Mi az LED?

Mi az LED?

LED definíció

A fénykibocsátó diód (LED) egy fémgépészeti eszköz, amely fényt bocsát ki, ha áram folyik rajta.A régebbi LED technológiák galium-arszén-foszfíd (GaAsP), galium-foszfíd (GaP) és alúminium-galium-arszén (AlGaAs) anyagokat használtak.Az LED-k látható fényt termelnek elektroluminiscencia hatásával, amikor egyirányú áram áthalad egy PN-jelzővel rendelkező kristályon keresztül.

A dopálás során hozzáadunk elemeket a periódusos rendszer III. és V. oszlopából. Amikor előre irányított áram (IF) energiázza a p-n jelzőt, a jelző fényt bocsát ki olyan hullámhosszon, amelyet az aktív régió energia-helyesedésének (Eg) határozza meg.

Fénykibocsátó diód (LED) működése

Amikor előre irányított áram (IF) folyik a diód p-n jelzőn keresztül, a kevésbé gyakori részecskék (elektronok) beleszivárognak a p-régióba, és a hozzá tartozó kevésbé gyakori részecskék (elektronok) beleszivárognak az n-régióba. A fotónbocsátás történik az elektron-részecske recombinaciója miatt a p-régióban.

Az elektronok energiaátmenetei az energia-helyesedésen, amit radiatív recombinacióknak nevezünk, fotónokat (azaz fényt) termelnek, míg a párhuzamos energiaátmenetek, amit nem-radiatív recombinacióknak nevezünk, fonónokat (azaz hőt) termelnek. Az általános AlInGaP LED-ek és InGaN LED-ek világossági hatékonysága különböző csúcshullámhosszokra a lentebb lévő táblázatban látható.

Az LED hatékonyságot a jelzőn generált fény és a re-abszorpció veszteségei befolyásolják, ahogy a fény kilép a kristályból. A legtöbb fémgépészeti anyag magas törésmutatója miatt a fény nagy része visszaverődik a kristályba, csökkentve a szilárdosságát, mielőtt kivehetne. A végső mért látható energia kifejezésében a hatékonyságot külső hatékonyságnak nevezzük.

Az elektroluminiscencia jelenségét 1923-ban észleltek természetesen előforduló jelzőkben, de akkor még nem praktikus volt a látványos hatékonyság miatt, ami alacsony volt az elektromos energiát fényre konvertálva. De ma a hatékonyság jelentősen nőtt, és az LED-eket nem csak jelzések, indikátorok, jelölőtáblák és kijelzőkben, hanem belső és közlekedési utcai felvilágításban is használják.

LED színe

Az LED-eszköz színét a domináns hullámhossz (λd, nm-ben) kifejezi. Az AlInGaP LED-ek piros (626-630 nm), piros-apricot (615-621 nm), apricot (605 nm) és ambert (590-592 nm) színeket termelnek. Az InGaN LED-ek zöld (525 nm), kékzöld (498-505 nm) és kék (470 nm) színeket termelnek. Az AlInGaP LED-ek színe és előrefeszültsége a LED p-n jelző hőmérsékletétől függ.

Ahogy a LED p-n jelző hőmérséklete növekszik, a látványos intenzitás csökken, a domináns hullámhossz hosszabb hullámhosszok felé tolódik, és az előrefeszültség csökken. Az InGaN LED-ek látványos intenzitásának változása a működési környezeti hőmérséklettel (-20°C-tól 80°C-ig) kis (kb. 10%). Azonban az InGaN LED-ek domináns hullámhossza a LED vezénylési árammal változik; ahogy a LED vezénylési áram növekszik, a domináns hullámhossz rövidebb hullámhosszok felé tolódik.

Ha színes LED-eket szeretne használni egy elektronikai projekthez, a legjobb Arduino kezdőcsomagok számos színű LED-eket tartalmaznak.

Dimming

Az LED-eket dimming módszerrel lehet sötétebbé tenni, hogy 10%-át adják a nominális fényerőjüknek, csökkentve a vezénylési áramot. Általában impulzus szélesség modulációs (PWM) technikákat használnak az LED-ek dimmingjéhez.

Megbízhatóság

A maximális jelző hőmérséklet (TJMAX) kulcsszerepet játszik az LED élettartamában. Ennek túllépése általában károsodást okoz a lefedett eszközben. Az LED élettartamát a Hiba közötti átlagos idő (MTBF) segítségével mérjük, amit a standard áram és hőmérséklet mellett több LED tesztelésével, amíg a fele meghibásodik.

Fehér LED-ek

A fehér LED-eket két módszerrel gyártják: az első módszerben piros, zöld és kék LED-cippeket kombinálják ugyanazon a csomagon belül, hogy fehér fényt termeljenek; a második módszerben foszforészenciát használnak. A foszorfogék, amelyek a LED-cipp körül található epoxyban vannak, a rövid hullámhosszú energia hatására aktiválódnak az InGaN LED-eszközből.

Látványos hatékonyság

Az LED látványos hatékonysága a kibocsátott látványos fluxus (lm-ben) és a fogyasztott elektromos teljesítmény (W-ban) arányaként definiálható. A kék LED-ek belső hatékonysága kb. 75 lm/W, a piros LED-ek kb. 155 lm/W, míg az amber LED-ek kb. 500 lm/W. A belső re-abszorpció miatti veszteségek figyelembe vételével a látványos hatékonyság kb. 20-25 lm/W az amber és zöld LED-ek esetében. Ez a hatékonyság definíciója a külső hatékonyságnak nevezik, ami hasonló a más fényforrás típusokra alkalmazott hatékonyság definícióhoz.