Wie hat sich die LED-Technologie entwickelt?

1910s: Lumineszenz von Halbleitermaterialien

Wenn man die Ursprünge der LED zurückverfolgen will, muss man bis ins frühe 20. Jahrhundert zurückgehen. Jahrhunderts zurückverfolgen. 1907 beobachtete der Wissenschaftler H. J. Round, dass bei Stromdurchfluss durch eine SiC-Diode ein schwaches gelb-grünes Licht ausgesandt wurde. Dies ist das erste dokumentierte Phänomen, das auf den Prinzipien der LED beruht.

In den 1920er Jahren entdeckte der russische Wissenschaftler Oleg Losev, dass SiC- und ZnO-Dioden auffälligeres Licht aussenden können. Damals war die Reinheit des Materials jedoch extrem gering, und die vorhandene Technologie konnte ihre Verwendung als Lichtquelle nicht unterstützen.

1950er Jahre: die erste Serie von Infrarot-LEDs

Im Jahr 1947 wurde der p-n-Übergang erfunden, der die technologische Grundlage für die Leuchtdiodentechnologie (LED) bildete. In den 1950er Jahren wurden hochreine einkristalline Halbleiter wie Siliziumkarbid (SiC) und Zinkoxid (ZnO) entwickelt, und gleichzeitig begannen die Verfahren zur Herstellung von Metallelektroden zu reifen.

Erst 1962 stellte der Wissenschaftler Nick Holonyak Jr. die erste sichtbare rote LED aus Galliumarsenidphosphid (GaAsP) her. Diese Errungenschaft gilt weithin als der Ausgangspunkt der modernen LED-Technologie. Die in dieser Zeit entwickelten LEDs wiesen jedoch eine extrem geringe Helligkeit und Lichtausbeute auf, hatten eine begrenzte Lebensdauer und waren sehr teuer.

1970s: LEDs werden allmählich offiziell eingeführt

In den 1970er Jahren waren die LEDs zu massenproduktionstauglichen elektronischen Geräten geworden. Das Herstellungsverfahren für rote LEDs auf GaAsP-Basis war allmählich ausgereift, und auch grüne und gelbe LEDs auf der Basis von Galliumphosphid (GaP) kamen in die Produktion. Gleichzeitig begann man, LEDs im DIP-Gehäuse (Dual In-line Package) mit Durchgangslöchern zu fertigen, was die Lebensdauer der LEDs verlängerte und die Kosten bis zu einem gewissen Grad senkte.

In dieser Zeit begannen die LEDs jedoch gerade erst, für die Beleuchtung eingesetzt zu werden, und hatten noch keine wirkliche Marktreife erreicht. Das lag daran, dass die LED-Technologie noch nicht ausgereift war, die Helligkeit noch gering und die Stückkosten noch relativ hoch waren.

1990er Jahre: Blaue LED mit hoher Leuchtkraft wird erfunden

Die Erfindung der blauen LED

Bis 1990 waren die LEDs in den Farben Rot und Grün ausgereift, aber es fehlten noch blaue LEDs. Dies machte es unmöglich, weißes Licht zu erzeugen, und verhinderte, dass LEDs wirklich auf dem Beleuchtungsmarkt Fuß fassen konnten. Schließlich gelang Shuji Nakamura 1993 ein technologischer Durchbruch mit Galliumnitrid (GaN) und er stellte eine blaue LED mit hoher Helligkeit her.

Das Aufkommen der weißen LED

Nach dem Aufkommen der blauen LEDs wurde auch das Problem des weißen Lichts gelöst. In den Jahren 1996-1997 wurden weiße LEDs entwickelt. Dies wird durch die Beschichtung eines blauen LED-Chips mit YAG:Ce-Phosphor erreicht, der einen Teil des blauen Lichts in gelbes Licht umwandelt. Die Kombination aus blauem und gelbem Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen.

Zu diesem Zeitpunkt hatten die weißen LEDs die Glühlampen bereits an Helligkeit überflügelt, mit einer Lichtausbeute von 20-40 lm/W und einer Lebensdauer von mehr als zehntausend Stunden, obwohl die Kosten für die Nutzung weiterhin hoch waren.

Die Ausweitung auf andere Anwendungsbereiche

Mit dem Aufkommen blauer und weißer LEDs wurden diese in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, z. B. als Kontrollleuchten in Geräten, als digitale Anzeigen wie Taschenrechner und Uhren sowie als Hintergrundbeleuchtung für die ersten LCD-Displays.

