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So vielfältig ist der LED-Einsatz

Von Licht-Desinfektion bis Laser-Scheinwerfer

22. April 2021, 13:16 Uhr   |  Von Bernard Vicens, Director Segment Light, Home & Building bei BV Elektronik

Von Licht-Desinfektion bis Laser-Scheinwerfer
© Zeiss

LEDs decken heute schon das gesamte Spektrum des Lichts ab.

LEDs finden in immer mehr Bereichen außerhalb ihres klassischen Einsatzgebietes der Beleuchtung Anwendung. Von Automotive über Medical bis hin zu Wearables und noch weiter reicht das Anwendungsspektrum.

Allein die Einsatzbreite von Infrarot-LEDs (IR-LEDs) ist beeindruckend: Sie werden schon lange für Fernbedienungen in der Unterhaltungselektronik oder als Garagentoröffner, bei Lichtschranken oder Bewegungsmeldern genutzt. In Überwachungskameras erlauben sie auch nachts gestochen scharfe Bilder, ohne dass das von ihnen ausgesandte Licht vom menschlichen Auge entdeckt werden kann. Infrarote Leuchtdioden helfen zudem, den gefährlichen Sekundenschlaf bei Kraftfahrern rechtzeitig zu erkennen. Weitere Einsatzbereiche von solchen Hochleistungs-IR-LEDs im Fahrzeug sind beispielsweise Sitzbelegungserkennung, Nachtsichtsysteme, Nahbereichs­erkennung und die Überwachung des toten Winkels. Auch bei der Kommunikation kommen IR-LEDs zum Einsatz: Über das Infrarotlicht lassen sich auf kurzen Distanzen bis zu 12,5 Gigabit pro Sekunde und bis zu 1 Gigabit pro Sekunde bei einer Entfernung von bis zu 30 Metern übertragen.

Keime mittels Licht zerstören

Auch auf der „anderen Seite“ des sichtbaren Spektrums, im ultravioletten Bereich, finden sich zahlreiche Anwendungen für LEDs. Im Vergleich zu herkömmlichen UV-Lichtquellen sind UV-LEDs flexibel im Design, verbrauchen wenig Energie und punkten mit niedrigen Herstellungskosten. UV-A-LEDs (sie emittieren Licht mit einer Wellenlänge von 315 bis 400 Nanometern) werden zum Beispiel zur Aushärtung von Farben, Beschichtungen, Lacken und Klebstoffen eingesetzt. UV-B-LEDs, die Licht im Wellenlängenbereich von 280 bis 315 Nanometern produzieren, werden zur dermatologischen Behandlung von Hauterkrankungen verwendet oder tragen zur besseren Entwicklung von Pflanzen und zur Steigerung von Ernteerträgen bei. Aktuell besonders diskutiert wird der Einsatz von UV-C-LEDs: Mit ihrer sehr kurzwelligen und energiereichen Strahlung im Wellenlängenbereich von 100 bis 280 Nanometern wirken sie stark bakterizid und können die DNA von Mikroorganismen zerstören. Bereits auf dem Markt sind Produkte, die mithilfe von UV-C-LEDs Smartphones von Viren und Keimen befreien. Doch inzwischen sind die LEDs so leistungsstark, dass sich mit ihnen auch ganze Räume quasi per Knopfdruck desinfizieren lassen: Zum Beispiel brachte im Herbst 2020 die Firma Binz den weltweit ersten Rettungswagen mit Licht-Desinfektion auf den Markt. Die UV-C-LEDs sind dabei direkt in den modularen Lichtbaukasten in der Decke des Fahrzeugs integriert. Damit ist es möglich, den gesamten Kabinenbereich des Rettungswagens innerhalb von nur zehn Minuten hocheffizient zu desinfizieren. Dabei werden nicht nur die Oberflächen, sondern es wird auch die Luft im Innenraum des Rettungsfahrzeugs desinfiziert.

Licht.de
© Licht.de

Architektur von LED-Chips. LEDs emittieren eine ganz bestimmte Farbe, die im Wesentlichen vom verwendeten Halbleitermaterial abhängt.

