5 Optoelektronické prvky a senzory
5.2 Zdroje LED

LED (light-emitting diode, dioda vyzařující světlo) je polovodičová dioda, která vyzařuje nekoherentní úzkospektrální světlo, pokud na její p-n přechod přivedeme kladné napětí.

image
Obr. 9. LED.

V normálním stavu prázdný vodivostní pás CB (angl. conduction band) polovodiče je zaplněn elektrony, které jsou injektovány po přiložení kladného napětí nebo při průtoku proudu přechodem. Jak bylo prokázáno v kapitole 4., pokud elektron potká díru, přejde na nižší energetickou hladinu a tak uvolní kvant optického záření v podobě fotonu. Takový způsob emise fotonu využívají diody LED. Pokud elektron může přejít na nižší hladinu samovolně (spontánně), nazývá se proces emise fotonu je spontánní emisí.

Světlo se generuje, pokud elektron rekombinuje s dírou. Vlnová délka generovaného záření závisí na šířce zakázaného pásu polovodiče, Eg. V tabulce níže prezentujeme barvy vyzářené LED odpovídající různým polovodičovým materiálům.

LED diody z polovodičových materiálů představující přímý zakázaný pás vyzařují více světla než diody vyrobené s použitím nepřímých zakázaných pásů v polovodiči.

Polovodičové materiály a odpovídající barvy LED

Polovodič

Barva

Jas / intenzita

GaAs; GaAlAs

Infračervené záření

Střední (průměrný)

GaAs; AlGaAs; GaP

Červená

Střední (průměrný)

GaN

Modrá

Střední (průměrný)

GaP

Zelená

Střední (průměrný)

GaAlAs; GaAsP; InGaAlP

Červená

Vysoký (super & ultra LED)

GaN

Modrá

Vysoký (super & ultra LED)

GaP; InGaN

Zelená

Vysoký (super & ultra LED)

InGaAlP; GaAsP

Žlutá

Vysoký (super & ultra LED)

LED diody nacházejí uplatnění v mnoha aplikacích optoelektroniky: displeje, pevnolátkové zdroje záření, dálkové ovládače, optické komunikace. V posledních letech se diody LED běžně používají jako světelné zdroje v integrovaných LED lampách a svítidlech. Různé LED jsou dostupné na trhu podle požadované aplikace. Některé druhy čoček jsou součástí LED pro dosažení požadovaného tvaru vyzářeného svazku. Vyzařovací úhel je jedním z charakteristik, které uvádí výrobce v katalogovém listu. Mezi další parametry zmiňované v katalozích lze zařadit svítivost (mcd), světelný tok (lm), hlavní vlnovou délku (nm) a barvu. Specifické hodnoty (typické a prahové) elektrických parametrů jsou Vf (kladné přiložené napětí) a If (dopřední nebo kladný proud); tyto veličiny výrobce také uvádí.

Energetická účinnost LED, η, je typicky uváděna jako podíl vstupního výkonu a světla na výstupu – technicky řečeno: vyzářený tok (Lumeny) je třeba vydělit příkonem (Watty). Komerčně dostupné LED mají účinnost v rozmezí 50–70 %.

image
Obr. 10. Infračervená dioda LED.