Energooszczędne, bezpieczne dla oka i zdrowia, ekologiczne – m.in. te zalety zagwarantowały technologii LED tak wielką popularność w naszym życiu. Oświetlenie LED wykorzystywane jest praktycznie w każdej dziedzinie, od przemysłu, przez miejsca publicznego użytku aż po biura i nasze domy.
Choć oświetlenie LED stało się naszym głównym źródłem światła, wciąż jest wiele osób, które nie wie, na czym polega ta technologia. Co to jest LED? Jak działa oświetlenie LED? W dzisiejszym artykule przybliżymy Ci te zagadnienia.
Co to jest LED?
Skrótem LED (z ang. Light Emitting Diode) określa się przyrządy półprzewodnikowe, których działanie jest oparte na zasadzie elektroluminescencyjnej. Elektroluminescencją określamy zdolność niektórych substancji do emitowania światła, gdy płynie przez nie prąd. Zjawisko zostało zaobserwowane na początku XX wieku, lecz pierwsze diody pojawiły się dopiero w latach 60.
Co właściwie świeci w diodach elektroluminescencyjnych? W zwykłych żarówkach odpowiedzialny za światło jest żarnik, który pod wpływem wysokiej temperatury emituje światło. LED działa na innej zasadzie, nie ma tam żadnego żarnika, który świeci dlatego, że jest nagrzany. W diodach elektroluminescencyjnych następuje bezpośrednie przekształcenie prądu elektrycznego na światło, które może przybierać różne kolory.
Jak działa oświetlenie LED?
W poprzednim akapicie pokrótce opisaliśmy podstawowy mechanizm działania diody LED. Jak już wspomnieliśmy, oświetlenie LED zawdzięczamy zjawisku elektroluminescencji, czyli zdolności świecenia obiektów pod wpływem prądu elektrycznego stałego lub zmiennego.
Aby zrozumieć działanie LED, należy poznać jej budowę. Półprzewodnikowa dioda jest zbudowana warstwowo, składa się z: warstwy p, obszaru aktywnego p-n i warstwy n. Po obu stronach diody są metalowe kontakty, które odpowiedzialne są za dostarczenie prądu o odpowiednim ładunku – dodatnim do warstwy p i ujemnym do warstwy n.
Warstwa n – posiada dużą liczbę elektronów.
Warstwa p – posiada dziury stanowiące typowy element konstrukcji siarki krystalicznej, która zbudowana jest z atomów i cząsteczek.
Istotnym elementem, bez którego niemożliwe by było działanie diody, jest połączenie się par cząsteczek, które posiadają przeciwny ładunek elektryczny. Proces określany jest jako zjawisko rekombinacji.
Wyróżniamy 2 typy tego mechanizmu:
- Rekombinacja bezpośrednia – elektrony znajdujące się na pasmie przewodzącym przechodzą na jeden z wolnych stanów w paśmie walencyjnym, w efekcie powstaje energia w postaci fotonu – cząsteczki światła.
- Rekombinacja pośrednia – tutaj także elektrony przechodzą z pasm przewodzących na jeden z wolnych stanów w paśmie walencyjnym, jednak różnica jest taka, że ten proces odbywa się w 2 etapach. Jak możemy przeczytać w definicji, elektron przechodzi przez stany kwantowe w przerwie energetycznej wynikające z defektów sieci krystalicznej, nazywanych pułapkami.[i]
W momencie, w którym do układu diody zostanie dostarczony prąd, następuje zjawisko rekombinacji. Podczas tego procesu dochodzi do gwałtownych przeskoków elektronu między warstwami p i n. W trakcie przejścia wytworzona wartość energii emitowanego fotonu światła jest równa przerwie energetycznej.
Dioda elektroluminescencyjna może emitować światło o różnym zabarwieniu. To, jaki to będzie kolor, zależne jest od materiałów, z których został zbudowany półprzewodnik.
Od czego zależy kolor diody LED?
Kolor światła emitowanego przez diodę zależy od rodzaju półprzewodnika, z którego zbudowane jest złącze. Każdy rodzaj półprzewodnika wymusza inny poziom energii oddawanej przez elektron, czego skutkiem jest emisja światła o różnych długościach fali. Wybierając rodzaj materiału półprzewodnika, jesteśmy w stanie produkować diodę o określonej barwie emitowanego światła. Także rodzaj domieszkowania w pewnym stopniu ma wpływ na kolor światła emitowanego przez oświetlenie LED.
Jak powstaje białe oświetlenie LED?
Barwa, która odbierana jest przez nasze oko jako biała, to nic innego jak mieszanka wszystkich kolorów.
Charakterystyka widmowa promieniowania przykładowych diod elektroluminescencyjnych – jak widać na załączonym rysunku, bezpośrednie uzyskanie białego światła ze zwykłej LED jest niemożliwe.
Białe oświetlenie LED możemy uzyskać 3 sposobami:
- System RGB – należy wymieszać 3 barwy pojedyncze LED, czyli zieloną, niebieską i czerwoną.
- System barwy dopełniającej – do niebieskiej barwy LED dodaje się luminoforu żółtego lub czerwonego.
- System konwersji UV – w tym przypadku uzupełnia się luminofor LED z promieniowaniem UV.
Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Rekombinacja_(fizyka)