Világító dióda
A világító dióda félvezető anyagból készült fényforrás. Angol eredetű neve, a LED a Light Emitting Diode rövidítéséből származik. A dióda által kibocsátott fény színe a félvezető anyag összetételétől, ötvözőitől függ. A LED inkoherens keskeny spektrumú fényt bocsát ki. A fény spektruma az infravöröstől az ultraibolyáig terjedhet.
Tartalomjegyzék |
[szerkesztés] Működése
A fény úgy keletkezik, hogy a diódára adott áramforrás a dióda anyagában levő atomok elektronjait gerjeszti, amitől azok nagyobb energiaszintű elektronpályára lépnek, majd miközben visszatérnek eredeti energiaszintjükre, fotonokat bocsátanak ki. Nyitóirányú áram esetén a PN átmeneten az elektronok a N rétegből a P-be, a lyukak a P rétegből az N-be diffundálnak. A diffúziós kisebbségi és többségi töltéshordozók között rekombinációs folyamat indul meg, melynek során a felszabaduló energia fotonok formájában kisugárzódik. Nagyobb feszültség hatására nagyobb a kisugárzott fotonok mennyisége, egészen egy bizonyos nyitóirányú áramértékig, ahonnan már nem számottevő a változás.
A sugárzás csak úgy jöhet létre, ha az elektronok átkerülnek a nagyenergiájú vezetési sávból a kisebb energiájú vegyértéksávba. Az elektron eme állapota nem stabil, hanem egy kis idő elteltével visszaugrik az eredeti elektronpályájára. A többletenergia, amivel előzőleg képes volt feljebb lépni, sugárzás formájában hagyja el az atomot. Ez a sugárzás a hullámhossztól függő (lásd a táblázatot) fény formájában jelentkezik. A rekombinációknak körülbelül az 1%-a jár foton kibocsátással, míg a többi hőtermeléssel. Legnagyobb hatásfokkal az infravörös fénydióda rendelkezik (1-5%), a többinél ez 0,05% alatt van[forrás?].
A LED-ek előnye, hogy a kimeneti fény előállításához alacsony áramot és feszültséget igényelnek, nagy a kapcsolási sebesség, kis helyen elférnek, ütésállók és nagy az élettartamuk.
[szerkesztés] Felfedezése
1955-ben Rubin Braunstein az RCA cégtől (Radio Corporation of America) fedezte fel a gallium-arzenid (GaAs), és egyéb félvezető-ötvözetek infravörös emisszióját. A Texas Instruments kutatói, Bob Biard és Gary Pittman 1961-ben fedezte fel a gallium-arzenid fénykibocsátását, amelyet az elektromos áram gerjesztett. Ez a fény a nem látható, infravörös tartományába esett. Biard és Pittman felismerte a munkájuk fontosságát, és szabadalmaztatták a LED-et. Az ifj. Nick Holonyak a General Electric Company-tól fejlesztette ki az első gyakorlatban használható látható fényű LED-et 1962-ben.
| Anyag | Szín | Hullámhossz |
|---|---|---|
| Gallium-arzenid (GaAs) | infravörös | 940 nm |
| Gallium-alumínium-arzenid (AlGaAs) | vörös és infravörös | 890 nm |
| Gallium-arzenid-foszfid (GaAsP) | vörös, narancs és sárga | 630 nm |
| Gallium-foszfid (GaP) | zöld | 555 nm |
| Gallium-nitrid (GaN) | zöld | 525 nm |
| Cink-szelenid (ZnSe) | kék | ~500 nm |
| Indium-gallium-nitrid (InGaN) | kék | 450 nm |
| Szilícium-karbid (SiC) | kék | 480 nm |
| Gyémánt (C) | ultraibolya | 400 nm |
[szerkesztés] Megjegyzések
Világító eszközként való hasznosításuk során tartsuk szem előtt, hogy bár a LED-ek, hasonlóképpen az izzókhoz, pontszerű fényforrások, technológiájukból következően mégsem gömb karakterisztika mentén szórják fényüket. A leggyakoribb kivitelnél optikai úton irányítják a fényt, de az elemi, egyedül álló LED-eknél is legfeljebb 120 fok a szórás. Ebből következik, hogy egyenlő fényteljesítményű izzós spot és LED-es spot fénye között számottevő eltérés van. Ennek oka, hogy az izzós spot a központi fénycsóván kívül is szór fényt, míg az optikai úton létrehozott LED csóván kívülre nem világít! A LED-es világítóeszközök kivitelüket tekintve lehetnek a hagyományos izzókkal kompatibilisek, azaz ugyanúgy foglalatba tekerhetők, 230 V-osak és lehetnek speciális kivitelű, szigorúan csak a saját tápegységükkel működtethető megoldásúak.
Az izzólámpa fénykibocsátó ellenállás, így egyen- vagy váltóáramú feszültséggenerátorról is üzemeltethető és párhuzamosan is kapcsolható. Névleges feszültségű elemre ( 4.5 V DC ), világítási hálózatra ( 230 V 50 Hz ) stb. közvetlenül ráköthető.
A LED fénykibocsátó dióda, csak egyenáramú áramgenerátorról üzemeltethető és párhuzamosan nem kapcsolható. Váltóáramú feszültséggenerátoros áramforrás ( világítási hálózat ) és a LED közé egyenirányító és áramkorlátozó áramkört kell kapcsolni.
A LED és az izzólámpa alapvetően különböző alkatrész, ezért a LED-izzó kifejezés nem helyes.
[szerkesztés] Források
[szerkesztés] Külső hivatkozások
- Angol:
- Photonics Sources Group, Tyndall National Institute GaN and other photonics research at the Tyndall National Institute, Ireland.
- LEDs for Sustainable Development
- Collection For LED
- Solid State Lighting, Michael Shur - Rensselaer Polytechnic
- Applications notes about Discrete LEDs including basic driver circuits
- LED Circuitry Tutorial
- LED Resistor Calculator
- Light emitting diodes.org site
- Dendrimers in the spotlight - an Instant Insight examining the use of dendrimers in organic light-emitting diodes from the Royal Society of Chemistry
