LED
Een led is een elektronische component, een halfgeleider die licht uitzendt als er een elektrische stroom in doorlaatrichting doorheen wordt gestuurd. In vertalingen, onder andere uit het Duits, leest men vaak lichtdiode.
Het woord led was oorspronkelijk een afkorting van light emitting diode, in het Nederlands: lichtemitterende diode. Heden ten dage is het woord danig ingeburgerd dat het niet meer als een afkorting aanzien wordt. De Nederlandse Taalunie heeft om die reden besloten dat het woord zonder hoofdletters geschreven moet worden . In het Engels schrijf men LED, wat wordt uitgesproken als el-ie-die.
Kleuren
De kleur van het opgewekte licht is afhankelijk van de aard van de materialen waaruit de led is opgebouwd, meer specifiek de breedte van de verboden zone tussen de valentieband en de geleidingsband. Dit verklaart ook waardoor een led met een lange golflengte een lagere doorlaatspanning heeft dan een met een korte golflengte, bijvoorbeeld rood 1,5 V en blauw 3,6 V. Doordat de spanning over de led ook een beetje stijgt bij een grotere stroom zal de kleur iets naar een kortere golflengte opschuiven, een blauwe led zal bij lage stroom meer groenig schijnen en een rode led wordt (heel even) geel bij zoveel stroom dat hij stuk gaat.
* Gallium-aluminiumarsenide (AlGaAs) - rood infrarood
* Galliumarseenfosfide (GaAsP) - rood oranje geel (amber)
* Galliumnitride (GaN) - groen
* Galliumfosfide (GaP) - groen
* Zinkselenide (ZnSe) - blauw
* Siliciumcarbide (SiC) - blauw
* Indiumgalliumnitride (InGaN) - blauw of ultraviolet
* Diamant (C) - ultraviolet
Blauwe led
De ontwikkeling van de blauwe led heeft lang op zich laten wachten. Blauwe (en witte) leds gebaseerd op halfgeleidende galliumnitride zijn uitgevonden door Shuji Nakamura. Pas in de jaren '90 zijn er betaalbare uitvoeringen met een redelijke helderheid op de markt. Inmiddels (2006) doet de blauwe led nauwelijks onder voor de groene. Met het beschikbaar komen van de blauwe led is volledige RGB-kleurmenging mogelijk geworden.
Witte led
Witte leds werden oorspronkelijk gemaakt door met behulp van een UV-led een fluorescerende laag ('fosfor') te belichten. Inmiddels zijn er ook varianten die direct wit licht uitstralen. Maar ook driekleurenleds of RGB-leds kunnen wit licht uitzenden.
Infrarode led
Vrijwel alle afstandsbedieningen voor elektronische apparatuur zenden hun commando over met behulp van IR-leds. Deze kunnen een relatief hoog vermogen verwerken. Infraroodleds worden ook veel toegepast als geïntegreerde zender in optokoppelaars (Eng. optocoupler), veiligheidscomponenten waarbij de zendende zijde en de ontvangende zijde optisch vast verbonden zijn maar elektrisch onderling deugdelijk geïsoleerd zijn. IR-leds kunnen ook toegepast worden als hulpverlichting voor analoge en digitale video-camera's met "nachtopname" aangezien de CCD-sensor ook gevoelig is voor de golflengte van een IR-led.
Twee en drie kleuren
Ook bestaan er tweekleurenleds. Dit zijn normale ledbehuizingen waarin echter twee leds zijn geïntegreerd die een verschillende kleur, veelal rood en groen, hebben. Tweekleurenleds kunnen twee of drie pootjes hebben, in het eerste geval dient de polariteit van de spanning omgedraaid te worden om de kleur licht die de led uitstraalt te veranderen. Met drie pootjes kan elke mengkleur van rood en groen gemaakt worden door de stroom door de twee leds apart te regelen (sturen). Verder zijn er leds met meer dan twee kleuren op de markt, waaronder de full-colour RGB-led. Door de rode, groene en (meestal) twee blauwe leds kan het volledige kleurenspectrum bestreken worden. Ze worden onder andere toegepast in grote lichtkranten en beeldschermen en in bepaalde designmeubelen.
Energieverbruik
Monochromatische leds hebben meestal een aanzienlijke energie-efficiëntie en slijten niet door gebruik. Er bestaan diverse gangbare formaten, variërend van 1,8 mm tot 20 mm, waarvan 3 en 5 mm de gangbaarste zijn. Ze kunnen door pootjes of aansluitcontacten op een printplaat worden vastgesoldeerd of met behulp van Surface Mounted Device-techniek (SMD) direct op de printplaat gemonteerd.
