Jak funguje LED dioda?

 

 

Light Emitting Diode je de facto malá "žárovka", která se snadno vejde do elektrického obvodu. Světlo v ní emituje pohyb elektronů v polovodičovém materiálu, který je její hlavní součástí.

 

Polovodič je materiál (prvky křemík, selen, germanium, sulfid olovnatý, sloučeniny arsenid galia), který má schopnost vést elektrický proud a jehož vlastnosti jsou poměrně snadno ovlivnitelné změnou vnitřních (přidáním příměsi) a vnějších (dodáním energie) podmínek.

 

Polovodičové materiály obsahují v čisté formě (na úrovni atomu) stejný počet děr a volných elektronů. Přítomnost příměsí atomů cizích prvků (arsen X indium) v polovodičových materiálech vytváří volné elektrony, které se pohybují ze záporně nabité do kladně nabité oblasti (polovodič typu N) nebo volné díry, které si elektrony předávají a pohybují se tak z kladně nabité oblasti do záporně nabité oblasti (polovodič typu P).

 

Samotná dioda se skládá ze dvou elektrod, mezi kterými se polovodičová vrstva typu N váže na úsek polovodičové vrstvy typu P. Vzájemné interakce elektronů a děr pak vytváří světlo.

 

Světlo je forma energie, která může být uvolněna atomem. Tvoří jej malé nehmotné částice, které mají energii a hybnost. Tyto částice se nazývají fotony a jsou základní jednotkou světla.

 

Podle toho, jakou volný elektron překonává vzdálenost při svém pohybu mezi dírami respektive mezi orbitaly kolem jádra, produkuje fotony o frekvenci odpovídající této vzdálenosti. Proto můžeme vidět svítit jen diody skládající se z konkrétního dopovaného polovodiče, jehož elektrony produkují fotony o vlnové délce v rámci viditelného spektra. Jinými slovy velikost mezery určuje frekvenci fotonu – barvu světla (infračerveného, ultrafialového nebo viditelného spektra).

 

Pro LED se obyčejně používá dopovaná polovodičová struktura z vrstev gallium nitridu (GaN). Mnohavrstvá polovodičová struktura vytváří krystal, který vyzařuje pro led tak typické modré světlo.

 

Abychom dosáhli bílého světla, pro které dokážeme nalézt uplatnění v oboru umělého osvětlení, přidává se na čip (krystal s elektrickými kontakty) luminofor (na bázi fosforu). Záření dopadající na luminofor vyvolá chemickou reakci obsaženého fosforu, který emituje své vlastní světlo. Čip je utěsněn silikonovým gelem tak, aby část modrého světla z krystalu pronikla ven. Výsledné bílé světlo je tak mixem pronikajícího světla z GaN krystalu a světla produkovaného luminoforem.

Použitím různých druhů fosforu pak můžeme dosáhnout jakékoliv barevné teploty. Prakticky je možné vyrobit kombinací příměsí v polovodiči buď širokospektrální LED  s energií záření rovnoměrně rozloženou v rámci spojitého spektra od 250 do 3 500 nm nebo monochromatickou LED s jedinou výkonovou špičkou.

 

 

red@