LED

Was beeinflusst die Farbe einer LED?

Wer ein LED Band kaufen möchte, der sollte sich zunächst einen Überblick über die unterschiedlichen Ausführungen des flexiblen Lichtelements verschaffen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leuchtmitteln sind Beleuchtungselemente mit LEDs in zahlreichen Tönen erhältlich. Welcher physikalische Prozess hinter diesem breiten Spektrum steckt und welche Rolle das Material der Leuchtdiode bei dem Farbenspiel einnimmt, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Wovon hängt die Farbe einer LED ab?

In welcher Farbe eine LED aufleuchtet, hängt von der Dotierung und vom Halbleitermaterial ab. Um diesen Prozess besser nachvollziehen zu können, lohnt sich ein Blick auf den Aufbau einer lichtemittierenden Diode. Diese besteht aus sechs Komponenten.

Die Bestandteile einer LED:

Kathode
Anode
Reflektorwanne
Verbindungsdraht
Kunststofflinse
Halbleiterkristall

In Abhängigkeit von der Dotierung und dem Material der LED gibt die Diode Licht in einer bestimmten Wellenlänge ab. Diese wird vom menschlichen Auge in verschiedenen Farben und deren Abstufungen wahrgenommen.

Woraus bestehen Kristalle?

Der Halbleiterkristall wird umgangssprachlich auch als LED-Chip bezeichnet. Er besteht aus einer breiten, negativ dotierten Schicht aus Elektronen und einer schmalen, positiv dotierten Schicht aus Elektronenlöchern. Wird die LED unter Spannung gesetzt, bewegen sich freie Elektronen in die Grenzschicht und nehmen einen Platz in einem Elektronenloch ein. Bei dieser sogenannten Rekombination wird Energie freigesetzt, die in Form von kleinen Lichtblitzen aufleuchtet.

Je nach Material des Halbleiterkristalls leuchtet das abgegebene Licht in einer Grundfarbe (Rot, Grün, Blau oder Gelb), in Weiß oder in einem anderen Ton des Farbspektrums auf. Die genaue Einstellung der Farbe erfolgt per Mischverfahren oder per Filter (bei weißem Licht).

Die gängigsten Halbleitermaterialien und ihre Farbe:

Indiumgalliumnitrid (InGaN) -> Blau
Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) -> Rot
Galliumphosphid (GaP) -> Grün
Galliumarsenidphosphid (GaAsP) -> Gelb

In Wohn- und Geschäftsräumen ist Weiß die Lichtfarbe, die am häufigsten zum Einsatz kommt. Sie eignet sich gut als Grundbeleuchtung und Arbeitslicht. Obwohl Weiß keine Farbe im eigentlichen Sinn ist, kann sie in mehreren Nuancen eingestellt werden. Die Palette reicht vom beruhigendem Warmweiß über kaltes Neutralweiß bis hin zu konzentrationsförderndem Tageslichtweiß.

LED-Lampen mit weißem Licht erzeugen dieses vorzugsweise per Filtervorgang. Hierzu wird der Halbleiter werksseitig mit einem Stoff überzogen – dies ist auch als Lumineszenzschicht bekannt. Entsteht bei der Rekombination energiereiches, blaues Licht, dient eine dünne Phosphor-Schicht mit Gelbstich als Ausgleich. Aus Sicht des menschlichen Auges erscheint das abgegebene Licht der LED weiß.

Kombinierte Farbe

Dieser Prozess kommt bei RGB- und RGBW-Lampen zum Einsatz. Im Rahmen der additiven Farbmischung wird das Licht der roten, grünen, gelben und blauen LEDs gemischt, um Magenta, Cyan oder andere Töne zu erzeugen. Auf diese Weise kann auch weißes Licht erzeugt werden. Im Gegensatz zu der vorgenannten Filtervariante bei weißen LEDs ist dieses jedoch weniger klar. Ein Kompromiss sind RGBW-Lichtelemente, die sowohl bunte Farben als auch reines Weiß samt seiner Ausprägungen darstellen können.