Optische eigenschappen
Door de halfgeleiderconstructie van een led wordt het uitgezonden licht al enigszins gebundeld. Deze bundeling wordt doelbewust vergroot door het kristal in een reflector te monteren om met een kleinere openingshoek een grotere lichtintensiteit te bereiken. De allerfelste leds (anno 2005: meer dan 20 cd ofwel 20 000 mcd) hebben een zeer smalle openingshoek (minder dan 20 graden). Een rekenvoorbeeld: een led van 25 000 mcd met openingshoek van 20 graden straalt een hoeveelheid licht uit van 25 000 × 4 × ? × 20/360 = 17 000 millilumen = 17 lumen. Ter vergelijking: een 100 W gloeilamp haalt ca. 1200 lumen. Afhankelijk van de toepassing kan de behuizing mat, gekleurd transparant of helder transparant worden gekozen. Een matte led licht door een grote openingshoek als geheel vrij gelijkmatig op en is daarmee geschikt als indicatorlampje.
Rendement
Er is een belangrijk verschil in het rendement voor gekleurde, monochromatische leds aan de ene kant, en witte leds aan de andere kant. Een monochromatische led, vooral een rode, kan bijzonder efficiënt zijn (tot wel 50% van de elektrische energie wordt omgezet in licht). Het loont heel duidelijk om zulke leds te gebruiken om gloeilampen in rode verkeerslichten te vervangen: de gloeilamp heeft een totaal rendement van wit licht van zo'n 5 procent, en zelfs daarvan wordt maar een klein deel gebruikt (het grootste deel wordt tegengehouden door het rode glasfilter). Ook de beperkte openingshoek van een led komt hier van pas. Het rendement van een witte led is veel kleiner dan dat van een rode led: een witte led is opgebouwd uit een blauwe led (rendement daarvan is al lager dan voor een rode) waarvan een gedeelte van het licht wordt opgevangen door een fosfor die het, met een belangrijk energieverlies, omzet in geel licht. Het geel in combinatie met blauw geeft een witte indruk. Witte leds zijn door dit principe niet of nauwelijks efficiënter dan grote gloeilampen (van zo'n 100 watt). Echter, omdat kleine gloeilampen zoals in zaklampen een nog lager rendement kennen, en omdat het licht van de felle leds sterk gebundeld is, zijn er nog wel toepassingen waar vervanging nuttig kan zijn. De meest efficiënte witte verlichting wordt overigens gevormd door fluorescentielampen.
Een felle, witte led
Een felle, witte led
Lichtstroom vergeleken
* De ouderwetse gloeilamp: 17 lumen per watt
* De halogeenspot: ca. 20 lumen per watt
* De modernste (2008) superfelle witte leds (5 mm): 51 lumen per watt.
* Een moderne spaarlamp (15 W): 55-60 lumen per watt
* TL-buizen: ca. 75 lumen per watt
* Natriumlampen (straatverlichting): 120-200 lumen per watt.
Een moderne spaarlamp is dus efficiënter dan de modernste led. Een led verslaat wel de ouderwetse gloeilamp en ook de halogeenspot, maar niet de moderne spaarlampen. De prijs van een moderne led is ongeveer 15 eurocent per Lumen; dat is ca. 15x zoveel als de prijs van een gewone spaarlamp, die minder dan 1 eurocent per Lumen kost (prijspeil 2006). Ook in prijs is een led dus (nog) absoluut niet concurrerend. In levensduur wel; een led gaat gemakkelijk 50 000 uur mee, en zelfs de modernste TL-buizen en natrium- of kwiklampen halen nooit meer dan 18 000 uur. Uitzondering hierop zijn de zogenaamde "long life" TL-buizen. Deze kunnen, afhankelijk van het toegepaste voorschakelapparaat wel tot ca 50 000 uur meegaan. uitgaande van een lichtterugval van maximaal 15%. Het is daarbij wel zo dat van de meeste leds met hoog vermogen de lichtopbrengst gedurende de levensduur langzaam afneemt. Bovendien neemt de levensduur (en lichtopbrengst) snel af als de led (te) heet wordt. Een goede koeling is nodig, en dat maakt hem weer groter en zwaarder.
Leds met een hoog vermogen zijn minder efficiënt qua lichtopbrengst per watt (bijvoorbeeld, Luxeon K2 van Philips: 24 lumen per watt in vergelijking met kleinere leds (bijvoorbeeld, superflux 4-chip-keds: 44 lumen per watt .Een kleinere led is wel heel efficiënt in lichtopbrengst per watt, maar geeft maar weinig licht (3 à 5 lumen) doordat de maximale elektrische stroom door de led niet groot mag zijn.
