LED-Lampen müssen seit 1.1.2010 auf Grund der WEEE-Richtlinie ( engl. Waste Electrical and Electronic Equipment, deutsch Elektro- und Elektronikalt-/schrottgeräte) als Elektronikschrott entsorgt werden.

Farbwiedergabeindex

Während Glühbirnen und Halogenlampen einen Farbwiedergabeindex Ra von 100 erreichen, sind die Werte der von Osram angebotenen LED Classic Lampen ⁶(LED in Glühbirnenform) im Bereich von 60 - 80 zu finden. Eine Lampe hat den Wert von 82 und eine von 92 (Stand 8.11.2010).

Der Farbwiedergabeindex von LED Deco Reflektorlampen ⁶ wird mit 70 oder 80 angegeben. In manchen Fällen fehlt die Angabe des Farbwiedergabeindex.

Zu teuer und zu wenig hell

Der Verein für Konsumenteninformation in Wien kommt in der Zeitschrift Konsument Ausgabe 2/2010 zum Ergebnis, daß LED-Lampen sehr teuer sind und ihre Helligkeit zu wünschen übrig lässt. LEDs eigen sich somit eher zur Ergänzung und für spezielle Lichteffekte, obwohl sie "Energiesparlampen" in Punkto Energieausbeute und Farbwiedergabe ( lichtqualitaet, vergleich ) übertreffen. ³

Aus einem Forum:

»Dafür haben die Dinger halt eine ausgesprochen schwache Lichtentwicklung - weshalb ich auf 9 qm 23 dieser Lampen (Anm.: LED) installiert habe. Sieht Klasse aus - jetzt noch.«

Kommentar: Da fragt man sich, wieviel die Installation und Bestückung mit 23 schwachen Lampen gekostet hat, wo früher eine simple Glühbirne gereicht hat.

weitere Tests von LEDs

Gewährleistung der Lichtausbeute?

Auf der Suche nach weiteren Informationen über LED's, habe ich folgende Informationen auf der Webseite des Designers Christoph Dutschke gefunden:⁴

»Die Entwicklung der LED's wird aufmerksam wahrgenommen, weil sie zum Lesen und als Beleuchtung am Arbeitsplatz interessante Aspekte zur Rehabilitation der Augenmuskulatur aufweisen. Meine Prüfungen lassen aber aus folgenden Gründen bis jetzt kaum eine Empfehlung zu: die recht teure LED, welche fast keine Energie verbraucht, baut sich in ihrer Leistung binnen kürzester Zeit ab. Was nützt eine Brenndauer von 100.000 Stunden, wenn bereits nach 2.000 Stunden Dauerbelastung (drei Monate) nur noch etwa ein Sechstel der Leistung vorhanden ist? Der Preis steht also für Ressourcenverschwendung und ist in erneuerbarer Energie und Glühbirnen sinnvoller eingesetzt.

Weiße LED's gleicher Baureihe: die beiden oberen sind neu, die unteren nach 3 Monaten Dauerbelastung kaum noch zu verwenden, also eine ziemlich teure und nicht ökonomische Lichtquelle.«

Augenschäden möglich durch Hochleistungs-LEDs⁵

Im Gegensatz zu Christoph Dutschke (siehe oben) befürchtet Prof. Dr. Hans-Dieter Reidenbach, Leiter des Forschungsschwerpunkts Hochfrequenz- und Lasertechnik an der Fachhochschule Köln, Folgeschäden, wenn man zu lange in leistungsstarke LED- Leuchten blickt. Das kann dazu führen, daß man geblendet ist und für kurze Zeit kaum mehr etwas sieht.

»Intensives LED-Licht kann bei sehr langem Hineinsehen eine Entzündung der Netzhaut verursachen, eine Art Sonnenbrand, der unter Umständen zu Folgeschäden führen kann.«
»Hierbei geht derzeit von Blaulicht- oder Weißlicht-Hochleistungs-LEDs die größte Gefahr aus, wobei gilt: Je größer der Blauanteil, desto höher das Risiko.«

Eine Studie aus Frankreich scheint die Befürchtungen Prof. Reidenbachs zu bestättigen. studien

Heizungen für LED-Ampeln im Winter?

In Deutschland werden seit Jahren Ampelanlagen auf LED-Technik umgestellt um Energie zu sparen. Jetzt stellt sich aber das unerwartetes Problem dar, daß im Winter der Schnee auf den Ampeln nicht mehr schmilzt, da LEDs im Gegensatz zu Glühbirnen keine Wärme abgeben. Dadurch ist es vermehrt zu Unfällen an den Kreuzungen gekommen. Was kann man tun um die Verkehrssicherheit wieder zu gewährleisten? Heizungen einbauen oder bei jeder Ampel einen Ampelputzmann, der mit einem Besen bereitsteht? ⁷

Störung des Radioempfangs

In Foren wird die Störung des Radioempfangs durch LEDs diskutiert.⁸

Mehr Ausfälle als erwartet⁹

Bei der letztjährigen Weihnachtsbeleuchtung verwendeten die Technischen Betriebe in Amriswil in der Ostschweiz erstmals LED als Leuchtmittel. Es gab mehr Ausfälle als erwartet. Besonders der Regen setzte den LEDs zu. Alle LED-Lampen, die ausgewechselt werden mussten, hatten Kondenswasser im Innern.

