Svetle?a dioda (angle?ka kratica LED (light-emitting diode) ) je polprevodni?ki elektronski element . Njene elektri?ne karakteristike so podobne navadni polprevodni?ki diodi s to razliko, da kadar prevaja tok , sveti . Razlikujejo se po barvi, velikosti, obliki in elektri?nih karakteristikah. Svetloba , ki jo oddajajo ima valovno dol?ino v ozkem pasu. Modro barvo so uspeli dobiti ?ele pred nekaj leti. Bela svetle?a dioda je kombinacija rde?e, zelene in modre. Izkoristek svetle?e diode je mnogo bolj?i kot pri ?arnici z ?arilno nitko. Bele svetle?e diode velike sevalne mo?i napovedujejo bolj mno?i?no uporabo le-teh v razsvetljavi. Poleg bolj?ega izkoristka jih odlikuje tudi dalj?a ?ivljenjska doba, ki zna?a okoli 50000 ur, za razliko od navadne ?arnice , kjer je 1000 ur.

Zgodovina [ uredi | uredi kodo ]

Pojav elektroluminiscence je v Markonijevih laboratorijih leta 1907 odkril angle?ki raziskovalec H. J. Round na kristalu silicijevega karbida (Round 1907). Leta 1927 je o prvi svetle?i diodi poro?al ruski raziskovalec Oleg Vladimirovi? Losev (Losev, 1927). ?eprav je bilo odkritje objavljeno v ruskih, nem?kih in angle?kih znanstvenih virih, zanj desetletja ni bilo nobenega interesa. V letu 1955 je Rubin Braunstein iz Ameri?ke Radijske Korporacije poro?al o infrarde?em oddajanju galijevega arzenida (GaAs), galijevega antimonida (GaSb), indijevega fosfida (InP) in silicij-germanijevih elementov.

V letu 1961 sta ameri?ka raziskovalca Robert Biard in Gary Pittman v Texax Instruments odkrila infrarde?e sevanje galijevega arzenida (GaAs) pod vplivom elektri?nega toka in patentirala infrarde?o svetle?o diodo. Prvo uporabno svetle?o diodo z vidno rde?o svetlobo je v letu 1962 razvil Nick Holonyak ml., ki je delal pri General Electric Company (Kolonyak 1962). Njegov podiplomski ?tudent M. George Craford je v letu 1972 izna?el prvo rumeno svetle?o diodo in za desetkrat izbolj?al svetilnost rde?e in rde?e-oran?ne diode (Perry 1995). Leta 1976 je T.P. Pearsall izdelal prvo visoko-svetilno svetle?o diodo, ki se je uporabila za prenos svetlobnih impulzov skozi svetlobna vlakna v komunikacijski tehnologiji.

Sprva so bile infrarde?e svetle?e diode zelo drage in niso na?le prakti?ne uporabe. V tem letu pa je dru?ba Monsanto za?ela z industrijsko proizvodnjo svetle?ih diod iz galijevega arzenid fosfida. Te je v svojih ro?nih ra?unalih prvi uporabil Hewlett Packard, s tem pa je odprl pot svetle?im diodam tudi v druge elektronske tehnologije.

Prvo modro visoko-sevetilno svetle?o diodo je izdelal Shuji Nakamura iz Nichia Corporation. Izdelana je bila na osnovi sevanja Indijevega galijevega nitrida (InGaN). Alberto Barbieri je na Cardiff University Laboratory v Veliki Britaniji raziskal delovanje svetle?e diode na osnovi prozornega spoja indijevega kositrovega oksida na podlagi AlGaInP/GaAs. Obstoj modre svetle?e diode je pripeljal do razvoja prvih belih svetle?ih diod, ki so bile izdelane z Y3Al5O12:Ce s fosforjevo prevleko, ki je z navzdol konvertirano rumeno svetlobo v kombinaciji z modro dala belo svetlobo. Nadaljnji razvoj svetle?ih diod je bil vzporeden z razvojem drugih elektronskih in opti?nih elementov, tako da danes poznamo svetle?e diode, ki dajejo 300 lumnov vidne svetlobe na svetlobni vat sevanja. Topla svetloba je bila dose?ena z uporabo nanokristalov. Uporabo safirnih substratov je zamenjala uporaba silicijevih plo??.

