Das blaue Licht

LED-Lampen sparen 80 Prozent Strom

Grafik einer LED-Lampe
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Der Nobelpreis für Physik: Normalerweise ist es kompliziert zu erklären, warum ein Wissenschaftler die Auszeichnung verdient. Mal geht es um Quantenmechanik, mal um die Elektronenstreuung im Atomkern oder die „Resonanzabsorption der Gammastrahlung“. Für Nichtphysiker sind das schwere Brocken. In diesem Jahr aber ging der Nobelpreis an Physiker, deren Forschungsergebnisse jeder bei sich zu Hause kennt: Drei japanische Wissenschaftler wurde für die Entwicklung effizienter Leuchtdioden geehrt, „die blaues Licht emittieren“.

2020 sollen schon 80 Prozent LED leuchten
20 Prozent des weltweit verbrauchten Stroms fließen in die Beleuchtung von Gebäuden, Straßen und Industrieanlagen. Moderne Leuchtdioden – neudeutsch als LED bezeichnet – benötigen bis zu 80 Prozent weniger Energie bei gleicher oder sogar höherer Lichtleistung als die alte Glühbirne. Das spart nicht nur Stromkosten, sondern auch Treibhausgasemissionen. Experten vermuten, dass im Jahr 2020 hierzulande bis zu 80 Prozent aller Lampen mit Leuchtdioden betrieben werden.

Die Technik funktioniert so: Eine LED besteht aus zwei unterschiedlich gepolten Halbleitern, die miteinander verbunden sind. Der elektrische Strom kann manche Stoffe anregen und eine sogenannte Lumineszenz bewirken, also optische Strahlung hervorrufen. Das nutzen Lumineszenzdioden – die das Licht erzeugen.

Rot, Grün und Blau werden zu LED-Weiß
Fließt der Strom durch einen LED-Chip in die richtige Richtung, gibt der Chip Licht ab. Welche Farbe das Licht hat, hängt von der Wellenlänge ab. Weil LED grundsätzlich nur farbiges Licht aussenden können, waren ihre Einsatzmöglichkeiten zunächst beschränkt, zum Beispiel als farbige Signalleuchten in Schaltern oder Displays. Dabei lassen sich Rot, Grün und Blau zu LED-Weiß kombinieren – allerdings nur, wenn man LED-Blau zur Verfügung hat ...

Die japanischen Nobelpreisträger fanden die Lösung – und zwar in sogenannten Galliumnitrid-Kristallen. Denn die erzeugen eine Wellenlänge, mit der LED blau strahlen. Damit begann auch der Siegeszug des weißen LED-Lichts. Mitte der 1990er Jahre gelang es dann erstmals, durch Zugabe einer speziellen Phosphormischung aus blauen LED direkt weißes Licht zu erzeugen – ganz ohne Kombination von blauen, roten und grünen LED. Heute können mit Hilfe dieser gelblich fluoreszierenden Leuchtschicht alle Weißlichttöne aus LED gewonnen werden: von Kaltweiß über Neutralweiß bis zum warmweißen Licht.

Das ist das Schöne an der LED-Technologie: Man kann sich die Lichtfarbe aussuchen. Jede LED beschränkt sich auf einen sehr schmalen Wellenlängenbereich, welcher eine ganz bestimmte Lichtfarbe repräsentiert.

Die Technik wird immer effizienter
Deutschen Forschern vom Fraunhofer-Institut für angewandte Festkörperphysik ist es kürzlich gelungen, die Effizienz von LED-Leuchten nochmals zu erhöhen. Sie ersetzten Silizium-Transistoren durch Galliumnitrid-Transistoren, was eine bis zu zehnmal höhere Schaltfrequenz ermöglicht und die Effizienz der Spannungsumwandlung steigert. Tatsächlich: Obwohl die LED-Lampen schon so stromsparend sind, wird weiter an einer noch besseren Energieausbeute gearbeitet.

Charlotte Schumann
Dieser Artikel ist zuerst erschienen in NATURFREUNDiN 4-2014.

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