Vad är LED?

Vad är LED?

LED-definition

En Light Emitting Diode (LED) är en halvledar enhet som ger av ljus när elektrisk ström passerar genom den.Äldre LED-tekniker använde gallium arsenidfosfid (GaAsP), galliumfosfid (GaP) och aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs).LED-er producerar synligt ljus genom elektroluminescens, vilket inträffar när direktström passerar genom en dopad kristall med en PN-förbindelse.

Dopning innebär att lägga till element från kolumner III och V i det periodiska systemet. När energiserad av en framåtbiasad ström (IF), ger p-n-förbindelsen ifrån sig ljus vid en våglängd bestämd av energiklyftan i den aktiva regionen (Eg).

Funktion hos Light Emitting Diode (LED)

När den framåtbiasade strömmen IF appliceras genom diodens p-n-förbindelse, injiceras minoritetsbärarelektroner i p-regionen och motsvarande minoritetsbärarelektroner i n-regionen. Fotonemission inträffar på grund av elektron-hål återförening i p-regionen.

Elektronenergitransitioner över energiklyftan, kallade radiativa återföreningar, producerar fotoner (dvs. ljus), medan shuntenergitransitioner, kallade icke-radiativa återföreningar, producerar fononer (dvs. värme). De ljuseffektiviteterna för typiska AlInGaP LED-er och InGaN LED-er för olika toppvåglängder visas i tabellen nedan.

LED-effektiviteten påverkas av det ljus som genereras i förbindelsen och förluster från omabsorption när ljuset lämnar kristallen. På grund av den höga brytningsindex för de flesta halvledare reflekteras mycket av ljuset tillbaka in i kristallen, vilket minskar dess intensitet innan det kan undan komma. Effektiviteten uttryckt i termer av denna slutliga mätbara synliga energi kallas extern effektivitet.

Fenomenet elektroluminescens observerades 1923 i naturligt förekommande förbindelser, men det var praktiskt taget oanvändbart på den tiden på grund av sin låga ljuseffektivitet i konvertering av elektrisk energi till ljus. Men, idag har effektiviteten ökat betydligt och LED-er används inte bara i signaler, indikatorer, skyltar och visare, utan också i inomhusbelysning och vägbelysning.

LED:s färg

Färgen på en LED-enhet uttrycks i termer av den dominerande våglängden som emitts, λd (i nm). AlInGaP LED-er producerar färgerna röd (626 till 630 nm), rödorange (615 till 621 nm), orange (605 nm) och äppelsin (590 till 592 nm). InGaN LED-er producerar färgerna grön (525 nm), blågrön (498 till 505 nm) och blå (470 nm). Färgen och framåtspänningen för AlInGaP LED-er beror på temperaturen i LED-ens p-n-förbindelse.

När temperaturen i LED-ens p-n-förbindelse ökar, minskar ljusstyrkan, dominerande våglängden flyttar mot längre våglängder, och framåtspänningen sjunker. Variationen i ljusstyrka för InGaN LED-er med driftsomgivnings temperatur är liten (ca 10%) från − 20°C till 80°C. Dock varierar den dominerande våglängden för InGaN LED-er med LED-drivström; när LED-drivströmmen ökar, flyttar den dominerande våglängden mot kortare våglängder.

Om du letar efter färgade LED-er för ett elektronikprojekt, inkluderar de bästa Arduino startkits en mängd färgade LED-er.

Dimming

LED-er kan dimmas för att ge 10% av deras nominella ljusutdata genom att minska drivströmmen. LED-er dimmas vanligtvis med hjälp av pulssviddsmodulerings teknik.

Tillförlitlighet

Den maximala förbindelsetemperaturen (TJMAX) är avgörande för en LED:s livslängd. Om denna temperatur överskrids skadas vanligtvis den inkapslade enheten. LED-livslängd mäts genom Medeltid mellan fel (MTBF), beräknad genom att testa många LED-er vid en standardström och temperatur tills hälften av dem misslyckas.

Vita LED-er

Vita LED-er tillverkas nu med två metoder: I den första metoden kombineras röda, gröna och blå LED-chips i samma paket för att producera vitt ljus; i den andra metoden används fosforescens. Fluorescens i fosfor som är inkapslad i epoximass runt LED-chipet aktiveras av kortvågsenergi från InGaN LED-enheten.

Ljuseffektivitet

Ljuseffektiviteten för LED definieras som den emitterade ljusflödes (i lm) per enhet elektrisk energi som förbrukas (i W). Blå LED-er har en specificerad intern effektivitet på omkring 75 lm/W; röda LED-er, ungefär 155 lm/W; och äppelsin LED-er, 500 lm/W. Med hänsyn tagen till förluster på grund av intern omabsorption ligger ljuseffektiviteten på omkring 20 till 25 lm/W för äppelsin och gröna LED-er. Denna definition av effektivitet kallas extern effektivitet och är analog med definitionen av effektivitet som vanligtvis används för andra typer av ljuskällor.