Delovanje svetle?ih diod [ uredi | uredi kodo ]

Svetle?a dioda (z angle?ko kratico LED - light-emitting diode) je polprevodni?ki vir svetlobe. Sprva se je uporabljala kot indikatorska lu?ka v raznih elektronskih napravah, danes pa se vse pogosteje uporablja tudi za razne vrste razsvetljave. Kot prakti?en elektronski element je bila predstavljena v letu 1962, sprva kot ?ibka svetle?a dioda, ki je oddajala le rde?o svetlobo, danes pa poznamo vse barvne razli?ice svetle?ih diod. Njihov spekter sevanja obsega od ultravijoli?ne svetlobe, vidnega spektra, pa do infrarde?e svetlobe. Intenziteta svetlobe je zelo visoka, tako da mo?no presega svetlobne izkoristke drugih svetil. Ker je njen izkoristek mnogo ve?ji, kot ga imajo klasi?na svetila na ?arilno nitko, jih izpodriva iz uporabe kot svetilo bodo?nosti.

Svetle?e diode so majhne, porabijo malo energije, imajo mnogo dalj?o ?ivljenjsko dobo kot druga svetila, so bolj trdne in imajo kraj?i v?igalni ?as. V letu 2011 so kot sobna svetila ?e vedno sorazmerno draga napram drugim svetilom, so ob?utljive na nihanje napetosti, zato se uveljavljajo postopoma. Danes se uporabljajo v raznih elektronskih napravah, kot avtomobilske svetilke, v semaforjih in v komunikacijskih tehnologijah, se pa v kombinacijah s fotovolai?nim napajanjem ali brez uveljavljajo tudi kot zunanja svetila. Infrarde?e svetle?e diode se uporabljajo za daljinsko vodenje naprav kot so televizorji in gospodinjski aparati, ultravijoli?ne pa se uporabljajo za produciranje bele svetlobe.

Svetle?e diode sevajo svetlobo na principu sevanja trdnih teles. Bistvo delovanja je v oddajanju energije elektrona, ki iz vzbujnega vi?jega energetskega stanja atoma preide na ni?je. Elektron odda energijo v obliki elektromagnetnega sevanja z dolo?eno frekvenco. ?e je frekvenca elektromagnetnega sevanja v vidnem polju, to zaznamo kot svetlobo. Efekt je znan kot elektroluminiscenca, barva svetlobe pa ustreza energiji fotona, ki je dolo?ena z energetskim korakom samega polprevodnika.

Svetle?a dioda je sestavljena iz polprevodnega elementa, ki vsebuje ne?isto?e, ki na zaporni plasti povzro?ijo p-n spoj. Tok te?e iz p-strani, torej iz anode proti katodi , v nasprotni strani pa ne. Z napetostno razliko gnani elektroni in vrzeli potujejo proti spoju elektrod. Ko elektron zapolni vrzel, se sprosti energija v obliki fotona. Valovna dol?ina oddane svetlobe je odvisna od snovi, ki tvorijo p-n spoj. V silicijevih in germanijevih diodah se elektroni in vrzeli spajajo brez oddajanja svetlobe, ker so zasnovani na indirektnih materialih zaporne plasti.

Svetle?e diode so obi?ajno zgrajene na nosilcu n-tipa, na katerega je pritrjena elektroda p-tipa, lahko pa je tudi obratno. Mnogo komercialnih vrst svetle?ih diod je izdelanih na safirni podlagi, sploh GaN/InGaN svetle?e diode.

