artikel

Hoe werkt een led?

verlichting

De ontwikkeling van ledverlichting is enorm snel gegaan. Maar wat is eigenlijk de werking van leds?

Hoe werkt een led?

Door Rienk Visser

De halfgeleidersoorten die voor leds gebruikt worden hebben een doorzichtige kristalstructuur. Elke normale diode, waaronder ook een led, bestaat uit twee lagen van hetzelfde soort halfgeleidermateriaal: het zogenaamde p-type en n-type. Zo’n halfgeleider-‘sandwichlaag’ wordt chip genoemd.

Impurities

De twee typen ontstaan door aan het oorspronkelijke materiaal heel kleine hoeveelheden van andere elementen (‘impurities’) toe te voegen. Dit proces wordt ‘doping’ genoemd. Door de toevoegingen ontstaat in het materiaal of een overmaat aan negatief geladen elektronen (n-type) of een gebrek aan elektronen, ook wel ‘positief geladen gaten’ genoemd (p-type).

Recombinatie

Als er een spanningsverschil wordt aangelegd over de n-p-halfgeleiderlaag worden de negatief geladen elektronen en de positief geladen gaten naar het raakvlak (‘junction’) geduwd. Op het raakvlak doneren n-type-atomen hun overmatige elektronen aan de atomen van het p-type die een elektrontekort hebben (‘de gaten worden gevuld’). Dit proces wordt recombinatie genoemd. Tijdens de recombinatie verandert de energietoestand van het elektron van een hoog niveau naar een lager niveau en het verschil in energie wordt uitgezonden als straling.

Ontlading

Alhoewel de uitdrukking zelden wordt gebruikt, kan in feite worden gesproken van een ontlading op de grenslaag van het halfgeleidermateriaal: een ontlading in een vaste stof als contrast met een ontlading in een gas. De golflengte van de opgewekte straling is afhankelijk van het verschil in energieniveau van het p- en n-materiaal, dat op zijn beurt afhankelijk is van het gebruikte halfgeleidermateriaal. Het resulterende spectrum is altijd een nauwe golflengteband (quasi-monochromatisch) en het licht heeft dus, afhankelijk van het gebruikte materiaal, een bepaalde spectrale kleur.

Licht emitteren

Niet elke recombinatie is succesvol in het emitteren van licht. Sommige recombinaties warmen het vaste halfgeleidermateriaal alleen maar op. Een belangrijk punt van onderzoek betreft dan ook het verhogen van het percentage van succesvolle recombinaties. Een ander punt van onderzoek betreft het verminderen van absorptie van het opgewekte licht in het vaste stofmateriaal (verhogen van het lichtextractiepercentage).

Reageer op dit artikel