2000s: Weit verbreitet für LED-Beleuchtung

Leistungsstarker Chip

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts war die blaue LED-Technologie allmählich ausgereift, und die Leistung der LEDs hatte sich in jeder Hinsicht verbessert. Die Lichtausbeute weißer LEDs erreichte bis zu 70 lm/W. Sie bieten eine höhere Helligkeit, einen geringeren Stromverbrauch und eine Leistung, die weit über der von herkömmlichen Glüh- und Halogenlampen liegt.

Genaue Bewertungsmetriken und längere Lebensdauer

Auch die Methode zur Messung der LED-Lebensdauer hat sich weiterentwickelt. Anstatt einfach die Zeit bis zum Ausfall des Geräts zu berechnen, wurde die Lebensdauer nun als die Zeit definiert, die vergeht, bis der Lichtstrom auf 70% oder 80% seines ursprünglichen Wertes fällt, bezeichnet als L70 oder L80. Diese Metrik zur Bewertung der Lebensdauer wird seither verwendet, so dass die Lebensdauer Ihrer LED-Produkte genauer bewertet werden kann.

Zu diesem Zeitpunkt war die Lebensdauer von LEDs bereits erheblich verlängert worden und erreichte nach der L70-Norm bis zu 50.000 Stunden.

Technologie zur Wärmeableitung

LED-Chips sind sehr empfindlich gegenüber hohen Temperaturen. Bei LED-Lampen beschleunigen hohe Temperaturen den Lumenverlust, verkürzen die Lebensdauer des Chips und verringern die Stromeffizienz. Eine wirksame Wärmeableitung kann die Lebensdauer Ihrer LED verlängern, so dass sie auch nach längerem Gebrauch noch gut funktioniert.

Die frühen DIP- und SMD-Gehäuse boten keine ausreichende Wärmeableitung. In den 2000er Jahren wurden bei LEDs nach und nach effizientere Wärmemanagementkonzepte eingeführt, darunter Keramik- und Metallsubstrate mit hoher Wärmeleitfähigkeit, Aluminiumkühlkörper, Lüfterkühlung und Reflektorbecherdesigns. Gleichzeitig wurde ein effizienteres COB-Gehäuse entwickelt. Diese Maßnahmen verlängerten die Lebensdauer der LEDs erheblich.

LED ersetzt traditionelle Lichtquellen

Glühbirnen und Leuchtstofflampen sind groß, haben eine geringe Lichtausbeute und eine kurze Lebensdauer, und Leuchtstofflampen enthalten Stoffe wie Quecksilber, die für den Menschen schädlich sein können. LEDs haben nicht nur eine lange Lebensdauer, einen besseren Farbwiedergabeindex (CRI) und niedrigere Austauschkosten, sondern bieten auch eine höhere Lichtausbeute.

Außerdem, und das ist noch wichtiger, sind die LED-Chips klein, und ihre Verpackung ist flexibel, so dass sie in verschiedenen Ausführungen hergestellt werden können, z. B. als Glühbirnen, Downlights, Flächenleuchten und Hintergrundbeleuchtungsmodule.

2010s: Große Entwicklung in der LED-Display-Technologie

Weitere Leistungsverbesserung

LEDs haben sich im 21. Jahrhundert rasant weiterentwickelt. Bis etwa 2015 erreichten hocheffiziente LEDs eine Lichtausbeute von ca. 150-220 lm/W, eine L70-Lebensdauer von fast 100.000 Stunden und einen Farbwiedergabeindex (CRI) von 90 oder höher und erfüllten damit die Anforderungen der meisten High-End-Anwendungen.

LED mit kleinem Pixelabstand

Generell gilt: Ein kleinerer Pixelabstand macht Ihren LED-Bildschirm klarer. Seit 2009 werden für LED-Anzeigen in Innenräumen SMD-gehäuste LEDs verwendet, die Folgendes ermöglichen Pixelabstände auf P2-P3 mm reduziert werden, um eine höhere Auflösung zu erreichen. Bis 2012 erreichten die Pixelabstände P1,5 bis P2 mm und wurden in vielen hochwertigen Displays für den Innenbereich verwendet.

