Hoe produceren LED's licht?
LED's, of Light Emitting Diodes, zijn een zeer populair type lichtbron geworden vanwege hun energiezuinigheid, lange levensduur en heldere lichtoutput. Maar hoe produceren LED's eigenlijk licht? In deze blog zullen we de basisprincipes van het functioneren van LED's bespreken en hoe ze licht genereren.
Om te beginnen moeten we begrijpen dat LED's een halfgeleiderapparaat zijn. Dit betekent dat ze zijn gemaakt van materialen die elektriciteit kunnen geleiden, maar niet zo goed als metalen. De twee meest gebruikte halfgeleidermaterialen in LED's zijn galliumnitride (GaN) en galliumfosfide (GaP).
Wanneer er elektrische stroom door een LED wordt gevoerd, wordt deze door de halfgeleider gestuurd. Dit veroorzaakt een proces dat bekend staat als "injectie van elektronen". Hierbij worden elektronen in het halfgeleidermateriaal geïnjecteerd en ontmoeten ze gaten (gebieden waar er geen elektronen zijn). Wanneer een elektron een gat ontmoet, valt het naar een lager energieniveau en zendt het een foton (lichtdeeltje) uit. Dit proces staat bekend als "recombinatie van elektronen" en is verantwoordelijk voor het produceren van licht in LED's.
Om ervoor te zorgen dat de LED het juiste type licht produceert, wordt het halfgeleidermateriaal gemengd met verschillende soorten onzuiverheden, bekend als "dopants". Deze dopants helpen de eigenschappen van het materiaal te veranderen en het juiste type licht te produceren.
De kleur van het licht dat een LED produceert, wordt bepaald door de bandgap-energie van het halfgeleidermateriaal. De bandgap-energie is het energieverschil tussen de geleidingsband (waarin elektronen vrij kunnen bewegen) en de valentieband (waarin elektronen "vastzitten" en niet vrij kunnen bewegen). Hoe groter de bandgap-energie, hoe korter de golflengte van het uitgezonden licht en hoe blauwer het lijkt. LED's met een lagere bandgap-energie produceren langere golflengten en worden gepercipieerd als rood of oranje.
Naast de juiste dopants is ook de structuur van de LED belangrijk om het juiste type licht te produceren. LED's worden meestal gemaakt als kleine chips die zijn omgeven door een reflecterende laag. Dit helpt het licht te weerkaatsen en te focussen. Bovendien kunnen meerdere LED's worden gecombineerd om een helderdere lichtbron te produceren.
In conclusie produceren LED's licht door elektrische stroom door een halfgeleidermateriaal te voeren dat is gemengd met de juiste dopants. Hierdoor worden elektronen geïnjecteerd en ontmoeten ze gaten, waardoor fotonen worden uitgezonden. De kleur van het licht wordt bepaald door de bandgap-energie van het halfgeleidermateriaal en de structuur van de LED helpt bij het focussen en weerkaatsen van het licht. Door deze eigenschappen hebben LED's zich bewezen als een energiezuinige, duurzame en effectieve manier om licht te produceren voor een breed scala aan toepassingen, waaronder verlichting, beeldschermen en signaalindicatoren.