Wie ist eine LED aufgebaut?

Q: Wie ist eine LED aufgebaut?

Eine LED besteht vereinfacht aus Halbleiter-Chip, Phosphorschicht, Linse oder Vergussmasse, Leiterplatte und Kühlkörper. Der Chip erzeugt Licht, die Phosphorschicht macht daraus weißes Licht und der Kühlkörper führt Wärme ab.

Von innen nach außen: Chip, Phosphor, Linse, Leiterplatte und Kühlkörper

Kurzantwort: Woraus besteht eine LED?

Die wichtigsten Bauteile sind LED-Chip, Phosphorschicht, Linse, Leiterplatte und Kühlkörper.

1. Chip

Erzeugt das Licht im Halbleiter.

2. Phosphor

Macht aus blauem Licht meist weißes Licht.

3. Linse

Schützt den Chip und formt den Abstrahlwinkel.

4. Leiterplatte

Trägt die LED und leitet Wärme weiter.

5. Kühlkörper

Führt Verlustwärme ab und schützt die Lebensdauer.

Die 5 Hauptkomponenten einer LED

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.

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.

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)

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

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 (10 W 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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