Een led is een elektronische component, een halfgeleider die licht uitzendt als er een elektrische stroom in doorlaatrichting doorheen wordt gestuurd. In vertalingen, onder andere uit het Duits, leest men vaak lichtdiode.
Het woord led was oorspronkelijk een afkorting van light emitting diode, in het Nederlands: lichtemitterende diode. Heden ten dage is het woord danig ingeburgerd dat het niet meer als een afkorting aanzien wordt. De Nederlandse Taalunie heeft om die reden besloten dat het woord zonder hoofdletters geschreven moet worden . In het Engels schrijf men LED, wat wordt uitgesproken als el-ie-die.
Kleuren
De kleur van het opgewekte licht is afhankelijk van de aard van de materialen waaruit de led is opgebouwd, meer specifiek de breedte van de verboden zone tussen de valentieband en de geleidingsband. Dit verklaart ook waardoor een led met een lange golflengte een lagere doorlaatspanning heeft dan een met een korte golflengte, bijvoorbeeld rood 1,5 V en blauw 3,6 V. Doordat de spanning over de led ook een beetje stijgt bij een grotere stroom zal de kleur iets naar een kortere golflengte opschuiven, een blauwe led zal bij lage stroom meer groenig schijnen en een rode led wordt (heel even) geel bij zoveel stroom dat hij stuk gaat.
* Gallium-aluminiumarsenide (AlGaAs) - rood infrarood
* Galliumarseenfosfide (GaAsP) - rood oranje geel (amber)
* Galliumnitride (GaN) - groen
* Galliumfosfide (GaP) - groen
* Zinkselenide (ZnSe) - blauw
* Siliciumcarbide (SiC) - blauw
* Indiumgalliumnitride (InGaN) - blauw of ultraviolet
* Diamant (C) - ultraviolet
Blauwe led
De ontwikkeling van de blauwe led heeft lang op zich laten wachten. Blauwe (en witte) leds gebaseerd op halfgeleidende galliumnitride zijn uitgevonden door Shuji Nakamura. Pas in de jaren '90 zijn er betaalbare uitvoeringen met een redelijke helderheid op de markt. Inmiddels (2006) doet de blauwe led nauwelijks onder voor de groene. Met het beschikbaar komen van de blauwe led is volledige RGB-kleurmenging mogelijk geworden.
Witte led
Witte leds werden oorspronkelijk gemaakt door met behulp van een UV-led een fluorescerende laag ('fosfor') te belichten. Inmiddels zijn er ook varianten die direct wit licht uitstralen. Maar ook driekleurenleds of RGB-leds kunnen wit licht uitzenden.
Infrarode led
Vrijwel alle afstandsbedieningen voor elektronische apparatuur zenden hun commando over met behulp van IR-leds. Deze kunnen een relatief hoog vermogen verwerken. Infraroodleds worden ook veel toegepast als geïntegreerde zender in optokoppelaars (Eng. optocoupler), veiligheidscomponenten waarbij de zendende zijde en de ontvangende zijde optisch vast verbonden zijn maar elektrisch onderling deugdelijk geïsoleerd zijn. IR-leds kunnen ook toegepast worden als hulpverlichting voor analoge en digitale video-camera's met "nachtopname" aangezien de CCD-sensor ook gevoelig is voor de golflengte van een IR-led.
Twee en drie kleuren
Ook bestaan er tweekleurenleds. Dit zijn normale ledbehuizingen waarin echter twee leds zijn geïntegreerd die een verschillende kleur, veelal rood en groen, hebben. Tweekleurenleds kunnen twee of drie pootjes hebben, in het eerste geval dient de polariteit van de spanning omgedraaid te worden om de kleur licht die de led uitstraalt te veranderen. Met drie pootjes kan elke mengkleur van rood en groen gemaakt worden door de stroom door de twee leds apart te regelen (sturen). Verder zijn er leds met meer dan twee kleuren op de markt, waaronder de full-colour RGB-led. Door de rode, groene en (meestal) twee blauwe leds kan het volledige kleurenspectrum bestreken worden. Ze worden onder andere toegepast in grote lichtkranten en beeldschermen en in bepaalde designmeubelen.
Energieverbruik
Monochromatische leds hebben meestal een aanzienlijke energie-efficiëntie en slijten niet door gebruik. Er bestaan diverse gangbare formaten, variërend van 1,8 mm tot 20 mm, waarvan 3 en 5 mm de gangbaarste zijn. Ze kunnen door pootjes of aansluitcontacten op een printplaat worden vastgesoldeerd of met behulp van Surface Mounted Device-techniek (SMD) direct op de printplaat gemonteerd.
