LED-valon periaate

LED (Light Emitting Diode)on puolijohdepuolijohdelaite, joka voi muuntaa sähköenergian näkyväksi valoksi. Se voi muuttaa sähkön suoraan valoksi. LEDin sydän on puolijohdesiru. Sirun toinen pää on kiinnitetty kannakkeeseen, toinen pää on negatiivinen elektrodi ja toinen pää on kytketty virtalähteen positiiviseen elektrodiin niin, että koko siru on kapseloitu epoksihartsiin.

Puolijohdekiekko koostuu kahdesta osasta. Toinen osa on P-tyyppinen puolijohde, jossa reiät hallitsevat, ja toinen pää on N-tyyppinen puolijohde, jossa on pääasiassa elektroneja. Mutta kun nämä kaksi puolijohdetta yhdistetään, niiden välille muodostuu P-N-liitos. Kun virta vaikuttaa kiekkoon langan läpi, elektronit työntyvät P-alueelle, jossa elektronit yhdistyvät uudelleen reikiin, ja sitten energiaa vapautuu fotonien muodossa. Tämä on LED-valon periaate. Valon aallonpituuden eli valon värin määrää P-N-liitoksen muodostava materiaali.

LED voi lähettää suoraan punaista, keltaista, sinistä, vihreää, syaania, oranssia, violettia ja valkoista valoa.

Alun perin LED-valoja käytettiin instrumenttien merkkivalolähteinä. Myöhemmin eri valovärisiä LED-valoja käytettiin laajalti liikennevaloissa ja laaja-alaisissa näytöissä, mikä tuotti hyviä taloudellisia ja sosiaalisia etuja. Otetaan esimerkkinä 12 tuuman punainen liikennevalo. Yhdysvalloissa käytetään valonlähteenä pitkäikäistä, heikossa valaistuksessa näkyvää 140 watin hehkulamppua, joka tuottaa 2 000 lumenia valkoista valoa. Kun valo on kulkenut punaisen suodattimen läpi, 90 % valosta katoaa, jolloin jäljelle jää vain 200 lumenia punaista valoa. Uudessa valaisimessa Lumileds käyttää 18 punaista LED-valolähdettä, jotka kuluttavat yhteensä 14 wattia tehoa piirihäviöineen tuottaakseen saman valoefektin. Autojen merkkivalot ovat myös tärkeä alue LED-valolähdesovelluksissa.

Yleisvalaistukseen ihmiset tarvitsevat valkoisia valonlähteitä. Vuonna 1998 valkoista valoa emittoiva LED kehitettiin onnistuneesti. Tällainen LED on valmistettu pakkaamalla GaN-siruja ja yttrium-alumiinigranaattia (YAG). GaN-siru lähettää sinistä valoa (λp = 465 nm, Wd = 30 nm), ja korkean lämpötilan sintrauksella valmistettu Ce3+:a sisältävä YAG-loiste lähettää keltaista valoa sen jälkeen, kun se on viritetty sinisellä valolla, jonka huippuarvo on 550 nLED lamppu m. Sininen LED-substraatti asennetaan kulhon muotoiseen heijastavaan onteloon ja peitetään ohuella hartsikerroksella, joka on sekoitettu YAG:hen, noin 200-500 nm. Osa LED-substraatin lähettämästä sinisestä valosta absorboituu loisteaineeseen, ja toinen osa sinisestä valosta sekoitetaan fosforin lähettämän keltaisen valon kanssa valkoisen valon saamiseksi.

Valkoisiin InGaN/YAG-LEDeihin YAG-loisteaineen kemiallista koostumusta muuttamalla ja fosforikerroksen paksuutta säätämällä saadaan aikaan eriväristä valkoista valoa, jonka värilämpötila on 3500-10000K. Tällä menetelmällä valkoisen valon saamiseksi sinisen LEDin kautta on yksinkertainen rakenne, alhaiset kustannukset ja korkea teknologinen kypsyys, joten se on eniten käytetty.