LEDs erobern nicht nur den Beleuchtungsmarkt, sondern finden in immer mehr Bereichen Verwendung. Sie punkten mit Energieeffizienz, geringster Baugröße und immer mehr Leistung.
Die Erfolgsgeschichte der LEDs nahm in den 1960er Jahren richtig Fahrt auf. Und zwar als die Lichtausbeute der Leuchtdioden um mehr als drei Größenordnungen von unter einem Lumen pro Watt auf über 100 Lumen stieg. Zunächst gab es nur LEDs, die rotes und gelbes Licht lieferten. Durch die Verwendung neuer Halbleitermaterialien hat sich das Lichtspektrum immer mehr erweitert. Erst kamen grüne LEDs, dann ultraviolette. Ab den 1990ern wurden dann Leuchtdioden entwickelt, die Licht im kurzwelligen, blauen Bereich effizient erzeugten. Heute stehen LEDs in nahezu alle Farben des Spektrums zur Verfügung. Dabei ist ihre Leuchtkraft seit den Anfängen der LED-Technologie rasant gestiegen.
Vom Garagentoröffner bis zur Fahrerüberwachung
Alleine die Einsatzbreite von Infrarot-LEDs (IR-LED) ist beeindruckend. Sie werden schon lange für Fernbedienungen in der Unterhaltungselektronik oder als Garagentoröffner, bei Lichtschranken oder Bewegungsmeldern genutzt. In Überwachungskameras erlauben sie nachts gestochen scharfe Bilder, ohne dass das von ihnen ausgesandte Licht vom menschlichen Auge entdeckt werden kann. Infrarote Leuchtdioden helfen zudem, den gefährlichen Sekundenschlaf bei Kraftfahrern rechtzeitig zu erkennen. Weitere Einsatzbereiche von solchen Hochleistungs-IR-LED im Fahrzeug sind beispielsweise Sitzbelegungserkennung, Nachtsichtsysteme und die Nahbereichserkennung. Auch bei der Kommunikation kommen IR-LEDs zum Einsatz. Über das Infrarotlicht lassen sich auf kurzen Distanzen bis zu 12,5 Gbit/s und bis zu 1 Gbit/s bei einer Entfernung von bis zu 30 Metern übertragen.
Keime mit Licht zerstören
Auch auf der „anderen Seite“ des sichtbaren Spektrums, im ultravioletten Bereich, finden sich zahlreiche Anwendungen für LEDs. Im Vergleich zu herkömmlichen UV-Lichtquellen sind UV-LEDs flexibel im Design, verbrauchen wenig Energie und punkten mit niedrigen Herstellungskosten. UVA-LEDs emittieren Licht mit einer Wellenlänge von 315 bis 400 Nanometern. Einsatzbereiche sind zum Beispiel die Aushärtung von Farben, Beschichtungen, Lacken und Klebstoffen.
UVB-LEDs, produzieren Licht im Wellenlängenbereich von 280 bis 315 Nanometer. Solche LEDs werden zur dermatologischen Behandlung verwendet oder tragen zur besseren Entwicklung von Pflanzen und zur Steigerung von Ernteerträgen bei.
Aktuell besonders diskutiert wird der Einsatz von UVC-LEDs. Diese wirken mit einer sehr kurzwelligen und energiereichen Strahlung im Wellenlängenbereich von 100 bis 280 Nanometern. Sie sind stark bakterizid und können die DNA von Mikroorganismen zerstören. Bereits auf dem Markt sind Lösungen, die mit Hilfe von UVC-LEDs Smartphones von Viren und Keimen befreien. Doch inzwischen sind die LEDs so leistungsstark, dass sich mit ihnen auch ganze Räume quasi per Knopfdruck desinfizieren lassen.
