Die Geschichte der LED Technik

Auch wenn die LED-Technik erst seit einiger Zeit die übrigen Beleuchtungsmittel ablöst, ist die Technologie dahinter nicht so neu, wie man auf den ersten Blick denken mag. Ihr Anfang und jene Erkenntnisse, die zur Entwicklung der heutigen LEDs geführt hat, sind schon mehr als ein Jahrhundert alt. Doch wie hat alles wirklich begonnen und wie wurde die LED zu dem, was sie heute ist? Wie verlief die LED Geschichte?

Der Strom fließt

Die gesamte LED-Technik geht auf das Jahr 1876 zurück. In diesem Jahr hielt Ferdinand Braun einen Vortrag, in welchem er darlegte, dass durch Kristalle Strom fließen kann. Für den Testaufbau nutze er einen Sulfidkristall, bei welchem er in eine Richtung Strom durch das Kristallgitter fließen ließ. Dabei stellte er fest, dass die Leitfähigkeit umso besser wurde, je stärker der angelegte Strom war.

Diese bahnbrechende Entdeckung wurde von der Wissenschaft sehr lange ignoriert. Erst im Jahre 1907 erlangte diese Erkenntnis neue Bedeutung, als der Engländer Henry Joseph Round herausfand, dass anorganische Stoffe leuchten können, wenn eine Spannung angelegt ist. Ein Artikel hierzu erschien damals in der “Electrica World”. Allerdings sah Round seine Bestimmung darin, ein neues Funkortungsverfahren für die Schifffahrt zu entwickeln. Somit verfolgte er seine eigene Entdeckung nicht weiter und das Prinzip geriet wieder in Vergessenheit.

Systematische Erforschung

Im Jahre 1921 entdeckte der russische Physiker Oleg Vladimirovich Losev dieses Prinzip wieder. Bis zum Jahr 1942 verfolgte er diese Entdeckung weiter, in der Absicht, die Umkehrung des von Einstein entdeckten photoelektrischen Effekts zu beweisen. Doch erst im Jahre 1951 konnte der beobachtete Effekt wirklich erklärt werden. Durch die Entwicklung des Transistors war nun klar, dass anorganische Stoffe Licht emittieren können, wenn eine entsprechende Schaltung aufgebaut wird.

Im Jahre 1959 wurden hierzu die ersten Experimente nach dem GaAs-Verfahren durchgeführt, bei dem ein Mischkristall aus Galiumarsenid zum Einsatz kam. Diese Entwicklung führte schließlich im Jahre 1962 dazu, dass die erste kommerzielle Lichtdiode in roter Farbe auf dem Markt erschien. Entwickelt von Nick Holonyak, legte dieser damit den Grundstein, für die industrielle Herstellung der modernen LEDs.

Farbenpracht durch Weiterentwicklung

Bis zum Jahre 1971 musste man sich damit begnügen, dass die LEDs entweder nur rot leuchteten oder aber andere Farben zu horrenden Preisen zu haben werden. Doch durch Weiterentwicklung der Halbleitertechnik, konnten nun auch die Farben Grün, Orange und Gelb zur Verfügung gestellt werden. Dies war nun auch zu Preisen möglich, die sich jeder leisten konnte. Dabei wurde aber auch ihre Lichtleistung verbessert und die Effizienz wurde signifikant gesteigert. Bis in die achtziger Jahre hinein, änderte sich auch hieran nicht viel. Doch durch die Entdeckung des GaN-Verfahrens, bei welchem ein Galiumnitridkristall zum Einsatz kommt, konnten nun auch weitere Farbnuancen erzeugt werden. Von jetzt an waren Abstufungen von Grün, bis hin zu ultraviolettem Licht möglich.

Der japanische Wissenschaftler und Ingenieur Shuji Nakamura griff diese Technik auf und entwickelte dabei die erste blaue LED, welche tatsächlichen kommerziellen Erfolg erzielte. Diese leuchtet sehr hell und bildete die Grundlage für die Entwicklung der ImGaN-LED, welche sehr effizient grünes Licht erzeugen kann. Auch für die erste weiße LED zeichnete Shuji Nakamura verantwortlich. Dies war ein Meilenstein in der LED Geschichte.

Zum Höhepunkt durchgestartet

Zu jener Zeit vermuteten einige, dass dies der Höhepunkt der LED-Entwicklung sei. Für viele schien es unmöglich sich vorzustellen, dass die Effizienz von Halbleitern noch weiter gesteigert werden konnte. Schließlich war es Ende der Neunziger und hatte man hatte bei den Prozessoren gerade die 1 GHz-Marke erreicht. Angelehnt an diese Entwicklung, hielten viele die Halbleitertechnik für ausgereizt. Doch tatsächlich gelang es bereits im Jahre 1995, eine LED zu entwickeln, welche durch die Zugabe von Leuchtstoffen, weißes Licht erzeugen konnte. Dieses Verfahren wird als Lumineszenzkonversion bezeichnet, bedurfte zu diesem Zeitpunkt aber noch einiger Entwicklung.

Erst zwei Jahre später – Ende 1997 – konnte eine kommerziell erfolgreiche LED mit dieser Technik auf den Markt gebracht werden. Bis heute gilt diese Technik als Standard in der Industrie. Mit Beginn des neuen Jahrtausends erreichen die ersten LEDs eine Lichtausbeute von 50 Lumen pro Watt. Dieser Wert sollte sich im Laufe der nächsten Jahre weiter nach oben verschieben. Zudem wurden neue Schaltungen entwickelt, welche es möglich machten, Systeme wie LED-Schläuche mit Effekten zu verwirklichen.

Der Weg in die Zukunft

Im Jahre 2006 war es dann soweit und die LEDs erreicht zum ersten Mal eine Lichtausbeute von 100 Lumen pro Watt. Damit hatte die LED alle anderen Leuchtmittel, mit Ausnahme der Gasentladungslampen, übertroffen. Auch die Glühbirne konnte ihr nicht mehr das Wasser reichen. Nun nahm die Entwicklung der LED-Technik rasant Fahrt auf, sodass im Jahre 2007/2008 bereits Modelle präsentiert werden konnten, die eine Leuchtleistung von 200 Lumen pro Watt erreichten.

Im Jahre 2010/2011 wurde eine Leuchtleistung von 300 Lumen pro Watt erreicht. Mittlerweile ist klar geworden, dass dies noch nicht die Obergrenze ist, sodass auch LEDs mit mehr als 300 Lumen möglich geworden sind. Bis heute wurde auch die Effizienz stark erhöht, sodass die Ausbeute etwa bei 86 Prozent liegt, was kein anderes Leuchtmittel leisten kann. Die Glühbirne wurde inzwischen vollständig durch energieeffizientere Leuchtmittel verdrängt. Als Nächstes droht dieses Schicksal auch der Energiesparlampe durch die doppelt so effizienten LEDs.