Nur einige Prozent des Stromes, der in eine Glühbirne fließt, wird in sichtbares Licht umgewandelt. Etwas besser sieht es bei den LEDs aus. Hier liegt der Wirkungsgrad bei 10 Prozent. Bisher nahmen Wissenschaftler an, dass maximal 25 Prozent der Energie, die in ein LED fließt, in Licht umgewandelt werden kann und der Rest als Wärmeenergie verloren geht.
LEDs bestehen im allgemeinen aus Halbleitermaterialien. Fließt ein Strom durch das LED, so kombinieren negative und positive Ladungen, also Elektronen und sogenannte “Löcher”, und dabei entsteht Licht. Die beiden Ladungen besitzen einen Eigendrehimpuls und rotieren um ihre eigene Achse. Da Elektron und Loch gegensätzlich rotieren, gingen die Physiker davon aus, dass nur bei einer von vier Elektron-Loch-Vereinigungen tatsächlich Licht entsteht. Daraus ergibt sich der angenommene Maximalwert von 25 Prozent bei der Umwandlung von Energie in Licht.
Das Forscherteam verwendet LEDs aus 10 verschiedenen Kunststoffstücken, die bei sehr tiefen Temperaturen einem magnetischen Feld ausgesetzt wurden. Statt Strom benutzen die Wissenschaftler Laserlicht um die Elektron-Loch-Vereinigung herbeizuführen. Das Besondere ist nun, dass die Kunststoff-LEDs gleichzeitig mit Mikrowellen bombardiert werden. Zu ihrer großen Freude ließ sich mit diesem Verfahren die Lichtausbeute von rot und blau-violett leuchtenden LEDs deutlich erhöhen.
Als Erklärung führen die Wissenschaftler an, dass durch die Mikrowellen die Eigendrehimpulse der positiven und negativen Ladungen zufällig verteilt werden. Dadurch können die Ladungen schneller kombinieren und ermöglichen so, dass mehr Licht als ursprünglich angenommen ausgestrahlt wird.
Leider ist die Bestrahlung durch Mikrowellen teuer und unpraktisch. Deshalb wollen die Wissenschaftler in ihre Kunststoff-LEDs Eisen-Verbindungen einbringen. Diese sollten den gleichen Effekt wie die Mikrowellen haben, nämlich die Eigendrehimpulse der beiden Ladungen zufällig verteilen.
Schon heute werden grün- und rotleuchtende LEDs unter anderem in Haushaltsgeräten, als Bremsleuchten oder in Ampeln eingesetzt. Leider lässt die Entwicklung weißleuchtender LEDs noch auf sich warten, aber Vardeny ist überzeugt, dass diese in der Zukunft die Glühbirne ersetzten werden: “LEDs sind nicht nur effizienter, sondern halten auch länger. Statt eine Glühbirne zu Hause alle 1000 Stunden zu ersetzen, muss ein LED nur alle 100.000 Stunden ersetzt werden.” (Nature, Vol. 409, S. 494-497, 2001)
Katja Bammel