Der Siegeszug der Mini-LED

In den 2010er Jahren kam die fortschrittlichere Mini-LED-Technologie auf. Mini-LEDs sind eine fortschrittliche Dimmtechnologie, die in LCD-Displays eingesetzt wird und Zehntausende von Hintergrundbeleuchtungs-LEDs hinter dem Bildschirm enthält, die jeweils einen Durchmesser von weniger als 200 Mikrometern haben. Diese LEDs sind in Tausende von Zonen unterteilt, von denen jede einzeln gedimmt werden kann, was die Farbleistung des Bildschirms erheblich steigert.

Auch heute noch ist der Mini LED relativ teuer, aber er ist eine ausgezeichnete Wahl, wenn Sie einen LCD-Bildschirm kaufen möchten.

Rasantes Wachstum des globalen LED-Marktes

In den 2010er Jahren expandierte der weltweite LED-Markt rasch. Im Jahr 2010 wurde der weltweite LED-Markt auf etwa 15 Milliarden USD geschätzt und wuchs bis 2015 auf 38 Milliarden USD. Bis zum Ende des Jahrzehnts hatten sich LEDs allmählich in der Beleuchtung, bei Displays und in der Automobilbeleuchtung durchgesetzt, während die Nachfrage nach hintergrundbeleuchteten LCDs, Laptops und Fernsehern stieg. TV-Geräte mit LED-Hintergrundbeleuchtung hatten die herkömmlichen CCFLs fast vollständig ersetzt.

Gleichzeitig haben Regionen und Länder, darunter Europa, China und die Vereinigten Staaten, Normen zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung eingeführt und Glüh- und Leuchtstofflampen schrittweise abgeschafft. Diese Maßnahmen bedeuten, dass Sie in Zukunft mehr Produkte mit LED-Technologie sehen werden.

2020s: High-End-Display-Technologie

Ein stark erweiterter Markt

Im Vergleich zu den 2010er Jahren haben die LEDs in den 2020er Jahren einen größeren Marktanteil erobert. Sie werden auch feststellen, dass LEDs immer häufiger eingesetzt werden und in verschiedene Branchen eingedrungen sind. Laut Marktberichten von maßgeblichen Quellen wie Fortune Business Insights und Grand View Research wurde der weltweite LED-Markt im Jahr 2020 auf rund 55 Mrd. USD geschätzt und wird bis 2025 voraussichtlich 70 Mrd. USD übersteigen.

Mikro-LED: Ein neuer Durchbruch

Im Vergleich zu herkömmlichen LED-Anzeigen zeichnen sich Micro LED durch wesentlich kleinere LED-Chips, einen feineren Pixelabstand und eine deutlich höhere Anzahl von LEDs aus. Ein Display mit 8K-Auflösung kann eine Größenordnung von 100 Millionen Pixeln haben.

Die Kommerzialisierung der Mikro-LED durch die Hersteller befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium. Die Mikro-LED-Technologie erfordert äußerst komplexe Herstellungsprozesse, und Herausforderungen wie geringe Ausbeute und hohe Reparaturkosten sind nach wie vor schwer zu bewältigen. Außerdem ist die Mikro-LED die fortschrittlichste LED-Anzeigetechnologie, die man kaufen kann. Derzeit haben nur führende Hersteller wie Samsung die Micro-LED-Technologie auf den Markt gebracht.

Die Kombination von LED und KI

In den 2020er Jahren sind die KI-Technologien allmählich ausgereift und werden in zahlreichen Branchen eingesetzt. Gleichzeitig begannen die KI- und die LED-Branche schon früh, sich zu überschneiden.

Bei LED-Anzeigen kann KI in die Anzeigealgorithmen des LED-Bildschirms eingebettet werden, was eine automatische Bildverbesserung ermöglicht, einschließlich Hochskalierung der Auflösung, Rauschunterdrückung und optimierte lokale Dimmung.

Bei der LED-Beleuchtung kann KI Helligkeit und Farbtemperatur an unterschiedliche Umgebungen anpassen, dem natürlichen Tageslichtrhythmus folgen und sogar die Energieeffizienz verbessern, was Ihnen ein besseres Beleuchtungserlebnis bietet.

Die Aussichten der LED-Technologie

Mitte der 2020er Jahre war die LED-Technologie sehr ausgereift. Unabhängig von der Branche gehörten LEDs zu den besten in Bezug auf Lichtausbeute, Stromverbrauch und Kosten.

