LED ist die Abkürzung für Light Emitting Diode, das heißt Licht aussendende Diode. So eine Diode kann man auch Lumineszenzdiode nennen. Lumineszenz kommt von dem lateinischen Wort "Lumen", das Licht. Das Wort Lumineszenz wird von den Physikern aber nur beim Leuchten kalter Körper verwendet. Eine Lumineszenzdiode ist eine Halbleiterdiode, die in Durchlaßrichtung betrieben wird. Der Halbleiter der Diode besteht aus einer Verbindung der Elemente Gallium, Arsen und Phosphor (z. B. Galliumarsenidphosphid, Galliumarsenid, Galliumphosphid). Wird an die Diode eine Spannung angelegt, so sendet die Sperrschicht der Diode Licht aus.
Eine der ersten LED-Straßenleuchten. Gebaut von der Firma HESS
Wie ist nun die Wirkungsweise der Diode? Sie ist einfach umgekehrt wie die Wirkungsweise beim Fotoelement.
Im Fotoelement befindet sich z. B. eine Selenschicht auf einer Grundplatte. Auf der Selenschicht ist eine durchsichtige Deckschicht. Die Selenschicht wird von der Deckschicht durch eine Sperrschicht getrennt. Diese Sperrschicht läßt die Elektronen nur in einer Richtung durch. Wird also das Fotoelement beleuchtet, so entstehen in der Selenschicht freie Elektronen, die von der einen Seite der Sperrschicht auf die andere gedrückt werden. Da die Elektronen nicht mehr zurück können, ist jetzt an der Deckschicht Elektronenüberschuß und in der Selenschicht Elektronenmangel. Die Selenschicht, und damit die Grundplatte, wird zum positiven Pol, die Deckschicht zum negativen. Beim Fotoelement wird durch das Licht Spannung erzeugt.
Weil eine Sperrschicht den elektropositiven Leiter (P-Leiter) vom elektronegativen Leiter (N-Leiter) trennt, spricht man bei der Sperrschicht auch von einem PN-Übergang. Die Sperrschichtbreite nimmt beim Anlegen der Spannung ab, wenn der Pluspol am P-Leiter und der Minuspol am N-Leiter liegen. Diese Richtung der Polung nennt man Durchlaßrichtung.
Ist der PN-Übergang in Durchlaßrichtung gepolt, so fließt ein Durchlaßstrom. Der Widerstand am PN-Übergang ist jetzt klein. Legt man jedoch den Pluspol einer Spannung an den N-Leiter und den Minuspol an den P-Leiter, dann werden die negativen Ladungsträger zum Pluspol und die positiven Ladungsträger zum Minuspol hingezogen. Dadurch wird die Sperrschicht vergrößert. Der Widerstand am PN-Übergang ist jetzt sehr groß. Ein kleiner Strom fließt nun in Sperrichtung. Die Sperrschicht ist dennoch sehr dünn. Sie beträgt nur einige Mycrometer.
Eine LED wird, wie bereits oben erwähnt, in Durchlaßrichtung betrieben. Die Strahlung tritt dann auf, wenn negative Ladung auf positive trifft, d. h., wenn ein Durchlaßstrom fließt. Bei diesem Vorgang wird Energie frei, und ein Teil dieser Energie wird in Licht umgewandelt. Ob die Strahlung im unsichtbaren Infrarotbereich oder im sichtbaren Bereich liegt, hängt ganz von den verwendeten Halbleitern ab. Bisher gab es Dioden, die jeweils verschiedene Farben ausstrahlen konnten, nämlich Infrarot, Rot, Gelb und Grün. Die Farbe des Lichts ist vom Werkstoff abhängig. Soll die Diode z. B. rotes Licht aussenden, so wird auf ein Grundplättchen aus Galliumarsenid eine Epitaxialschicht aus Galliumarsenidphosphid aufgebracht. Eine Epitaxialschicht ist eine hochohmige Schicht, die auf eine sehr niederohmige, Elektronen leitende Schicht (N-Schicht) aufgetragen wird.
Es gibt auch eine Leuchtdiode, die wahlweise rotes, grünes und als Mischfarbe gelbes Licht aussendet (emittiert). Sie wurde von Physikern der Siemens AG entwickelt. Diese LED besteht jedoch eigentlich aus zwei verschiedenen gegeneinander geschalteten Dioden. Die Diode hat also drei Anschlüsse. Es ist möglich, wahlweise grünes oder rotes Licht aufleuchten zu lassen. Durch die additive Farbmischung erhält man dann aus Rot und Grün die Farbe Gelb. (Auch beim Farbfernsehempfänger erhält man z.B. aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau durch additives Mischen alle Farbarten.) Ändert man den Strom in den einzelnen Dioden, so kann man sogar alle Zwischentöne von Grüngelb bis Rotgelb erzielen.
