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LEDs

LED - die effiziente Licht-Technologie

LED Lampen revolutionieren die Beleuchtung von Wohnräumen, das Design von Fahrzeugen und viele täglich genutzte Anwendungen, wie Flachbildschirme, Werbetafeln oder moderne Verkehrsregelung.

Es war ein weiter Weg von der ersten elektrischen Lampe, die dank Thomas Alva Edison 1883 in die Produktion ging. Es folgten die bekannte Osram E27 Glühlampe, Leuchtstoffröhre und Energiesparlampe bis Leuchtdioden unsere Welt effizient erhellen.
 

Die Geschichte der LED


Karl Ferdinand Braun, Physiker aus Fulda, beschreibt 1876 den ersten Halbleiter: Er erkennt, dass elektrischer Strom einen Sulfid Kristall lediglich in einer Richtung durchfließt. Diese Entdeckung war der damaligen Zeit weit voraus: Erst 60 Jahre später fand die Wissenschaft eine Erklärung für dieses Phänomen.

Henry Joseph Round entdeckt 1907, dass anorganische Stoffe durch Anlegen elektrischer Spannung zu leuchten beginnen. Da es keine Verwendung dafür gab, lag die Forschungsarbeit bis 1921 sozusagen in der Schublade, bis der Russe O.W. Lossew das Leuchten weiter erforschte.

Ab 1935 kam Unterstützung des Franzosen Georges Destriau hinzu, der seinerseits als Entdecker der Elektrolumineszenz gilt. Er entwickelte eine Folie, die als Hintergrundbeleuchtung für Flugzeug-Cockpits zum Einsatz kam.
 

Die Geburtsstunde der ersten LED 1962


Dem Amerikaner gelang die Entwicklung der ersten industriell gefertigten LED, die mit der Erklärung der Lichtemission durch Zinksulfid einhergeht, die Destriau entdeckte. Ab 1957 verbesserten mit Galliumphosphid und Galliumarsenid dotierte Halbleiter die Leistung.
 

1971 beginnt die leuchtend bunte LED-Welt


Der Siegeszug der roten LEDs brachte uns Digitalanzeigen an Taschenrechnern und Armbanduhren, Glimmlampen erlebten ihr Ende. Nur von regulärer Beleuchtung wie mit einer hundertfach stärkeren Osram E27 waren LEDs noch weit entfernt, bei 0,1 Lumen pro Watt Leistung.

Die Dotierung der Halbleiter mit Stickstoff erzielte grüne, gelbe und rot-orange LED Lampen. Ab 1980 übertraf die Effizienz der Leuchtdioden erstmals die Glühbirne, was ihren Einsatz in Werbetafeln und Signalanlagen ermöglichte.
 

1995 Start für weiße LED


Die Weiterentwicklung konzentrierte sich auf die Steigerung von Effizienz, Licht, Lumen und Helligkeit, um die LED als Ersatz regulärer Lampen einzusetzen. Bis dahin konnten alle Spektralfarben erzeugt werden - ausgenommen kurzwelliges Ultraviolett und Blaulicht.

Die 1988 begonnenen Forschungsarbeiten in Japan kamen durch Zugabe von gelbem Leuchtstoff erstmals 1995 zur Erzeugung weißen Lichts. Heute beträgt die Lichtleistung regulärer LED Lampen 100 Lumen pro Watt, Laborversuche liegen bereits bei 350 lm.

Weißes Licht entsteht durch drei LEDs in RGB-Farben, die mit einem vorgeschalteten Diffusor weißes Licht in allen Varianten von blaulastigem kaltweiß bis warmweiß für den Wohnbereich erzeugen.
 

Aufbau einer LED Lampe


Leuchtdioden sind recht simpel konstruiert. Kathode und Anode, zwei Metalldrähte, führen durch ein Kunststoffgehäuse, ein Reflektor bestimmt den Abstrahlwinkel. Die gesamte Technik befindet sich in dem darunterliegenden winzigen LED-Chip, dem Halbleiterelement.

Der Halbleiter besteht aus einer n-Schicht mit Überschuss an negativ geladenen Elektronen, sowie der positiv geladenen p-Schicht mit sinnbildlichen “Löchern im Elektronen-Gefüge”. Eine angelegte Spannung leitet die n-Elektronen in die darüber liegende p-Schicht, wo sie die Lücken im molekularen Gefüge füllen. Dabei wird Energie in Form von Licht und Wärme freigesetzt. Die Lichtblitze erzeugen das Leuchten.

