De volledige vorm van LED is Light Emitting Diode. LED's zijn een speciaal type halfgeleiderdiodes die licht uitstralen als reactie op een potentiaalverschil dat over hun terminals wordt aangelegd, vandaar de naam light emitting diode. Net als een normale diode hebben LED's ook twee klemmen met polariteit, namelijk anode en kathode. Om een LED te verlichten wordt een potentiaalverschil of een spanning aangelegd over de anode- en kathodeaansluitingen.

Tegenwoordig worden LED's op grote schaal gebruikt voor het vervaardigen van zeer heldere, ultramoderne LED-lampen. Deze worden ook in de volksmond gebruikt voor het vervaardigen van decoratieve LED-lichtslingers en LED-indicatoren.

Korte geschiedenis

Ondanks het feit dat LED's tegenwoordig worden beschouwd als een product van de hightech halfgeleiderindustrie, werd hun verlichtende eigenschap aanvankelijk vele jaren geleden geïdentificeerd. De eerste persoon die het LED-lichteffect opmerkte, was een van Marconi's ingenieurs, H.J. Round, die ook bekend staat om verschillende uitvindingen van vacuümbuizen en radio's. Hij ontdekte dit toevallig in het jaar 1907 toen hij samen met Marconi onderzoek deed naar puntcontact-kristaldetectoren.

In 1907 was het tijdschrift Electrical World de eerste die over deze doorbraken berichtte. Het LED-concept bleef enkele jaren sluimeren totdat het in 1922 werd herontdekt door de Russische wetenschapper O.V. Losov.

Losov woonde in Leningrad, waar hij in de Tweede Wereldoorlog op tragische wijze om het leven kwam. Het is mogelijk dat de meeste van zijn ontwerpen in de oorlog verloren zijn gegaan. Hoewel hij tussen 1927 en 1942 in totaal vier patenten had aangevraagd, werd zijn onderzoek pas na zijn dood erkend.

Het LED-concept dook weer op in 1951, toen een groep wetenschappers onder leiding van K. Lehovec het effect begon te onderzoeken. Het onderzoek verliep met medewerking van andere organisaties en onderzoekers, waaronder W. Shockley (uitvinder van de transistor). Uiteindelijk onderging het LED-concept een aanzienlijke verfijning en werd het eind jaren zestig op de markt gebracht.

Welk halfgeleidermateriaal wordt gebruikt in een LED-junctie?

In wezen zijn light-emitting diodes een gespecialiseerde PN-overgang gemaakt met behulp van een samengestelde halfgeleider.

Silicium en germanium zijn de twee meest gebruikte halfgeleiders, maar aangezien dit slechts elementen zijn, kunnen er geen LED's van worden gemaakt.

Omgekeerd worden materialen zoals galliumarsenide, galliumfosfide en indiumfosfide die twee of meer elementen combineren vaak gebruikt om LED's te maken. Galliumarsenide heeft bijvoorbeeld een valentie van drie en arseen heeft een valentie van vijf, en daarom worden beide geclassificeerd als groep III-V-halfgeleiders.

Materialen die tot groep III-V behoren, kunnen ook worden gebruikt om andere samengestelde halfgeleiders te maken.

Wanneer een halfgeleiderovergang voorwaarts is voorgespannen, komen gaten van het P-type gebied en elektronen uit het N-type gebied de verbinding binnen en combineren, net zoals ze zouden doen in een normale diode.

De stroom gaat op deze manier door de kruising.

Daarbij komt energie vrij, waarvan een deel als fotonen (licht) wordt uitgestraald. Om te garanderen dat er zo min mogelijk fotonen (licht) door de structuur worden geabsorbeerd, wordt de P-zijde van de junctie, die in de meeste gevallen het grootste deel van het licht produceert, het dichtst bij het oppervlak van het apparaat geplaatst.

De junctie moet perfect worden geoptimaliseerd en de juiste materialen moeten worden gebruikt om zichtbaar licht te creëren. Het infrarode gebied van het spectrum is waar pure galliumarsenide zijn energie afgeeft.

