Uređaj i princip rada LED
U žaruljama sa žarnom niti, svjetlost dolazi od vruće do bijele volframove niti, uglavnom od topline. Poput užarenog ugljena u peći, zagrijan toplinskim učinkom električne struje, kada elektroni brzo osciliraju i sudaraju se s čvorovima kristalne rešetke vodljivog metala, istovremeno emitirajući vidljivu svjetlost, koja, međutim, predstavlja samo manje od 15% ukupno potrošene električne energije koja napaja svjetiljku...
LED diode, za razliku od žarulja sa žarnom niti, emitiraju svjetlost ne zbog topline, već zbog osobitosti njihovog dizajna, koji je uglavnom usmjeren na to da trenutna energija ide upravo na emisiju svjetlosti, na određenoj valnoj duljini. Kao rezultat, učinkovitost LED-a kao izvora svjetlosti prelazi 50%.
Ovdje teče struja preko p-n spoja, dok u prijelazu dolazi do rekombinacije elektrona i šupljina uz emisiju fotona (kvanta) vidljive svjetlosti određene frekvencije pa prema tome i određene boje.
Svaki LED je u osnovi raspoređen na sljedeći način.Prvo, kao što je gore navedeno, postoji spoj elektron-rupa, koji se sastoji od poluvodiča p-tipa (većina nositelja struje su rupe) i poluvodiča n-tipa koji su u međusobnom kontaktu (više, većina nositelja struje je elektroni).
Kada se struja prenosi u smjeru naprijed kroz ovaj spoj, tada na mjestu dodira poluvodiča dva suprotna tipa dolazi do prijelaza naboja (nositelji naboja skaču između energetskih razina) iz područja jedne vrste vodljivosti u područje a različite vrste vodljivosti.
U ovom slučaju, elektroni sa svojim negativnim nabojem spajaju se s ionima pozitivno nabijenih šupljina. U tom trenutku rađaju se fotoni svjetlosti čija je frekvencija proporcionalna razlici u energetskim razinama atoma (visini potencijalne barijere) između tvari s obje strane prijelaza.
Strukturno, LED diode dolaze u različitim oblicima. Najjednostavniji oblik je tijelo od pet milimetara — leća. Takve LED diode često se mogu naći kao indikatorske LED diode na raznim kućanskim aparatima. Na vrhu, LED kućište ima oblik leće. U donjem dijelu kućišta ugrađen je parabolični reflektor (reflektor).
Na reflektoru je kristal koji emitira svjetlost na mjestu gdje struja prolazi kroz pn spoj. Od katode — do anode, od reflektora — u smjeru tanke žice, elektroni se kreću kroz kocku — kristal.
Ovaj poluvodički kristal je glavni element LED diode. Ovdje je veličine 0,3 x 0,3 x 0,25 mm. Kristal je spojen s anodom tankim žičanim mostom.Polimerno tijelo je ujedno i prozirna leća koja fokusira svjetlost u određenom smjeru, čime se postiže ograničeni kut divergencije svjetlosnog snopa.
Danas LED diode dolaze u svim duginim bojama, od ultraljubičaste i bijele do crvene i infracrvene. Najčešće su crvena, narančasta, žuta, zelena, plava i bijela LED boja. A boja svjetlucanja ovdje nije određena bojom kućišta!
Boja ovisi o valnoj duljini fotona koje emitira pn spoj. Na primjer, crvena boja crvene LED diode ima karakterističnu valnu duljinu od 610 do 760 nm. Valna duljina pak ovisi o materijalu koji je korišten u izradi određenog dijela poluvodič za ovu LED. Dakle, da bi se dobila boja od crvene do žute, koriste se nečistoće aluminija, indija, galija i fosfora.
Za dobivanje boja od zelene do plave - dušik, galij, indij. Za dobivanje bijele boje u kristal se dodaje poseban fosfor koji plavu boju pretvara u bijelu uz pomoć fenomen fotoluminiscencije.
Vidi također: Zašto bi LED trebao biti spojen preko otpornika