Farben
Durch Auswahl des Halbleitermaterials kann die Farbe des emittierten Lichts von einfarbigen LEDs eingestellt werden. Der Wellenlängenbereich des Lichts reicht vom nahen Infrarot über das sichtbare Spektrum bis in den ultravioletten Bereich. Je kürzer die Wellenlängen werden, desto größer ist die Bandlücke dieser Halbleiter und desto höher ist die Durchlassspannung UD zum Betrieb der LED.
Die folgende Tabelle zeigt beispielhafte Werte für Farben mit den zugehörigen Wellenlängen, mögliche einsetzbare Halbleitermaterialien und den zugehörigen Durchlassspannungen. Diese Tabelle enthält lediglich Beispielwerte, sodass die Kennwerte und Materialien nicht vollständig und für jede LED zutreffend sind.
Farbe | Wellenlänge λ in [nm] | Material | Durchlassspannung UD in [V] |
|---|---|---|---|
Infrarot | >760 | Galliumarsenid (GaAs) Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) | <1,6 |
Rot | 610 - 760 | Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) Galliumarsenidphosphid (GaAsP) Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP) Galliumphosphid (GaP) | 1,6 - 1,9 |
Orange | 590 - 610 | Galliumarsenidphosphid (GaAsP) Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP) Galliumphosphid (GaP) | 1,8 - 2,2 |
Gelb | 570 - 590 | Galliumarsenidphosphid (GaAsP) Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP) Galliumphosphid (GaP) | 2,0 - 2,4 |
Grün | 500 - 570 | Indiumgalliumnitrid (InGaN) Galliumnitrid (GaN) Galliumphosphid (GaP) Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP) Aluminiumgalliumphosphid (AlGaP) | 2,2 - 2,7 |
Blau | 450 - 500 | Zinkselenid (ZnSe) Indiumgalliumnitrid (InGaN) Siliziumkarbid (SiC) | 2,6 - 3,3 |
Violett | 400 - 450 | Indiumgalliumnitrid (InGaN) | 3,2 - 3,6 |
Ultraviolett | 230 - 400 | Aluminiumnitrid (AlN) Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN) | 3,5 - 4,2 |
LEDs können grundsätzlich nur Licht eines schmalen Wellenlängenbereiches mit einer Breite von einigen 10 Nanometern erzeugen. Weißes Licht ist die Summe aller Farben, bzw. die Summe aller Wellenlängen im sichtbaren Bereich. Daher müssen Farben additiv gemischt werden, um mit einer LED weißes Licht zu erzeugen. Dazu gibt es verschiedene Verfahren, von denen zwei wesentliche im Folgenden beschrieben werden.
- Kombination verschiedenfarbiger LEDs
Rote, grüne und blaue LEDs (RGB-LEDs) können zur Erzeugung von weißem Licht in einem Gehäuse miteinander kombiniert werden, sodass sich die Lichtfarben mischen. Bei entsprechender Ansteuerung der einzelnen Leuchtdioden erscheint das Licht weiß. Bei der RGB-Kombination von LEDs ist es durch eine entsprechende Ansteuerung der einzelnen LEDs auch möglich, andersfarbiges Licht mit kontinuierlichen Farbübergängen zu erzeugen. - Lumineszenz
Eine kurzwellige LED (blau, violett, ultraviolett) wird mit photolumineszierendem Farbstoff kombiniert. Photolumineszenz beschreibt die Emission von Licht nach Anregung durch üblicherweise blaues oder ultraviolettes Licht. Der Farbstoff wandelt blaues, höherenergetisches Licht in langwelligeres Licht mit einem in der Regel größeren Wellenlängenbereich um. Der genutzte Farbstoff beeinflusst dabei maßgeblich die Farbtemperatur, sodass unterschiedliche Weißtöne (Cold White, Warm White) erzeugt werden können.
Mit zunehmender Nutzungsdauer von LEDs verändert sich die Farbe des emittierten Lichts durch die Alterung. Diese Farbveränderungen verlaufen bei jeder LED unterschiedlich. Bei LEDs, die mittels eines photolumineszierenden Farbstoffs weißes Licht emittieren altert sowohl der LED-Chip, als auch der Farbstoff selbst.