Hoe LED's hun kleuren krijgen

Aluminium wordt in de halfgeleider geïntroduceerd om aluminium galliumarsenide te produceren, dat het LED-licht naar het heldere rode uiteinde van het spectrum (AIGaAs) verschuift.

Rood licht kan ook worden geproduceerd door fosfor toe te voegen.

“wat is het doel van een step-up transformator? ”

Voor andere LED-kleuren worden verschillende materialen gebruikt. Galliumfosfide straalt bijvoorbeeld groen licht uit, terwijl geel en oranje licht wordt geproduceerd door aluminium-indium-galliumfosfide. De meeste LED's zijn gemaakt van galliumhalfgeleiders.

LED's zijn vervaardigd met twee structuren

De oppervlakte-emitterende diode en de rand-emitterende diode, die te zien zijn in Fig. 1 A en B zijn respectievelijk de twee primaire architecturen die voor LED's worden gebruikt. De oppervlakte-emitterende diode is de meest populaire omdat deze licht over een grotere hoek produceert.

Na fabricage moet de LED-structuur zo worden ingesloten dat deze veilig kan worden gebruikt zonder schade aan de LED.

De meeste kleine LED-indicatoren zijn ingekapseld in een epoxylijm met een brekingsindex die ergens tussen die van de halfgeleider en die van de omringende lucht ligt (zie figuur 2 hieronder). De diode is dus perfect beveiligd en het licht wordt op de meest effectieve manier naar de buitenwereld overgebracht.

LED Forward Voltage (VF) Specificatie:

Aangezien LED's stroomgevoelige apparaten zijn, mag de aangelegde spanning nooit de minimale voorwaartse spanningsspecificatie van de LED overschrijden. De voorwaartse spanningsspecificatie van een LED (VF) is gewoon het optimale spanningsniveau dat kan worden gebruikt om de LED veilig en helder te verlichten. Als de stroom de voorwaartse spanningsspecificatie van de LED overschrijdt, zal de LED branden en permanent beschadigd raken.

In het geval dat de voedingsspanning hoger is dan de voorwaartse spanning van de LED, wordt een berekende weerstand in serie met de voeding gebruikt om de stroom naar de LED te beperken. Dit zorgt ervoor dat de LED veilig kan oplichten met optimale helderheid.

“hoe een spanningsregelaar te bedraden? ”

De voorwaartse spanningswaarde van de meeste LED's is tegenwoordig ongeveer 3,3 V. Of het nu een rode, een groene of een gele LED is, ze kunnen allemaal worden verlicht door 3,3 V aan te leggen over hun anode- en kathode-aansluitingen.

De voedingsspanning naar de LED moet gelijkstroom zijn. Een AC kan ook worden gebruikt, maar dan moet de LED een gelijkrichtdiode hebben. Dit zorgt ervoor dat de verandering van polariteit van de AC-spanning geen schade aan de LED veroorzaakt.

Stroombegrenzing

LED's hebben, net als normale diodes, geen inherente stroombegrenzing. Als gevolg hiervan, als het rechtstreeks op een batterij wordt aangesloten, zal het worden verbrand.

Als de voedings-DC ongeveer 3,3 V is, heeft de LED geen beperkende weerstand nodig. Als de voedingsspanning echter hoger is dan 3,3 V, is een weerstand nodig in serie met de LED-klem.

De weerstand kan in serie worden geschakeld met de anode-aansluiting van de LED, of met de kathode-aansluiting van de LED.

Om schade te voorkomen, moet een weerstand op het circuit worden aangesloten om de stroom te regelen. Normale indicator-LED's hebben een maximale stroomspecificatie van ongeveer 20 mA; als de stroom daaronder wordt begrensd, zal de lichtopbrengst van de LED proportioneel afnemen.

Zoals geïllustreerd in figuur 3 hierboven, moet mogelijk rekening worden gehouden met de spanning over de LED zelf bij het schatten van de hoeveelheid verbruikte stroom. Want als de spanning stijgt, neemt ook het stroomverbruik evenredig toe.

De formule voor het berekenen van de beperkende weerstand is als volgt:

R = V - LED FWD V / LED-stroom