Какво е LED?

Какво е LED?

Дефиниция на LED

LED (светещ диод) е полупроводников прибор, който излъчва светлина, когато през него протича електрически ток. По-старите технологии за LED използваха арсенид галлий фосфид (GaAsP), фосфид галлий (GaP) и арсенид алуминий галлий (AlGaAs). LED-тата произвеждат видима светлина чрез ефекта на електролюминесценция, който се наблюдава, когато директен ток преминава през допиран кристал с p-n спайка.

Допирането включва добавянето на елементи от колони III и V на периодичната таблица. Когато енергизиран от напреднало предполязване (IF), p-n спайката излъчва светлина на дължина на вълната, определена от енергийния разрив на активната зона (Eg).

Работа на светещия диод (LED)

Когато напредналото предполязване IF се прилага през p-n спайката на диода, малочислените носители заряд (електрони) се инжектират в p-областта, а съответните малочислените носители заряд (електрони) се инжектират в n-областта. Излъчването на фотони се случва поради рекомбинацията на електрон-луна в p-областта.

Енергийните преходи на електроните през енергийния разрив, наречени радиативни рекомбинации, произвеждат фотонони (т.е. светлина), докато шунтовите преходи, наречени нерадиативни рекомбинации, произвеждат фонони (т.е. топлина). Светлинната ефективност на типичните AlInGaP LED и InGaN LED за различни пикови дължини на вълните е показана в таблицата по-долу.

Ефективността на LED-тата се влияе от светлината, произведена в спайката, и загубите от повторно абсорбиране, когато светлината излиза от кристала. Поради високия рефракционен индекс на повечето полупроводници, много от светлината се отразява обратно в кристала, намалявайки интензитета й, преди да успее да излезе. Ефективността, изразена чрез тази окончателно измерима видима енергия, се нарича външна ефективност.

Феноменът на електролюминесценция беше наблюдаван през 1923 година в естествено съществуващи спайки, но беше непрактичен тогава поради ниската му светлинна ефективност при преобразуването на електрическа енергия в светлина. Но днес ефективността е значително увеличена и LED-тата се използват не само в сигнали, указатели, знаци и дисплеи, но и в употреба за вътрешно осветление и пътно осветление.

Цвят на LED

Цветът на устройството LED се изразява чрез доминиращата излъчвана дължина на вълната, λd (в nm). AlInGaP LED-тата произвеждат цвят червено (626 до 630 nm), червено-оранжево (615 до 621 nm), оранжево (605 nm) и тъмно-оранжево (590 до 592 nm). InGaN LED-тата произвеждат цвят зелено (525 nm), синьо-зелено (498 до 505 nm) и синьо (470 nm). Цветът и напреднатото напрежение на AlInGaP LED-тата зависят от температурата на p-n спайката на LED-тата.

Когато температурата на p-n спайката на LED-тата се увеличава, светлинната интензитет намалява, доминиращата дължина на вълната се премества към по-дълги вълни, а напреднатото напрежение пада. Вариацията на светлинната интензитет на InGaN LED-тата при работна околна температура е малка (около 10%) от -20°C до 80°C. Обаче, доминиращата дължина на вълната на InGaN LED-тата варира с тока на LED-тата; когато токът на LED-тата се увеличава, доминиращата дължина на вълната се придвижва към по-кратки вълни.

Ако търсите цветни LED-та за проект по електроника, най-добрият комплект за започване на Arduino включва разнообразие от цветни LED-та.

Затъмняване

LED-тата могат да бъдат затъмнени, за да дадат 10% от техния номинален светлинен изход, като се намали тока на движение. Обикновено LED-тата се затъмняват чрез методи на модулация на ширината на импулса (PWM).

Надеждност

Максималната температура на спайката (TJMAX) е решителна за продължителността на живота на LED-тата. Прекомерното надхвърляне на тази температура обикновено поврежда закапсулирания прибор. Продължителността на живота на LED-тата се измерва чрез средното време между отказите (MTBF), което се изчислява чрез тестове на множество LED-та при стандартен ток и температура, докато половината от тях се повредят.

Бели LED-та

Белите LED-та се произвеждат сега с две метода: В първия метод чиповете на червени, зелени и сини LED-та се комбинират в един и същ пакет, за да произведат бяла светлина; Във втория метод се използва фосфоресценция. Флуоресценцията в фосфора, който е закапсулиран в епоксидната смола около чипа на LED-та, се активира от кратковолновата енергия от InGaN LED-та.

Светлинна ефективност

Светлинната ефективност на LED-та се дефинира като излъчената светлинна поток (в lm) върху единица изразходвана електрическа мощност (в W). Сините LED-та имат рейтингова вътрешна ефективност на порядък от 75 lm/W; червените LED-та, приблизително 155 lm/W; и тъмно-оранжевите LED-та, 500 lm/W. При вземане под внимание загубите от вътрешно повторно абсорбиране, светлинната ефективност е на порядък от 20 до 25 lm/W за тъмно-оранжеви и зелени LED-та. Тази дефиниция на ефективност се нарича външна ефективност и е аналогична на дефиницията на ефективност, обикновено използвана за други типове източници на светлина.