Elektrotechnik

Fachleute sind sich sicher: Die extrem sparsame und langlebige Leuchtdiode, kurz LED genannt, wird über kurz oder lang alle anderen Lichtquellen auspusten. Ihren Siegeszug hat sie bereits begonnen – und in vier bis sechs Jahren soll sie sogar in die Fassung herkömmlicher Glühlampen passen.

Seit 1878 macht Thomas Alva Edisons elektrische Glühlampe die Nacht zum Tag – jetzt sind ihre Tage gezählt. Nicht besser ergeht es jenen Lichtquellen, die erst in den letzten Jahren unsere Wohnzimmer erobert haben: Auch Leuchtstoff-Sparlampe und Halogenleuchte werden schon bald ausgedient haben. Denn die Zukunft gehört der »Light Emitting Diode« (LED) – der Leuchtdiode.

Dieser optische Chip, in dem elektrischer Strom Elektronen in den verschiedensten Farben zum Leuchten bringt, hat entscheidende Vorteile:

- Die LED ist konkurrenzlos sparsam, denn etwa 60 Prozent der hineingesteckten Energie werden in Licht umgewandelt. Ihr Wirkungsgrad liegt damit um das Zweieinhalbfache über dem der Leuchtstoff-Sparlampe – und um das Zwölffache über dem der Glühlampe: In Edisons Erfindung gehen rund 95 Prozent der Energie in Form von Wärme verloren.

- Die LED ist noch wesentlich umweltfreundlicher als die be-liebte Leuchtstoff-Sparlampe, die hochgiftiges Quecksilber enthält.

- Die LED hat die geradezu unglaubliche Lebenserwartung von 100000 Betriebsstunden. Die gute alte Glühlampe kommt nur auf rund 1000 Stunden, weil ihre Wolframwendel der Temperatur von über 1000 Grad Celsius im Inneren der Glaskugel nicht länger standhält. Und selbst die für ihre Ausdauer gerühmte Leuchtstoff-Sparlampe stellt mit 15000 Stunden keine Konkurrenz für die Leuchtdiode dar.

- Die LED ist winzig – nur etwa stecknadelkopfgroß. Dadurch kann man auch überall dort für Licht sorgen, wo zu wenig Platz für herkömmliche Leuchten ist.

Kaum merklich hat die Leuchtdiode im Alltag bereits eine Lichtrevolution in Gang gesetzt – und es wird wohl nur noch einige Jahre dauern, bis wir sie fast überall finden werden. Bereits heute stecken Dioden in den Ampeln für Bus und Straßenbahn, und als Kontrolllämpchen in Stereoverstärkern, Fernsehgeräten, Toastern oder Waschmaschinen zeigen sie »Stand-by« an. Gelb blitzen die LED-Funktionsanzeigen im Handy, grün leuchtet die Anzeige des Akku-Ladezustands. LEDs spenden Licht beim Fahrradfahren in der Dunkelheit, in den Rollen der Inlineskates und in Taschenlampen. In Flugzeugen werden die winzigen Dioden in den Boden der Kabine eingearbeitet – als leuchtender Wegweiser zu den Notausstiegen. Die Leseleuchten in Bahnen und Jets, die gleißend weißen Punktstrahler im Operationssaal, die Stirnlampen der Höh-lenforscher – sie alle arbeiten mit Leuchtdioden.

Dass sie sich auch für den großflächigen Einsatz eignen, haben die Verkehrsingenieure im Großraum Amsterdam demonstriert: In den Belag der Autobahn eingearbeitet, leiten sie die Verkehrsströme und eröffnen den Fahrern während der Rushhour zusätzliche Autobahnspuren. Am deutlichsten aber markiert das gigantische, 110 Meter lange Leuchtband am New Yorker Times Square den Beginn des neuen Lichtzeitalters: Hier wurden die 12048 Glühlampen durch 227200 bernsteinfarbene Leuchtdioden ersetzt. Jetzt versorgen diese die Passanten mit neuesten Nachrichten.

Die großen Vorteile der kleinen Leuchtdiode lassen die Forscher nicht ruhen. Immer neue Einsatzbereiche suchen sie, und so haben beispielsweise Straßenlaternen mit LEDs und leuchtende Verkehrsschilder bereits die Labors verlassen und befinden sich im Praxistest. Besonders die Automobilindustrie hat ein Auge auf die Winzlinge geworfen. Bereits seit Jahren ist das Diodenlicht für die Illumination der Instrumente Standard: Rote LEDs zeigen den Ladezustand der Batterie an und dienen als Warnleuchten; grüne signalisieren Funktionsbereitschaft und melden das Einschalten des Blinkers; die blaue Diode leuchtet, wenn das Fernlicht brennt.

Inzwischen haben die LEDs auch die hochgesetzte dritte Bremsleuchte sowie die Rück- und Blinkleuchten der Autos erobert: Hier sind zur Erhöhung der Leuchtkraft an die zwanzig Dioden in einer Leuchteinheit gebündelt. Wegen ihrer Robustheit halten sie länger als ein Autoleben, müssen also nicht – wie früher die Glühlämpchen – kostspielig ersetzt werden. Gern weist die Industrie auch auf den zusätzlichen Sicherheitseffekt der Bremslichter aus Leuchtdioden hin: Da sie um 0,15 Sekunden schneller aufleuchten als die herkömmlichen Lampen, hat der Hintermann bei Tempo 100 an die vier Meter zusätzlichen Bremsweg zur Verfügung.

