Hvad er LED?

Hvad er LED?

LED-definition

En lysudsendende diode (LED) er en halvlederkomponent, der udsender lys, når elektrisk strøm passerer gennem den. Ældre LED-teknologier brugte gallium-arsenid-fosfid (GaAsP), galliumfosfid (GaP) og aluminium-gallium-arsenid (AlGaAs). LED'er producerer synligt lys gennem elektroluminescens, som forekommer, når direkte strøm passerer gennem en dopet kristal med en p-n-forbindelse.

Doping involverer tilføjelse af elementer fra kolonner III og V i periodiske system. Når den bliver aktiveret af en fremover forskydning (IF), udsender p-n-forbindelsen lys ved en bølgelængde, der bestemmes af energiåbningen i den aktive region (Eg).

Funktion af lysudsendende diode (LED)

Når den fremover forskydning (IF) anvendes gennem p-n-forbindelsen i dioden, bliver mindretalscarrier-elektroner indsprøjtet i p-regionen, og de tilsvarende mindretalscarrier-elektroner bliver indsprøjtet i n-regionen. Fotonudsendelse finder sted på grund af elektron-hul recombination i p-regionen.

Elektronenergiovskift over energiåbningen, kaldet radiative recombinations, producerer fotoner (dvs. lys), mens parallelle energiovskift, kaldet non-radiative recombinations, producerer fononer (dvs. varme). Lysstyrken hos typiske AlInGaP LED'er og InGaN LED'er for forskellige topbølgelængder vises i tabellen nedenfor.

LED-effektiviteten påvirkes af det lys, der genereres ved forbindelsen, og tab fra genabsorption, når lys forlader kristallen. På grund af den høje refraction indeks for de fleste halvledere, reflekteres meget af lyset tilbage i kristallen, hvilket reducerer dets intensitet, før det kan undslippe. Effektiviteten udtrykt i denne sidste målbare synlige energi kaldes den eksterne effektivitet.

Fenomenet elektroluminescens blev observeret i 1923 i naturligt forekommende forbindelser, men det var upraktisk på det tidspunkt på grund af sin lave lysstyrke i konvertering af elektrisk energi til lys. Men i dag er effektiviteten steget betydeligt, og LED'er bruges ikke kun i signaler, indikatorer, skilte og displayere, men også i indendørs belysning og vejlys.

Farve af en LED

Farven af en LED-enhed udtrykkes i form af den dominante udsendte bølgelængde, λd (i nm). AlInGaP LED'er producerer farverne rød (626 til 630 nm), rød-orange (615 til 621 nm), orange (605 nm) og amber (590 til 592 nm). InGaN LED'er producerer farverne grøn (525 nm), blågrøn (498 til 505 nm) og blå (470 nm). Farven og fremover spændingen af AlInGaP LED'er afhænger af temperaturen i LED-p-n-forbindelsen.

Når temperaturen i LED-p-n-forbindelsen stiger, falder lysintensiteten, den dominante bølgelængde flytter sig mod længere bølgelængder, og fremover spændingen falder. Variationen i lysintensiteten for InGaN LED'er med driftsomgivelsesvarme er lille (omkring 10%) fra − 20°C til 80°C. Dog varierer den dominante bølgelængde for InGaN LED'er med LED-driftstrøm; når LED-driftstrømmen stiger, bevæger den dominante bølgelængde sig mod korte bølgelængder.

Hvis du leder efter at bruge farvede LED'er til et elektronikprojekt, inkluderer de bedste Arduino starter kits en række farvede LED'er.

Dimming

LED'er kan dimmes for at give 10% af deres nominerede lysoutput ved at reducere driftstrømmen. LED'er dimmes generelt ved hjælp af Pulse Width Modulation-teknikker.

Tilstand

Den maksimale junctionstemperatur (TJMAX) er afgørende for en LED's levetid. Hvis denne temperatur overskrides, skades normalt den inkapsulerede enhed. LED-livetid måles ved Mean Time Between Failures (MTBF), beregnet ved at teste mange LED'er ved en standard strøm og temperatur, indtil halvdelen af dem mislykkes.

Hvide LED'er

Hvide LED'er produceres nu ved hjælp af to metoder: I den første metode kombineres rød, grøn og blå LED-chips i samme pakke for at producere hvidt lys; i den anden metode bruges fosforescens. Fluorescens i fosfor, der er inkapsuleret i epoxi omkring LED-chippen, aktiveres af kortbølgelængdeforskydning fra InGaN LED'en.

Lysstyrkeeffektivitet

Lysstyrkeeffektiviteten for LED defineres som den udsendte lysflux (i lm) pr. enhed elektrisk energi forbrugt (i W). Blå LED'er har en nomineret intern effektivitet på omkring 75 lm/W; røde LED'er, ca. 155 lm/W; og amber LED'er, 500 lm/W. Med hensyn til tab på grund af intern genabsorption, er lysstyrkeeffektiviteten på omkring 20 til 25 lm/W for amber og grøn LED. Denne definition af effektivitet kaldes ekstern effektivitet og er analog til den definition af effektivitet, der typisk bruges for andre lyskilder.