Τι είναι LED;

Τι είναι LED;

Ορισμός LED

Η Λαμπτήρα Διόδο (LED) είναι ένα σημειωτικό συστηματικό που εκλύει φως όταν ηλεκτρική ροή διαρρέει μέσα της.Παλαιότερες τεχνολογίες LED χρησιμοποιούσαν γαλλικό αρσενικό φωσφόρο (GaAsP), γαλλικό φωσφόρο (GaP) και αλουμινιογάλλιο αρσενικό (AlGaAs).Οι LED παράγουν ορατό φως μέσω του φαινόμενου της ηλεκτρολουμινέσας, το οποίο συμβαίνει όταν άμεση ροή διαρρέει έναν δόπαντο κρύσταλλο με PN σύνδεση.

Η δοπαντική περιλαμβάνει την προσθήκη στοιχείων από τις στήλες III και V του περιοδικού πίνακα. Όταν ενεργοποιείται από μια θετικά προσανατολισμένη ροή (IF), η σύνδεση p-n εκλύει φως σε μήκος κύμα που καθορίζεται από το ενεργειακό χάσμα της ενεργής περιοχής (Eg).

Λειτουργία της Λαμπτήρας Διόδου (LED)

Όταν η θετικά προσανατολισμένη ροή IF εφαρμόζεται μέσω της σύνδεσης p-n της διόδου, οι μειοψηφικοί ηλεκτρόνιοι εισάγονται στην περιοχή p και οι αντίστοιχοι μειοψηφικοί ηλεκτρόνιοι εισάγονται στην περιοχή n. Η εκλύση φωτονίων συμβαίνει λόγω της επανενώσεως ηλεκτρόνιων-τρύπων στην περιοχή p.

Οι ενεργειακές μεταβολές των ηλεκτρονίων μέσω του ενεργειακού χάσματος, ονομαζόμενες ραδιεκτικές επανενώσεις, παράγουν φωτόνια (δηλαδή, φως), ενώ οι παράλληλες ενεργειακές μεταβολές, ονομαζόμενες μη ραδιεκτικές επανενώσεις, παράγουν φωνόνια (δηλαδή, θερμότητα). Οι φωτοδυναμικές αποδοτικότητες των τυπικών AlInGaP LED και InGaN LED για διαφορετικά κορυφαία μήκη κύματος εμφανίζονται στον παρακάτω πίνακα.

Η αποδοτικότητα των LED επηρεάζεται από το φως που παράγεται στη σύνδεση και τις απώλειες από επαναπορευτική απορρόφηση όταν το φως βγαίνει από τον κρύσταλλο. Λόγω του υψηλού δείκτη παρακάμψεως των περισσότερων σημειωτικών, μεγάλο μέρος του φωτός αντικατοπτρίζεται πίσω στον κρύσταλλο, μειώνοντας την έντασή του πριν μπορέσει να ξεφύγει. Η αποδοτικότητα που εκφράζεται σε σχέση με αυτή την τελική μετρήσιμη ορατή ενέργεια ονομάζεται εξωτερική αποδοτικότητα.

Το φαινόμενο της ηλεκτρολουμινέσας παρατηρήθηκε το 1923 σε φυσικές συνδέσεις, αλλά ήταν απρακτικό εκείνη τη στιγμή λόγω της χαμηλής φωτοδυναμικής αποδοτικότητας στη μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε φως. Ωστόσο, σήμερα η αποδοτικότητα έχει αυξηθεί σημαντικά και οι LED χρησιμοποιούνται όχι μόνο σε σήματα, δείκτες, σηματοδότες και επιδείξεις, αλλά και σε εσωτερικές εφαρμογές φωτισμού και εφαρμογές φωτισμού δρόμων.

