Zasada działania światła LED

LED (dioda elektroluminescencyjna)to półprzewodnikowe urządzenie półprzewodnikowe, które może przekształcić energię elektryczną w światło widzialne. Może bezpośrednio przekształcać energię elektryczną w światło. Sercem diody LED jest układ półprzewodnikowy. Jeden koniec chipa jest przymocowany do wspornika, jeden koniec to elektroda ujemna, a drugi koniec jest podłączony do dodatniej elektrody zasilacza, dzięki czemu cały chip jest zamknięty w żywicy epoksydowej.

Płytka półprzewodnikowa składa się z dwóch części. Jedna część to półprzewodnik typu P, w którym dominują dziury, a drugi koniec to półprzewodnik typu N, w którym obecne są głównie elektrony. Ale kiedy te dwa półprzewodniki zostaną połączone, powstaje między nimi złącze P-N. Kiedy prąd będzie działał na płytkę przez drut, elektrony zostaną wypchnięte do obszaru P, gdzie elektrony połączą się z dziurami, a następnie zostanie wyemitowana energia w postaci fotonów. Taka jest zasada emitowania światła LED. Długość fali światła, czyli barwa światła, zależy od materiału tworzącego złącze P-N.

Dioda LED może bezpośrednio emitować światło czerwone, żółte, niebieskie, zielone, cyjanowe, pomarańczowe, fioletowe i białe.

Początkowo diody LED były używane jako źródła światła sygnalizacyjnego w instrumentach. Później w sygnalizacji świetlnej i wielkopowierzchniowych ekranach powszechnie stosowano diody LED o różnych barwach światła, co przyniosło dobre korzyści ekonomiczne i społeczne. Weźmy jako przykład 12-calowe czerwone światło drogowe. W Stanach Zjednoczonych jako źródło światła stosuje się żarówkę o długiej żywotności i sprawności wizualnej o mocy 140 W, która wytwarza 2000 lumenów białego światła. Po przejściu przez filtr czerwony traci się 90% światła, pozostawiając jedynie 200 lumenów światła czerwonego. W nowo zaprojektowanej lampie Lumileds wykorzystuje 18 czerwonych źródeł światła LED, które zużywają łącznie 14 watów mocy, włączając straty w obwodzie, aby uzyskać taki sam efekt świetlny. Samochodowe światła sygnalizacyjne są również ważnym obszarem zastosowań źródeł światła LED.

Do oświetlenia ogólnego ludzie potrzebują źródeł białego światła. W 1998 roku pomyślnie opracowano diodę LED emitującą światło białe. Ten rodzaj diod LED jest wytwarzany przez pakowanie chipów GaN i granatu itrowo-aluminiowego (YAG). Chip GaN emituje światło niebieskie (λp=465nm, Wd=30nm), a luminofor YAG zawierający Ce3+ powstały w wyniku spiekania w wysokiej temperaturze emituje światło żółte po wzbudzeniu światłem niebieskim, o wartości szczytowej 550nLED m lampy. Niebieskie podłoże LED jest instalowane we wnęce odblaskowej w kształcie misy i pokryte cienką warstwą żywicy zmieszanej z YAG, około 200-500 nm. Część światła niebieskiego emitowanego przez podłoże LED jest pochłaniana przez luminofor, a pozostała część światła niebieskiego jest mieszana ze światłem żółtym emitowanym przez luminofor w celu uzyskania światła białego.

W przypadku białych diod LED InGaN/YAG, zmieniając skład chemiczny luminoforu YAG i dostosowując grubość warstwy luminoforu, można uzyskać światło białe o różnych barwach i temperaturze barwowej 3500-10000K. Ta metoda uzyskiwania światła białego za pomocą niebieskich diod LED ma prostą konstrukcję, niski koszt i wysoką dojrzałość technologiczną, dlatego jest najczęściej stosowana.