Laser-Scheinwerfer

Mit zunehmender Leistung fanden LEDs auch immer mehr Einsatz in lichtstarken Anwendungen wie zum Beispiel Autoscheinwerfern. Hier bietet die Technologie völlig neue Möglichkeiten, indem der Lichtkegel von einer ganzen Matrix von LEDs erzeugt wird. Jede LED ist dabei einzeln ansteuerbar. Die Ansteuerung der LEDs erfolgt auf Basis der Daten der Frontkamera. Sobald sie andere Fahrzeuge oder Verkehrsteilnehmer erkennt, schaltet das Steuergerät einzelne LEDs ab oder reduziert ihre Helligkeit, um eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer zu vermeiden. In allen anderen Bereichen steht dabei gleichzeitig volles Fernlicht zur Verfügung, was die Sicht auf die Straße verbessert. Die neuste Entwicklung ist hierbei, die LED durch Laserdioden zu ersetzen. So hat Audi zum Beispiel einen Scheinwerfer entwickelt, bei dem blaue Laserdioden mit einer Wellenlänge von 450 Nanometern auf einen drei Millimeter großen, beweglichen Spiegel strahlen, der auf der Silizium-Technologie basiert. Dieser lenkt den Laserstrahl auf einen Konverter, der ihn in weißes Licht umwandelt und auf die Straße projiziert. So kann das Licht gezielt verteilt werden, durch die Steuerung der Aufenthaltszeiten in bestimmten Ausleuchtbereichen ist die Helligkeit variabel. Zudem können die Laserdioden abhängig von der Spiegelposition intelligent und blitzschnell ein- und ausgeschaltet werden. Dadurch wird die Ausleuchtung oder Abschattung dynamisch und hochvariabel. So ist die Straße immer hell beleuchtet, ohne dass andere Verkehrsteilnehmer geblendet werden. Der entscheidende Unterschied: Die Technologie hat eine noch feinere dynamische Auflösung und damit einen noch höheren Nutzungsgrad, was zu mehr Sicherheit im Straßenverkehr führt.

Der Trend zur Mikro-LED

Neben weiter steigender Leistung und immer mehr zur Verfügung stehenden Wellenlängen ist die Miniaturisierung der dritte herausragende Trend in der LED-Technologie. Besonders die Hersteller von Unterhaltungselektronik wünschen sich LEDs, die – besonders in Mobilgeräten – nicht nur zur Hintergrundbeleuchtung, sondern auch zur direkten Darstellung von Inhalten in natürlichen Farben verwendet werden können. Denn bisher konnten LEDs nur als weiße Hintergrundbeleuchtung eingesetzt werden. Um Farben direkt darzustellen, müssen aber drei LEDs (in Rot, Grün und Blau) zu einem Pixel eines Farbdisplays gruppiert werden. Bis vor Kurzem waren diese LED-Gruppen allerdings zu groß für den Einsatz in Displays. Heute aber ermöglichen neue Produktionsverfahren die Herstellung mikroskopisch kleiner LED-Arrays, die auf einer Größe von wenigen Mikrometern die benötigten Farben kombinieren. Diese Mikro-LEDs besitzen eine Kantenlänge von unter 100 Mikrometern. Anzeigen basierend auf direkt emittierenden Mikro-LED-Pixeln gelten als eine disruptive Entwicklung im Visualisierungsmarkt und könnten herkömmliche LCD- oder OLED-Technologien ablösen. Insbesondere Letztere haben Nachteile in puncto Energieeffizienz, Kontrast, Leuchtdichte, Funktionalität und den damit verbundenen Einschränkungen. Zunächst werden die neuen Displays vermutlich in Wearables zum Einsatz kommen, da diese mit geringen Displaygrößen auskommen müssen, eine hohe Pixeldichte benötigen und extreme Ansprüche an die Energieeffizienz  stellen. Ein weiterer Markt, der auf die neue Technologie wartet, ist der für Virtual-Reality- und Augmented-Reality-Anwendungen, denn Headsets werden durch Mikro-LEDs deutlich leichter und komfortabler. Sobald auch die Produktion von sehr großen Panels mit Mikro-LEDs zu vertretbaren Kosten möglich wird, dürften ebenso die Hersteller von Bildschirmen fürs heimische Wohnzimmer umrüsten – denn der Markt für ultraflache, energiesparende Geräte mit brillantem, blickwinkelunabhängigem Bild ist riesig.

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