LED Verlichting

Hoe werkt LED Verlichting?

LED verlichting is tegenwoordig niet meer weg te denken, maar dat wist je waarschijnlijk al. Maar heb je enig idee hoe deze kleine diodes werken? Wij trokken onze labjas aan, onderzochten de anatomie van een LED en goten alles in deze overzichtelijke en zelfs bewegende infographic.

De onderdelen van een LED

Een LED is relatief eenvoudig opgebouwd. In de eerste plaats is er een anode en een cathode, die elektriciteit via een metalen verbinding naar de diode brengen. Rond deze diode zit een reflector om het licht in de juiste richting te sturen. Tenslotte wordt alles omgeven door een beschermende epoxy lens.

Het belangrijkste onderdeel is ongetwijfeld de diode – het deel van de LED dat licht produceert. Dit licht ontstaat door de beweging van elektronen. Dit noemen we een ‘koud proces’, omdat er heel weinig hitte vrijkomt (in tegenstelling tot een klassieke lamp waar men met een gloeidraad werkt). Dankzij deze koele verlichtingstechniek kan men LED-lampjes erg klein maken.

De LED-diode

De diode van een LED-lamp bestaat uit een combinatie van verschillende materialen, meestal aluminium, gallium en arsenide. In hun pure vorm hebben deze materialen geen vrije atomen (die nodig zijn om licht te genereren), omdat alle atomen zich perfect aan hun buren binden. Daarom worden onzuiverheden toegevoegd. Deze techniek wordt ook wel dotering of doping genoemd.

Dit gedoteerde materiaal vormt een halfgeleider (semiconductor). Afhankelijk van het soort dotering kan deze halfgeleider twee vormen aannemen:

  • N-Type materiaal: dit is een halfgeleider met extra elektronen. Dit materiaal wordt N-Type genoemd omdat het extra negatief geladen deeltjes heeft.
  • P-Type materiaal: dit is een halfgeleider met extra positief geladen partikels, die ook wel ‘holes’ genoemd worden.

De diode van een LED bestaat uit een combinatie van N-Type en P-Type materialen. Door de interactie tussen beide materialen ontstaat er een ‘Depletion Zone’ en – indien er stroom wordt toegepast – licht.

De Depletion Zone

Wanneer de diode niet onder stroom staat, springen vrije elektronen van het N-Type materiaal naar de ‘holes’ van het P-Type materiaal op de scheidingslijn tussen de twee materialen. Hierdoor ontstaat een ‘Depletion Zone’. Dit is een strook die geen elektriciteit geleid. Om deze strook te verwijderen en licht te produceren, is er stroom nodig.

Wanneer de negatieve kant van een batterij wordt aangesloten op het N-Type materiaal en de positieve kant aan het P-Type materiaal, beginnen de negatieve elektronen en positieve ‘holes’ naar elkaar toe te bewegen. De Depletion Zone in het midden wordt dus kleiner en verdwijnt. De daaruit voortkomende interactie tussen beide elementen zorgt voor licht.

Hoe een LED licht geeft

Licht bestaat uit kleine partikels die energie maar geen massa hebben. Deze partikels noemt men fotonen. Fotonen komen vrij door de beweging van elektronen.

Wanneer we naar een atoom kijken, zien we dat deze elektronen rond de atoomkern draaien. De hoogte van de baan rond deze kern hangt af van het energieniveau van de elektron. Elektronen met een hoger energieniveau zijn verder verwijderd van de kern dan elektronen met een lager energieniveau.

Elektronen kunnen echter van baan wisselen. Wanneer een elektron naar een lagere baan gaat, verliest hij energie. Deze energie wordt omgezet in een foton – licht dus.

Dit gebeurt ook in een LED. Onder invloed van stroom bewegen de negatieve elektronen naar de positieve holes. Wanneer ze elkaar tegenkomen, vallen de vrije elektronen in de holes. Ze gaan dus naar een lagere baan, waardoor er energie vrijkomt in de vorm van fotonen. Dankzij de reflector rond de diode worden de fotonen gebundeld in een lichtstraal.

Het kleurenspectrum

De hoogte van deze val bepaalt het energieniveau van de foton. Wanneer deze afstand relatief klein is, ontstaat er bijvoorbeeld infraroodlicht. Dit licht is onzichtbaar voor het blote oog en wordt gebruikt in afstandsbedieningen. Is de afstand en het energieniveau hoger, dan krijgen we zichtbaar licht. Zoals je in bovenstaande infographic ziet, heeft blauw licht een hoger energieniveau dan rood licht. Wordt het energieniveau nog opgekrikt, dan krijgen we uiteindelijk gammastralen.

Op zoek naar LED verlichting?

Dan is er maar één adres: ledverlichtingszaak. Wij hebben een breed assortiment in LED verlichting. Denk hierbij aan LED verlichting voor particulieren- en zakelijk gebruik.