Wie ist eine LED aufgebaut?

Eine LED (Light Emitting Diode) ist eine komplexe Baugruppe aus mehreren Komponenten. Hier erklären wir den Aufbau Schritt für Schritt.

📌 Kurze Antwort

Eine LED besteht aus einem Halbleiter-Chip, der bei Stromdurchfluss Licht erzeugt, umgeben von einer Linse/Vergussmasse, montiert auf einem Träger (Leiterplatte)mit Kühlkörper und Anschlussdrähten.

🔧 Die 5 Hauptkomponenten einer LED

1️⃣

LED-Chip (Halbleiter)

Funktion: Das Herzstück – hier wird das Licht erzeugt

Material: Meist Galliumnitrid (GaN) für weiße LEDs
Größe: 0,3–1,5 mm² (SMD) bis 3–5 mm² (High-Power)
Prinzip: Elektrolumineszenz – Strom erzeugt Lichtemission
Spannung: Typisch 2,8–3,4 V (weiße LED)

🔬 Physik kurz: Elektronen wechseln von hohem zu niedrigem Energieniveau und geben dabei Lichtphotonen ab.

2️⃣

Leuchtschicht (Phosphor)

Funktion: Wandelt blaues LED-Licht in weißes Licht um

Material: Gelb-orange leuchtende Phosphor-Kristalle
Prinzip: Blaues Licht + gelbes Phosphorlicht = weißes Licht
Wichtig für: Farbtemperatur (Kelvin) und Farbwiedergabe (CRI)
Qualitätsunterschied: Billige LEDs haben ungleichmäßige Phosphorschicht

💡 Tipp: Hochwertige LEDs haben homogenen Phosphor für gleichmäßige Lichtfarbe.

3️⃣

Linse / Vergussmasse

Funktion: Schützt den Chip und bündelt das Licht

Material: Transparentes Epoxidharz oder Silikon
Form: Bestimmt den Abstrahlwinkel (15°–120°)
Qualität: UV-beständig, hitzeresistent
Typen:
- Klare Linse: Gebündeltes Licht (Spots)
- Diffuse Linse: Gestreutes Licht (Allgemeinbeleuchtung)

4️⃣

Träger (Leiterplatte / PCB)

Funktion: Mechanische Montage und elektrische Verbindung

Material: Aluminium-PCB (MCPCB) oder FR4-Platine
Aufgabe:
- Wärmeabfuhr vom Chip
- Elektrische Verbindungen (Plus/Minus)
- Montage mehrerer LEDs
Qualität: Gute Wärmeleitfähigkeit entscheidend für Lebensdauer

5️⃣

Kühlkörper (Heat Sink)

Funktion: Ableitung der Verlustwärme

Material: Aluminium (manchmal Kupfer)
Warum wichtig: LED wandelt nur ca. 30–50% in Licht, Rest wird Wärme
Folgen ohne Kühlung:
- Chip-Temperatur >100°C → Lichtleistung sinkt
- Dauerhafte Überhitzung → drastisch verkürzte Lebensdauer
Größe: High-Power LEDs brauchen große Kühlkörper (50–200 cm²)

📐 Schematischer Aufbau (Querschnitt)

⬇️ Lichtemission

Linse / Vergussmasse (Epoxid/Silikon)

Phosphorschicht (gelb)

LED-Chip (Halbleiter 0,5–1 mm)

Bonddrähte (Gold, ø 25 μm)

Leiterplatte / PCB (Aluminium-MCPCB)

Kühlkörper (Aluminium mit Rippen)

⬇️ Wärmeabfuhr

Hinweis: Vereinfachte Darstellung. Reale LEDs haben zusätzliche Schichten für ESD-Schutz, Reflektoren etc.

🔬 LED-Typen nach Bauform

📌 SMD-LED (Surface Mounted Device)

Größe: 2×2 mm bis 5×5 mm
Montage: Direkt auf Platine gelötet
Leistung: 0,1–1 W pro LED
Anwendung: LED-Streifen, Panels, Leuchtmittel
Beispiel: SMD 2835, SMD 5050

🔥 High-Power LED / COB

Größe: 5–15 mm Durchmesser
Leistung: 1–100 W (COB bis 200 W)
COB: Chip-on-Board – viele Chips direkt auf Substrat
Kühlbedarf: Aktive/passive Kühlung erforderlich
Anwendung: Scheinwerfer, Straßenlampen, Hallenstrahler

🔵 Bedrahtete LED (Through-Hole)

Größe: 3 mm, 5 mm, 10 mm Durchmesser
Montage: Zwei Anschlussdrähte (Anode/Kathode)
Leistung: 20–100 mW
Anwendung: Anzeigelampen, Hobbyelektronik, Signalleuchten
Heute: Meist durch SMD ersetzt

🏭 Wie werden LEDs hergestellt?

1.
Wafer-Herstellung: Halbleiter-Schichten auf Saphir-Substrat aufgedampft (Epitaxie)
2.
Chip-Trennung: Wafer in tausende einzelne LED-Chips geschnitten
3.
Binning: Chips nach Helligkeit, Farbort und Spannung sortiert
4.
Die Bonding: Chip auf Träger geklebt, Bonddrähte angeschlossen
5.
Phosphor-Beschichtung: Auftrag der Leuchtschicht (bei weißen LEDs)
6.
Verguss: Schutzlinse aufgebracht
7.
Test & Verpackung: Qualitätskontrolle und Versand

⏱️ Dauer: Gesamt ca. 4–8 Wochen vom Wafer bis zur fertigen LED

⚖️ Qualitätsunterschiede erkennen

Merkmal	Hochwertige LED	Billig-LED
LED-Chip	Markenhersteller (Nichia, Cree, Osram)	No-Name China-Chips
Phosphor	Gleichmäßig, hochwertig	Fleckig, ungleichmäßig
CRI (Ra)	> 90	60–75
Kühlkörper	Groß, Alu-Guss mit Rippen	Klein, Plastik oder dünnes Blech
Treiber	Stabiler Konstantstrom	Einfacher Widerstand
Lebensdauer	50.000–100.000 h (L70)	5.000–15.000 h
Preis	5–20 €	1–3 €

🌡️ Warum werden LEDs warm?

Häufiges Missverständnis: "LEDs werden nicht warm." – FALSCH!

Realität: LEDs wandeln nur 30–50% der elektrischen Energie in Licht um. Die restlichen 50–70% werden als Wärme frei.

📊 Beispielrechnung (10W LED):

Elektrische Leistung: 10 W
Lichtleistung: ca. 4 W (40% Effizienz)
Abwärme: 6 W (60%)

→ 6 W Wärme müssen abgeführt werden, sonst steigt die Chip-Temperatur auf >100°C!

⚠️ Deshalb sind Kühlkörper bei LEDs unverzichtbar für lange Lebensdauer.

💡 Praktischer Kauftipp

So erkennen Sie gute LEDs:

Gewicht: Hochwertige LEDs sind schwerer (Alu-Kühlkörper)
CRI angegeben: Gute Hersteller geben Ra > 80 an
Chip-Hersteller genannt: z.B. "Samsung LM301B", "Osram Duris"
Garantie: Mindestens 3 Jahre, besser 5 Jahre
Zertifikate: CE, TÜV, VDE

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