Jetzt denken Autolicht-Spezialisten wie Hella und Bosch heftig darüber nach, wie sich gebündelte LEDs auch als Frontscheinwerfer einsetzen lassen. Damit würden die Reflektoren mit den Xenon-Lampen der Vergangenheit angehören – die Diodenscheinwerfer ließen sich als Folien einfach aufs Blech kleben. Dann könnten die Designer dem »Gesicht« eines Autos ein völlig anderes Aussehen verleihen. Aber bis die Dioden ihre Vorteile ausspielen können, müssen ein paar Nachteile beseitigt werden. So sind LED-Scheinwerfer bei vergleichbarer Leuchtkraft noch um das Zehn- bis Zwanzigfache teurer als herkömmliche. Auch ist das Prob-lem des Streulichts bisher nicht gelöst, und an der scharfen Ab-grenzung des Lichtkegels auf der Fahrbahn muss ebenfalls noch gearbeitet werden. Aber dass die Zukunft der Autobeleuchtung der LED gehört, scheint gewiss – auf Fachmessen waren bereits Protoypen aus der neuen Lichtgeneration zu sehen.

Den Durchbruch auf breiter Front wird die Leuchtdiode jedoch erst schaffen, wenn sie in die Fassung für herkömmliche Glühlampen passt: Der simple Ersatz der bisherigen Leuchtmittel durch weiße Dioden in allen Haushalten würde der Verbreitung der LEDs einen ungeheuren Schub verleihen. Experten sagen voraus, dass damit in etwa vier bis sechs Jahren zu rechnen ist. Um die Attraktivität der kleinen Lichtknubbel noch zu er-höhen, arbeiten die Lichttechniker jetzt daran, den Wirkungsgrad der LEDs über die heutige 60-Prozent-Marke hinaus zu erhöhen – bisher geht noch ein großer Teil der Lichtausbeute durch Brechung und Reflexion in den Dioden verloren. Langfristig aber, davon sind die Fachleute von Osram überzeugt, wird die LED alle anderen Lichtquellen auspusten.

Wenn die sparsame Diode für den Hausgebrauch kommt – wir werden es am Geldbeutel spüren. Nach einer Prognose des US-Energieministeriums soll der weltweite Rückgang des Stromverbrauchs durch LED-Technik bis 2025 um die zehn Prozent betragen. Dadurch würden die jährlichen Stromrechnungen der Haushalte um 100 Milliarden Dollar niedriger sein. Volkswirtschaftlich könnte man global 50 Milliarden Dollar pro Jahr ein-sparen, weil sich dann der Bau vieler Kraftwerke erübrigte.

Aber kaum haben wir eine Vorstellung von den Möglichkeiten der LED entwickelt, tritt schon die nächste Generation der Leuchtdiode auf den Plan: »OLED« – wobei »O« für »or-ganic« steht. »Organisch« sind diese LEDs insofern, als in ihnen Kunststoffe, wie man sie von Folien kennt, beim Anlegen einer Spannung in den verschiedensten Farben leuchten. Eingearbeitet sind diese Materialien in Kunststofffolien von nur wenigen tausendstel Millimeter Dicke. Die Vorteile der OLEDs gegenüber den »normalen« LEDs: Sie verbrauchen noch weniger Strom und bieten eine noch höhere Lichtausbeute. Zwar muss man die gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff empfindlichen Lichtspender hinter Glas verkapseln, aber selbst dann sind die Leuchtfolien nur wenige Millimeter dick.

Fachleute glauben, dass die organischen Leuchtdioden eines Tages den Traum vom superflachen TV-Bildschirm erfüllen werden – so dünn wie eine Tapete. Was der zu bieten hätte, hat jüngst ein Prototyp von Sony gezeigt: Das Gerät besticht durch eine nie gekannte Brillanz; die Fernsehbilder sind auch aus spitzem Sehwinkel noch deutlich zu erkennen; und selbst direkte Sonnenstrahlung überblendet das Bild nicht. Und weil die OLEDs 1000-mal schneller schalten als die Flüssigkristalle in den heute modernsten Bildschirmen, gibt es beim schnellen Wechsel der Filmszenen keine Bewegungsunschärfen mehr.

Probleme bereitet aber noch die Haltbarkeit der organischen Leuchtdioden: In einem Laptop würde ein OLED-Bildschirm bei einem täglichen Acht-Stunden-Betrieb gerade mal zwei Jahre halten.

Zu Kleinbildschirmen verarbeitet, werden die Folien aus organischen Leuchtdioden aber bereits in Kürze den Markt überschwemmen, prophezeien die Fachleute von Osram Opto Semiconductors in Regensburg. Schon jetzt stecken OLED-Folien in den Displays einiger Autoradios, im Monitor einer Digitalkamera von Kodak oder in der Akku-Anzeige eines Rasierapparats.

Doch der Einsatzbereich der OLEDs beschränkt sich nicht auf Bildschirme und Displays. Weil sich die Leuchtfolien praktisch in jeder beliebigen Größe herstellen lassen werden, kommen Designer schon jetzt ins Schwärmen. Sie denken sich für uns Wohnungen aus, in denen es keine Lampen mehr gibt. Tapeten aus OLEDs tauchen die Räume in ein Licht, das wir zu jeder Zeit an unsere Stimmungslage anpassen können – aktivierend oder beruhigend. Mit OLED-Folien überzogene Möbel leuchten in unseren Wunschfarben. Ja, ganze Häuser können immer wieder neu in immer anderen Farben erstrahlen. Ein Beispiel für die bevorstehende Lichtrevolution ist schon heute zu bewundern: In die Glasfassade des Hotels Weggis am Luzerner See sind 84000 Farb-LEDs eingearbeitet, die dem Gebäude auf Knopfdruck ein neues Kleid aus Licht anziehen. Bisher konnte man solche Effekte nur durch Außenscheinwerfer erzielen. Aber, wie der Lichtkünstler Thomas Emde sagt, »das Zeitalter der Beleuchtung ist vorbei«.