Svetleća dioda – LED (Light-emiting diode)

LED, odnosno svetleća dioda (engl. LED; Light-emiting diode) je posebna vrsta poluprovodničke diode koja emituje svetlost kada je propusno polarisana, tj. kada kroz nju teče struja.

 Fotoni svetla se emituje prilikom rekombinacije para elektron-šupljina. Takvo svojstvo imaju sledeći poluprovodnici:

• Galijum-fosfid (GaP),
• Galijum-arsenid (GaAs),
• Galijum-nitrid (GaN),
• Galijum-arsenid-fosfid (GaAsP),
• Cink-selenid (ZnSe),
• Dijamant (C),
• Aluminijum-nitrid (AlN),
• Safir (Al2O3),
• Silicijum-karbid (SiC), itd.

 Davne 1955. godine, Rubin Braunstin iz Američke radio korporacije prvi je dao izveštaje o infracrvenoj emisiji svetlosti galijum-arsenida (GaAs).

 Naučnici Teksas instrumentsa, Bob Bajard i Gari Pitman, 1961. godine otkrili su da galijum-arsenid pušta svetlo kada ima električne struje, nakon čega su prijavili patent na infracrvenu diodu. Nik Holonjak mlađi iz Dženeral elektrika prvi je pronašao vidljivi spektar svetleće diode. Boja emitovanog svetla zavisi od vrste poluprovodonika, kao i od primesa u njemu, i varira od infracrvenog do ultraljubičastog dela spektra.

 LED svetli odnosno emituje fotone kada elektroni prolaze kroz spoj, tj. kada se stavi pod napon. Većina dioda emituje zračenje, ali ono ne napušta poluprovodnik i nalazi se u frekventnom opsegu infracrvenog zračenja. Međutim, izborom odgovarajućeg materijala i geometrije svetlost postaje vidljiva.

 Izbor poluprovodničkog materijala dioda određuje boju svetlosti. Različiti materijali ili neuobičajeni poluprovodnici se koriste u tu svrhu, i imaju različit napon potencijalne barijere. Crvenoj boji odgovara napon od 1.2 V, a napon od 2.4 odgovara ljubičastoj.

 Danas postoje diode i za ultraljubičastu svetlost. Prve svetleće diode su bile crvene i žute, a druge su nastale kasnije. Sve svetleće diode su jednobojne; bele diode su u stvari kombinacija tri diode različitih boja ili plava obložena žutom. Što je niža frekvencija diode veća je efikasnost pa je za efekat jednake jačine svetla raznih dioda potrebno povećavati jačinu struje kod dioda viših frekvencija.

 Ovo se još više komplikuje činjenicom da je ljudsko oko najosetljivije na svetlost koja je negde između plave i zelene.

Princip rada

 Svetleća dioda se sastoji od čipa napravljenog od poluprovodnog materijala koji je dopiran nečistoćama kako bi se napravio p-n spoj. Kao i kod običnih dioda, električna struja teče od P-strane ili anode ka N-strani ili katodi, ali ne i u suprotnom smeru. Nosioci nalektrisanja, elektroni i šupljine teku u spoj sa elektroda između kojih postoji električni napon. Kada se elektron sudari sa šupljinom, on pada na niži energetski nivo i oslobađa energiju u vidu fotona.

 Talasna dužina emitovane svetlosti, a time i njena boja, zavisi od energetske barijere materijala koji čine P-N spoj. Kod silicijumskih i germanijumskih dioda, elektroni i šupljine se rekombinuju ne-zračećom tranzicijom, koja ne daje vidljivu emisiju, jer su oni materijali sa indirektnom energetskom barijerom. Materijali koji se koriste za izradu svetelćih dioda imaju direktnu energetsku barijeru sa energijama koje odgovaraju skoro infracrvenoj, vidljivoj i skoro-ultraljubičastoj svetlosti.

 Napredak u nauci o materijalima je omogućio izradu dioda sa sve kraćim talasnim dužinama, koje su emitovale svetlost raznih boja.

 Više o diodama možete pronaći OVDE.