De werking van een LED-lamp

In steeds meer woningen vinden we LED-verlichting terug. Misschien ben je zelf ook al overgeschakeld naar spots, hanglampen, staanlampen en tafellampen met LED-technologie. Maar ook auto's, verkeerslichten, straatlampen, smartphones en duizenden andere producten maken gebruik van LED-lampen. Maar hoe werken deze LEDs nu juist? Wat is de technologie erachter en hoe wordt de lichtkleur bepaald? Voor al deze vragen is er een passend antwoord.

De onderdelen van een LED-lamp

Een LED-lampje bestaat uit tientallen onderdelen. De epoxy lens is het grootste en meest opvallende onderdeel. Deze lens beschermt de innerlijke onderdelen van de LED. Het belangrijkste onderdeel binnenin de LED-lamp is ongetwijfeld de diode. Deze diode is een halfgeleider die bestaat uit een combinatie van diverse materialen, waaronder aluminium, gallium en arsenide. Andere combinaties kunnen mogelijk zijn.

Via een speciale productietechniek wordt deze diode in twee zones verdeeld: namelijk een N-type materiaal en een P-type materiaal. Deze eerste bevat extra negatief geladen elektronen (vandaar de letter N), terwijl het P-type materiaal extra positief geladen deeltjes heeft (vandaar de letter P).

Een positieve en negatieve zijde

Een diode heeft dus zowel een positieve als een negatieve zijde. Tussenin bevindt zich een 'depletion zone', een zone die geen elektriciteit geleidt. Deze zone ontstaat automatisch tijdens het productieproces. Deze zone speelt een belangrijke rol bij de productie van licht. Voor licht is er natuurlijk energie nodig (denk bijvoorbeeld aan de was van een kaars of olie in een olielamp). Bij een LED-lamp komt deze energie in de vorm van elektriciteit.

Wanneer de negatieve kant van een batterij wordt aangesloten aan het N-type materiaal en de positieve kant van een batterij aan het P-type materiaal, gebeurt er iets speciaals. De extra elektronen van elke zijde beweging zich naar elkaar toe. De negatieve elektronen zoeken dus positieve elektronen op. De depletion zone wordt kleiner en zal uiteindelijk verdwijnen. Wanneer deze verdwijnt, ontstaat er een reactie tussen de positieve en negatieve elektronen. Met deze reactie wordt er licht geproduceerd.

Licht via de vrije elektronen

Je vraagt jezelf waarschijnlijk af hoe deze eenvoudige elektronen licht kunnen produceren. Wel, de fysica erachter is relatief eenvoudig. De positieve deeltjes in de LED-diode hebben namelijk een lager energieniveau dan de negatieve elektronen. Wanneer ze gecombineerd worden, is er dus een te veel aan energie. Deze energie wordt uitgestoten in de vorm van een lichtfoton. Zoals je misschien wel weet, bestaat een lichtstraal uit miljarden van deze lichtfotonen.

De lichtkleur

Het energieverschil tussen de positieve en negatieve deeltjes bepaalt de kleur van deze lichtfoton (en dus ook de kleur van het licht dat de LED-lamp produceert). Is dit energieverschil groot, dan krijg je een blauw licht. Is het minder groot, dan zal je groen, geel of rood licht krijgen. Wanneer het energieverschil te laag is, krijgt men onzichtbaar licht in de vorm van infraroodlicht (wat ook in bijvoorbeeld afstandsbedieningen van televisietoestellen wordt gebruikt).

Conclusie

De bewegingen van vrije elektronen in de diode van een LED zorgen ervoor dat er lichtfotonen geproduceerd worden. De kleur van deze lichtfotonen hangt af van het energieverschil tussen een positieve en negatieve elektron. Deze te hoger dit energieverschil, des te 'blauwer' het licht zal worden.