LED-lichtprincipe

LED (lichtgevende diode)is een halfgeleiderapparaat in vaste toestand dat elektrische energie kan omzetten in zichtbaar licht. Het kan elektriciteit direct omzetten in licht. Het hart van de LED is een halfgeleiderchip. Het ene uiteinde van de chip is bevestigd aan een beugel, het ene uiteinde is de negatieve elektrode en het andere uiteinde is verbonden met de positieve elektrode van de voeding, zodat de hele chip is ingekapseld in epoxyhars.

De halfgeleiderwafel bestaat uit twee delen. Het ene deel is een halfgeleider van het P-type, waarin gaten domineren, en het andere uiteinde is een halfgeleider van het N-type, waar voornamelijk elektronen aanwezig zijn. Maar wanneer deze twee halfgeleiders met elkaar worden verbonden, wordt er een P-N-overgang tussen gevormd. Wanneer er stroom door de draad op de wafer inwerkt, worden de elektronen naar het P-gebied geduwd, waar de elektronen opnieuw zullen combineren met gaten, en dan zal energie worden uitgezonden in de vorm van fotonen. Dit is het principe van LED-lichtuitstraling. De golflengte van licht, dat wil zeggen de kleur van licht, wordt bepaald door het materiaal dat de P-N-overgang vormt.

LED kan direct rood, geel, blauw, groen, cyaan, oranje, paars en wit licht uitstralen.

Aanvankelijk werden LED's gebruikt als indicatielichtbronnen voor instrumenten. Later werden LED's met verschillende lichtkleuren op grote schaal gebruikt in verkeerslichten en grote beeldschermen, wat goede economische en sociale voordelen opleverde. Neem als voorbeeld een rood verkeerslicht van 12 inch. In de Verenigde Staten wordt als lichtbron een gloeilamp van 140 watt met een visuele efficiëntie bij weinig licht gebruikt als lichtbron, die 2000 lumen aan wit licht produceert. Nadat het door het rode filter is gegaan, gaat 90% van het licht verloren, waardoor er slechts 200 lumen aan rood licht overblijft. In de nieuw ontworpen lamp maakt Lumileds gebruik van 18 rode LED-lichtbronnen, die in totaal 14 watt aan vermogen verbruiken, inclusief circuitverliezen, om hetzelfde lichteffect te produceren. Signaallampen voor auto's zijn ook een belangrijk gebied voor toepassingen met LED-lichtbronnen.

Voor algemene verlichting hebben mensen witte lichtbronnen nodig. In 1998 werd met succes de witlichtgevende LED ontwikkeld. Dit soort LED's wordt gemaakt door GaN-chips en yttriumaluminiumgranaat (YAG) te verpakken. De GaN-chip zendt blauw licht uit (λp=465nm, Wd=30nm), en de YAG-fosfor die Ce3+ bevat, gemaakt door sinteren bij hoge temperatuur, zendt geel licht uit na te zijn geëxciteerd door het blauwe licht, met een piekwaarde van 550nLED-lamp m. Het blauwe LED-substraat wordt geïnstalleerd in een komvormige reflecterende holte en bedekt met een dunne laag hars gemengd met YAG, ongeveer 200-500 nm. Een deel van het blauwe licht dat door het LED-substraat wordt uitgezonden, wordt geabsorbeerd door de fosfor, en het andere deel van het blauwe licht wordt gemengd met het gele licht dat door de fosfor wordt uitgezonden om wit licht te verkrijgen.

Voor witte LED's van InGaN/YAG kan, door de chemische samenstelling van de YAG-fosfor te veranderen en de dikte van de fosforlaag aan te passen, wit licht van verschillende kleuren met een kleurtemperatuur van 3500-10.000 K worden verkregen. Deze methode voor het verkrijgen van wit licht via blauwe LED heeft een eenvoudige structuur, lage kosten en een hoge technologische volwassenheid, en wordt daarom het meest gebruikt.