Što je LED?
Definicija LED-a
Dioda s emitiranjem svjetlosti (LED) je poluprovodnički uređaj koji emitira svjetlost kada električni struja teče kroz njega. Starije LED tehnologije koristile su arsenid fosfida galijeva (GaAsP), fosfid galijeva (GaP) i arsenid galijeva-alkalnog (AlGaAs). LEDovi proizvode vidljivu svjetlost putem efekta elektroluminiscencije, koji se događa kada jednosmjerna struja prolazi kroz dopiran kristal s PN spojem.
Dopiranje uključuje dodavanje elemenata iz stupaca III i V periodnog sustava. Kada je energizirano napravom sa predusmjerenoj strujom (IF), PN spoj emitira svjetlost na valnoj duljini određenoj energetskim razmakom aktivne regije (Eg).
Rad Dijode s Emitiranjem Svjetlosti (LED)
Kada se primijeni naprava sa predusmjerenoj strujom IF kroz PN spoj diode, manjinske nositelje elektrona ubacuju se u p-regiju, a odgovarajuće manjinske nositelje elektrona ubacuju se u n-regiju. Emissija fotonova događa se zbog rekompozicije elektron-luka u p-regiji.
Prelaz energije elektrona preko energetskog razmaka, zvan radijativna rekompozicija, proizvodi fotone (tj. svjetlost), dok paralelni prelazi energije, zvani neradijativne rekompozicije, proizvode fonone (tj. toplinu). Efikasnost luminiscencije tipičnih AlInGaP LED-ova i InGaN LED-ova za različite vrhunske valne duljine prikazana je u tablici ispod.
Efikasnost LED-a ovisi o svjetlosti generiranoj na spoju i gubitcima od ponovnog apsorpcije dok svjetlost izlazi iz kristala. Zbog visokog indeksa loma većine poluprovodnika, mnogo svjetlosti se reflektira natrag u kristal, smanjujući intenzitet prije nego što može izbjeći. Efikasnost izražena u smislu ove konačno mjerenje vidljive energije zove se vanjska efikasnost.
Fenomen elektroluminiscencije promatrao se godine 1923. u prirodnim spojevima, ali tada je bio nepraktičan zbog niske efikasnosti luminiscencije u pretvaranju električne energije u svjetlost. Međutim, danas je efikasnost znatno porasla i LED-ovi se koriste ne samo u signalima, indikatorima, znakovima i displejima, već i u unutrašnjim osvjetljenjima i cestovnim osvjetljenjima.
Boja LED-a
Boja LED uređaja izražava se u smislu dominantne valne duljine emitirane, λd (u nm). AlInGaP LED-ovi proizvode boje crvena (626 do 630 nm), crveno-narančasta (615 do 621 nm), narančasta (605 nm) i narandžasta (590 do 592 nm). InGaN LED-ovi proizvode boje zelena (525 nm), plavo-zelena (498 do 505 nm) i plava (470 nm). Boja i napredna napona AlInGaP LED-ova ovisi o temperaturi PN spoja LED-a.
Kako temperatura PN spoja LED-a raste, luminosna intenzitet opada, dominantna valna duljina pomiče se prema dužim valnim duljinama, a napredna napona pada. Varijacija luminosne intenziteta InGaN LED-ova s radnom okružnu temperaturom mala je (oko 10%) od − 20°C do 80°C. Međutim, dominantna valna duljina InGaN LED-ova varira s LED pogonskim strujama; kako LED pogonska struja raste, dominantna valna duljina pomiče se prema kraćim valnim duljinama.
Ako tražite bojane LED-e za elektronički projekat, najbolje početni setovi Arduino uključuju razne bojane LED-e.
Tamnjenje
LED-ovi mogu biti istamnjeni da bi dali 10% njihove nominalne svjetlosne emisije smanjenjem pogonske struje. Obično se LED-ovi istamnjuju koristeći tehnike šire modulacije pulsa (Pulse Width Modulation - PWM).
Pouzdanost
Maksimalna temperatura spoja (TJMAX) ključna je za dugovječnost LED-a. Prekoračenje ove temperature obično oštećuje kapsulirani uređaj. Vrijeme života LED-a mjeri se prosječnim vremenom između otkaza (MTBF), izračunanim testiranjem brojnih LED-ova na standardnoj struji i temperaturi sve dok ne otkaze polovica.
Bijeli LED-ovi
Bijeli LED-ovi proizvode se sada koristeći dvije metode: u prvoj metodi kombiniraju se čipovi crvenih, zelenih i plavih LED-ova u istoj kutiji kako bi proizveli bijelu svjetlost; u drugoj metodi koristi se fosforescencija. Fluorescencija u fosforu koji je kapsuliran u epoksiju oko čipa LED-a aktivira se kratkosmernom energijom s InGaN LED-uređaja.
Luminosna efikasnost
Luminosna efikasnost LED-a definira se kao emitirani luminosni fluks (u lm) po jedinici potrošene električne snage (u W). Plavi LED-ovi imaju ocijenjenu internu efikasnost u rasponu 75 lm/W; crveni LED-ovi, otprilike 155 lm/W; a narandžasti LED-ovi, 500 lm/W. Uzimajući u obzir gubitke zbog internog apsorpcije, luminosna efikasnost je u rasponu 20 do 25 lm/W za narandžaste i zelene LED-ove. Ova definicija efikasnosti zove se vanjska efikasnost i analogna je definiciji efikasnosti obično korištena za druge vrste izvora svjetlosti.
