LED fény elve

LED (fénykibocsátó dióda)egy szilárdtest félvezető eszköz, amely az elektromos energiát látható fénnyé tudja alakítani. Az elektromosságot közvetlenül fénnyé tudja alakítani. A LED szíve egy félvezető chip. A chip egyik vége egy konzolhoz van rögzítve, az egyik vége a negatív elektróda, a másik vége pedig a tápegység pozitív elektródájához csatlakozik, így a teljes chip epoxigyantába van kapszulázva.

A félvezető lapka két részből áll. Az egyik része egy P-típusú félvezető, amelyben lyukak dominálnak, a másik vége pedig egy N-típusú félvezető, ahol főleg elektronok vannak jelen. De amikor ezt a két félvezetőt összekapcsoljuk, P-N átmenet jön létre közöttük. Amikor áram hat az ostyára a vezetéken keresztül, az elektronok a P tartományba kerülnek, ahol az elektronok lyukakkal rekombinálódnak, majd fotonok formájában energiát bocsátanak ki. Ez a LED fénykibocsátás elve. A fény hullámhosszát, vagyis a fény színét a P-N átmenetet alkotó anyag határozza meg.

A LED közvetlenül vörös, sárga, kék, zöld, cián, narancs, lila és fehér fényt bocsát ki.

Kezdetben a LED-eket műszerek jelzőfényforrásaként használták. Később a különböző fényszínű LED-eket széles körben használták közlekedési lámpákban és nagy felületű kijelzőkben, jó gazdasági és társadalmi előnyökkel járva. Vegyünk példának egy 12 hüvelykes piros közlekedési lámpát. Az Egyesült Államokban egy hosszú élettartamú, alacsony megvilágítású vizuális hatásfokú, 140 wattos izzólámpát használnak fényforrásként, amely 2000 lumen fehér fényt bocsát ki. A vörös szűrőn való áthaladás után a fény 90%-a elvész, és csak 200 lumen vörös fény marad. Az újonnan tervezett lámpában a Lumileds 18 piros LED-es fényforrást használ, amelyek összesen 14 watt energiát fogyasztanak, beleértve az áramköri veszteségeket is, hogy ugyanazt a fényhatást produkálják. Az autóipari jelzőlámpák a LED-fényforrás-alkalmazások fontos területei is.

Az általános világításhoz az embereknek fehér fényforrásokra van szükségük. 1998-ban sikeresen kifejlesztették a fehér fényt kibocsátó LED-et. Ez a fajta LED GaN chipek és ittrium-alumínium gránát (YAG) csomagolásával készül. A GaN chip kék fényt bocsát ki (λp=465nm, Wd=30nm), a magas hőmérsékletű szinterezéssel előállított Ce3+ tartalmú YAG foszfor pedig a kék fénnyel gerjesztett sárga fényt bocsát ki, melynek csúcsértéke 550nLED lámpa m. A kék LED szubsztrát egy tál alakú fényvisszaverő üregbe van beépítve, és vékony, YAG-mal kevert gyantaréteggel borítja, körülbelül 200-500 nm. A LED szubsztrát által kibocsátott kék fény egy részét a foszfor elnyeli, a kék fény másik részét pedig a foszfor által kibocsátott sárga fénnyel keverik, így fehér fényt kapnak.

Az InGaN/YAG fehér LED-eknél a YAG foszfor kémiai összetételének változtatásával és a foszforréteg vastagságának beállításával különböző színű, 3500-10000K színhőmérsékletű fehér fény nyerhető. A kék LED-en keresztüli fehér fény megszerzésének ez a módszere egyszerű szerkezetű, alacsony költséggel és magas technológiai érettséggel rendelkezik, ezért ez a leggyakrabban használt módszer.