Neue Technologien bei der LED-Herstellung verheißen eine schöne neue Welt der Beleuchtung. Ist die Zeit gekommen die Lampen zuhause durch LEDs zu ersetzen?

Zuerst war ich begeistert. Mein Bruder, ein Mann mit Stil und stabilen Finanzen, hat eine Wohnung im Grünen bezogen. Niedrigenergie-Neubau mit Solar-Wärmeanlage auf dem Dach, Blick aufs Wiener Becken… bis zum Leithagebrige sieht man von der Terrasse. Wirklich schön. Bei so einer stilechten, energieeffizienten neuen Behausung müssen auch die Leuchtkörper ins Bild passen, sprachs und mein Bruderherz schaffte LED-Lichter an. In der Küche, an der Unterseite der Küchenkästen montiert strahlen winzige LED-Leisten auf der vollen Länge auf die Arbeitsfläche. Auch das Schlafzimmer ist LED-beleuchtet. Passiv, von unter dem Bett. An allen drei freistehenden Seiten. Ro-man-tisch, muss man schon sagen. Da fällt mir, der selbst bloß eine Energiesparlampe, die in einem billigen Papierkiugel-Lampenschrim von der Decke baumelt kein Stein aus der Krone.

Wir tragen also die letzten Umzugaskartons aus dem Auto in die Wohnung, nehmen uns ein Bier (wer arbeitet schon gern auf einer trockenen Baustelle), setzen uns auf die Terrasse und langsam wird es dunkel. Als ich hineingehe um eine zweite Flasche Bio-Zwickel zu holen habe ich quasi einen Moment der Erleuchtung. Die nagelneue, weiße Arbeitsfläche glänzt bläulich im Dämmerlicht, mein Bruder, der in der Zwischenzeit hereingekommen ist sieht blass aus im Gesicht, blaustichig als wäre es nicht er der, vor mit steht, sondern eine alte Polaroidfotografie.

Das Problem mit dem Tageslicht

Mein Bruder ist aber kerngesund und hat sich auch nicht spontan in einen Sofofortbild-Schnappschuss seiner selbst verwandelt. Auch meine Arme und Hände haben die selbe blaue Blässe. Es muss wohl an den LEDs liegen, deren Licht an der blankpolierten unbekochten Arbeitsfläche reflektiert. Wir schalten schnell das große Licht ein und fühlen und wohler, gesünder. Es ist das gute alte Problem mit LED-Lichtern, das auch bei neuen, sauteuren Panelen nicht gelöst ist: die Schwierigkeit mit LEDs ein dem Tageslicht ähnliches Spektrum zu erzeugen. Denn in LEDs steckt Halbleitertechnologie. Fließt Strom durch winzige Schichten Halbmetall entsteht ein elektrisches Feld, das – je nachdem welches Halbmetall verwendet wird – Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge abgibt. Unser Auge ist allerdings an Tageslicht gewöhnt. Eine komplizierte Mischung aus Lichtfarben die von etwa 400 bis 700 Nanometer Wellenlänge reichen. Unser Gehrin nimmt bereits die kleinsten Abweichungen wahr.

Um ein tageslichtähnliches Spektrum zu erzeugen, müssen in einem LED Panel verschiedene LEDs aus verschiedenen Halbmetelallen verbaut werden um die richtige Mischung zu erreichen. Der Grün- und Blauanteil ist dabei besonders tricky, denn er basiert auf Galliumnitrat (Ga(NO₃)₃) Dioden. Man kann sich eine Leuchtdiode wie ein winziges elektronisches Sandwich vorstellen. Eine Halbleiterschicht steckt zwischen zwei Elektroden. Legt man eine Spannung an, so bewegen sich die halbleiter-typischen Elektronenlöcher und Elektronen aufeinander zu. Wenn die beiden Antagonisten in der Mitte des Sandwich aufeinandertreffen, wird Licht abgegeben. Dieser „Photoelektrische Effekt“ funktioniert ähnlich wie im Chip einer Digitalkamera. Nur eben umgekehrt. Die Wellenlänge und damit die Farbe des Lichts hängt dabei von Muster und Gitterabständen im Halbleiter-Kristall ab.

LED-droop

Genau darin liegt das Problem mit dem Galliumnitrat: erhöht man die Spannung, zum Beispiel um eine ganze Küche auszuleuchten, so entwickelt der Galliumnitratkristall ein eigenes elektrisches Feld, das – der/die LeserIn hat es wahrscheinlich schon erraten – Elektronen- und Löcher voneinander trennt. Die Blau- und Grünanteile im LED-Licht sind verdammt ineffizient, das Lichtspektrum gerät aus dem Gleichgewicht und der oben beschriebene Polraoid-Effekt tritt auf. Die Wissenschft spricht vom „LED-droop“.

Neue Kristalle

Wissenschaftler aus Kalifornien haben sich nun des Problems angenommen. Es ist ein Fall für Chemiker, denn eine effiziente Galliumnitratschicht steht und fällt mit der Kristallstruktur. Statt den Halbleiterkristall auf einem Untergrund aus Silizium oder Saphir zu züchten – dabei ordnen sich die Moleküle so gleichmäßig an, dass der LED-droop maximiert wird – haben die Forscher nun eine neue Methode gefunden, die denkbar simpel klingt: sie zückten Galliumnitrat auf einem Sockel aus Galliumnitrat.

Die Forscher aus Kalifornien glauben mit dieser neuen Technologie zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen zu können. Nicht nur dem Tageslicht ähnlicher, sondern gleichzeitig viel billiger sollen die neuen Galliumnitratkristalle das LED-Licht machen. Umweltschonender wird die Leucht-Industrie durch die neuen LEDs aber nicht unbedingt. Gallium, das als Rohstoff immer wichtiger wird, wird als Nebenprodukt bei der Aluminiumherstellung gewonnen. Und das macht Schmutz, verschlingt Energie in unvorstellbaren Mengen und kostet riesigen Flächen Regenwald das Leben.

Wartet noch…

Das ganze Haus mit LEDs ausstatten, dabei jede Menge Geld für eine Technologie ausgeben, die sich bald grundlegend ändern wird? Wartet noch damit! Obwohl es schon jetzt LED-Spots für unter zehn Euro das Stück zu Kaufen gibt, ist es noch nicht an der Zeit im ganzen Haus auf Dioden-Beleuchtungskörper umzustellen. Wer Spotleuchten zu Hause hat kann ja die Probe aufs Exempel wagen. Eins ist allerdings klar: der gute alte Wolframdraht hat aus den gleichen Gründen ausgedient. Ebenso energieverschlingend, ebenso ungesund und mit deutlich geringerer Lebensdauer hat die Glühbirne jedenfalls ausgedient.