Hoe werkt een LED display

De afkorting LED staat voor light emitting diode, oftewel lichtgevende diode. Een LED is opgebouwd uit een anode en kathode waardoor de stroom vloeit en een LEDchip die zich bevindt in een reflector. Het geheel wordt omhuld met transparante of gekleurde kunststof, die bij standaard LEDs een klein lensje vormt zodat het licht iets gebundeld wordt ( zie de afbeelding hiernaast).

De kleur van het opgewekte licht is afhankelijk van de aard van de materialen waaruit de led chip is opgebouwd. Een LED bestaat namelijk uit twee halfgeleidermaterialen die elk op hun eigen energieniveau bepaalde elektronenbanen hebben. Wanneer er een spanning over de LED wordt gezet gaat er een stroom vloeien. Via de kathode worden elektronen aangevoerd die op een bepaald moment overgaan naar een lagere elektronenbaan van de andere stof. Dit proces verdient een extra uitleg.
Het is namelijk zo dat er verschillende energieniveaus bestaan binnen de stoffen. De vele miljarden atomen zitten hierbij zodanig dicht opeen dat er energiebanden worden gevormd. Tussen deze banden ligt de verboden zone (of bandgap). Het hoogste energieniveau waar zich bij het absolute nulpunt (0 kelvin) nog elektronen bevinden, wordt het Fermi-niveau genoemd. Bij deze temperatuur zijn alle niveaus beneden het Fermi-niveau bezet, terwijl alle niveaus daarboven vrij zijn. Om zich te kunnen verplaatsen, hebben de elektronen extra kinetische energie nodig. Daar ze die in deze situatie niet kunnen krijgen, kunnen zij zich niet verplaatsen, zodat er ook nauwelijks elektrische geleiding mogelijk is. Als het Fermi-niveau in een verboden zone ligt, wordt de hoogste band onder het Fermi-niveau de valentieband genoemd, en de laagste band boven het Fermi-niveau de geleidingsband. Dit is ook het geval bij een halfgeleider, zoals het materiaal led (zie onderstaande afbeelding).

Als de verboden zone niet al te breed is, kan er gemakkelijk een elektron van de valentieband over de verboden zone heen naar de geleidingsband springen, doordat het energie van buitenaf opneemt. Bij de overgang naar een lagere elektronenbaan verliest het elektron energie en deze energie wordt uitgezonden onder de vorm van elektromagnetische straling (=licht).
De materiaalkeuze bepaalt het energieverschil tussen de elektronenbanen en daarmee de kleur van het licht dat wordt opgewekt. Bij led displays wordt er gewerkt met de kleuren Rood, Groen en Blauw (RGB) die worden verkregen door de volgende materialen:

Rood: Gallium-aluminiumarsenide (AlGaAs)
Groen: Galliumfosfide (GaP)
Blauw: Siliciumcarbide (SiC)