Что такое LED?

Что такое LED?

Определение LED

Светодиод (LED) — это полупроводниковое устройство, которое излучает свет при прохождении через него электрического тока.Старые технологии светодиодов использовали галлий-арсенид-фосфид (GaAsP), галлий-фосфид (GaP) и алюминий-галлий-арсенид (AlGaAs).Светодиоды производят видимый свет за счет эффекта электролюминесценции, который происходит, когда постоянный ток проходит через легированный кристалл с p-n переходом.

Легирование включает добавление элементов из групп III и V периодической таблицы. Когда оно энергизируется прямым током (IF), p-n переход излучает свет на длине волны, определяемой энергетическим зазором активной области (Eg).

Работа светодиода (LED)

Когда прямой ток IF подается через p-n переход диода, носители меньшинства (электроны) вводятся в p-область, а соответствующие носители меньшинства (дырки) вводятся в n-область. Эмиссия фотонов происходит вследствие рекомбинации электрон-дырка в p-области.

Энергетические переходы электронов через энергетический зазор, называемые радиационными рекомбинациями, производят фотоны (т.е. свет), тогда как шунтирующие энергетические переходы, называемые нерадиационными рекомбинациями, производят фононы (т.е. тепло). Световая эффективность типичных AlInGaP и InGaN светодиодов для различных пиковых длин волн показана в таблице ниже.

Эффективность светодиода зависит от света, генерируемого в переходе, и потерь от повторного поглощения при выходе света из кристалла. Из-за высокого показателя преломления большинства полупроводников значительная часть света отражается обратно в кристалл, уменьшая его интенсивность до того, как он сможет выйти. Эффективность, выраженная в терминах этого конечного измеримого видимого энергии, называется внешней эффективностью.

Феномен электролюминесценции был наблюдаем в 1923 году в естественных переходах, но в то время он был непрактичен из-за низкой световой эффективности преобразования электрической энергии в свет. Однако сегодня эффективность значительно увеличилась, и светодиоды используются не только в сигналах, индикаторах, знаках и дисплеях, но также в освещении помещений и дорожном освещении.

Цвет светодиода

Цвет светодиодного устройства выражается в терминах доминирующей длины волны, λd (в нм). AlInGaP светодиоды производят цвета красный (626-630 нм), красно-оранжевый (615-621 нм), оранжевый (605 нм) и янтарный (590-592 нм). InGaN светодиоды производят цвета зеленый (525 нм), сине-зеленый (498-505 нм) и синий (470 нм). Цвет и прямое напряжение AlInGaP светодиодов зависят от температуры p-n перехода светодиода.

По мере увеличения температуры p-n перехода светодиода световая интенсивность уменьшается, доминирующая длина волны смещается к более длинным волнам, а прямое напряжение падает. Вариация световой интенсивности InGaN светодиодов с рабочей температурой окружающей среды невелика (около 10%) от − 20°C до 80°C. Однако доминирующая длина волны InGaN светодиодов изменяется с током питания светодиода; по мере увеличения тока питания доминирующая длина волны смещается к более коротким волнам.

Если вы хотите использовать цветные светодиоды для проекта в области электроники, лучшие стартовые наборы Arduino включают разноцветные светодиоды.

Затемнение

Светодиоды могут быть затемнены до 10% от их номинального светового выхода путем уменьшения тока питания. Обычно светодиоды затемняются с помощью методов широтно-импульсной модуляции (PWM).

Надежность

Максимальная температура перехода (TJMAX) имеет решающее значение для долговечности светодиода. Превышение этой температуры обычно повреждает заключенное устройство. Срок службы светодиода измеряется средним временем между отказами (MTBF), рассчитываемым путем тестирования множества светодиодов при стандартном токе и температуре до тех пор, пока половина из них не выйдет из строя.

Белые светодиоды

Белые светодиоды сейчас производятся двумя методами: в первом методе красные, зеленые и синие светодиодные чипы объединяются в одном корпусе для производства белого света; во втором методе используется фосфоресценция. Флуоресценция в фосфоре, заключенном в эпоксидную смолу вокруг светодиодного чипа, активируется коротковолновой энергией от устройства InGaN.

Световая эффективность

Световая эффективность светодиода определяется как излучаемый световой поток (в лм) на единицу потребляемой электрической мощности (в Вт). Синие светодиоды имеют номинальную внутреннюю эффективность порядка 75 лм/Вт; красные светодиоды — около 155 лм/Вт; амберные светодиоды — 500 лм/Вт. Учитывая потери от внутреннего повторного поглощения, световая эффективность составляет порядка 20-25 лм/Вт для амберных и зеленых светодиодов. Это определение эффективности называется внешней эффективностью и аналогично определению, обычно используемому для других типов источников света.