Hinweis: Dieser Beitrag stammt aus dem Jahr 2012 und wurde im Oktober 2026 aktualisiert.

Leuchtdioden, kurz LEDs (vom englischen light-emitting diodes), sind heute überall: in Lampen, Autoscheinwerfern, Fernsehern, Smartphones und Ampeln. Seit 2012 sind sie so effizient und günstig geworden, dass sie Glüh-, Halogen- und Energiesparlampen weitgehend verdrängt haben. Doch wie erzeugt ein kleiner Halbleiterkristall Licht?

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Aufbau einer LED

Eine LED besteht aus einem Halbleiterkristall mit zwei unterschiedlich dotierten Schichten: In der n-Schicht gibt es überschüssige Elektronen, in der p-Schicht fehlen Elektronen – es gibt sogenannte „Löcher“. Beide Schichten sind für sich elektrisch neutral. Entscheidend ist ihre Grenzfläche, der p-n-Übergang. Wie jede Diode hat eine LED zwei Anschlüsse, die Anode (+) und die Kathode (–), und lässt Strom nur in eine Richtung durch.

Wie entsteht das Licht?

Legt man eine Spannung in Durchlassrichtung an, wandern Elektronen aus der n-Schicht und Löcher aus der p-Schicht zum p-n-Übergang. Dort treffen sie aufeinander und rekombinieren: Das Elektron „fällt“ in das Loch und gibt die frei werdende Energie als Lichtteilchen (Photon) ab. Diesen Effekt nennt man Elektrolumineszenz.

Welche Farbe das Licht hat, hängt vom Halbleitermaterial ab – genauer von seiner Bandlücke, also der Energie, die bei der Rekombination frei wird. Rote LEDs nutzen zum Beispiel Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid, blaue und grüne LEDs Indium-Galliumnitrid. Die Entwicklung effizienter blauer LEDs gelang erst in den 1990er-Jahren; die Forscher Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura erhielten dafür 2014 den Nobelpreis für Physik.

Wie entsteht weißes Licht?

Eine einzelne LED leuchtet immer nur in einer Farbe. Weißes Licht entsteht auf zwei Wegen:

• Blaue LED mit Leuchtstoff: Die meisten weißen LEDs für Lampen nutzen eine blaue LED, die mit einem gelblichen Leuchtstoff (Phosphor) beschichtet ist. Blaues und gelbes Licht mischen sich zu Weiß. Je nach Leuchtstoff entsteht warmweißes oder kaltweißes Licht.
• RGB-Mischung: Drei LEDs in Rot, Grün und Blau ergeben zusammen Weiß – und durch unterschiedliche Helligkeit Millionen von Farben. Das nutzen farbige Smart-Home-Lampen, LED-Streifen und Bildschirme.

Kleine LEDs und Hochleistungs-LEDs

Klassische Anzeige-LEDs werden mit Strömen von meist unter 20 Milliampere betrieben und brauchen einen Vorwiderstand, der den Strom begrenzt. Für die Beleuchtung kommen Hochleistungs-LEDs mit Strömen von mehreren hundert Milliampere bis zu einigen Ampere zum Einsatz. Sie werden von einem elektronischen Treiber gesteuert, der in LED-Lampen bereits eingebaut ist. Bei COB-LEDs (Chip on Board) sitzen viele LED-Chips dicht nebeneinander direkt auf einer Platine und sind mit einer Leuchtstoff-Silikonmasse vergossen – so entsteht eine kompakte, sehr helle Lichtquelle, etwa für Strahler.

LED-Farben und Spannung

Weil die Farbe von der Bandlücke des Halbleiters abhängt, braucht jede Farbe eine andere Mindestspannung, die sogenannte Durchlassspannung (U_F). Je kurzwelliger und energiereicher das Licht, desto höher ist sie. Typische Werte (je nach Typ und Hersteller etwas unterschiedlich, maßgeblich ist das Datenblatt):

• Infrarot: ca. 1,2 bis 1,6 V
• Rot: ca. 1,6 bis 2,2 V
• Orange und Gelb: ca. 2,0 bis 2,2 V
• Grün: ca. 2,0 bis 2,4 V (ältere Typen) bzw. 2,8 bis 3,5 V (reines Grün aus Indium-Galliumnitrid)
• Blau und Weiß: ca. 2,8 bis 3,5 V
• Ultraviolett: ca. 3,1 bis 4,4 V

Vorwiderstand berechnen: Eine LED darf nie direkt an eine Spannungsquelle angeschlossen werden – der Strom würde unbegrenzt steigen und sie zerstören. Der Vorwiderstand nimmt die überschüssige Spannung auf: R = (U_Versorgung − U_F) / I. Beispiel: Eine rote LED (2,0 V) soll an 5 V mit 15 mA leuchten. R = (5 V − 2,0 V) / 0,015 A = 200 Ω; man nimmt den nächsthöheren Normwert, also 220 Ω.

