Svetleća dioda

Uvod

LED - Light Emiting Diode, često LE dioda posebna je vrsta poluvodičke diode koja emituje svjetlost kada je propusno polarizovana, tj. kada kroz nju teče struja. -prilikom direktne rekombinacije para elektron-šupljina, emituje se foton svjetla - takvo svojstvo imaju poluprovodnički galijev arsenid (GaAs), galijev fosfid (GaP) i silicijumski ugljenik (SiC), i ta pojava se naziva elektroluminiscencija.

-boja emitovanog svijetla zavisi od poluprovodnika, kao i od primjesa u njemu i varira od infracrvenog preko vidljivog do ultraljubičastog dijela spektra

Istorijat

Istorija nastanka LED dioda vodi nas u 1907. godinu, i povezuje se sa britanskim istraživačem H. J. Round-om. Prva crvena LED dioda bila je proizvedena u 1960. godini, osnovna primjena bila joj je kao indikatorska lampica na elektronskoj opremi - relativno učinkovita, snaga joj je bila vrlo mala. U `70-ima je korištenje novih poluprovodničkih materijala dozvoljavalo proizvodnju LED dioda u više boja (zelena, narandžasta i žuta), snaga tih LED dioda je još uvijek bila relativno mala. Tehnologija laserske diode istražena je u `80-ima, i to je bilo ogromno poboljšanje u smislu izlazne jačine svjetlosti. Zbog relativno male potrošnje, LED se na tržištu tokom 1990-ih usmjerava prema tržištu ekrana, automobilske i prometne signalizacije. Veoma važno otkriće slijedi u 1993. god. od Shuji Nakamura, koji radi za Nichi-a, to je bio plavi LED, sa kojim je završio polazni raspon primarnih boja LED-a, ali je bio i prvi korak koji je na kraju doveo do proizvodnje bijele LED diode kakvu znamo danas. Na prelazu u 21. vijek LED tržište je bilo odvedeno do novog nivoa izumom u Luxeonu, koji je ponudio 10 puta jaču izlaznu svjetlost nego postojeće diode. Ključ uspjeha je patentirana metoda prenosa topline što je dozvoljavalo LED diodi daleko veće snage nego što je prethodno bilo ostvarivo, od samog početka su i drugi proizvođači također uvedeni u razvijanje diode visoke snage i iskoristivosti. Lumileds je također razvio proizvodnju 'toplo bijele' diode sa temperaturom boje od 3200 ° K

Razvojem proizvodnje visoko-učinkovite rasvjete, naročito u 2006. i 2007. godini na tržištu je sve više visoko-efikasnih izvora LED rasvjete bilo da su to LE diode, LED komponente, LED sklopovi ili LED svetiljke, efikasnost LED izvora raste, te u kombinaciji sa malim dimenzijama omogućava LED svjetiljki izuzetnu efikasnost i kontrolu emitovane svjetlosti.

Princip rada

Svijetleća dioda se sastoji od čipa napravljenog od poluprovodnog materijala koji je dopiran nečistoćama kako bi se napravio p-n spoj. Kao i kod obučnih dioda, električna struja teče od p-strane ili anode ka n-strani ili katodi, ali ne i u suptronom smjeru. Nosioci naelektrisanja, elektroni i šupljine teku u spoj sa elektroda izmedju kojih postoji električni napon. Kada se elektro sudari sa šupljinom, on pada na niži energetski nivo i oslobadja energiju u vidu fotona.

Talasna dužina emitovane svjetlosti, a time i njena boja, zavisi od energetske barijere materijala koji cine p-n spoj. Kod silicijumskih i germanijumskih dioda, elektroni i šupljine se rekombinuju ne-zračenom tranzicijom, koja ne daje vidljivu emisiju, jer su oni materijali sa indirektnom energetskom barijerom. Materijali koji se koriste za izradu svijetlećih dioda imaju direktnu energetsku barijeru sa energijama koje odgovaraju skoro infracrvenoj, vidljivoj i skoro ultraljubicastoj svjetlosti.

Prednosti i karakteristike

Dodatne prednosti su male dimenzije, te izuzetno jednostavno upravljanje i regulacija, s obzirom da su temperaturno inverzne, nemaju problema sa niskim temperaturama, a noviji sastavi imaju vrlo visoku trajnost – 60 000 sati za 50% održanja svjetlosnog toka .Mnoge zemlje razmatraju promjene klasične rasvjete, a Kalifornija je pripremila zakon kojim će se klasične sijalice proglasiti toksičnim otpadom jer sadrže teške metale, i dakako da je jedno od rešenja i LED rasvjeta.

Sijalice kakve danas poznajemo nastale su 1910. godine, i sadrže balon u kojem je vakuum ili neki inertni plin te žarnu nit koja se usijava i na taj način svijetli te je iskoristivost svjetlosnog dijela sijalice samo 5%, a 95% otpada na toplotu.

LED rasvjeta ima efikasnost veću od 95%, znači da sijalica od 100 W ima istu efikasnost kao dioda od 6 W. Budući da nema žarnu nit koja bi pregorela ili staklo koje bi puklo, LED diode su vrlo pouzdane, jednostavno se povezuju s digitalnim sklopovima i za svoj rad ne zahtijevaju visoke napone. Ušteda energije je očigledna, tehnologija proizvodnje LED-a se razvila, i u svakom modernom uređaju nalazimo LE-diode, s obzirom na veliki udio klasične rasvjete, izmjenom iste sa LED-om u Europi bi se godišnje smanjila stopa emisije ugljenikovog dioksida za čak 25 miliona tona ili bi se „poništila“ emisija 10-ak miliona automobila. U automobile visoke klase već danas se ugrađuju LED svjetla, a tim primjerom će krenuti i jeftiniji segment automobila jer radni vijek LE diode je 100 000 sati te nisu osjetljive na paljenje/gašenje, udarce, vodu... dok je klasičnim (halogen, običnim) sijalicama radni vijek 800 sati i imaju lošiju otpornost na udarce, vodu, paljenje/gašenje...

Korištenjem LED rasvjete u našem domaćinstvu drastično bismo smanjili račune za električnu energiju, jer bi ukupna rasvjeta cijele kuće imala snagu od 100 W što je danas snaga jedne prosječne sijalice koju koristimo u prostoriji, a osim finansijskih ušteda, smanjenjem potrošnje energije poništili bi godišnju emisiju manjeg gradskog automobila.

LED izvori također pružaju mogućnost veoma preciznog usmjerenja svjetlosti (veoma uski snop svjetlosti) na taj način smanjujući nepotrebne gubitke svjetlosti, to predstavlja manje svjetlosno zagađenje, ali ujedno i mogućnost puno efikasnijeg i preciznijeg razmještanja samih svetiljki. LED koja koja je crvene boje, emituje svjetlost s' frekvencijom od oko 650nm. Zelena LED emituje spektar s’ frekvencijom od oko 600nm, a plava LED emitira svoju svjetlost sa oko 400nm. LE dioda ne emituje niti jednu drugu frekvenciju, za razliku od toplotnih izvora osvjetljenja, koja emituje puno veći spektar zračenja koji je i ispod i iznad spektra frekvencija vidljive svjetlosti.

Primjene

Prvi prodor LE dioda je postignut u signalnoj rasvjeti za vozila (pozicijska svjetla, štop svjetla i pokazivači smjera), a sada se širi na akcentnu rasvjetu malih djelova u trgovinama te na dekorativnu i scensku unutrašnju i spoljašnju rasvjetu.