Led of light-emitting diode

De led is een twee-klem halfgeleider die licht uitstraalt wanneer de P-N junctie- diode geactiveerd wordt.
Een diode is een elektronisch onderdeel dat de elektrische stroom zeer goed in één richting geleidt, maar bijna niet in de andere. De geleidende richting noemt men de doorlaatrichting en de andere richting de sperrichting.
De P-N junctie is een diode die aan de ene zijde uit materiaal van het N-type en andere zijde van het P-type bestaat. N-type materiaal is gewoonlijk een siliciumkristal (Si is een vierwaardig element) waarin men op  enkele plaatsen van het rooster het Si atoom heeft vervangen door een onzuiverheid, bv. een fosfor atoom (P). Voor de binding in het kristal zal één elektron van het fosforatoom geen covalente binding kunnen aangaan. Dat elektron kan zich dan gemakkelijk door het rooster bewegen (vrij elektron). Fosfor is een donor van elektronen het heeft vrije elektronen gecreëerd.

Het P-type materiaal is gedoteerd door een onzuiverheid – bv een booratoom (B) – dat een acceptor van elektronen is. Die acceptor heeft “gaten” voor elektronen gevormd. De N-type zijde heeft dus extra elektronen, deze zijde is dan negatief en wordt ook valentieband genoemd. De P-type zijde heeft dus een tekort aan elektronen, is dus positief en wordt geleidingsband genoemd. Tussen deze twee zijden ontstaat in het midden van de diode een zone zonder vrije ladingsdragers, ook uitputtingszone genoemd. Er zijn geen elektronen meer die van hun plaats willen, de PN-overgang geleidt niet.

Wanneer de positieve pool van een batterij wordt aangesloten op het N-type materiaal en de negatieve pool van de batterij aan het P-type materiaal dan zal de uitputtingszone vergroot worden (dus geen stroom doorlaten). Wanneer echter de negatieve pool van een batterij wordt aangesloten op het N-type materiaal en de positieve pool aan het P-type materiaal, beginnen de negatieve elektronen en positieve gaten naar elkaar toe te bewegen. De verboden zone in het midden wordt kleiner en kan zelfs verdwijnen. Op deze manier wordt de stroom doorgelaten. De PN-overgang is dus in de ene richting geleidend en in de andere niet: we hebben een diode. Wanneer nu in de doorlatingszin een negatief elektron reageert met een positief gat is er recombinatie. De energie komt vrij in de vorm van een foton. Dit effect noemen we elektroluminescentie. De kleur van het licht (dus energie van het foton) wordt bepaald door het energieverschil van de band–gap (zie afbeelding). Over het algemeen geldt dat kleine energieverschillen voor infrarood of rood licht zorgen, terwijl grote energieverschillen voor blauw licht of UV-licht zorgen.

De P- en N-type materialen vormen samen een diode.

de componenten van een led

De componenten van een led.

De led verscheen in 1962 als een elektrische component, maar straalde toen maar weinig licht uit, en alleen in het infrarode spectrum. Infrarode led-lampjes worden dikwijls gebruikt in afstandsbedieningen. De eerste led in het zichtbare gebied waren enkel rood en ook van lage intensiteit Vandaag zijn led’s beschikbaar in infrarood, het ganse zichtbare en het ultraviolette gebied en met zeer grote helderheid. Wit LED-licht kan worden gemaakt door alle kleuren licht te mengen. In het verleden werd dit vaak gedaan door een rode, groene en blauwe LED-lamp te combineren, maar tegenwoordig kan het ook door een blauwe LED-lamp te vullen met fosfor.