5 Optoelektronické prvky a senzory
5.2 Diódy LED

LED (Light-emitting diode) je polovodičová dióda, ktorá vyžaruje nekoherentné úzkospektrálne svetlo, keď je na jej P-N prechod privedené kladné napätie.

image
Obr. 9. LED.

V normálnom stave je prázdne vodivostné pásmo CB (conduction band) polovodiča zaplnené elektrónmi, ktoré sú injektované po priložení kladného napätia alebo pri pretekaní prúdu prechodom. Ako bolo uvedené v kapitole 4, keď sa elektrón stretne s dierou, prejde na nižšiu energetickú hladinu a tak uvoľní kvant optického žiarenia v podobe fotónu. Takýto spôsob emisie fotónov využívajú diódy LED. Keď elektrón môže prejsť na nižšiu hladinu samovoľne, proces emisie fotónu sa nazýva spontánnou emisiou.

Svetlo sa generuje, ak elektrón rekombinuje s dierou. Vlnová dĺžka generovaného žiarenia závisí od šírky zakázaného pásma Eg polovodiča. V nasledujúcej tabuľke prezentujeme farby priradené vlnovým dĺžkam svetla vyžiareného diódami LED, vyrobenými z rôznych polovodičových materiálov.

LED diódy vyrobené z polovodičov vykazujúcich priame zakázané pásmo vyžarujú viac svetla ako diódy vyrobené z polovodičov s nepriamym zakázaným pásmom.

Polovodičové materiály a farby LED

Polovodič

Farba

Jas

GaAs; GaAlAs

Infračervená

Stredný (priemerný)

GaAs; AlGaAs; GaP

Červená

Stredný (priemerný)

GaN

Modrá

Stredný (priemerný)

GaP

Zelená

Stredný (priemerný)

GaAlAs; GaAsP; InGaAlP;

Červená

Vysoký (výborný a extrémny)

GaN

Modrá

Vysoký (výborný a extrémny)

GaP ; InGaN

Zelená

Vysoký (výborný a extrémny)

InGaAlP; GaAsP

Žltá

Vysoký (výborný a extrémny)

LED diódy sa uplatňujú v mnohých aplikáciách optoelektroniky ako sú displeje, zdroje osvetlenia v pevnej fáze, diaľkové ovládače, optické komunikácie. V posledných rokoch sa diódy LED bežne používajú ako svetelné zdroje v integrovaných LED žiarovkách a svietidlách. Na trhu sú dostupné rôzne LED diódy podľa požadovanej aplikácie. Na regulovanie požadovaného uhla vyžarovaného zväzku sú súčasťou puzdra LED niektoré druhy šošoviek. Tento uhol je jednou z charakteristík, ktoré uvádza výrobca v katalógovom liste. Medzi ďalšie parametre uvádzané v katalógoch je možné zaradiť intenzitu svietivosti (mcd), svetelný tok (lm), hlavnú vlnovú dĺžku (nm) a farbu. Špecifické hodnoty (typické a prahové) elektrických parametrov sú Vf (napätie v priepustnom smere), If (prúd v priepustnom smere) a tieto veličiny výrobca tiež uvádza.

Energetická účinnosť LED diód η sa typicky uvádza ako podiel vstupného výkonu a svetla na výstupe – alebo viac technicky: Vyžiarený tok (Lumeny) treba vydeliť príkonom (Watty). Komerčne dostupné LED diódy majú účinnosť v rozsahu 50–70 %.

image
Obr. 10. Infračervená dióda LED.