LEDs im Vergleich zur Glühlampe

• Effizienz: Eine Glühlampe wandelt nur wenige Prozent der Energie in Licht um, der Rest wird Wärme. Gute LED-Lampen verbrauchen bei gleicher Helligkeit rund 80 bis 90 Prozent weniger Strom.
• Lebensdauer: Glühlampen hielten etwa 1.000 Stunden, LED-Lampen meist 15.000 bis 25.000 Stunden oder mehr.
• Wärme: LEDs werden nicht so heiß wie Glühlampen. Ganz ohne Wärme geht es aber nicht: Am p-n-Übergang entsteht Abwärme, deshalb brauchen leistungsstarke LEDs Kühlkörper – zu viel Hitze verkürzt ihre Lebensdauer.
• Sofort hell und schaltfest: LEDs leuchten sofort mit voller Helligkeit und vertragen häufiges Ein- und Ausschalten.

In der EU wurden Glühlampen ab 2009 schrittweise vom Markt genommen, die meisten Halogenlampen ab 2018 und Kompaktleuchtstofflampen („Energiesparlampen“) 2023.

LEDs in Fernsehern und Bildschirmen

Sogenannte „LED-Fernseher“ sind eigentlich LCD-Fernseher, deren Hintergrundbeleuchtung aus LEDs besteht. Bei Mini-LED-Geräten sind es Tausende winziger LEDs in vielen einzeln dimmbaren Zonen, was für besseren Kontrast sorgt. OLED-Bildschirme gehen einen Schritt weiter: Jeder Bildpunkt besteht aus organischen Leuchtdioden, die selbst leuchten – Schwarz ist dort wirklich schwarz. In Zukunft sollen MicroLED-Displays die Vorteile beider Techniken verbinden. Riesige Videowände in Stadien und auf Werbeflächen bestehen aus unzähligen einzelnen LEDs.

Weitere Anwendungen: Signale und Daten

LEDs leuchten nicht nur, sie übertragen auch Informationen: Infrarot-LEDs senden die Befehle von Fernbedienungen, in Optokopplern übertragen LED und Fotodiode Signale zwischen zwei Stromkreisen ohne elektrische Verbindung, und Lichtschranken, optische Mäuse und Scanner arbeiten ebenfalls mit LEDs. Weil sich LEDs millionenfach pro Sekunde ein- und ausschalten lassen, können sie sogar Daten übertragen – bei Li-Fi (Visible Light Communication) flackert das Raumlicht für das Auge unsichtbar und überträgt so Daten.

Übungsaufgaben mit Lösungen

Drei Aufgaben zum Vorwiderstand mit den Werten aus dem Abschnitt „LED-Farben und Spannung“. Nachrechnen können Sie mit dem Ohmsches-Gesetz-Rechner.

Häufige Fragen zu LEDs

Was bedeuten Lumen und Kelvin auf der Verpackung?

Lumen gibt die Helligkeit an: Eine klassische 60-Watt-Glühlampe entspricht etwa 800 Lumen. Kelvin beschreibt die Lichtfarbe – rund 2.700 K ist gemütliches Warmweiß, 4.000 K neutralweiß und 6.500 K kühles Tageslichtweiß.

Warum flackern manche LED-Lampen?

Flackern entsteht meist durch einen billigen Treiber oder einen nicht passenden Dimmer. Verwenden Sie dimmbare LED-Lampen nur mit dafür geeigneten Dimmern.

Sind LEDs schädlich für die Augen?

Bei normaler Nutzung von Lampen nicht. Sehr helle Lichtquellen sollte man aber – wie jede helle Lampe – nicht direkt ansehen. Abends ist warmweißes Licht angenehmer als kaltweißes.

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