Leuchtdioden sind eine Lichtquelle die in den letzten Jahren stark gehyped wurde. Gerade in der Wohnraumbeleuchtung haben sie große Vorteile gegenüber anderen Lampen. Glühbirnen sind dort aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs der bei ungerichteten Lampen auch zum Glühbirnenverbot geführt hat und der Hitzeentwicklung die empfindliche Lampenschirme in Brand setzen kann seltener anzutreffen. Hochdruckentladungslampen, wie hqi, sind wegen der großen Helligkeit und weil sie nach dem Ausschalten abkühlen müssen, ehe sie neu gezündet werden können, ungeeignet. Leuchtstoffröhren brauchen zu viel Platz und sind mit steriler Büroatmosphäre assoziiert, die wir im Wohnzimmer vermeiden wollen. Helle Energiesparlampen sind zu klobig und passen nicht in die Leuchten, die für Glühbirnen entwickelt wurden. Sie brauchen etwas, bis sie hell sind und sind nur mit technischem Aufwand dimmbar. Das Quecksilber ist giftig und es besteht Gesundheitsgefahr, wenn eine heiße Lampe zerbricht, beispielsweise weil sie ein Kind oder Haustier umwirft. LEDs sind klein, sofort hell, dimmbar und im Betrieb ungiftig und werden daher wohl die Zukunft der Wohnraumbeleuchtung sein.

LED-Systeme für den Wohnraum haben wie Energiesparlampen ein internes Netzteil und eine E27 oder E14-Fassung (oder GU12-Fassung, wie von den Halogenlampen bekannt). Aktuell haben viele dieser Lampen eine Farbwiedergabe zwischen 60 und 70 und hohen Farbtemperaturen um 6000K, ihr Licht erscheint kalt, ungemütlich und sehr künstlich. Das trifft auch auf die Lampen führender Hersteller wie Osram zu! Ein Blick auf den Farbcode, wie bei Leuchtstofflampen, hilft weiter. Mittlerweile sind von manchen Herstellern auch LED-Lampen mit Farbcode 930 oder 927 erhältlich, die praktisch kaum noch einen wahrnehmbaren Unterschied zu Glühbirnen und Halogenlampen haben sollten.

In der Reptilienhaltung gelten jedoch andere Maßstäbe an die Beleuchtung, so dass ich LEDs hier nur in Ausnahmefällen für sinnvoll halte. Sie sind meist noch deutlich weniger effizient als Leuchtstoffröhren und Metallhalogeniddampflampen und haben ein Spektrum, das große Bereiche des Sehspektrums (⇒ Kapitel Sehvermögen) von Reptilien im Gegensatz zu Metallhalogeniddampflampen und Vollspektrumröhren mit UVA-Anteil nicht abdeckt. Das Spektrum der üblichen LEDs hat das kurzwellige Ende bei etwa 420n. Da Reptilien den Bereich zwischen 350 und 400nm als zusätzliche Farbe wahrnehmen, kann eine solche LED für Reptilien nicht weiß wirken, sondern wird immer stark farbig (türkis) erscheinen. Aus diesen Grund empfehle ich LEDs nicht für Terrarienbeleuchtung.

Leuchtdioden sind pn-Halbleiterdioden. Grundlage bildet ein Kristall aus Einheiten, die im Mittel vier Valenzelektronen enthalten. Das kann ein Material aus der IV. Hauptgruppe des Periodensystems sein (z.B. Silicium) oder eine Verbindung aus Elementen der III. und V. Hauptgruppe (z.B. GalliumArsenid). Das Kristallgitter ist von den Verbindungen der einzelnen Elemente mit vier Nachbarelementen geprägt.

Währen des Wachstumsprozesses wird eine Seite mit Atomen der V. Hauptgruppe dotiert. Diese Atome bringen ein zusätzliches (negatives) Elektron in den Kristall ein. Es wird durch den positiven Atomkern gehalten, ist aber nicht fest in das Kristallgitter eingebunden, also frei beweglich. Dieser frei bewegliche negative Ladungsträger bezeichnet den Kristall als n (negativ) dotiert. Die andere Seite wird mit Atome der III. Hauptgruppe dotiert, die genau gegen-gleich einen frei beweglichen positiven Ladungsträger einbringen: Ein fehlendes Elektron, das auch als Loch bezeichnet wird, und durch den negativen Atomkern gehalten wird.

mit Aluminium p-dotierter Siliziumkristall

mit Phosphor n-dotierter Siliziumkristall

Im Bereich in dem p- und n-dotierte Kristallhälften direkt aufeinander treffen, können einige der Elektronen aus dem n-dotierten Bereich sich so weit von ihren positiven Atomkerne entfernen und so nah an die negativen Atomkerne der p-dotierten Hälfte annähern (oder die Löcher sich entfernen), dass sie die Löcher auffüllen (oder Löcher und Elektronen rekombinieren). Es entsteht eine Raumladungszone oder Sperrschicht.

Elektronen, die auf der n-dotierten Seite („Kathode“) zugeführt werden, können sich im n-dotierten Bereich frei bewegen, genauso Löcher, die auf der p-dotierten Seite („Anode“) zugeführt werden. Legt man eine Spannung in Durchlassrichtung an, so dass der Strom von der Anode zur Kathode fließt (Achtung: technische Stromrichtung!), werden immer weitere Elektronen und Löcher zugeführt, die in der Sperrschicht rekombinieren können. Die Energie, die dabei frei wird, wird als Gitterschwingung (Phonon) an den Kristall abgegeben und erwärmt diesen oder als Licht (Photon) abgestrahlt.

