Techniek: LED-verlichting

Door Tom in Techniek, donderdag 05 Mrt 2015 08:03
De laatste tijd zien we led-verlichting in motoren een enorme vlucht nemen. De fabrikanten stoppen de kleine lichtbolletjes tegenwoordig bijna standaard in achter-, rem- en knipperlichten. LED-verlichting voor

Tekst: Barry van Amersfoort, foto’s: Archief MOTO73

De nieuwste trend is dagrijverlichting aan de voorzijde die door led-lampjes wordt verzorgd. Met een super resultaat want je bent echt veel opvallender, dankzij de heldere witte stralers. De gloeilamp doet eigenlijk alleen nog dienst als dimlicht en grootlicht.

Nu ligt het voor de hand dat de led-verlichting een recente ontdekking is, maar niets is minder waar. Al in vroeg in de vorige eeuw ontdekte een Russische wetenschapper een voorloper van de led en in 1962 ontwikkelde de Amerikaan Nick Holonyak jr. de eerste werkende led. Waarom is het dan niet eerder toegepast? De reden is simpel: de productie van led-verlichting was tot voor kort enorm duur en kon daarmee de concurrentie met de gloeilamp niet aan. Maar de grondstofprijzen kelderde en nu is het ineens wel heel lucratief, zeker met alle voordelen die led-verlichting biedt ten opzichte van de gloeilampen. 

Light Emitting Diode
Voordat we de voordelen op een rij zetten, kijken we eerst naar het principe van de led. Led is een afkorting voor Light Emitting Diode oftewel een licht uitstralende diode. Van het woord diode zullen de meesten van jullie wel hebben gehoord, maar wat het is, zal voor de meesten van jullie een raadsel zijn. Een diode zou je kunnen beschouwen als een terugslagventiel dat een stroom maar in één richting door kan laten. Een diode bestaat uit twee halfgeleiders, die samenwerken als er spanning op wordt gezet. Een halfgeleider is een stof die in de basis niet geleidend is, maar door de stof bewust te verontreinigen met een ander stof wel kan geleiden. De ene halfgeleider wordt vervuild met een stof waardoor er te veel elektronen aanwezig zijn (negatief geladen vrij elektronen; N-type halfgeleider). De andere halfgeleider wordt vervuild met een stof waardoor de halfgeleider elektronen tekort komt (P-type halfgeleider) en er ‘gaten’ ontstaan. Aangezien de natuur er alles aan doet om in evenwicht te zijn, ontstaat er op de grens waar de twee halfgeleiders op elkaar liggen een laagje waarin de vrije elektronen de gaten vullen. Het basismateriaal van de halfgeleider is op die plek hersteld en geleidt niet meer. Door spanning op de halfgeleiders te zetten wordt ofwel de grenslaag groter (de gesperde richting), maar als de spanning wordt omgedraaid (doorlaatrichting), gaat de halfgeleider echt geleiden en kan er stroom vloeien. Zo werkt de diode.

Figuur:

1. Lens (epoxyhars)
2. Draadverbinding
3. Reflector
4. Halfgeleiders
5. Aambeeld
6. Ondersteuning
7. Frame
8. Afgeplatte zijde

 

 

 

 

 

 

 

 

Dan is er licht
Maar hoe gaat dit principe dan licht opwekken? Als de vrije elektronen in zo’n gat ‘vallen’ komt er energie vrij in de vorm van fotonen. En fotonen zijn licht. Afhankelijk van de grootte van de energieval (het verschil in energie tussen de N-type halfgeleider en de P-type halfgeleider) komt het licht in het zichtbare spectrum terecht. Des te groter de val, des te blauwer het licht en des te lager de val, des te roder het licht. Rode led-verlichting verbruikt om deze reden dan ook minder stroom dan een blauw of wit led-lampje. Tevens kun je hieruit concluderen dat de kleur van het licht van een led-lampje niet afhankelijk is van de kleur van het kunststof bolletje dat de diode beschermt. De kleur wordt bepaald door de toegepaste materialen in de halfgeleider. Die bepalen het energieverschil tussen beide halfgeleiders en daarmee dus de energieval van de elektronen.

De ronde vorm van het bolletje heeft wel een functie en dat is zoveel mogelijk licht in de juiste richting te kaatsen en het licht van de led zo goed mogelijk te bundelen. Daarbij werkt het bolletje samen met een reflector die onder de halfgeleiders is geplaatst. Hierdoor wordt het uitgezonden licht ook gebundeld.

Voordelen
Ik vertelde eerder al dat led-verlichting voordelen heeft ten opzichte van de inmiddels ouderwetse gloeilamp. Een van die voordelen is dat de led-lampjes veel kleiner zijn dan de gloeilampen en dat komt op een motorfiets natuurlijk goed van pas. De ontwerper heeft hierdoor meer vrijheid en kan mooiere verlichtingsornamenten creëren. Maar dat is nog niet alles. De led-lamp is ook veel efficiënter dan de gloeilamp. Bij het opwekken van licht gaat bij een gloeilamp heel veel energie verloren door het ontstaan van warmte. Leg je hand simpelweg op een gloeilamp die al even brandt en het bewijs wordt ter plekke geleverd. Maar een led-lamp kun je gerust vasthouden, die ontwikkelt aanzienlijk minder warmte. De efficiëntie in cijfers: een gloeilamp produceert ongeveer 15 lumen per watt, terwijl dat bij een led-lamp wel kan oplopen tot boven de 250 lumen per watt. 

Daarbij komt nog een voordeel en dat is de levensduur van het kleine lichtpuntje. Waar je bij een lamp met gloeispiraal kunt rekenen op zo’n 1000 branduren, gaat de led-verlichting 25.000 maar soms zelfs wel 100.000 uren mee. Dan is de rekensom al gauw in het voordeel van de kleine led-lampjes.

Vond je dit interessant? Klik hier voor nog meer techniek!

Tags:

Gerelateerde artikelen