Zum Beispiel bringt im Herbst 2020 die Firma Binz den weltweit ersten Rettungswagen mit Licht-Desinfektionslösung auf den Markt. Die UVC-LEDs sind dabei direkt in den modularen Lichtbaukasten in der Decke des Fahrzeugs integriert. Damit ist es möglich, den gesamten Kabinenbereich des Rettungswagens innerhalb von nur zehn Minuten hocheffizient zu desinfizieren. Dabei werden nicht nur die Oberflächen, sondern auch die Luft im Innenraum des Rettungsfahrzeugs wird desinfiziert.
Laser-Scheinwerfer
Mit zunehmender Leistung fanden LEDs auch immer mehr Einsatz in lichtstarken Anwendungen, wie zum Beispiel Autoscheinwerfern. Hier bietet die Technologie völlig neue Möglichkeiten, indem der Lichtkegel von einer ganzen Matrix von LEDs erzeugt wird. Jede LED ist dabei einzeln ansteuerbar. Die Ansteuerung der LEDs erfolgt auf Basis der Daten der Frontkamera. Sobald sie andere Fahrzeuge oder Verkehrsteilnehmer erkennt, schaltet das Steuergerät einzelne LEDs ab oder reduziert ihre Helligkeit. Dies vermeidet eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer. In allen anderen Bereichen steht dabei gleichzeitig volles Fernlicht zur Verfügung, was die Sicht auf die Straße verbessert. Die neueste Entwicklung ist hierbei, die LEDs durch Laserdioden zu ersetzen.
So hat Audi zum Beispiel einen Scheinwerfer mit blauen Leuchtdioden entwickelt. Dabei strahlen die Laserdioden mit einer Wellenlänge von 450 Nanometern auf einen drei Millimeter großen, beweglichen Spiegel. Dieser basiert auf einer Silizium-Technologie. Anschließend lenkt der Spiegel den Laserstrahl auf einen Konverter, der ihn in weißes Licht umwandelt und auf die Straße projiziert. So kann das Licht gezielt verteilt werden. Und durch die Steuerung der Aufenthaltszeiten in bestimmten Ausleuchtbereichen, ist die Helligkeit variabel. Zudem können die Laserdioden in Abhängigkeit der Spiegelposition intelligent und blitzschnell ein- und ausgeschaltet werden. Dadurch wird die Ausleuchtung oder Abschattung dynamisch und hochvariabel. So ist die Straße immer hell beleuchtet, ohne dass andere Verkehrsteilnehmer geblendet werden. Es gibt jedoch einen entscheidenden Unterschied. Die Technologie hat eine noch feinere dynamische Auflösung und damit einen noch höheren Nutzungsgrad, was zu mehr Sicherheit im Straßenverkehr führt.
Der Trend zur Mikro-LED
Neben weiter steigender Leistung und immer mehr zur Verfügung stehenden Wellenlängen ist die Miniaturisierung der dritte herausragende Trend in der LED-Technologie. Besonders die Hersteller von Unterhaltungselektronik wünschen sich eine neue Art von LEDs. Solche sollen nicht nur zur Hintergrundbeleuchtung, sondern auch zur direkten Darstellung von Inhalten in natürlichen Farben verwendet werden können. Denn bisher konnten LEDs nur als weiße Hintergrundbeleuchtung eingesetzt werden.
Um Farben direkt darzustellen, müssen aber drei LEDs (in Rot, Grün und Blau) zu einem Pixel eines Farbdisplays gruppiert werden. Bis vor kurzem waren diese LED-Gruppen aber zu groß für den Einsatz in Displays. Heute aber ermöglichen neue Produktionsverfahren die Herstellung mikroskopisch kleiner LED-Arrays, die auf einer Größe von wenigen Mikrometern die benötigten Farben kombinieren. Diese Mikro-LEDs haben eine Kantenlänge von unter 100 Mikrometern. Anzeigen basierend auf direktemittierenden Mikro-LED-Pixeln gelten als eine disruptive Entwicklung im Visualisierungsmarkt und könnten herkömmliche LCD- oder OLED-Technologien ablösen.