Kako radi LED?
Definicija LED-a
LED, ili Svetloemitujūći diod, definisan je kao poluprovodnički uređaj koji emituje svetlo kada je električno energizovan putem procesa zvanog elektroluminiscencija.
Kako radi LED
Poput običnog dioda, LED diod radi kada je pozitivno polarizovan. U ovom slučaju, n-tip poluprovodnika je teže dopiran od p-tipa formirajući p-n prelaz. Kada je pozitivno polarizovan, potencijalna barijera se smanjuje i elektroni i rupe se kombinuju u sloju iscrpljenja (ili aktivnom sloju), emitujući svetlo ili fotone u sve smerove. Tipična figura ispod pokazuje emisiju svetlosti zbog kombinacije parova elektron-rupe pri pozitivnoj polarizaciji.
Emitovanje fotona u LED-u objašnjeno je teorijom energetskih zona čvrstih tela, koja diktuje da emisija svetlosti zavisi od toga da li je materijal direktnog ili indirektnog tipa band gapa. One poluprovodničke materije koje imaju direktni band gap su one koje emituju fotone. U materijalu sa direktnim band gapom, dno energetske zone provodne zone leži direktno iznad najviše energetske zone valentne zone na diagramu Energija vs Impuls (vektor talasa 'k').
Kada se elektroni i rupe rekombiniraju, energija E = hν odgovarajuća energetskom razmaku △ (eV) se oslobađa u obliku svetlosne energije ili fotona, gde je h Planckova konstanta, a ν frekvencija svetlosti.
Direktni band gap
Materijali sa indirektnim band gapom nisu radijativni, jer dno njihove provodne zone ne odgovara vrhu valentne zone, pretvarajući većinu energije u toplotu. Primeri su Si, Ge itd.
Indirektni band gap
Primer materijala sa direktnim band gapom je Galijum Arsenid (GaAs), kompozitni poluprovodnik koji se koristi u LED-ovima. Dopant atomske čestice se dodaju GaAs--u kako bi se dobila široka paleta boja. Neki od materijala koji se koriste u LED-ovima su:
Aluminijum Galijum Arsenid (AlGaAs) – infracrvena.
Galijum Arsenid Fosfid (GaAsP) – crvena, narandžasta, žuta.
Aluminijum Galijum Fosfid (AlGaP) – zelena.
Indijum Galijum Azotid (InGaN) – plava, plavo-zelena, blizu UV.
Cink Selanid (ZnSe) – plava.
Fizička struktura LED-a
LED je strukturiran na takav način da emitovano svetlo ne apsorbira materijal. Tako se osigurava da rekombinacija elektron-rupe nastupa na površini.
Gornja figura pokazuje dva različita načina strukturiranja p-n prelaza LED-a. P-tip sloj je izrađen tanki i raste na n-tip substratu. Metalne elektrode pričvršćene na obe strane p-n prelaza služe kao čvorovi za spoljnju električnu vezu. Svetloemitujūći diod p-n prelaz je ugrađen u prozirnu kućište u obliku kupole tako da se svetlo ravnomerno emituje u sve smerove i da dovede do minimalne interne refleksije.
Veća nogica LED-a predstavlja pozitivnu elektrodu ili anodu.
Dostupni su LED-ovi sa više od 2 nogica, poput 3, 4 i 6 pin konfiguracija kako bi se dobile više boja u istoj LED pakovanju. Dostupni su i površinsko montirani LED displeji koji mogu biti montirani na PCB-ove.
LED-ovi tipično zahtevaju struju od nekoliko desetina miliampera i potrebna su visoka otpornost u seriji zbog njihovog većeg padanja napona unapred od 1,5 do 3,5 volta, u poređenju sa običnim diodama.
Beli LED-ovi ili bele LED svetiljke
LED svetiljke, žarulje, ulična osvetljenja postaju vrlo popularne danas zbog vrlo visoke efikasnosti LED-ova u pogledu svetlosnog ispisa po jedinici ulazne snage (u milivatima), u poređenju sa žaruljama. Zbog opšteg svetla, bela svetlost je preferirana. Da bi se produkovala bela svetlost pomoću LED-ova, koriste se dva metoda:
Mešanje tri primarne boje RGB kako bi se proizvela bela svetlost. Ovaj metod ima visoku kvantnu efikasnost.
Drugi metod je prekrivanje LED-a jedne boje fosforom druge boje kako bi se proizvela bela svetlost. Ovaj metod je komercijalno popularan za proizvodnju LED žarulji i osvetljenja.
Aplikacije LED-ova
Elektronski displeji, kao što su OLED-i, mikro-LED-i, kvantni tačkovi itd.
Kao LED indikator.
U daljinskih upravljača.
Osvetljenja.
Opto-izolatori.
