Mikä on LED?
LED:n määritelmä
Valoava diodi (LED) on semijohtimelaite, joka tuottaa valoa, kun sähkövirta kulkee sen läpi.Vanhat LED-teknologiat käyttivät gallium-arsenidi-fosfidi (GaAsP), gallium-fosfidi (GaP) ja alumiinigallium-arsenidi (AlGaAs).LED:t tuottavat näkyvää valoa elektroluminesenssin kautta, kun suora virta kulkee doppitulle kristalliin, jossa on PN-liitos.
Dopointi tarkoittaa III- ja V-sarakkeiden alkuaineiden lisäämistä. Kun se aktivoidaan etuvariaattisella virtalla (IF), p-n-liitos tuottaa valoa, jonka aallonpituus määräytyy aktiivisen alueen energiaparven (Eg) avulla.
Valoavan diodin (LED) toiminta
Kun etuvariaattinen virta IF ohjataan diodin p-n-liitoksen kautta, vähemmistöelokuvat elektronit injisoituvat p-alueeseen ja vastaavasti vähemmistöelokuvat elektronit injisoituvat n-alueeseen. Fotonien tuotanto tapahtuu elektroni-ravi-rekombinaation kautta p-alueessa.
Elektronien energia siirtyessä energiaparvesta, mitä kutsutaan radiatiiviseksi rekombinaatioksi, tuotetaan fotonit (eli valo), kun taas shunttienergian siirtymät, mitä kutsutaan ei-radiatiiviseksi rekombinaatioksi, tuottavat fononit (eli lämpö). AlInGaP-LED-ja InGaN-LED-kehityksen eri huippuaallonpituusten luminanssieffektiivisyys on esitetty alla olevassa taulukossa.
LED:n effektiivisyys vaikuttaa valon tuotantoon liitoksessa ja hukkuihin, kun valo poistuu kristallista. Koska useimmat semijohtimet ovat korkean taitteellisuuden, paljon valoa heijastuu takaisin kristalliin, vähentäen sen intensiivisyyttä ennen kuin se voi päästä pois. Effektiivisyys, joka ilmaistaan tämän lopullisen mittauksen arvoisen näkyvän energian avulla, kutsutaan ulkoiseksi effektiivisyydeksi.
Elektroluminesenssi-ilmiö havaittiin vuonna 1923 luonnollisissa liioissa, mutta se oli silloin käytännöllisesti epätoivoista sen heikon luminanssieffektiivisyyden vuoksi sähköenergian muuntamisessa valoksi. Mutta nykyään effektiivisyys on kasvanut huomattavasti, ja LED:t käytetään paitsi signaaleissa, indikaattoreissa, merkeissä ja näytteissä myös sisävalaistuksessa ja tiellevalaistuksessa.
LED:n väri
LED-laitteen väri ilmaistaan dominoivan aallonpituuden, λd (nm), avulla. AlInGaP-LED:t tuottavat punaisen (626-630 nm), punanorankan (615-621 nm), oranssin (605 nm) ja ambarin (590-592 nm) värejä. InGaN-LED:t tuottavat vihreän (525 nm), sininvihreän (498-505 nm) ja sinisen (470 nm) värejä. AlInGaP-LED:n väri ja etuvariaattinen jännite riippuvat LED:n p-n-liitoksen lämpötilasta.
Kun LED:n p-n-liitoksen lämpötila nousee, luminanssiintensiteetti laskee, dominanteja aallonpituus siirtyy pidempiin aallonpituuksiin, ja etuvariaattinen jännite laskee. InGaN-LED:n luminanssiintensiteetin vaihtelu toiminnallisen ympäristölämpötilan kanssa on pieni (noin 10%) − 20°C:sta 80°C:hen. Kuitenkin InGaN-LED:n dominanteja aallonpituus vaihtelee LED:n ajovirran mukaan; kun ajovirta kasvaa, dominanteja aallonpituus siirtyy lyhyempiin aallonpituuksiin.
Jos haluat käyttää värikäsitteitä elektroniikkahankkeeseen, parhaat Arduino-aloituspakketit sisältävät monia värikäsitteitä.
Sumutus
LED:t voidaan sumuttaa antamaan 10 % niiden nominoidusta valovoimasta vähentämällä ajovirta. LED:t sumutetaan yleensä pulssileveyden modulaatiomenetelmin.
Luotettavuus
Maksimiliitoksen lämpötila (TJMAX) on ratkaiseva LED:n kestolle. Tämän lämpötilan ylittäminen yleensä vahingoittaa paketoitua laitetta. LED:n elinkaari mitataan keskimääräisellä aikana välillä virheiden (MTBF), joka lasketaan testaamalla lukuisia LED:eitä standardivirralla ja -lämpötilalla, kunnes puolet epäonnistuu.
Vaatilaiset LED:t
Vaatilaiset LED:t valmistetaan nyt kahdella menetelmällä: ensimmäisessä menetelmässä punainen, vihreä ja sininen LED-piirit yhdistetään samaan pakkaaseen tuottamaan vaatilaisen valon; toisessa menetelmässä käytetään fosforesenssiä. Fluoresenssi fosforissa, joka on upotettu epoxy-resiiniin LED-piirin ympärille, aktivoituu InGaN-LED-laiteen lyhyen aallonpituuden energian avulla.
Luminanssieffektiivisyys
LED:n luminanssieffektiivisyys määritellään tuotetuksi luminanssivirtana (lm) per yksikkö sähköistä energiaa (W). Siniset LED:t ovat arvioitu sisäisesti noin 75 lm/W; punaiset LED:t, noin 155 lm/W; ja ambarin LED:t, 500 lm/W. Ottaen huomioon sisäisten uudelleenabsorbointihukut, luminanssieffektiivisyys on noin 20-25 lm/W ambarin ja vihreän LED:lle. Tämä effektiivisyysmääritelmä kutsutaan ulkoiseksi effektiivisyydeksi, ja se on analooginen muiden valolähteiden tyypillisesti käytettyyn effektiivisyyteen.