Dieser Übergang, bei Energie und Impuls erhalten sein müssen, ist im Bändermodell einfacher zu visualisieren. Die einzelnen Energieniveaus der Atome verschmieren wegen der periodischen Anordnung der Atome im Kristall zu einem Valenzband und einem Leitungsband die energetisch durch eine Bandlücke getrennt sind. Fest im Kristallgitter gebundene Elektronen befinden sich im Valenzband, frei bewegliche Elektronen im Leitungsband. Auf der n-dotierten Seite ist folglich das Valenzband voll und einige Elektronen befinden sich im Leitungsband; sie stammen vom Donatorniveau. Auf der p-dotierten Seite ist im Valenzband noch Platz, da einige Elektronen durch das Akzeptorniveau gebunden wurden; das Leitungsband ist leer.

Die Bandlücke ΔE legt fest, welche Wellenlänge das emittierte Licht hat. Durch geschickte Wahl der Materialien kann die Farbe des Lichts einer LED festgelegt werden.

Für blaue LEDs, die normalerweise die Grundlage für alle weißen LEDs bilden, wird Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) verwendet.

Verschiedenfarbige LEDs können dann auch kombiniert werden. Eine rote, eine grüne und eine blaue LED ergeben zusammen beispielsweise weißes Licht.

Wesentlich häufiger wird aber eine blaue LED mit einem Leuchtstoff kombiniert um weißes Licht zu erzeugen. Der Leuchtstoff wandelt einen Teil des blauen Lichts in grünes, gelbes und rotes Licht um, so dass der gesamte Spektralbereich abgedeckt ist.

Handelsübliche weiße LEDs bestehen aus einer blauen LED mit einem Leuchtstoff im gelben Bereich. Je nach Breite und Menge des Leuchtstoffs lässt sich die Farbwiedergabe zwischen 70 und 80 und die Farbtemperatur variieren. Das Spektrum hatte gewisse Ähnlichkeiten mit dem Spektrum der Leuchtstoffröhren aus den 1950ern, die LEDs erreichen auch ähnliche Farbwiedergabewerte von R_a≈70.

Mit mehr als einem Leuchtstoff ist ein stärker kontinuierliches Spektrum mit Farbwiedergabeindex größer als 90 möglich.

Eine große Rolle bei der Effizienz einer LED spielen die elektrischen Kontakte und die Wärmeabführung. Die elektrischen Kontakte dürfen kein Licht schlucken müssen aber den Halbleiter trotzdem gleichmäßig mit Strom versorgen. Da die Effizienz von LEDs bisher noch gering ist, muss die entstehende Wärme abgeführt werden. Andernfalls führt die hohe Temperatur zu starken Gitterschwingungen, die Schäden im Halbleiterkristall verursachen und somit die LED zerstören.

DIP (dual in-line package) bezeichnet eine Bauform für elektronische Bauteile, die zwei Reihen von Anschlussstiften (Pins) haben, mit denen sie auf Platinen gelötet werden können.

SMD (surface mounted device) bezeichnet eine Bauform für elektronische Bauteile, die direkt über die Fläche auf einen elektrischen Kontakt gelötet werden.

Die Effizienz einzelner weißen LEDs unter Laborbedingung mit entsprechender Kühlung und optimierter Stromversorgung erreicht mittlerweile um die 250lm/W. Im praktischen Einsatz werden LEDs jedoch üblicherweise nicht auf maximal Effizienz ohne Berücksichtigung der Helligkeit optimiert (vgl. T5HO vs. T5HE). Große Verluste entstehen durch die Spannungswandlung zur Stromversorgung der LEDs und Verluste durch Kühlung der LEDs.

Komplette LED Lampen, die direkt als Ersatz für Glühbirnen, Leuchtstoffröhren oder Halogenstrahler verwendet werden können, erreichen meist nur 30-40lm/W und liegen somit weit hinter Röhren oder Halogenmetalldampfstrahlern zurück. Es gibt mittlerweile aber auch LED-Systeme als Ersatz für Leuchtstoffröhren die effektive 110lm/W erreichen.

LEDs strahlen Licht im Bereich von 450-650nm ab. Diese Strahlung wirkt, wenn sie vom Bodengrund oder dem Reptil absorbiert wird, als Wärme. Licht ohne Wärme ist daher physikalisch nicht möglich. Das Spektrum von Leuchtstoffröhren und LEDs ist sehr ähnlich (eng begrenzt auf 400-700nm, kein IR oder UV), daher heizen LEDs und Röhren ein Terrarium bei gleicher Lichtmenge ähnlich stark auf.

Häufig werden LEDs jedoch mit sehr geringer Leistung eingesetzt, häufig 1-8W. Diese Systeme erzeugen tatsächlich nur sehr wenig Wärme, jedoch gleichzeitig auf sehr wenig Licht. Das lässt sich auch mit 6W oder 8W T5-Röhren erreichen.

Wie oben schon geschrieben, halte ich LEDs für die Terrarienbeleuchtung wegen der geringen Effizienz im Vergleich zu anderen Lampen und des stark auf das menschliche Sehvermögen zugeschnittene Spektrum für nicht empfehlenswert.

Es gibt inzwischen einige Hersteller, die versuchen zumindest den zweiten Punkt zu umgehen. Econlux (Solar Raptor) bietet einen Reptile Sunstrip UVA an, bei dem auf neun weiße LEDs eine UVA-LED (368 nm) kommt. MaxSpect bietet LED-Aquarienbeleuchtung mit zusätzlichen blauen und UVA LEDs.

Das Gesamtspektrum wirkt aber meist nicht sehr sonnenähnlich. Da die UV LEDs nur vereinzelt in der Leuchte angebracht werden, ist fraglich, ob die Lichtverteilung insgesamt farblich wirklich homogen wird.

Die Firma S-ET stellt verschiedene UV-LEDs mit Maximum zwischen 240nm und 355nm her.