Χρώμα LED

Το χρώμα ενός συστήματος LED εκφράζεται μέσω του κυρίαρχου μήκους κύματος που εκλύεται, λd (σε nm). Οι AlInGaP LED παράγουν τα χρώματα κόκκινο (626 έως 630 nm), κόκκινο-πορτοκαλί (615 έως 621 nm), πορτοκαλί (605 nm) και αμπερ (590 έως 592 nm). Οι InGaN LED παράγουν τα χρώματα πράσινο (525 nm), πράσινο-γαλάζιο (498 έως 505 nm) και γαλάζιο (470 nm). Το χρώμα και η θετική τάση των AlInGaP LED εξαρτώνται από τη θερμοκρασία της σύνδεσης p-n του LED.

Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία της σύνδεσης p-n του LED, η φωτοδυναμική ένταση μειώνεται, το κυρίαρχο μήκος κύματος μετακινείται προς μεγαλύτερα μήκη κύματος και η θετική τάση μειώνεται. Η μεταβολή της φωτοδυναμικής έντασης των InGaN LED με τη λειτουργική περιβαλλοντική θερμοκρασία είναι μικρή (περίπου 10%) από -20°C έως 80°C. Ωστόσο, το κυρίαρχο μήκος κύματος των InGaN LED μεταβάλλεται με την ροή τροφοδοσίας του LED· όσο αυξάνεται η ροή τροφοδοσίας, το κυρίαρχο μήκος κύματος μετακινείται προς μικρότερα μήκη κύματος.

Εάν αναζητάτε τη χρήση χρωματικών LED για ένα ηλεκτρονικό έργο, τα καλύτερα starter kits Arduino περιλαμβάνουν μια ποικιλία χρωματικών LED.

Σκότωμα

Οι LED μπορούν να σκοτώνονται ώστε να δίνουν 10% της ορατής τους έντασης μειώνοντας τη ροή τροφοδοσίας. Συνήθως, οι LED σκοτώνονται με την τεχνική Πλάτος Παλμού (PWM).

Αξιοπιστία

Η μέγιστη θερμοκρασία της σύνδεσης (TJMAX) είναι κρίσιμη για την επιφάνεια επιβίωσης του LED. Η υπέρβαση αυτής της θερμοκρασίας συνήθως βλάπτει το ενκαψιμό συστήματος. Η ζωή του LED μετριέται με το Μέσο Χρόνο Ανάμεσα σε Αποτυχίες (MTBF), υπολογιζόμενο από τον έλεγχο πολλών LED σε πρότυπη ροή και θερμοκρασία μέχρι να αποτύχει το μισό τους.

Λευκά LED

Τα λευκά LED παράγονται τώρα με δύο μεθόδους: Στην πρώτη μέθοδο, τα χίπ κόκκινου, πράσινου και γαλάζιου LED συνδυάζονται στο ίδιο πακέτο για να παράγουν λευκό φως· στη δεύτερη μέθοδο, χρησιμοποιείται η φωσφορέση. Η φωσφορέση στο φωσφόρο που ενκαπσιμούνται στο εποξυ στο εξωτερικό του χίπ LED ενεργοποιείται από την ενέργεια μικρού μήκους κύματος από το συστήμα InGaN LED.

Φωτοδυναμική Αποδοτικότητα

Η φωτοδυναμική αποδοτικότητα των LED ορίζεται ως η εκλυόμενη φωτοδυναμική ροή (σε lm) ανά μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας (σε W). Τα μπλε LED έχουν εσωτερική αποδοτικότητα τάξης 75 lm/W· τα κόκκινα LED, περίπου 155 lm/W· και τα αμπερ LED, 500 lm/W. Λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες λόγω επαναπορευτικής απορρόφησης, η φωτοδυναμική αποδοτικότητα είναι τάξης 20 έως 25 lm/W για αμπερ και πράσινα LED. Αυτή η ορισμός αποδοτικότητας ονομάζεται εξωτερική αποδοτικότητα και είναι αντίστοιχη με τον ορισμό αποδοτικότητας που συνήθως χρησιμοποιείται για άλλους τύπους φωτοδότησης.