Die LED als Halbleiter
Aufbau
Der Halbleiterkristall vieler Leuchtdioden ist auf den Boden einer kegelförmigen Vertiefung in einem Metallhalter gelötet. Die Innenseiten der Vertiefung wirken als Reflektor für das aus den Seiten des Kristalls austretende Licht. Die Lötstelle bildet einen der beiden elektrischen Anschlüsse des Kristalls. Gleichzeitig nimmt sie die Abwärme auf, die entsteht, weil der Halbleiterkristall nur einen Teil der elektrischen Leistung in Licht umsetzt. Der Halter mit dem Reflektor ist bei bedrahteten Leuchtdioden als Draht mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt, der als elektrischer Anschluss dient. Anders als sonst bei Elektronikbauteilen üblich, besteht der Anschlussdraht nicht aus verzinntem Kupfer, sondern aus verzinntem Stahl. Die Wärmeleitfähigkeit von Stahl ist vergleichsweise gering. Dadurch wird der Halbleiterkristall beim Einlöten des Bauteils in eine Leiterplatte nicht durch Überhitzung zerstört.
Die Oberseite des Kristalls ist nur durch einen dünnen Bonddraht elektrisch mit dem zweiten Stahlanschlussdraht verbunden, damit der Anschluss nur sehr wenig der lichtemittierenden Oberfläche verdeckt.
Die Kathode (−) ist durch eine Abflachung am Bund des Gehäusesockels markiert. Bei fabrikneuen Leuchtdioden ist zudem der Anschluss der Kathode kürzer. Merkregel: Kathode = kurz = Kante. Bei den meisten Leuchtdioden ist der Reflektor die Kathode. In seltenen Fällen ist der Aufbau umgekehrt. Bezüglich des Schaltzeichens (s. u.) gilt die Merkregel, dass die technische Stromrichtung von dem Pfeil, den die Anode (+) durch ihre Form bildet, „angezeigt“ wird.
Hochleistungs-Leuchtdioden (H-LED) werden mit höheren Strömen als 20 Milliampere betrieben. Es entstehen besondere Anforderungen an die Wärmeableitung, die sich in speziellen Bauformen ausdrücken. Die Wärme kann über die Stromzuleitungen, die Reflektorwanne oder durch Wärmeleiter, die in den Leuchtdiodenkörper eingearbeitete Wärmeleiter sind, abgeführt werden. Die meisten H-LEDs von 1 Watt aufwärts sind für die Montage auf Kühlkörper vorbereitet. Eine hohe Temperatur führt bei LEDs (anders als bei Glühlampen) zur Absenkung des Wirkungsgrads, außerdem wird die zu erwartende Lebensdauer verkürzt.
Eine weitere Möglichkeit ist das direkte Drahtbonden des Leuchtdioden-Chips auf der Platine (chip on board) und der spätere Verguss mit Silikon. Im Fachhandel werden diese Leuchtmittel „COB-LED“ genannt.
Mehrfarbige Leuchtdioden bestehen aus mehreren (2…4) Dioden in einem Gehäuse. Meist haben sie eine gemeinsame Anode oder Kathode und einen Anschluss für jede Farbe. Bei einer Ausführung mit zwei Anschlüssen sind zwei Leuchtdioden-Chips antiparallel geschaltet. Je nach Polarität leuchtet die eine oder die andere Diode. Eine quasi stufenlose Farbveränderung kann man über ein variables Pulsbreitenverhältnis eines geeigneten Wechselstroms realisieren.