Optische eigenschappen
Door de halfgeleiderconstructie van een led wordt het uitgezonden licht al enigszins gebundeld. Deze bundeling wordt doelbewust vergroot door het kristal in een reflector te monteren om met een kleinere openingshoek een grotere lichtintensiteit te bereiken. De allerfelste leds (anno 2005: meer dan 20 cd ofwel 20 000 mcd) hebben een zeer smalle openingshoek (minder dan 20 graden). Een rekenvoorbeeld: een led van 25 000 mcd met openingshoek van 20 graden straalt een hoeveelheid licht uit van 25 000 × 4 × ? × 20/360 = 17 000 millilumen = 17 lumen. Ter vergelijking: een 100 W gloeilamp haalt ca. 1200 lumen. Afhankelijk van de toepassing kan de behuizing mat, gekleurd transparant of helder transparant worden gekozen. Een matte led licht door een grote openingshoek als geheel vrij gelijkmatig op en is daarmee geschikt als indicatorlampje.
Rendement
Er is een belangrijk verschil in het rendement voor gekleurde, monochromatische leds aan de ene kant, en witte leds aan de andere kant. Een monochromatische led, vooral een rode, kan bijzonder efficiënt zijn (tot wel 50% van de elektrische energie wordt omgezet in licht). Het loont heel duidelijk om zulke leds te gebruiken om gloeilampen in rode verkeerslichten te vervangen: de gloeilamp heeft een totaal rendement van wit licht van zo'n 5 procent, en zelfs daarvan wordt maar een klein deel gebruikt (het grootste deel wordt tegengehouden door het rode glasfilter). Ook de beperkte openingshoek van een led komt hier van pas. Het rendement van een witte led is veel kleiner dan dat van een rode led: een witte led is opgebouwd uit een blauwe led (rendement daarvan is al lager dan voor een rode) waarvan een gedeelte van het licht wordt opgevangen door een fosfor die het, met een belangrijk energieverlies, omzet in geel licht. Het geel in combinatie met blauw geeft een witte indruk. Witte leds zijn door dit principe niet of nauwelijks efficiënter dan grote gloeilampen (van zo'n 100 watt). Echter, omdat kleine gloeilampen zoals in zaklampen een nog lager rendement kennen, en omdat het licht van de felle leds sterk gebundeld is, zijn er nog wel toepassingen waar vervanging nuttig kan zijn. De meest efficiënte witte verlichting wordt overigens gevormd door fluorescentielampen.
Een felle, witte led
Een felle, witte led
Lichtstroom vergeleken
* De ouderwetse gloeilamp: 17 lumen per watt
* De halogeenspot: ca. 20 lumen per watt
* De modernste (2008) superfelle witte leds (5 mm): 51 lumen per watt.
* Een moderne spaarlamp (15 W): 55-60 lumen per watt
* TL-buizen: ca. 75 lumen per watt
* Natriumlampen (straatverlichting): 120-200 lumen per watt.
Een moderne spaarlamp is dus efficiënter dan de modernste led. Een led verslaat wel de ouderwetse gloeilamp en ook de halogeenspot, maar niet de moderne spaarlampen. De prijs van een moderne led is ongeveer 15 eurocent per Lumen; dat is ca. 15x zoveel als de prijs van een gewone spaarlamp, die minder dan 1 eurocent per Lumen kost (prijspeil 2006). Ook in prijs is een led dus (nog) absoluut niet concurrerend. In levensduur wel; een led gaat gemakkelijk 50 000 uur mee, en zelfs de modernste TL-buizen en natrium- of kwiklampen halen nooit meer dan 18 000 uur. Uitzondering hierop zijn de zogenaamde "long life" TL-buizen. Deze kunnen, afhankelijk van het toegepaste voorschakelapparaat wel tot ca 50 000 uur meegaan. uitgaande van een lichtterugval van maximaal 15%. Het is daarbij wel zo dat van de meeste leds met hoog vermogen de lichtopbrengst gedurende de levensduur langzaam afneemt. Bovendien neemt de levensduur (en lichtopbrengst) snel af als de led (te) heet wordt. Een goede koeling is nodig, en dat maakt hem weer groter en zwaarder.
Leds met een hoog vermogen zijn minder efficiënt qua lichtopbrengst per watt (bijvoorbeeld, Luxeon K2 van Philips: 24 lumen per watt in vergelijking met kleinere leds (bijvoorbeeld, superflux 4-chip-keds: 44 lumen per watt .Een kleinere led is wel heel efficiënt in lichtopbrengst per watt, maar geeft maar weinig licht (3 à 5 lumen) doordat de maximale elektrische stroom door de led niet groot mag zijn.
dus hoe weet je nou of er als je zo'n led aansluit precies het juiste licht uitkomt??
Comment