Gefährlicher Abfall

Eine Studie aus Kalifornien hat farbige und weisse LEDs auf ihre Umweltfolgen (Ressourcenverbrauch und Toxikologie) untersucht und kommt zum Schluß, daß auf Grund der verwendeten Rohstoffe unter kalifornischen Gesetz LEDs als gefährlicher Abfall gelten würden. studien

Flimmernde LED-Rücklichter

Über die Probleme mit flackernden LED-Rücklichtern bei Autos , dem irritierenden Perlschnureffekt und angestrengten Augen berichtet der Blog LED-Flimmern¹⁰.

»LEDs werden oft mit gepulstem Gleichstrom (Anm.:z. B. beim Auto) betrieben, um ihre Helligkeit zu steuern. Im Gegensatz zu Glühlampen ist eine LED schnell genug, um selbst bei hohen Frequenzen tatsächlich an und aus zu gehen. Je nach Frequenz wird dieses Flimmern mehr oder weniger deutlich wahrgenommen.«¹¹

Lebensdauer

Während einige Konsumenten eine extrem kurze Lebensdauer (einige Monate) von LED-Lampen melden, gibt Phillips für die 17 Watt Endura-LED eine Lebensdauer von 25.000 Stunden an; umgerechnet in Jahren für Europa 25, für Großbrittanien 15 und für Nordamerika 17, während die Garantie überall 5 Jahre beträgt.¹²

LED-Lampen lassen Stromverbauch steigen ¹³

Forscher von den Sandia National Laboratories¹⁴ warnen im "Journal of Physics D: Applied Physics"¹⁵, daß LED -Lampen keine Kernkraftwerke überflüssig machen werden, denn

"Jede effizientere und somit billigere Beleuchtung hat in der Vergangenheit den Energieverbrauch für Licht steigen lassen. Sehr wahrscheinlich wird das auch in Zukunft so bleiben"

Studienleiter Jeff Tsao

Während im Jahr 1700 jeder Engländer 580 Lumenstunden pro Jahr verbraucht hat, liegt heute der Jahresverbrauch bei 46 Mio. Lumenstunden pro Person.

Die Forscher für den bevorstehenden Wechsel auf LED-Lichter voraus, dass der Lichtverbrauch binnen 20 Jahren um das Zehnfache steigen wird - bei doppeltem Energieverbrauch.

LEDs sind hitzeempfindlich ¹⁶

"Leuchtdioden sind hitzeempfindlich und haben dort nichts zu suchen, wo sich Wärme staut oder heiße Dämpfe aufsteigen (Küche, Bad oder in Leuchten, die eng verbaut sind)."

Seltene Erden

In LEDs werden Seltene Erden verwendet. Diese sind teilweise giftig. Der Abbau vergiftet die Umwelt.

LEDs flimmern

In der Novemberausgabe 2011 kommt Ökotest zum Schluß, daß alle LEDs mehr oder weniger ausgeprägt flimmern.

tests

LEDs emittieren E-Smog

Alle von Ökotest 11/11 getesteten LEDs emittieren E-Smog. Einige überschreiten die für Bildschirmmonitore geltende TCO-Norm¹⁷ um ein Vielfaches.

tests

Wieviel sparen LEDs?

LEDs werden damit beworben, daß man damit 80% der Stromkosten einsparen kann. Bei der Kompaktleuchtstofflampe hat sich mittlerweile herausgestellt, daß die Einsparungen viel geringer ausfallen als ursprünglich behauptet worden ist. Wenn in einem Bericht¹⁸ erwähnt wird, daß man mit LEDs 60% der Stromkosten einsparen könne, dann stellt sich die Frage wie hoch die Einsparung tatsächlich ist.

Flimmernde LED-Monitore

Neben dem Flimmern der Bildwiederholfrequenz flimmert bei LCD-Bildschirmen auch die Hintergrundbeleuchtung, die zunehmend aus Leuchtdioden (LEDs ) besteht.

Pulsweitenmodulation

Mit Hilfe der Pulsweitenmodulation kann die Helligkeit einer LED gesteuert werden. Vereinfacht gesagt, wird sie in Intervallen ein und ausgeschaltet. Je länger bzw öfter die Intervalle sind, desto dünkler leuchtet sie.

"Durch die unterschiedlich lange und steuerbare Ein- bzw. Ausschaltdauer können linear unterschiedliche Helligkeiten erzeugt werden."¹⁹

Dieses Flimmern wird von manchen Menschen als unangenehm empfunden. Aus diesem Grund hat die Webseite Prad, ein Online Testmagazin für Monitore, angekündigt die Steuerungscharakteristik in ihren zukünftigen MonitorTests zu berücksichtigen und zu veröffentlichen.²⁰

flimmerfreie LED-Monitore

Ein Bildschirm der auf PWM verzichtet und die Helligkeit seines Backlights mit anderer Technik steuert ist laut Prad der Monitor HP ZR2740W. ²⁰

Weiterführende Informationen:
* Studien zu LEDs
* Tests von LEDs