Naprava in princip delovanja LED

V žarnicah z žarilno nitko svetloba izvira iz vroče do bele volframove žarilne nitke, v bistvu zaradi toplote. Kot žareče oglje v kurišču, segreto s segrevanjem električnega toka, ko elektroni hitro nihajo in trčijo ob vozlišča kristalne mreže prevodne kovine, hkrati pa oddajajo vidno svetlobo, ki pa predstavlja le manj kot 15% celotne porabljene električne energije, ki napaja svetilko...

LED diode, za razliko od žarnic z žarilno nitko, ne oddajajo svetlobe zaradi toplote, temveč zaradi posebnosti njihove zasnove, ki je namenjena predvsem zagotavljanju, da trenutna energija gre natančno za oddajanje svetlobe pri določeni valovni dolžini. Posledično učinkovitost LED kot vira svetlobe presega 50 %.

Tukaj teče tok čez p-n spoj, pri prehodu pa pride do rekombinacije elektronov in lukenj z emisijo fotonov (kvantov) vidne svetlobe določene frekvence in torej določene barve.

Vsaka LED je v bistvu razporejena na naslednji način.Prvič, kot je omenjeno zgoraj, obstaja spoj elektronov in lukenj, ki je sestavljen iz polprevodnikov tipa p (večina nosilcev toka je lukenj) in polprevodnikov tipa n, ki so v stiku drug z drugim (še več, večina nosilcev toka je elektroni).

Ko se tok prenaša v smeri naprej skozi to stičišče, potem na točki stika polprevodnikov dveh nasprotnih vrst pride do prehoda naboja (nosilci naboja skačejo med nivoji energije) iz območja ene vrste prevodnosti v območje a drugačna vrsta prevodnosti.

V tem primeru se elektroni s svojim negativnim nabojem združijo z ioni pozitivno nabitih lukenj. V tem trenutku se rodijo fotoni svetlobe, katerih frekvenca je sorazmerna z razliko v energijskih nivojih atomov (višini potencialne pregrade) med snovmi na obeh straneh prehoda.

Strukturno so LED diode v različnih oblikah. Najenostavnejša oblika je petmilimetrsko telo - leča. Takšne LED diode pogosto najdemo kot indikatorske LED na različnih gospodinjskih aparatih. Na vrhu je ohišje LED oblikovano kot leča. V spodnjem delu ohišja je nameščen parabolični reflektor (reflektor).

Na reflektorju je kristal, ki oddaja svetlobo na mestu, kjer tok teče skozi pn spoj. Od katode — do anode, od reflektorja — v smeri tanke žice se gibljejo elektroni skozi kocko — kristal.

Ta polprevodniški kristal je glavni element LED. Tukaj je velik 0,3 krat 0,3 krat 0,25 mm. Kristal je z anodo povezan s tankim žičnatim mostom.Polimerno ohišje je hkrati prozorna leča, ki fokusira svetlobo v določeno smer, s čimer dobimo omejen kot divergence svetlobnega snopa.

Danes so LED diode na voljo v vseh barvah mavrice, od ultravijolične in bele do rdeče in infrardeče. Najpogostejše so rdeče, oranžne, rumene, zelene, modre in bele LED barve. In barva bleščic tukaj ni odvisna od barve ohišja!

Barva je odvisna od valovne dolžine fotonov, ki jih oddaja pn spoj. Na primer, rdeča barva rdeče LED ima značilno valovno dolžino od 610 do 760 nm. Valovna dolžina pa je odvisna od materiala, ki je bil uporabljen pri izdelavi določenega dela polprevodnik za to LED.Da bi dobili barvo od rdeče do rumene, se uporabljajo nečistoče aluminija, indija, galija in fosforja.

Za pridobivanje barv od zelene do modre - dušik, galij, indij. Za pridobitev bele barve je kristalu dodan poseben fosfor, ki spremeni modro barvo v belo s pomočjo fotoluminiscenčni pojavi.

Poglej tudi: Zakaj bi morala biti LED priključena preko upora?