LED dióda, čo je skratka anglického názvu Light Emitting Diode, je polovodičová elektronická súčiastka, ktorá obsahuje P-N prechod. LED diódy fungujú tak, že premieňajú elektrickú energiu priamo na svetelnú energiu procesom nazývaným elektroluminiscencia. Tento jav je známy už niekoľko desiatok rokov, pričom v poslednom období sa táto technológia masovo rozšírila vďaka svojej vysokej účinnosti a dlhej životnosti.
Hlavnou časťou LED diódy je doštička zložená z polovodiča typu P a polovodiča typu N. Medzi nimi sa nachádza prechodová vrstva, ktorá sa nazýva PN prechod. V PN prechode niektorých polovodičových materiálov, keď sa injektované menšinové nosiče a väčšinové nosiče rekombinujú, sa prebytočná energia uvoľní vo forme svetla.
Fyzikálny princíp vyžarovania fotónov
Pri rekombinácii páru elektrón - diera sa uvoľňuje energia. Vďaka platnosti zákona zachovania energie je táto uvoľnená energia rovnaká ako energia nutná ku generácii. Keď je na oba konce diódy privedené dopredné napätie, nosiče v polovodiči sa rekombinujú, aby spôsobili emisiu fotónov na generovanie svetla.
- Strana typu N: Má elektróny navyše.
- Strana typu P: Má "diery" alebo priestory pre elektróny.
- Medzera pásma (band gap): Určuje energiu emitovaných fotónov a tým aj výslednú farbu svetla.
Farba svetla LED diódy je závislá na chemickom zložení použitého polovodiča. Najjednoduchšia je výroba červenej LED, pretože červené svetlo má najmenšiu energiu, zatiaľ čo modré svetlo má energiu najväčšiu.
Epizóda 7 | PN dióda | Animácia PN diódy, 1. časť | #pnjunction
Konštrukcia a vlastnosti bielych LED
LED dióda z princípu nemôže emitovať biele svetlo, túto nevýhodu sa ale vývojári naučili elegantne obísť. Uplatňuje sa dióda vyžarujúca modré svetlo a pred jej emitujúcu časť sa nanesie žltý prášok zvaný luminofor. Miešaním pôvodného svetla modrých LED a transformovaného žltého spektra vzniká vnem bieleho svetla.
K ďalším dôležitým vlastnostiam LED technológie patria:
- Vysoká účinnosť: LED diódy sú oveľa efektívnejšie ako vláknové žiarovky, ktoré väčšinu príkonu menia na teplo.
- Dlhá životnosť: LED diódy dosahujú životnosť aj niekoľko desiatok tisíc hodín.
- Absencia škodlivého žiarenia: Vo svetle LED nenájdeme IR ani UV žiarenie.
Technické aspekty prevádzky
Pre správnu funkciu LED diódy je nutné dbať na správnu polaritu. LED diódy potrebujú na začatie vedenia minimálne priame napätie a musia byť zapojené v priepustnom smere. Pri spätnom napätí aplikovanom na PN prechod je ťažké injektovať menšinové nosiče, takže dióda nevyžaruje svetlo.
| Vlastnosť | Výhoda LED |
|---|---|
| Spotreba energie | Nízka (cca 10 % oproti starým žiarovkám) |
| Životnosť | Až 50 000 a viac hodín |
| Odolnosť | Vysoká odolnosť proti nárazom |
| Svetelný tok | Smerový, možnosť regulácie jasu |
Dôležitým faktorom je odvod tepla. Výkonné LED čipy musia byť umiestnené na chladiči, pretože vyššie teploty im výrazne skracujú životnosť. Kvalitné LED žiarovky preto často obsahujú chladič, ktorý je viditeľný ako výrazné rebrovanie tela žiarovky.