In der Zukunft können mit dem technologischen Fortschritt in verwandten Bereichen die Lichtausbeute und die Herstellungsprozesse von LEDs weiter verbessert werden, die LED-Anzeigetechnologien werden ausgereifter und die Preise werden erschwinglicher werden. Gleichzeitig werden LEDs in fortschrittlichere intelligente Produkte integriert, wie AR/VR-Displays, intelligente Beleuchtung und therapeutische LED-Anwendungen.

Traditionelle Beleuchtungstechnik

Glühbirne

Die Glühbirne ist die traditionellste elektrische Lichtquelle. Wenn ein elektrischer Strom durch den Wolframfaden fließt, widersteht der Faden dem Strom, erhitzt sich und erzeugt sichtbares Licht. Obwohl Glühlampen eine sehr helle Beleuchtung bieten können, haben sie eine kurze Lebensdauer und eine geringe Lichtausbeute und wurden daher weitgehend durch LEDs und Leuchtstofflampen ersetzt.

Halogenlampe

Die Halogenlampe ist eine verbesserte Version der Glühlampe, bei der Halogengase wie Jod oder Brom in den Lampenkolben eingebracht werden, was die Lichtausbeute und die Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Glühlampen erhöht. Ihr Energieverbrauch ist jedoch nach wie vor hoch, und sie wird nach und nach durch LEDs ersetzt.

Kompakt-Leuchtstofflampe (CFL)

Die Kompakt-Leuchtstofflampe (CFL) ist eine Art von Leuchtstofflampe. Sie ist klein, energieeffizient und hat eine längere Lebensdauer als eine Glühlampe und wird häufig für die Beleuchtung von Wohnungen und Büros verwendet. Da sie jedoch Quecksilber enthält, kann ihre unsachgemäße Entsorgung die Umwelt und die menschliche Gesundheit schädigen, so dass sie nach und nach aus dem Verkehr gezogen wurde.

Xenon-Lampe

Die Xenon-Lampe ist eine hochintensive Gasentladungs-Lichtquelle, die aus zwei Hochtemperatur-Wolfram-Elektroden und einer Quarzglasröhre besteht und mit Xenon-Hochdruckgas gefüllt ist. Das Xenon-Gas wird durch eine Hochspannungsentladung ionisiert und bildet einen Lichtbogen, der weißes Licht mit hoher Helligkeit erzeugt.

Im Beleuchtungsbereich sind Xenonlampen weitgehend durch LEDs ersetzt worden. Bei Anwendungen wie optischen Simulationen und großen Projektoren, bei denen LEDs die Anforderungen an ultrahohe Helligkeit und kontinuierliche Spektren nicht erfüllen können, bleiben Xenonlampen jedoch bis auf weiteres unersetzlich.

Häufig gestellte Fragen

Können LED-Bildschirme berührungsempfindlich gemacht werden?

Ja. Obwohl LED-Bildschirme von Natur aus lichtemittierende Anzeigegeräte sind, kann eine Berührungserkennungsschicht hinzugefügt werden, um die Touch-Funktionalität zu ermöglichen. Es gibt zwei Hauptmethoden: Infrarotberührung und kapazitive Berührung. Das Grundkonzept der kapazitiven Berührung wurde bereits in den 1960er Jahren vorgeschlagen, und in den 2000er Jahren fand die Berührungstechnologie breite Anwendung in Smartphones und Touch-Displays.

Wie erreichen große Bildschirme eine einheitliche Farbe und Helligkeit?

Um bei großen LED-Anzeigen eine einheitliche Farbe und Helligkeit zu erreichen, muss sowohl auf der Hardware- als auch auf der Farbkalibrierungsebene eine hohe Qualität gewährleistet sein. Auf der Hardwareseite umfasst dies die Qualität der LED-Chips, das optische Design und das präzise Löten. Bei der Farbkalibrierung werden Techniken wie lokales Dimmen und werkseitige Kalibrierung eingesetzt, um eine hochwertige Leistung zu gewährleisten.

Wie werden LED-Anzeigen immer dünner?

LED-Anzeigen werden immer dünner, vor allem aufgrund kleinerer LED-Chips, geringerer Leiterplattendicke, fortschrittlicherer Verpackungsmethoden und rationellerer Modulkonstruktionen. Gleichzeitig haben sich die Gehäusematerialien verbessert: Aluminiumlegierungen oder Kohlefasern ersetzen häufig Stahlrahmen und machen LED-Anzeigen leichter und schlanker.

IvanLED: Professioneller Hersteller von LED-Anzeigen

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