Wissenswertes LED

Lebensdauer der LED
Die Lebensdauer wird von vielen Faktoren bestimmt. Hauptsächlich jedoch von Temperatur, Spannung und Strom. Die LED sollte nicht an zu heißen oder an stark temperaturschwankenden Orten installiert werden. Zwar steht auf jedem Datenblatt, dass die LED 100°C und mehr aushält, jedoch gilt, je wärmer, desto kürzer die Lebensdauer. Nicht nur die Lebensdauer ist von der Temperatur abhängig, auch die Helligkeit wird mit zunehmender Wärme immer geringer. Eine Erhitzung um ca. 100° führt zu einer beinahen Halbierung der Effizienz.

Spannung
Bei einer zu hohen Spannung wird die LED meist dauerhaft beschädigt, oder sogar zerstört. Manche LED-Händler nutzen dies sogar zu Ihrem Vorteil: Der Kunde wird mit Aussagen wie "Blaue LEDs kurzzeitig bis zu 20 000mcd" in die Irre geführt. Dabei hat der Verkäufer nicht mal direkt unrecht. Man lege nur eine Spannung von 220V an die LED an, warte einige Millisekunden und die LED explodiert förmlich in einem kleinen Blitz. Selbstverständlich bleibt die Explosion unerwähnt. Welche Spannung Sie anlegen sollten, finden Sie im Datenblatt oder können Sie auch grob an der Farbe festmachen:

Stromfluss
Des weiteren sollte auf einen zu hohen Stromfluss verzichtet werden. Zwar halten die meisten LEDs einem Strom von 50mA und mehr kurzzeitig stand, jedoch verringert dies die Lebensdauer stark und führt zu einer geringeren Effizienz. Die Effizienz ist hier nicht zu verwechseln mit der Helligkeit, da diese mit dem Stromzunahme fast proportional zunimmt. Ein höherer Strom entwickelt Wärme, was die LED zusätzlich beschädigt. Es ist also vor allem bei erhöhtem Stromfluss wichtig, eine gute Wärmeabfuhr zu gewährleisten.

Die Abkürzung mcd steht für milli candela. Sie ist ein Indikator für die Helligkeit einer LED oder überhaupt eines leuchtenden Objektes (die Basiseinheit der Lichtstärke). Grob gesagt: 1 cd (bzw. 1000mcd) entspricht etwa der Helligkeit einer Kerze (engl. Candel). Als kleiner Vergleich: Eine 100 Watt Glühbirne liefert ca. 1 100 000mcd (1100cd). Derzeit würden also ca. 100 Weiße LEDs der hellsten Art (kugelförmig angeordnet) benötigt werden um die Helligkeit einer 100 Watt Glühbirne zu erreichen.

Eine Isotrope Lichtquelle der Lichtstärke 1 Candela stahlt einen Lichtstrom von dQ=1 Lumen (pro Raumwinkel) dw = 1 Steradiant: I = dQ / dw

Ein Candela ist die Lichtstärke (Lichtstromdichte) einer Strahlungsquelle, die monochromatische Strahlung der Frequenz 540 · 1012 Hertz, entsprechend einer Wellenlänge λ von 555 nm, mit einer Leistung von 1/683 Watt pro Steradiant (Raumeinheitswinkel) aussendet. Wie bei allen photometrischen Größen bestimmt die Hellempfindlichkeitskurve V(λ) die physiologische Abhängigkeit von der Wellenlänge. Für die gewählte Wellenlänge gilt: V(555nm) = 1.

Die Helligkeit eines Flächenstrahlers gibt die Leuchtdichte an, gemessen in cd/m².

Monochromatische Farben (Spektralfarben) werden üblicherweise in Wellenlängen angegeben. Die Wellenlänge (Symbol (Lamda)) beschreibt den Abstand zwischen zwei Wellen. Dieser Abstand wird in nm (Nanometern) gemessen. Die sichtbaren Regenbogenfarben (Spektralfarben) nehmen in Ihrer Wellenlänge von Rot nach Blau ab.

Lichtstrom (Lumen)

In Lumen wird die gesamte Lichtleistung eines Leuchtobjekts bezeichnet, unabhängig von dessen Leuchtrichtung. Der Lichtstrom ist die Leistungseinheit im lichttechnischen Maßsystem.
1lm = Beleuchtungsstärke von 1lx.
z.B. 100Watt Glühlampe: 1600lm

Beleuchtungsstärke (Lux)

Ein Lux entspricht der Lichtstärke, die eine Kerze in einer Entfernung von einem Meter erzeugt. Trifft ein Lichtstrom (1 Lumen) gleichmäßig auf eine Fläche von 1m², so entspricht dies einer Beleuchtungsstärke von 1Lux
1 lx=1 lm/m²
z.B. Heller Sonnenschein: 100 000 Lux, Büroraum: 400 Lux, Vollmondnacht: 0,2 Lux

