Hva er LED?

Hva er LED?

LED-definisjon

En lysdiod (LED) er et halvlederskive som utstråler lys når elektrisk strøm passerer gjennom den.Eldre LED-teknologier brukte gallium arsenidfosfid (GaAsP), galliumfosfid (GaP) og aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs).LED-er produserer synlig lys ved hjelp av elektroluminescense-effekten, som oppstår når direktestrøm passerer gjennom en dopet kristall med en PN-forbindelse.

Doping innebærer å legge til elementer fra kolonnene III og V i periodisk system. Når det aktiveres av en fremoverforvinklet strøm (IF), utstråler PN-forbindelsen lys på en bølgelengde bestemt av energigapet i den aktive regionen (Eg).

Lysdiod (LED) fungering

Når den fremoverforvinklete strømmen IF blir ledet gjennom PN-forbindelsen i dioden, injiseres mindretalsbærende elektroner inn i p-regionen og tilsvarande mindretalsbærende elektroner inn i n-regionen. Fotonutstråling skjer på grunn av elektron-hull rekombinasjon i p-regionen.

Elektronenergi-overganger over energigapet, kjent som radiative rekombinasjoner, produserer fotoner (altså lys), mens shunt-energi-overganger, kjent som non-radiative rekombinasjoner, produserer fononer (altså varme). Lys effektiviteten for typiske AlInGaP LED-er og InGaN LED-er for ulike toppbølgelengder vises i tabellen under.

LED-effektiviteten påvirkes av lyset som genereres i forbindelsen og tap fra re-absorpsjon når lyset forlater kristallen. På grunn av høy refleksionsindeks for de fleste halvledere, reflekteres mye av lyset tilbake inn i kristallen, noe som reduserer intensiteten før det kan unngå. Effektiviteten uttrykt i denne endelige målbare synlige energien kalles ekstern effektivitet.

Fenomenet elektroluminescense ble observert i 1923 i naturlige forbindelser, men det var upraktisk på den tiden på grunn av sin lave lys effektivitet i konvertering av elektrisk energi til lys. Men i dag har effektiviteten økt betraktelig, og LED-er brukes ikke bare i signaler, indikatorer, skilt og skjermer, men også i inendøs belysning og veibelysning.

Farge på en LED

Fargen på en LED-enhet uttrykkes ved den dominante bølgelengden som utstråles, λd (i nm). AlInGaP LED-er produserer fargene rød (626 til 630 nm), rød-oransje (615 til 621 nm), oransje (605 nm) og amber (590 til 592 nm). InGaN LED-er produserer fargene grønn (525 nm), blågrønn (498 til 505 nm) og blå (470 nm). Fargen og fremoverspenningspotensialet til AlInGaP LED-er avhenger av temperaturen på LED-enhetens PN-forbindelse.

Når temperaturen på LED-enhetens PN-forbindelse øker, minker lysintensiteten, den dominante bølgelengden flytter seg mot lengre bølgelengder, og fremoverspenningspotensialet faller. Variasjonen i lysintensiteten for InGaN LED-er med operativ omgivelsistemperatur er liten (omkring 10%) fra − 20°C til 80°C. Imidlertid varierer den dominante bølgelengden for InGaN LED-er med LED-styringsstrøm; når LED-styringsstrømmen øker, beveger den dominante bølgelengden seg mot kortere bølgelengder.

Hvis du ønsker å bruke fargete LED-er i et elektronikkprosjekt, inkluderer de beste Arduino starterkitene en rekke fargete LED-er.

Dimming

LED-er kan dimmes for å gi 10% av deres spesifiserte lysoutput ved å redusere styringsstrømmen. LED-er dimmes generelt ved hjelp av pulsbredde-moduleringsteknikker.

Tilførlighet

Den maksimale forbindelsetemperaturen (TJMAX) er viktig for en LED sin levetid. Å overstige denne temperaturen skader vanligvis den kapslerte enheten. LED-levealder måles ved gjennomsnittlig tid mellom feil (MTBF), beregnet ved å teste mange LED-er ved en standardstrøm og temperatur til halvparten av dem mislykkes.

Hvit LED

Hvit LED produseres nå ved hjelp av to metoder: I den første metoden kombineres rød, grønn og blå LED-skiver i samme pakning for å produsere hvitt lys; i den andre metoden brukes fosforescens. Fluorescens i fosfor, som er kapslet i epoksy rundt LED-skiven, aktiveres av kortbølgelengde-energi fra InGaN LED-enheten.

Lys effektivitet

Lys effektiviteten for LED defineres som den utstrålte lysflukten (i lm) per enhet elektrisk kraft forbrukt (i W). Blå LED-er har en spesifisert intern effektivitet på omtrent 75 lm/W; røde LED-er, omtrent 155 lm/W; og amber LED-er, 500 lm/W. Med hensyn til tap på grunn av intern re-absorpsjon, er lys effektiviteten på omtrent 20 til 25 lm/W for amber og grønne LED-er. Denne definisjonen av effektivitet kalles ekstern effektivitet og er analog til definisjonen av effektivitet som vanligvis brukes for andre lyskilde-typer.