Dioda LED

Dioda LED (ang. Light Emitting Diode)

Do produkcji weszła w latach sześćdziesiątych w formie opracowanej przez amerykańskiego inżyniera Nicka Holonyaka juniora, który jest uważany za jej wynalazcę.

Możliwe jest, że została wynaleziona już wcześniej, w latach 20. XX wieku. Radziecki technik radiowy Oleg Władimirowicz Łosew zauważył, że diody używane w odbiornikach radiowych emitują światło, w latach 1927-30 opublikował łącznie 16 artykułów opisujących działanie diod elektroluminescencyjnych.

Działanie diody elektroluminescencyjnej (LED) opiera się na zjawisku rekombinacji nośników ładunku (rekombinacja promienista). Zjawisko to zachodzi w półprzewodnikach wówczas, gdy elektrony przechodząc z wyższego poziomu energetycznego na niższy zachowują swój pseudo-pęd. Jest to tzw. przejście proste. Podczas tego przejścia energia elektronu zostaje zamieniona na kwant promieniowania elektromagnetycznego. Przejścia tego rodzaju dominują w półprzewodnikach z prostym układem pasmowym, w którym minimum pasma przewodnictwa i wierzchołkowi pasma walencyjnego odpowiada ta sama wartość pędu.

Dioda LED to chip półprzewodnikowy, jednak potocznie nazywa się tak cały element w skład którego wchodzi również obudowa i podłoże.

Dioda LED zbudowana jest z trzech podstawowych części:

• Chip LED (warstwy półprzewodnika typu N oraz typu P na granicy zetknięcia których zachodzi zjawisko elektroluminescencji)

• Dwie elektrody stanowiące kontakt elektryczny z półprzewodnikowymi strukturami

• Obudowa (podłoże ceramiczne połączone z chipem LED za pomocą elektrod oraz układ optyczny w formie soczewki szklanej lub silikonowej często osadzonej na tzw. reflektorze)

Dioda LED mocy.

W przypadku diody LED mocy mamy do czynienia z pojedynczym chipem LED o mocy >0,5W. Ze względu na wydzielanie dużej ilości ciepła, obudowy LED mocy posiadają w swojej strukturze pad termiczny umożliwiający odprowadzenie ciepła w celu zapewnienia bezpiecznych dla chipu ledowego warunków pracy.

Zjawisko elektroluminescencji.

Elektroluminescencja jest rodzajem zjawiska emisji promieniowania świetlnego na skutek dostarczenia energii zewnętrznej do badanego materiału) tzw. luminescencji. Przyczyną wywołującą zjawisko elektroluminescencji jest przyłożenie prądu lub pola elektrycznego do substancji zdolnej do luminescencji.

Skąd bierze się biała barwa światła w LED

Podstawową metodą otrzymywania białej diody LED jest konwersja wysokoenergetycznych długości fali, która dokonywana jest w luminoforze. Głównym elementem białej diody LED, jest chip półprzewodnikowy emitujący niebieskie lub granatowe światło. Na taki chip nałożona jest warstwa luminoforu, która powoduje konwersję części niebieskiego światła na żółte. W wyniku zmieszania w odpowiednich proporcjach obu barw otrzymywane jest światło białe.

Rzadziej stosuje się luminofory, konwertujące emitowane przez diodę promieniowanie UV na trzy barwy podstawowe. Zmieszanie powstałego promieniowania również umożliwia otrzymanie światła białego. Jednak rozwiązanie to jest znacznie mniej wydajne energetycznie niż w przypadku konwersji światła niebieskiego na żółte.

Ostatnią metodą jest zastosowanie trzech chipów półprzewodnikowych, tworzących diodę RGB. W wyniku sumowania barw otrzymywany jest kolor biały. Jest to rozwiązanie o największej wydajności, gdyż nie występują tu straty w luminoforze związane z konwersją światła. Wadą tego rozwiązania jest konieczność zastosowania trzech osobnych obwodów zasilających poszczególne chipy.

Co to jest użyteczny czas życia diody?

Użyteczny czas życia diody LED, jest to czas po którym jej jasność obniży się do 70% wartości początkowej. Taką zmianę natężenia światła jest w stanie zaobserwować użytkownik w przypadku aplikacji oświetleniowej. Z tego też względu użytecznym czasem życia charakteryzuje się źródeł światła LED wykorzytwane w technice oświetleniowej.

Co to są biny led?

Producenci diod LED mocy, już na etapie produkcji testują i sortują diody w osobne grupy, zwane binami. W takim procesie diody LED mocy sortowane są pod względem następujących parametrów:

• emitowanego strumienia świetlnego
• napięcia przewodzenia
• temperatury barwowej (w przypadku diod białych)
• długości fali (w przypadku diod kolorowych)

Dlaczego odpowiednia temperatura pracy diody LED jest ważna.

Ze wzrostem temperatury wydajność chipu diody LED maleje, a także skraca się czas życia diody LED. Konieczne jest utrzymywanie możliwie niskiej temperatury.

Jaki strumień świetlny, w porównaniu do żarówek, jest emitowany przez białe diody LED mocy?

Źródła światła o różnym poborze energii porównuje się za pomocą parametru zwanego skutecznością świetlną. Jest to stosunek wielkości strumienia świetlnego do jednego wata pobieranej mocy przez źródło. Innymi słowy oznacza to jak efektywnie jest przekształcany 1W wat pobieranej mocy na emisję strumienia świetlnego. Jednostka lm/W.

Przykładowe wartości skuteczności świetlnej popularnych źródeł światła.