Das Halbleitermaterial bestimmt die Lichtfarbe. Extrem kalt-weiße Helligkeit im langen Wellenbereich erzeugen blaue LED-Chips durch Phosphor, einem photolumineszierenden Farbstoff. Eine Led Lampe mit blauen und gelben LED-Chips erscheint vor dem Auge als weiße Lichtstrahlung, wobei alle gewünschten Abstufungen erzeugbar sind.
 

Die Osram LED als Lampe in regulärer Bauform


Die gemütliche Beleuchtung aus vergangenen Tagen vermisst mancher Mensch, auch Leselampen in matt und unterschiedliche Lumen für die Arbeitsfläche oder die indirekte Deckenfluter, Kronleuchter Lampen und vieles mehr. Lampen mit einer Osram LED in warmweiß erfüllen die Bedürfnisse an individuelle Beleuchtungslösungen.

Ein wichtiger Aspekt ist die Kompatibilität mit vorhandenen Leuchten durch den schlanken E14 oder den gewohnten E27 Schraubsockel mit 2,7 cm Durchmesser. Die Länge liegt zwischen 10 cm einer birnenförmigen Vintage Lampe in warmweiß bis zur Big Grape mit stattlicher 29 cm Gesamtlänge.

Daneben löst die Osram LED alle bekannten Lampen in klassischen Ausführungen ab, von der Tropfen-, Kerzen- oder Globe-Form, auch Spotlampen, verspiegelte Kuppeln, Flammen-Effekt oder Ringleuchten in matt sind als effizienter Ersatz für alte Leuchtmittel erhältlich.

Ganz auf modernes Ambiente abgestimmt sind Osram LED Lampen teilweise dimmbar, mit Bewegungssensor ausgestattet, mit der Fernbedienung steuerbar oder für das Smart-Home geeignet.
 

Glühwendel-Design durch LED-Filaments


Form und Aufbau effizienter LED Lampen ermöglichen den 1:1 Ersatz herkömmlicher Glüh- und Halogenlampen. Während eine Glühlampe kugelförmig Lichtstrahlen ausstrahlt, erreicht die LED aufgrund ihrer Bauform maximal 180° Ausstrahlungswinkel. Technisch ist Rundum-Ausstrahlung durch die entsprechende Anordnung der LEDs machbar.

Der Kolben sollte jedoch matt sein, da ansonsten die Optik auf der Strecke bleibt. Zwar kamen 2008 Leuchtmittel mit waagerecht angeordneten LED-Einheiten auf den Markt, um den Abstrahlwinkel nachzubilden. Das Problem war große Hitzeentwicklung und der benötigte Kühlkörper, der dem Rundum-Abstrahlwinkel im Wege stand.

2013 kamen die ersten LED-Fadenlampen zur Marktreife. Die Effizienz übertrifft momentan die einer 60 Watt Lampe mit 806 lm, ohne daß Wärmeentwicklung die Lebensdauer verkürzt. Der 25 Watt Ersatz leistet 250 lm Lichtstrom.

Das Filament besteht aus einem etwa vier cm langen Streifen Saphirglas, worauf bis zu 30 Mini-LEDs angeordnet sind. Eine gelbe fluoreszierende Beschichtung sorgt für angenehme warmweiße Helligkeit um 2400 bis 2700 Kelvin Farbtemperatur. Diese Technologie heißt “Chip-on-Board”, kurz COB LED Lampe.
 

Die Helligkeit der LED Lampe im Vergleich


Die Leuchtkraft früherer Glühlampen wurde über den Stromverbrauch in Wattleistung kategorisiert. Mit einer LED ist dies nicht mehr möglich, da sie bei geringem Verbrauch viel mehr Helligkeit abgibt. Die Lichtausbeute wird daher in Lumen angegeben.

Die Lumenwerte liegen bei LED-Lampen etwas höher als bei entsprechenden Glühlampen, da der eingesetzte Diffusor die Leuchtkraft geringfügig mindert. Eine 60W Glühbirne leistet 730 lm, eine 8W LED leistet 800 lm.
 

Die Lebensdauer einer LED

ein entscheidender Vorteil der LED-Lampe ist die Wirtschaftlichkeit. Ihre Lebensdauer beträgt bis zu 100.000 Betriebsstunden. Mit fortschreitender Nutzung nimmt langsam die Leuchtkraft ab, doch Leuchtdioden gehen nicht kaputt, so wie Glühbirnen. Wie schnell die sogenannte Degradation abläuft, hängt von der Qualität des Halbleiters ab sowie äußeren Einflüssen wie extremen Temperaturen oder Feuchtigkeit. Viele Hersteller sehen bei 70 % Leistung bereits das Ende der Lebensdauer, doch tatsächlich kann die LED Lampe so lange benutzt werden, wie die Lichtleistung genügt.

 

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