Geschiedenis van LEDs

LED is de afkorting van Light Emitting Diode (lichtuitstralende diode). Eigenlijk zijn ze pas recent meer en meer bekend geworden, maar oorspronkelijk werd halverwege de jaren 1920 reeds ontdekt dat diodes licht uitstralen. In 1927 werd door Oleg Losev daarop een patent aangevraagd. De echte doorbraak kwam er pas in 1962 toen een werkende led werd gemaakt.

Evolutie 1970-1980: Meerdere kleuren en golflengten waren beschikbaar. De kleuren groen, rood, oranje en geel waren mogelijk gemaakt door combinaties van de materialen gallium , fosfor en arseen.

Evolutie 1980-1990: Er werd nieuw materiaal gebruikt voor de LED’s: de gallium- aluminium-arsenide led. Dit gaf nieuwe voordelen aan de led:

• Gebruikspanning werd kleiner
• Probleemloos aansturen van een led via pulsen
• De lichtintensiteit werd tien maal hoger dus een lager energieverbruik voor hetzelfde vermogen

Evolutie 1990-heden: In 1993 heeft Shuji Nakamura de blauwe led had uitgevonden. Dankzij deze led was er een volledig kleurenpalet beschikbaar waardoor de LED’s de klassieke lampen in tal van gekleurde verlichtingsapplicaties vervangen.

De kleuren van de LEDs zijn afhankelijk van de materialen die werden gebruikt:

• Blauwe leds
• Witte leds
• Infrarood leds
• Twee kleuren leds: Dit zijn normale ledbehuizingen waarin echter twee leds zijn geïntegreerd die een verschillende kleur, veelal rood en groen, hebben.
• Meer kleuren leds: Er zijn leds met meer dan twee kleuren op de markt, waaronder de full-colour RGB-led, die een rode, een groene en (meestal twee) blauwe leds bevat waarmee het volledige kleurenspectrum bestreken kan worden. Ze worden onder andere toegepast in grote lichtkranten en beeldschermen en in bepaalde designmeubelen.

Branduren
Een led kan veel meer uren licht geven dan een spaarlamp voordat hij defect gaat. Vaak komen we op verpakkingen van ledverlichting tegen dat deze zeker 30 000-50 000 uur zou moeten meegaan. Van cruciaal belang bij een ledlamp is dat de warmte goed afgevoerd wordt.

L70 en L50
Het document “LED Life for General Lighting: Definition of Life”[1] wil een definitie voorstellen van nuttige levensduur voor een led en definieert o.a. L70 en L50. L70 is een terugval van 30 % licht t.o.v. het licht na een bepaald aantal branduren, waarbij het document aangeeft dat de led aan het einde van zijn levensduur is.

Toepassingen
Reeds sinds lange tijd worden leds gebruikt als vervanging voor signaallampen en in zevensegementendisplays (digitale klokken). Meer recent worden leds ook toegepast in allerlei consumentenelektronica (infraroodzender in afstandsbedieningen, signaalindicators en in lichtkranten en platte beeldschermen. Sedert dat blauwe leds bestaan is het toepassingsgebied enorm toegenomen.

Leds worden ook in een serie gebruikt als derde remlicht op een auto. Deze worden gemonteerd op de achterruit. Sommigen weten misschien wel dat Audi één van de eerste producenten was die dit grootschalig begon toe te passen. De Audi A8 was dan ook de eerste auto waarbij de koplampen volledig uit leds bestaan. Ook de overheidsdiensten (politie, brandweer, ambulances, ..) maken nu meer gebruik van ledlichten.
Daarnaast worden leds ook gebruikt in tuinverlichting met ingebouwde zonnecel die de energie opslaag in een oplaadbare batterij. Door een lichtsensor zullen de leds beginnen branden wanneer het donker wordt. Dat biedt een groot voordeel: ondergrondse bekabeling is niet meer nodig!
Ook in de tuinbouw wordt al veel ledverlichting gebruikt, voor zowel meerlagenteelt als voor assimilatieverlichting. Ook hier speelt de spectrale verdeling van de lichtbron een rol: planten maken niet van het volledige lichtspectrum gebruik voor hun fotosynthese. Er kan daarom energie bespaard worden door met ledverlichting alleen die lichtfrequenties aan te bieden waar de plant wat mee kan en geen energie te steken in lichtfrequenties die onbelangrijk zijn voor de ontwikkeling van het gewas. Kassen die van deze techniek gebruikmaken, zijn in het donker te herkennen aan een vage roodblauwe gloed, in tegenstelling tot de veel sterkere oranje ‘halo’ van natrium en SON-T lampen in andere kassen.

