Die Geschichte und Meilensteine der LED
8. September 2015
Julia
Fachwissen led, Historie, LED Universum
Fachwissen led, Historie, LED Universum
- 1876 beginnt die Geschichte. Hier veröffentlichte Ferdinand Braun seine wissenschaftliche Entdeckung - er entdeckte, dass Kristalle in eine Richtung Strom leiten, und zwar je mehr Strom angelegt ist. Kehrte man hingegen die Fließsrichtung um, so floss nur sehr wenig Strom durch den Kristall.
- 1907 erkannte Henry Joseph Round, dass anorganische Stoffe unter Spannung Licht abgeben. Diese war zunächst von wenig Interesse.
- Erst 1921 entdeckte O.V. Lossew diese Lichtemission wieder. Lossew untersuchte das Phänomen in den Jahren 1927 und 1942 genauer, so dass er die neuartige Lichtquelle mit einem Drehspiegel modulieren konnte und sie folglich für die Nachrichtenübertragung einsetzen wollte.
- 1935 wurde von G. Destriau an Zinksulfid (ZnS) ein ähnlicher Leuchteffekt entdeckt und von ihm als Lossew-Licht bezeichnet.
- 1951 konnte die Lichtemission befriedigend erklärt werden. Hierzu war der ganze mit der Entdeckung und Entwicklung des Transistors eingeleitete wissenschaftliche Fortschritt in der Halbleiterphysik notwendig. Nun setzte von 1952 bis 1961 zuerst die Erforschung und Weiterentwicklung des Destriau-Effektes ein, womit man unter Verwendung von ZnS-Pulverphosphoren flache Bildschirme erzielen wollte, um die Kathodenstrahlröhre zu ersetzen.
- Während der entsprechende Erfolg mit ZnS ausblieb, brachten die 1952 als Halbleiter erkannten III-V-Verbindungen den erhofften Durchbruch. Diese Materialien entstehen aus den Elementhalbleitern, die mit drei- und fünfwertigen Elementen dotiert werden.
- Etwa 1957 begann man mit intensiven grundsätzlichen Untersuchungen der Lichterzeugung mit den neuen Halbleitern und mit der Entwicklung einer geeigneten Technologie zur Herstellung von Kristallen und Bauelementen. Von besonderer Bedeutung war die Lichtemission im Sichtbaren auf der Basis eines direkten Mischkristalls aus Galliumarsenid (GaAs) und Galliumphosphid (GaP), die 1962 berichtet wurde. Mit dieser Arbeit kam nämlich endlich – 55 Jahre nach der ersten Entdeckung von H.J. Round – die LED-Entwicklung voll in Gang.
- In den 60er Jahren konnte die Lichtausbeute auf 100 Lumen gesteigert und strahlte rot-gelbes Licht aus. In den folgenden Jahren stieg die Lichtausbeute weiter und das Licht strahlt nun in fast allen Farben des Spektrums.
- 1962 war die erste LED im sichtbaren Spektrum Marktreif. Die roten GaAsP Lumineszenzdioden wurden von General Electric angeboten. Seither wurden LEDs ständig weiterentwickelt, so dass sie heute in vielen Bereichen als beste Alternative zu konventionellen Glühkörper-Leuchtmitteln, Neonröhren und fluoreszierenden Leuchtmitteln darstellt. Durch die anhaltende Weiterentwicklung der LED wird erwartet, dass die oben genannten konventionellen Leuchtmittel schon in naher Zukunft aus dem Markt verdrängt werden und damit der Weg in eine effiziente, Energie- und Geldsparende Zukunft geebnet wird.
- 1971 wurden zusätzlich grüne, orangene und gelbe LED verfügbar. Das isoelektronisches Dotieren von GaP und GaAsP mit Stickstoff führte daneben zu einer Erhöhung der Effektivität.
- In den 80er Jahren gelang ein weiterer großer Sprung, der mit der Entwicklung hocheffektiver roter AlGaAs Dioden einherging. Diese Lumineszenzdioden waren die ersten, die farbig gefilterte Glühlampen in der Effektivität übertrafen und diese in bestimmten Gebieten (Signalleuchten und Anzeigentafeln) zu ersetzen begannen.
- Anfang der 90er Jahre führten die AlInGaP LED zu einer bedeutenden Steigerung im rotorangen bis gelben und grünen Spektralbereich. Eine weitere zweifache Steigerung der Lichtausbeute erreichte Hewlett Packard (jetzt Avago) 1994 durch das Ersetzen des GaAs-Substrates, auf die lichtemittierenden pn-Schichten aufgebracht werden, durch ein transparentes GaP-Substrat. Diese „Transparentes Substrat Dioden“ (TS-AlInGaP) sind mit ca. 40 lm/W die effektivsten bis heute (2000) verfügbaren Lumineszenzdioden.
- Gegen Ende 1993 wurden von Shuji Nakamura bei Nichia Chemical im blauen und grünen Spektrum emittierende InGaN-Dioden mit einer um ein Vielfaches höheren Effektivität vorgestellt. Die Effektivität dieser InGaN-Dioden hat sich seither ständig erhöht. Noch sind sie aber relativ teuer, dass die Substratmaterialien schwieriger herstellbar sind bzw. neue Verfahren angewendet werden müssen, um die Epitaxieschicht aufzubringen.
- Seither werden LEDs in vielen Bereichen genutzt und sind die Hoffnungsträger der Zukunft.