Svetle?e diode so v osnovi p-n spoj ali polprevodni?ka dioda, ki pa ni zgrajena iz silicija , temve? iz drugih materialov, ki sicer porabijo ve? mo?i, a sevajo svetlobo. Izsevana svetloba je odvisna od uporabljenih materialov - substratov:

Bele svetle?e diode [ uredi | uredi kodo ]

Belo svetlobo se s pomo?jo svetle?ih diod lahko tvori na tri na?ine:

• kombinacija rde?e, zelene in modre svetle?e diode
• modra svetle?a dioda prevle?ena z luminiscen?nim fosforjem
• ultravijoli?na svetle?a dioda prevle?ena z rde?im, zelenim in modrim luminiscen?nim fosforjem

Kombinacija treh svetle?ih diod [ uredi | uredi kodo ]

Najpreprostej?i, vendar najdra?ji na?in generiranja bele svetlobe je ustvarjen s pomo?jo svetle?ih diod, ki zdru?ujejo ve? barvnih izvorov v istem svetle?ediodnem elementu. Ob primernem razmerju jakosti lahko dobimo katerokoli barvo svetlobe in s tem seveda tudi belo svetlobo. Ta mo?nost generiranja bele svetlobe je prakti?na zaradi lahkega prilagajanja barvne temperature. Uporablja se predvsem v naprednej?ih aplikacijah, kjer se zahteva dinami?no spreminjanje barve svetlobe.

Bela svetloba z luminiscen?no prevleko [ uredi | uredi kodo ]

Uporaba modrega LED elementa, prevle?enega z luminiscen?nim fosforjem, je dale? najpogostej?i na?in generiranja bele svetlobe s pomo?jo svetle?ih diod. Za izdelavo osnove se obi?ajno uporabi podlaga (In)GaN in fosfor Ce 3+ : YAG, ki del izsevane modre svetlobe pretvori v ?iroko spektralno krivuljo z vrhom v rumenem delu spektra. Me?anico rumene in modre svetlobe ?love?ko oko zazna kot belo svetlobo. Barvna temperatura svetlobe svetle?ih diod je po navadi okoli 6000 K, indeks barvne reprodukcija pa zna?a okoli 75, kar je premalo za kakr?nokoli uporabo v interierjih. Slaba lastnost tega tipa belih LED je tudi, da je zaradi tehnologije izdelave nemogo?e zagotoviti isto barvno temperaturo pri razli?nih svetle?ih diodah.

Bela svetloba s pomo?jo RGB luminiscenta [ uredi | uredi kodo ]

Ultravijoli?ni LED element, ki je prekrit z rde?im, zelenim ter modrim barvnim luminiscentom, predstavlja ?e en na?in ustvarjanja bele svetlobe s pomo?jo svetle?ih diod. Ta na?in izdelave omogo?a stabilnej?o temperaturno in tokovno barvno karakteristiko kot pri modri LED z rumenim luminiscentom. Slabost tega na?ina generiranja bele svetlobe je predvsem manj?a energijska u?inkovitost pretvorbe elektri?ne v svetlobno energijo.

Viri: Braunstein, Rubin (1955). "Radiative Transitions in Semiconductors". Physical Review 99 (6): 1892. Bibcode 1955PhRv...99.1892B. doi:10.1103/PhysRev.99.1892
Colin J. Humphreys' cheap LED production method: http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2009/January/30010901.asp
Perry, T.S. (1995). "M. George Craford [biography]". IEEE Spectrum 32 (2): 52?55. doi:10.1109/6.343989.
Brief Biography ? Holonyak, Craford, Dupuis". Technology Administration.
Losev, O. V. (1927). Telegrafiya i Telefoniya bez Provodov 44: 485?494.
H. J. Round (1907). "A Note on Carborundum". Electrical World 19: 309.
Warm light and high efficiency: http://technology.newscientist.com/channel/tech/dn13266-crystal-coat-warms-up-led-light.html?feedId=online-news_rss20