Der Strom und die Spannung

Die meisten 3- und 5mm LEDs werden bei einem Strom von ca. 20mA und einer Spannung von 2-4V betrieben. Hochleistungs- LEDs wie z.B. Luxeon Staremitter, Golden Dragon, SuperFlux oder Multi-Chip-LEDs (z.B. RGB) nehmen bis zu 350mA und mehr auf. Die Stromaufnahme steigt nicht proportional der Spannung an. Die Spannung einer LED kann nur in einem gewissen Maß (meist ca. 0,5V) verändert werden ohne die LED entweder zu beschädigen (zu hohe Spannung) oder diese nicht leuchten zu lassen (zu niedrige Spannung). Wie groß die Spanne ist, in der die LED betrieben werden kann, hängt von der LED (besonders von der Lichtfarbe) ab und kann im jeweiligen Datenblatt eingesehen werden. Es kann vorkommen, das blaue LEDs bis zu 0,7V ohne weiteres aushalten, während eine rote LED nach wenigen Sekunden bei 0,1V über der angegebenen Maximalspannung bereits schmilzt.

Nützliche Info:
Durch die Stromangabe können Sie feststellen, wie lange eine LED an einer Batterie betrieben werden kann, bevor die Batterie leer ist. Ist eine LED mit 20mA an eine Batterie mit 2000mAh angeschlossen, so ist diese nach 100 Stunden (2000 : 20) verbraucht. Dies ist natürlich nur ein theoretischer Wert, da die Spannung der Batterie immer weiter absinkt, je mehr diese verbraucht ist.

Reihenschaltung

In einer Reihenschaltung werden alle LEDs hintereinander betrieben. Also wird ein (Plus-)Pol immer an den (Minus-)Pol der nächsten LED angeschlossen. Es verhalten sich in dieser Schaltung alle LEDs wie eine "große LED". Sind also 5 LEDs mit einer Spannung von jeweils 2,4V in Reihe geschaltet, ergibt dies eine benötigte Versorgungsspannung von 12V. Dennoch sollte immer ein Widerstand in Reihenschaltungen integriert werden um Spannungsschwankungen auszugleichen. Die Stromaufnahme einer Reihenschaltung addiert sich nicht, verwenden sie also 5 LEDs mit je 20mA Stromaufnahme so bleibt diese in einer Reihenschaltung auch weiterhin bei 20mA. Dies muss besonders bei der Auswahl des Netzgerätes und der Widerstände beachtet werden, da diese nur bis zu bestimmten Strömen betrieben werden dürfen.

Parallelschaltung

Bei einer Parallelschaltung werden alle LEDs getrennt voneinander an die selbe Stromquelle angeschlossen. Es ist lediglich zu beachten, dass die Stromquelle (z.B. das Netzteil) genügend Strom abliefern kann und nötigenfalls die Spannung mit einem Widerstand abgeregelt wird. Bei handelsüblichen Universalnetzgeräten kann die Spannung meist auf ein LED-Verträgliches Niveau heruntergeregelt werden. Die benötigten Widerstände müssen bei JEDER LED einzeln angebracht werden. Wo und in welcher Richtung der Widerstand innerhalb des einzelnen Stromkreises installiert wird, ist unerheblich. Siehe auch "Widerstände"

Löten

Beim Löten muss beachtet werden, dass die LED beschädigt werden kann, wenn der LED-Chip zu lange zu hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Die Entfernung vom Lötpunkt zum LED-Kopf muss mind. 3mm beragen. Diese Stelle wird durch die "Lötmarkierung" gekennzeichnet. Sie macht sich durch eine leicht verbreitete Stelle am LED-Beinchen kurz nach dem LED-Kopf bemerkbar. Als Richtwert gilt: Nicht länger als 3 Sekunden über 250°C an dieser Stelle.

Widerstände

Da eine LED i.d.R. mit einer Spannung zwischen ca. 2V und 4V arbeitet und die meisten Quellspannungen höher sind, müssen diese gedrosselt werden, um die LED nicht zu beschädigen. Dies geschieht mit dem Vorwiderstand. Dieser wird üblicherweise am Pluspol der LED angebracht (gelötet). Es spielt allerdings für die LED keine Rolle wo der Widerstand sich innerhalb des Stromkreises befindet. Er kann auch am Minuspol oder am Kabel befestigt werden, wenn dies für die Montage geschickter ist. Der Widerstand hat keine Polung und daher auch keine bestimmte Richtung auf die bei der Montage geachtet werden muss. Wird ein Widerstand nicht oder unsachgemäß angebracht zerstört dies evtl. die LED bzw. verringert Ihre Lebensdauer.

Vor allem die Automobil und Verkehrindustrie nutzen die Vorteile der LEDs bereits jetzt. So findet man immer häufiger Ampeln mit 10mm und 5mm LEDs bestückt, oder auch Rückscheinwerfer der neueren Fahrzeuggeneration blenden den Hintermann mit LED-Optik.