Що таке LED?

Що таке LED?

Визначення LED

Світлодіод (LED) — це напівпровідниковий прилад, який випромінює світло, коли через нього проходить електричний струм.Старі технології LED використовували галій-арсенід-фосфід (GaAsP), галій-фосфід (GaP) та алюміній-галій-арсенід (AlGaAs).LED виробляють видиме світло завдяки ефекту електролюмінесценції, який відбувається, коли постійний струм проходить через допірований кристал з PN-перехрестям.

Допір полягає у додаванні елементів з третього і п'ятого стовпчиків періодичної таблиці. Коли пристрій збуджують прямим зміщеним струмом (IF), PN-перехрестя випромінює світло на довжині хвилі, яка визначається енергетичним розривом активної зони (Eg).

Робота світлодіода (LED)

Коли застосовується прямий зміщений струм IF через PN-перехрестя діода, міноритарні електрони вводяться в p-зону, а відповідні міноритарні електрони — в n-зону. Випромінювання фотонів відбувається через рекомбінацію електрон-дыра в p-зоні.

Енергетичні переходи електронів через енергетичний розрив, відомі як радіативні рекомбінації, виробляють фотони (тобто, світло), тоді як шунтові переходи, відомі як нерадіативні рекомбінації, виробляють фонони (тобто, тепло). Світлові ефективності типових AlInGaP LED та InGaN LED для різних пікових довжин хвиль показані в таблиці нижче.

Ефективність LED впливає на світло, що виробляється в перехресті, та втрати від повторного поглинання, коли світло виходить з кристалу. Завдяки високому показнику заломлення більшості напівпровідників, значна частина світла відображається назад у кристал, зменшуючи його інтенсивність перед тим, як воно може втекти. Ефективність, виражена в термінах цієї остаточно вимірюваної видимої енергії, називається зовнішньою ефективністю.

Феномен електролюмінесценції був спостеріганий у 1923 році в природних перехрестях, але в той час він був неефективним через низьку світлову ефективність перетворення електричної енергії на світло. Однак сьогодні ефективність значно зросла, і LED використовуються не лише в сигналах, індикаторах, знаках та дисплеях, але й в внутрішніх освітлювальних системах та дорожніх системах освітлення.

Колір LED

Колір LED-пристрою виражається через домінуючу довжину хвилі, λd (в нм). AlInGaP LED виробляють такі кольори: червоний (626-630 нм), червоно-помаранчевий (615-621 нм), помаранчевий (605 нм) та жовтогарячий (590-592 нм). InGaN LED виробляють такі кольори: зелений (525 нм), блакитно-зелений (498-505 нм) та синій (470 нм). Колір та прямий напруга AlInGaP LED залежать від температури PN-перехрестя LED.

Зростання температури PN-перехрестя LED призводить до зменшення світлової інтенсивності, зміщення домінуючої довжини хвилі в бік довших хвиль, та зниження прямої напруги. Варіація світлової інтенсивності InGaN LED при роботі в різних температурних умовах невелика (близько 10%) від − 20°C до 80°C. Однак домінуюча довжина хвилі InGaN LED змінюється від струму, яким їх живлять; зі збільшенням струму домінуюча довжина хвилі зсувається в бік коротших хвиль.

Якщо ви шукаєте кольорові LED для електронного проекту, найкращі стартові набори Arduino включають різні кольорові LED.

Регулювання яскравості

LED можна регулювати, щоб вони давали 10% від своєї номінальної світлової продуктивності, зменшуючи струм, яким їх живлять. Зазвичай LED регулюються за допомогою методу модуляції ширини імпульса (PWM).

Надійність

Максимальна температура перехрестя (TJMAX) є ключовою для тривалості служби LED. Перевищення цієї температури зазвичай пошкоджує запечатаний прилад. Тривалість служби LED вимірюється середнім часом між відмовами (MTBF), який обчислюється шляхом тестування численних LED при стандартному струмі та температурі, поки половина з них не вийде з ладу.

Білі LED

Білі LED зараз виготовляються двома методами: у першому методі червоні, зелені та сині чипи LED комбінуються в одному корпусі, щоб виробляти біле світло; у другому методі використовується фосфоресценція. Флуоресценція в фосфорі, який заключений в епоксид, що оточує чип LED, активується коротковолновою енергією від InGaN LED-пристрою.

Світлова ефективність

Світлова ефективність LED визначається як випромінюваний світловий потік (в lm) на одиницю витраченого електричного струму (в W). Сині LED мають номінальну внутрішню ефективність порядку 75 lm/W; червоні LED — приблизно 155 lm/W; а янтарні LED — 500 lm/W. враховуючи втрати через внутрішнє поглинання, світлова ефективність становить порядку 20-25 lm/W для янтарних та зелених LED. Це визначення ефективності називається зовнішньою ефективністю і аналогічне визначенням ефективності, які зазвичай використовуються для інших типів джерел світла.