Pełną formą diody LED jest dioda elektroluminescencyjna. Diody LED to specjalny rodzaj diod półprzewodnikowych, które emitują światło w odpowiedzi na różnicę potencjałów przyłożoną na ich zaciskach, stąd nazwa dioda elektroluminescencyjna. Tak jak zwykła dioda, diody LED również mają dwa zaciski z polaryzacją, a mianowicie anodę i katodę. Aby oświetlić diodę LED, na jej zaciski anody i katody przykładana jest różnica potencjałów lub napięcie.

Obecnie diody LED są szeroko stosowane do produkcji najnowocześniejszych lamp LED o wysokiej jasności. Są one również powszechnie używane do produkcji dekoracyjnych świateł LED typu string i wskaźników LED.

Krótka historia

Pomimo tego, że diody LED są dziś uważane za produkt zaawansowanej technologicznie branży półprzewodników, ich właściwości świetlne zostały wstępnie zidentyfikowane wiele lat temu. Pierwszą osobą, która zauważyła efekt świetlny LED, był jeden z inżynierów Marconiego, H.J. Round, który jest również znany z kilku wynalazków lamp próżniowych i radia. Odkrył to w 1907 roku podczas badań z Marconim nad punktowymi detektorami kryształowymi.

W 1907 roku magazyn Electrical World jako pierwszy doniósł o tych przełomach. Koncepcja LED pozostawała uśpiona przez kilka lat, dopóki nie została ponownie odkryta w 1922 roku przez rosyjskiego naukowca O.V. Łosow.

Losov przebywał w Leningradzie, gdzie zginął tragicznie podczas II wojny światowej. Możliwe, że większość jego projektów zaginęła podczas wojny. Chociaż złożył w sumie cztery patenty w latach 1927-1942, jego badania nie zostały rozpoznane dopiero po jego śmierci.

Koncepcja LED pojawiła się ponownie w 1951 roku, kiedy grupa naukowców pod kierownictwem K. Lehovca zaczęła badać ten efekt. Dochodzenie toczyło się przy udziale innych organizacji i badaczy, w tym W. Shockleya (wynalazcy tranzystora). Ostatecznie koncepcja LED została znacznie udoskonalona i zaczęła być komercjalizowana pod koniec lat 60. XX wieku.

Jaki materiał półprzewodnikowy jest używany w złączu LED?

Zasadniczo diody elektroluminescencyjne to specjalistyczne złącze PN wykonane przy użyciu złożonego półprzewodnika.

Krzem i german to dwa najczęściej używane półprzewodniki, jednak ponieważ są to tylko elementy, nie można z nich wykonać diod LED.

Odwrotnie, materiały takie jak arsenek galu, fosforek galu i fosforek indu, które łączą dwa lub więcej pierwiastków, są często wykorzystywane do produkcji diod LED. Na przykład arsenek galu ma wartościowość równą trzy, a arsen ma wartościowość pięć, a zatem oba są klasyfikowane jako półprzewodniki grupy III -V.

Materiały należące do grupy III-V mogą być również wykorzystywane do tworzenia innych półprzewodników złożonych.

Kiedy złącze półprzewodnikowe jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, dziury z obszaru typu P i elektrony z obszaru typu N wchodzą do złącza i łączą się, tak jak w normalnej diodzie.

Prąd przepływa w ten sposób przez skrzyżowanie.

W rezultacie uwalniana jest energia, z której część jest emitowana jak fotony (światło). Aby zagwarantować, że jak najmniejsza ilość fotonów (światła) zostanie pochłonięta przez konstrukcję, strona P złącza, która w większości przypadków wytwarza większość światła, znajduje się najbliżej powierzchni urządzenia.

Połączenie musi być idealnie zoptymalizowane, a do wytworzenia światła widzialnego należy użyć odpowiednich materiałów. W zakresie podczerwieni widma emituje swoją energię czysty arsenek galu.

Jak diody LED uzyskują swoje kolory

Aluminium jest wprowadzane do półprzewodnika w celu wytworzenia arsenku galu glinu, który przesuwa światło LED na jasnoczerwony koniec widma (AIGaAs).

