LED's und Modding

Eine Leuchtdiode (auch Lumineszenzdiode, kurz LED für Light Emitting Diode bzw. lichtemittierende Diode) ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement.

Fließt durch die Diode Strom in Durchflussrichtung, so strahlt sie Licht ab.

Im Pc Modding Bereich haben LED's eine sehr hohe Bedeutung bekommen. Da die Beleuchtung an einem guten Modding PC auf keinen Fall fehlen darf, besitzen LED's neben Kaltlichtkathoden (meist zur Innenbeleuchtung) sehr gute Eigenschaften, da diese sehr klein sind und einen ziemlich hohen Beleuchtungsfaktor bei geringem Spannungsbedarf haben, außerdem sind sie besonders Kostengünstig und der Farbauswahl sind keine Grenzen gesetzt. LED's lassen an fast jedem Bauteil durch kleine 5mm Bohrungen (meist im Gehäuse eines beliebigen Bauteils bspw. PC Gehäuse, Laufwerksgehäusen, Mäuse + Tastaturen . . .) einsetzen und können an beliebige Spannungsquellen angelötet werden. LED's können dabei einzeln, in Reihe oder Parallel geschalten werden. Jedoch sollte man die jeweilige Spannungsquelle voher Prüfen (zb. mittels Multimeter) um den richtigen Wiederstand in die Schaltung einbringen zu können. Ein wenig elektronisches Fachwissen sollte man schon mitbringen oder sich zumindest vorhher aneignen. Dazu findest du auf dieser Seite natürlich viele nützliche Links. Auf jeden Fall darf an keinem guten Modding Rechner die LED beleuchtung fehlen und der Kreativität des Modders sind dabei keine Grenzen gesetzt.

Eigenschaften von LED's

Anders als Glühlampen sind Leuchtdioden keine Temperaturstrahler. Sie emittieren Licht in einem begrenzten Spektralbereich, das Licht ist nahezu monochrom. Deshalb ist z. B. der Einsatz in Signalanlagen im Vergleich zu anderen Lichtquellen, bei denen Farbfilter den größten Teil des Spektrums herausfiltern, besonders effektiv.
Als Lebensdauer der LED wird die Zeit, nach der die Lichtausbeute der LED auf die Hälfte des Anfangwertes abgefallen ist, bezeichnet. Leuchtdioden werden nach und nach schwächer, fallen aber i. d. R. nicht plötzlich aus. Leuchtdioden sind unempfindlich gegen Erschütterungen. Sie haben keinen Hohlkörper, der implodieren kann. Die Lebensdauer hängt von dem jeweiligen Halbleitermaterial und den Betriebsbedingungen (Wärme, Strom) ab. Die angegebene Lebensdauer reicht von einigen 1.000 Stunden bei 5-Watt-LED bis zu über 100.000 Stunden bei mit niedrigen Strömen betriebenen LED. Hohe Temperaturen (z. B. durch hohe Ströme) verkürzen die Lebensdauer der LED drastisch.
Die hohe Schaltgeschwindigkeit der LED ist z. B. bei dem Einsatz in der Optoelektronik wichtig. Die Modulationsfrequenz beträgt bis zu 100 MHz.
Leuchtdioden besitzen eine exponentiell ansteigende Strom-Spannungs-Kennlinie. Im Betrieb muss der Strom durch ein weiteres Bauelement begrenzt werden, im einfachsten Fall durch einen Widerstand oder durch eine Konstantstromquelle. Damit ist einer mehr oder weniger starken und zudem meist ungewollten Veränderung des Nennstroms (und somit auch Änderungen der Leuchtstärke) bis hin zur Zerstörung des Leuchtmittels wirksam vorgebeugt. Die Stromaufnahme variiert von Modell zu Modell zwischen 2 mA (z. B. miniaturisierte SMD LED), 20 mA (z. B. 5-mm-LED) bis ca. 700 mA oder mehr bei LED für Beleuchtungszwecke. Die Durchlassspannung (abgekürzt Uf bzw. Vf) reicht dabei von etwa 1,5 V (Infrarot-LED) bis ca. 4 V (InGaN-LED: grün, blau, UV).
Es existieren auch LED, die mit mehreren Chips bestückt sind.

Wissenswerter Nachteil bei falscher Spannung

Auch wenn man inzwischen mit LEDs schon kräftig Licht machen kann, verhalten sie sich elektrisch völlig anders als Glühlampen, denn sie bestehen nicht aus einer Glühwendel sondern aus einem Halbleiterchip, das die Kennlinie einer Halbleiterdiode hat, nämlich eine nichtlineare I=f(U)-Kennlinie mit einem ausgeprägten Knick bei einer farbspezifischen Spannung (einige typischen Werte siehe Tabelle in der Rubrik Vorwiderstand).
Die "Knickspannung" wird oft als Schnittpunkt einer Tangente im Nennarbeitspunkt (hier 2,1V/50mA) an der LED-Kennlinie und der waagrechten Achse definiert.
Im gezeigten Beispiel würde sich eine Knickspannung von ca. 1,9V ergeben. Tatsächlich beginnt der LED-Strom aber schon ab ca. 1,7V nennenswert zu fließen (ist alles eine Frage des Maßstabes!).
Und das heißt, auf einen Nenner gebracht, dass man nicht irgend eine Spannung anlegt und dann ein Strom nach dem ohmschen Gesetz fließt (als Beispiel ist zum Vergleich die lineare Kennlinie eines 100Ohm-Widerstandes in das Diagramm mit eingezeichnet), sondern dass man den gewünschten LED-Strom fließen lässt und sich dann die LED-Spannung laut Kennlinie ergibt.

Knallhart
Dass man dennoch sehr häufig LED-Taschenlampen und LED-Fahrradlampen etc. findet, bei denen eine oder mehrere LEDs knallhart direkt ohne Strombegrenzungswiderstand an eine Batterie geklemmt werden, liegt daran, dass das alles nichts kosten darf.
Außerdem sind solche Beschaltungen auf eine ganz bestimmte Batteriesorte abgestimmt und leben vom jeweiligen Innenwiderstand dieser Batterie, der schließlich den LED-Strom1 begrenzt.
So gesehen ist das nichts anderes als ein LED-Treiber mittels (relativ niedrigem) Vorwiderstand.
Sehr typisch für diese Art LED-Lampen ist das Nachlassen der Helligkeit kurz nach dem Einschalten und bei weißen LEDs ein Blaustich des Lichtes, was auf Betrieb etwas oberhalb des Nennstromes schließen lässt (abhängig von der verwendeten LED-Sorte).
Großen Schaden richtet das zunächst nicht an. Nur wird die so betriebene LED nicht die versprochenen 100.000 Betriebsstunden (das sind mehr als 11 Jahre) erleben, sondern ihre Helligkeit wird sehr viel früher nachlassen - aber wen kümmert das schon bzw. wem fällt das über die immer noch lange Lebensdauer überhaupt auf?