Het apparaat en het werkingsprincipe van de LED
Bij gloeilampen komt het licht van een warm-naar-witte wolfraamgloeidraad, in wezen van warmte. Als gloeiende kolen in een oven, verwarmd door het verwarmingseffect van een elektrische stroom, wanneer elektronen snel oscilleren en botsen met de knopen van het kristalrooster van een geleidend metaal, terwijl ze tegelijkertijd zichtbaar licht uitzenden, dat echter slechts minder vertegenwoordigt dan 15% van de totale verbruikte elektrische energie die de lamp van stroom voorziet...
LED's stralen, in tegenstelling tot gloeilampen, helemaal geen licht uit vanwege warmte, maar vanwege de eigenaardigheid van hun ontwerp, dat er vooral op gericht is ervoor te zorgen dat de huidige energie precies naar de emissie van licht gaat, bij een bepaalde golflengte. Hierdoor komt het rendement van de LED als lichtbron boven de 50% uit.
Hier stroomt de stroom over de pn-kruising, terwijl er in de overgang een recombinatie is van elektronen en gaten met emissie van fotonen (quanta) van zichtbaar licht van een bepaalde frequentie en dus van een bepaalde kleur.
Elke LED is in principe als volgt gerangschikt.Ten eerste is er, zoals hierboven vermeld, een elektron-gatovergang, die bestaat uit halfgeleiders van het p-type (de meeste stroomdragers zijn gaten) en halfgeleiders van het n-type die met elkaar in contact staan (meer de meeste stroomdragers zijn elektronen).
Wanneer stroom in voorwaartse richting door deze kruising wordt overgedragen, vindt er op het contactpunt van halfgeleiders van twee tegengestelde typen een ladingsovergang plaats (ladingsdragers springen tussen energieniveaus) van een gebied met één type geleidbaarheid naar een gebied met een ander type geleidbaarheid.
In dit geval combineren elektronen met hun negatieve lading met ionen van positief geladen gaten. Op dit moment worden fotonen van licht geboren, waarvan de frequentie evenredig is met het verschil in de energieniveaus van de atomen (de hoogte van de potentiaalbarrière) tussen de stoffen aan weerszijden van de overgang.
Structureel zijn LED's er in verschillende vormen. De eenvoudigste vorm is een lichaam van vijf millimeter - een lens. Dergelijke LED's zijn vaak te vinden als indicatie-LED's op verschillende huishoudelijke apparaten. Aan de bovenkant heeft de LED-behuizing de vorm van een lens. In het onderste deel van de behuizing is een parabolische reflector (reflector) gemonteerd.
Op de reflector zit een kristal dat licht uitzendt op het punt waar de stroom door de pn-overgang gaat. Van de kathode - naar de anode, van de reflector - in de richting van de dunne draad, bewegen de elektronen door de kubus - het kristal.
Dit halfgeleiderkristal is het belangrijkste element van de LED. Hier is het 0,3 bij 0,3 bij 0,25 mm groot. Het kristal is verbonden met de anode door een dunne draadbrug.Het polymeerlichaam is tegelijkertijd een transparante lens die het licht in een bepaalde richting focust, waardoor een beperkte divergentiehoek van de lichtbundel wordt verkregen.
Tegenwoordig zijn LED's er in alle kleuren van de regenboog, van ultraviolet en wit tot rood en infrarood. De meest voorkomende zijn rode, oranje, gele, groene, blauwe en witte LED-kleuren. En de kleur van de glitter wordt hier niet bepaald door de kleur van het hoesje!
De kleur hangt af van de golflengte van de fotonen die door de pn-overgang worden uitgezonden. De rode kleur van een rode LED heeft bijvoorbeeld een karakteristieke golflengte van 610 tot 760 nm. De golflengte is op zijn beurt afhankelijk van het materiaal dat is gebruikt bij de vervaardiging van een bepaald onderdeel halfgeleider voor deze LED Om dus een kleur van rood naar geel te krijgen, worden onzuiverheden van aluminium, indium, gallium en fosfor gebruikt.
Om kleuren van groen naar blauw te verkrijgen - stikstof, gallium, indium. Om een witte kleur te verkrijgen wordt aan het kristal een speciale fosfor toegevoegd, die met behulp van de blauwe kleur in wit verandert verschijnselen van fotoluminescentie.
Zie ook: Waarom moet de LED via een weerstand worden aangesloten?