Czerwone światło można również uzyskać poprzez dodanie fosforu.

W przypadku innych kolorów LED wykorzystywane są różne materiały. Na przykład fosforek galu emituje światło zielone, podczas gdy światło żółte i pomarańczowe jest wytwarzane przez fosforek glinowo-indowo-galowy. Większość diod LED wykonana jest z półprzewodników galowych.

Diody LED są produkowane z dwóch struktur

Dioda emitująca powierzchniowo i dioda emitująca krawędzie, które są widoczne na ryc. Odpowiednio 1 A i B to dwie podstawowe architektury wykorzystywane w przypadku diod LED. Najbardziej popularną z nich jest dioda powierzchniowo emitująca światło, która wytwarza światło pod szerszym kątem.

Po wyprodukowaniu konstrukcja LED musi być zamknięta w taki sposób, aby można było z niej bezpiecznie korzystać bez uszkodzenia diody.

Większość maleńkich wskaźników LED jest zamknięta w kleju epoksydowym o współczynniku załamania światła, który znajduje się gdzieś pomiędzy współczynnikiem półprzewodnika a otaczającym powietrzem (patrz rys. 2 poniżej). Dzięki temu dioda jest doskonale zabezpieczona, a światło jest przekazywane na świat w najbardziej efektywny sposób.

Specyfikacja napięcia przewodzenia LED (VF)

Ponieważ diody LED są urządzeniami wrażliwymi na prąd, zastosowane napięcie nigdy nie może przekraczać minimalnego napięcia przewodzenia diody LED. Specyfikacja napięcia przewodzenia diody LED (VF) to po prostu optymalny poziom napięcia, który można wykorzystać do bezpiecznego i jasnego oświetlenia diody LED. Jeśli prąd przekroczy specyfikację napięcia przewodzenia diody LED, dioda LED spali się i zostanie trwale uszkodzona.

W przypadku, gdy napięcie zasilania jest wyższe niż napięcie przewodzenia diody LED, obliczony rezystor jest używany szeregowo z zasilaczem, aby ograniczyć prąd do diody LED. Gwarantuje to, że dioda LED może bezpiecznie oświetlać z optymalną jasnością.

Wartość napięcia przewodzenia większości dzisiejszych diod LED wynosi około 3,3 V. Niezależnie od tego, czy jest to czerwona, zielona czy żółta dioda LED, wszystkie zazwyczaj mogą być oświetlone poprzez przyłożenie 3,3 V do ich zacisków anodowych i katodowych.

Napięcie zasilania diody LED musi być napięciem stałym. Można również użyć prądu zmiennego, ale wtedy dioda LED powinna mieć podłączoną diodę prostowniczą. Gwarantuje to, że zmiana polaryzacji napięcia przemiennego nie spowoduje uszkodzenia diody LED.

Prąd ograniczający

Diody LED, podobnie jak zwykłe diody, nie mają własnego ograniczenia prądu. W rezultacie, jeśli jest podłączony bezpośrednio przez baterię, ulegnie spaleniu.

Jeśli napięcie zasilania DC wynosi około 3,3 V, dioda LED nie będzie wymagała rezystora ograniczającego. Jeśli jednak napięcie zasilania jest wyższe niż 3,3 V, wówczas wymagany będzie rezystor połączony szeregowo z zaciskiem LED.

Rezystor może być połączony szeregowo z zaciskiem anodowym diody LED lub z zaciskiem katodowym diody LED.

Aby uniknąć uszkodzenia, do obwodu musi być podłączony rezystor, aby kontrolować prąd. Normalny wskaźnik diody LED mają maksymalny prąd o wartości około 20 mA; jeśli prąd jest ograniczony poniżej tej wartości, moc świetlna diody LED zmniejszy się proporcjonalnie.

“do czego służy cewka tesli? ”

Jak pokazano na rys. 3 powyżej, napięcie na samej diodzie LED może wymagać uwzględnienia podczas szacowania ilości pobieranego prądu. Ponieważ jeśli napięcie wzrośnie, pobór prądu również wzrośnie proporcjonalnie.

Wzór na obliczenie rezystora ograniczającego jest następujący:

R = V - LED FWD V / Prąd LED