De toepassingsmogelijkheden van leds stoppen hier niet bij. Ook compacte zaklampen (aanrader trouwens) en fietslampen gebruiken leds. Met een bijzondere optische constructie kan van de led een halfgeleiderlaser gemaakt worden. Zo’n led geeft sterk gebundeld coherent licht af met een zeer specifieke golflengte, waardoor hij geschikt is om te worden toegepast in cd- en dvd-opname- en afspeelapparatuur. Deze leds hebben wel een beperkte levensduur. Bij gebruik van enkele uren per dag, zal zo’n led ruwweg 8 jaar meegaan.

Er worden ook leds gebruikt in nieuwe verkeerslichten en bij spoorwegovergangen. Voordelen daarvan zijn, dat ze lang meegaan, vrijwel niet gevoelig zijn voor mechanische trillingen, en minder energie verbruiken dan de vroeger gebruikte gloeilampen.

Ook voor straatverlichting worden leds op steeds grotere schaal gebruikt. Kapotte straatlampen in België kan je overigens hier aangeven: Electrabel kapotte straatlampen.

Een andere toepassing van leds in consumentenelektronica is het gebruik van leds als backlight in televisies – ook wel ledtelevisie genoemd – en computermonitoren. Traditionele beeldschermen gebruiken ccfl’s als backlight om de verscheidene pixels te verlichten. Een verschijnsel dat vaak optreedt bij deze methode van verlichten is “backlight bleeding.” Omdat elke ccfl afzonderlijk een groot gebied verlicht komt het vaak voor dat de ccfl gebieden belicht die niet zouden moeten worden verlicht. Samsung kwam als eerste op de markt met een ledtelevisie in 2006.

Bekijk meer toepassingsmogelijkheden van LED’s op volgende pagina: Toepassingen van LED-technologie.

 

Led lampen

Een ledlamp is een vorm van solid state lighting (SSL), opgebouwd uit een groep van leds (licht-emitterende diodes). De karakteristieken van de toegepaste leds in de lamp bepalen samen met de stralingshoek de lichtstroom, lichtsterkte en kleurweergave.

Wit licht in ledlampen werd 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. Om zacht wit licht te krijgen worden weer andere stoffen gebruikt die een warm-witte kleur emitteren, zoals goud.

Led lampen komen in verschillende modellen voor waaronder de vorm van een gewone gloeilamp met eventueel een grote Edison-fitting (E27). Er zijn ook andere modellen met een kleine Edison-fitting (E14), GU5.3-steekvoet (bipin voet) of GU10-bajonetvoet.
Bij ledlampen zijn de lichtstroom (in lumen), de lichtsterkte (in candela) en de stralingshoek (in graden) gerelateerd.
Bij een kleinere stralingshoek wordt de lichtsterkte (helderheid) groter terwijl de lichtstroom (hoeveelheid licht) niet verandert.

Voordelen:

• Levensduur: Een ledlamp kan theoretisch ongeveer 50.000 branduren meegaan;
• Energieverbruik: De huidige ledlamp geeft zo’n 50% van z’n opgenomen energie af in licht. Dit is meer dan bij spaarlampen of gloeilampen;
• Kosten: Doordat ze minder verbruiken en langer meegaan zal de totale kost van 1 ledlamp aanzienlijk lager liggen;
• Inschakeltijd: Een led lamp heeft maar 1 seconde nodig om op volledige lichtsterkte te branden;
• Toepassingsmogelijkheden: Ze kunnen op veel gebieden worden ingeschakeld (huis & tuin, auto, electronica, …).

Nadelen:

• Kostprijs: Ledlampen zijn duur in aanschaf, maar ze verdienen zichzelf gelukkig wel terug;
• Fel licht: LED lampen produceren fel licht, in de lamp kijken wordt dus afgeraden;
• Kleurweergave-index: Er zijn nog altijd (goedkopere) led lampen op de markt met een incompleet kleurenspectrum (m.a.w. het weergeven van de kleuren van het licht wordt niet ervaren als ‘natuurlijk’);