Wat is LED?
Wat is LED?
LED-definitie
Een Light Emitting Diode (LED) is een halfgeleiderapparaat dat licht uitstraalt wanneer er elektrische stroom doorheen loopt.Oudere LED-technologieën maakten gebruik van galliumarsenidefosfide (GaAsP), galliumfosfide (GaP) en aluminiumgalliumarsenide (AlGaAs).LEDs produceren zichtbaar licht door het elektroluminescentie-effect, dat optreedt wanneer directe stroom door een gedopeerde kristal met een PN-junctie gaat.
Doping betekent het toevoegen van elementen uit de kolommen III en V van het periodiek systeem. Wanneer geënergieerd door een voorwaartse vooringespannen stroom (IF), straalt de p-n-junctie licht uit op een golflengte die bepaald wordt door de energiegap in de actieve zone (Eg).
Werking van een Light Emitting Diode (LED)
Wanneer de voorwaartse vooringespannen stroom IF wordt toegepast via de p-n-junctie van de diode, worden minderheidscarrier-elektronen ingebracht in de p-zone en corresponderende minderheidscarrier-elektronen in de n-zone. Fotonuitstoot vindt plaats door electron-gat recombinatie in de p-zone.
Elektronenergieovergangen over de energiegap, ook wel radiatieve recombinaties genoemd, produceren fotonen (d.w.z. licht), terwijl shunt-energieovergangen, ook wel niet-radiatieve recombinaties genoemd, fononen produceren (d.w.z. warmte). De lichtopwekkingskrachten van typische AlInGaP LEDs en InGaN LEDs voor verschillende piekgolflengtes staan in de onderstaande tabel vermeld.
De efficiëntie van een LED wordt beïnvloed door het licht dat aan de junctie wordt geproduceerd en verliezen door herabsorptie als het licht het kristal verlaat. Vanwege de hoge refractie-index van de meeste halfgeleiders, wordt veel van het licht teruggekaatst in het kristal, waardoor de intensiteit afneemt voordat het kan ontsnappen. De efficiëntie uitgedrukt in termen van deze uiteindelijke meetbare zichtbare energie wordt externe efficiëntie genoemd.
Het fenomeen van elektroluminescentie werd in 1923 waargenomen in natuurlijk voorkomende junctions, maar was op dat moment onpraktisch vanwege de lage lichtopwekkingskracht bij het omzetten van elektrische energie in licht. Tegenwoordig is de efficiëntie aanzienlijk toegenomen en worden LEDs niet alleen gebruikt in signalen, indicatoren, tekens en displays, maar ook in binnenshuisverlichting en wegverlichting.
Kleur van een LED
De kleur van een LED-apparaat wordt uitgedrukt in termen van de dominante uitgestraalde golflengte, λd (in nm). AlInGaP LEDs produceren de kleuren rood (626 tot 630 nm), rood-oranje (615 tot 621 nm), oranje (605 nm) en amber (590 tot 592 nm). InGaN LEDs produceren de kleuren groen (525 nm), blauwgroen (498 tot 505 nm) en blauw (470 nm). De kleur en de voorwaartse spanning van AlInGaP LEDs hangen af van de temperatuur van de LED p-n-junctie.
Naarmate de temperatuur van de LED p-n-junctie stijgt, neemt de lichtsterkte af, verschuift de dominante golflengte naar langere golflengtes en daalt de voorwaartse spanning. De variatie in lichtsterkte van InGaN LEDs met de werkomgevingstemperatuur is klein (ongeveer 10%) van − 20°C tot 80°C. Echter, de dominante golflengte van InGaN LEDs varieert wel met de LED-aandrijfsstroom; naarmate de LED-aandrijfsstroom toeneemt, verschuift de dominante golflengte naar kortere golflengtes.
Als je gekleurde LEDs zoekt voor een elektronica-project, bevatten de beste Arduino startersets een verscheidenheid aan gekleurde LEDs.
Dimmen
LEDs kunnen worden gedimd om 10% van hun nominale lichtopbrengst te geven door de aandrijfsstroom te verminderen. LEDs worden doorgaans gedimd met behulp van Pulse Width Modulation-technieken.
Betrouwbaarheid
De maximale junctietemperatuur (TJMAX) is cruciaal voor de levensduur van een LED. Het overschrijden van deze temperatuur schaadt doorgaans het geëncapsuleerde apparaat. De levensduur van een LED wordt gemeten aan de hand van Mean Time Between Failures (MTBF), berekend door talrijke LEDs te testen bij een standaardstroom en -temperatuur totdat de helft faalt.
Witte LEDs
Witte LEDs worden nu gemaakt met twee methoden: In de eerste methode worden rode, groene en blauwe LED-chips gecombineerd in dezelfde verpakking om wit licht te produceren; In de tweede methode wordt fosforescentie gebruikt. Fluorescentie in de fosfor die is ingekapseld in de epoxy rond de LED-chip wordt geactiveerd door de korte golflengte-energie van het InGaN LED-apparaat.
Lichtopwekkingskracht
De lichtopwekkingskracht van een LED wordt gedefinieerd als de uitgestraalde lichtstroom (in lm) per eenheid elektrische energie die wordt verbruikt (in W). Blauwe LEDs hebben een gerateerde interne efficiëntie van ongeveer 75 lm/W; rode LEDs, ongeveer 155 lm/W; en amber LEDs, 500 lm/W. Rekening houdende met verliezen door interne herabsorptie, ligt de lichtopwekkingskracht in de orde van 20 tot 25 lm/W voor amber en groene LEDs. Deze definitie van efficiëntie wordt externe efficiëntie genoemd en is analoog aan de definitie van efficiëntie die doorgaans wordt gebruikt voor andere soorten lichtbronnen.
