Der Aufbau einer LED-Lampe: Bauteile, Chip, Treiber & Kühlkörper

Eine LED-Lampe sieht aus wie eine Glühbirne, funktioniert innen aber völlig anders. Statt einen Draht zum Glühen zu bringen, erzeugt ein Halbleiter direkt Licht — und drumherum sitzt ein wenig Elektronik, die dafür sorgt, dass das zuverlässig und lange funktioniert. Dieser Ratgeber zeigt, welche Bauteile eine LED-Lampe hat, wie aus Strom Licht wird und worauf es für eine lange Lebensdauer ankommt.

Wie ist eine LED-Lampe aufgebaut?

Eine handelsübliche LED-Lampe — etwa eine LED-Glühbirne für die normale Fassung — vereint mehrere Bauteile in einem Gehäuse. Auf einer Platine sitzen ein oder mehrere LED-Chips, dahinter steckt die Elektronik (der Treiber), und das Ganze ist mit einem Kühlkörper und einem Sockel verbunden. Die wichtigsten Komponenten und ihre Aufgabe:

Bei den Chips selbst unterscheidet man vor allem zwei Bauformen. SMD (Surface Mounted Device) bedeutet, dass einzelne LED-Chips als kleine Bauteile auf die Platine gelötet werden — flexibel einsetzbar, von der Lampe bis zum LED-Streifen. Bei COB (Chip on Board) sitzen viele Chips dicht beieinander als ein gemeinsames Modul auf einem Träger. Das ergibt eine kompakte, leuchtstarke Fläche mit homogenerem Licht und hoher Packungsdichte, wie man sie oft in Spots und Strahlern findet.

Anders als die alte Glühbirne, die einfach an die Fassung kommt, braucht die LED also etwas Elektronik. Genau dieser Treiber ist auch der Grund, warum man eine LED nicht ohne Weiteres an jeden Dimmer hängen kann — mehr dazu im Ratgeber Dimmer für LED & Leuchtmittel.

Wie funktioniert eine LED? So entsteht das Licht im Halbleiter-Chip

Wie funktioniert eine LED im Kern? Sie macht Licht direkt im Halbleiter, ohne den Umweg über einen glühenden Draht. LED steht für „Light Emitting Diode", also lichtemittierende Diode. Der Chip besteht aus zwei Halbleiterschichten — einer negativ und einer positiv dotierten — die zusammen einen p-n-Übergang bilden. Legt man Spannung an, wandern Elektronen über diesen Übergang und verbinden sich mit den „Löchern" der Gegenseite. Bei dieser Rekombination wird Energie frei — und zwar direkt als Licht. Diesen Vorgang nennt man Elektrolumineszenz.

Welche Farbe dabei entsteht, hängt vom Halbleitermaterial ab: Es bestimmt, wie viel Energie pro Lichtteilchen frei wird und damit die Wellenlänge. Blaue LEDs nutzen zum Beispiel Indium-Gallium-Nitrid, rote LEDs ein Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid. Weil bei der LED kaum Energie als Wärmestrahlung verloren geht (anders als beim Glühdraht), ist sie so effizient.

Weißes oder farbiges Licht — die Rolle der Phosphorschicht häufige Frage

Ein einzelner LED-Chip leuchtet immer in einer Farbe. Für weißes Licht gibt es zwei Wege:

• Phosphor-konvertierte LED (Standard): Ein blauer Chip ist mit einer Leuchtstoff-/Phosphorschicht überzogen. Sie wandelt einen Teil des blauen Lichts in Gelb- und Rottöne um; zusammen ergibt das für das Auge Weiß.
• RGB-LED: Drei Chips in Rot, Grün und Blau werden gemischt. So lassen sich auch Farben und Farbwechsel erzeugen.

Die Zusammensetzung der Phosphorschicht beeinflusst die Lichtfarbe (warm- bis kaltweiß) und die Farbwiedergabe. Wie warm- und kaltweiß zustande kommen, erklärt der Ratgeber Lichtfarbe & Farbtemperatur; was die Farbwiedergabe (CRI) bedeutet, steht im Ratgeber Farbwiedergabeindex (CRI). Farbige LEDs für Signal- oder Dekolicht kommen dagegen ohne Phosphorschicht aus — ihr Chip emittiert die Farbe direkt.

Linse & Abstrahlwinkel

Über dem Chip sitzt eine Optik oder Linse. Sie schützt nicht nur den Chip, sondern formt auch das Licht: Eine enge Optik bündelt es zu einem Spot, eine breite streut es in den Raum. Daraus ergibt sich der Abstrahlwinkel — von eng (Akzentlicht) bis weit (Raumlicht). Welcher Winkel sich wofür eignet, zeigt der Ratgeber Den richtigen Abstrahlwinkel wählen.

Warum die Wärme entscheidet: Kühlkörper & Lebensdauer

LEDs erzeugen viel weniger Wärme als Glühlampen — aber die Wärme, die entsteht, sammelt sich direkt am Chip. Und genau die ist der wichtigste Faktor für die Lebensdauer: Je heißer der Chip läuft, desto schneller lässt seine Helligkeit nach. Deshalb hat jede gute LED-Lampe einen Kühlkörper, der die Wärme abführt.

Die Lebensdauer wird nicht als „kaputt/nicht kaputt" angegeben, sondern als L70 oder L80: die Betriebsstunden, nach denen die Lampe noch 70 bzw. 80 Prozent ihrer ursprünglichen Helligkeit hat. Gute LED-Lampen erreichen so oft Werte von mehreren zehntausend Stunden. Damit es so lange hält, gilt:

• Wärme nicht stauen: LED-Lampen brauchen Luft. In komplett geschlossenen Leuchten nur Modelle verwenden, die dafür ausdrücklich freigegeben sind.
• Passenden Treiber/Strom: Über- oder Unterstrom verkürzt die Lebensdauer — die Elektronik der Lampe regelt das im Normalfall selbst.
• Feuchtigkeit beachten: Für Feuchträume eine Lampe mit passender Schutzart wählen (siehe IP-Schutzart).

Wie effizient eine LED arbeitet, gibt die Lichtausbeute in Lumen pro Watt (lm/W) an. Moderne LED-Lampen liegen je nach Modell grob zwischen 80 und über 200 lm/W; je höher der Wert, desto mehr Licht pro Watt. Was Lumen genau bedeuten, steht im Ratgeber Lumen & Lux.

Rohstoffe & Recycling

In einer LED-Lampe stecken verwertbare Materialien: Halbleiter (z. B. Gallium-Verbindungen), kleine Mengen seltener Erden in der Leuchtstoffschicht sowie Metalle wie Kupfer in Platine und Kontakten. Damit diese Rohstoffe nicht verloren gehen, gehört eine ausgediente LED-Lampe nicht in den Hausmüll, sondern als Elektroschrott in die getrennte Sammlung — über Wertstoffhof oder die Rücknahme im Handel. Das gilt auch dann, wenn die LED kein Quecksilber enthält. Einzelheiten dazu im Ratgeber Leuchtmittel richtig entsorgen.

Welche Vorteile bringt der LED-Aufbau?

Aus diesem Aufbau ergeben sich die bekannten Stärken: hohe Effizienz, lange Lebensdauer, wenig Wärme, sofortige Helligkeit ohne Aufwärmen und Unempfindlichkeit gegen häufiges Schalten. Eine ausführliche Gegenüberstellung mit Glüh- und Energiesparlampe — inklusive Stromkosten — finden Sie im Ratgeber Vorteile von LED-Lampen.