Die Vollform von LED ist Light Emitting Diode. LEDs sind eine spezielle Art von Halbleiterdioden, die als Reaktion auf eine an ihren Anschlüssen angelegte Potentialdifferenz Licht emittieren, daher der Name Leuchtdiode. Genau wie eine normale Diode haben auch LEDs zwei Anschlüsse mit Polarität, nämlich Anode und Kathode. Um eine LED zum Leuchten zu bringen, wird eine Potentialdifferenz oder eine Spannung zwischen ihren Anoden- und Kathodenanschlüssen angelegt.

Heutzutage werden LEDs in großem Umfang zur Herstellung von hochhellen, hochmodernen LED-Lampen verwendet. Diese werden auch häufig zur Herstellung dekorativer LED-Lichterketten und LED-Anzeigen verwendet.

Kurze Geschichte

Auch wenn LEDs heute als Produkt der Hightech-Halbleiterindustrie gelten, wurde ihre Leuchteigenschaft schon vor vielen, vielen Jahren erkannt. Die erste Person, die den LED-Lichteffekt bemerkte, war einer von Marconis Ingenieuren, H. J. Round, der auch für mehrere Vakuumröhren- und Radio-Erfindungen bekannt ist. Er entdeckte dies zufällig im Jahr 1907, als er mit Marconi an Punktkontakt-Kristalldetektoren forschte.

1907 war die Zeitschrift Electrical World die erste, die über diese Durchbrüche berichtete. Das LED-Konzept blieb mehrere Jahre inaktiv, bis es 1922 vom russischen Wissenschaftler O.V. Losov.

Losov lebte in Leningrad, wo er im Zweiten Weltkrieg auf tragische Weise ums Leben kam. Es ist möglich, dass die meisten seiner Entwürfe im Krieg verloren gingen. Obwohl er zwischen 1927 und 1942 insgesamt vier Patente anmeldete, wurde seine Forschung erst nach seinem Tod anerkannt.

Das LED-Konzept tauchte 1951 wieder auf, als eine Gruppe von Wissenschaftlern um K. Lehovec begann, den Effekt zu untersuchen. Die Untersuchung wurde unter Beteiligung anderer Organisationen und Forscher fortgesetzt, darunter W. Shockley (Erfinder des Transistors). Schließlich wurde das LED-Konzept erheblich verfeinert und begann Ende der 1960er Jahre mit der Kommerzialisierung.

Welches Halbleitermaterial wird in einer LED-Verbindung verwendet?

Im Wesentlichen sind Leuchtdioden ein spezialisierter PN-Übergang, der unter Verwendung eines Verbindungshalbleiters hergestellt wird.

Silizium und Germanium sind die beiden am weitesten verbreiteten Halbleiter. Da es sich jedoch nur um Elemente handelt, können daraus keine LEDs hergestellt werden.

Umgekehrt werden zur Herstellung von LEDs häufig Materialien wie Galliumarsenid, Galliumphosphid und Indiumphosphid verwendet, die zwei oder mehr Elemente kombinieren. Galliumarsenid zum Beispiel hat eine Wertigkeit von drei und Arsen hat eine Wertigkeit von fünf, und daher werden beide als Halbleiter der Gruppe III-V klassifiziert.

Materialien der Gruppen III-V können auch zur Herstellung anderer Verbindungshalbleiter verwendet werden.

Wenn ein Halbleiterübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, treten Löcher aus dem P-Typ-Bereich und Elektronen aus dem N-Typ-Bereich in den Übergang ein und verbinden sich, genau wie bei einer normalen Diode.

Der Strom fließt auf diese Weise durch die Verbindungsstelle.

Dabei wird Energie freigesetzt, die zum Teil wie Photonen (Licht) emittiert wird. Um sicherzustellen, dass die geringste Menge an Photonen (Licht) von der Struktur absorbiert wird, ist die P-Seite des Übergangs, die in den meisten Fällen den größten Teil des Lichts erzeugt, am nächsten an der Oberfläche des Geräts positioniert.

Der Übergang muss perfekt optimiert sein und die richtigen Materialien müssen verwendet werden, um sichtbares Licht zu erzeugen. Im Infrarotbereich des Spektrums gibt reines Galliumarsenid seine Energie ab.

Wie LEDs ihre Farben bekommen

Aluminium wird in den Halbleiter eingeführt, um Aluminiumgalliumarsenid zu produzieren, das das LED-Licht in das hellrote Ende des Spektrums (AIGaAs) verschiebt.

Rotes Licht kann auch durch Zugabe von Phosphor erzeugt werden.

Für andere LED-Farben werden verschiedene Materialien verwendet. Beispielsweise emittiert Galliumphosphid grünes Licht, während gelbes und orangefarbenes Licht von Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid erzeugt wird. Die Mehrzahl der LEDs besteht aus Gallium-Halbleitern.

LEDs werden mit zwei Strukturen hergestellt

Die oberflächenemittierende Diode und die kantenemittierende Diode, die in den Fig. 1–Fig. 1A bzw. B sind die zwei primären Architekturen, die für LEDs verwendet werden. Die oberflächenemittierende Diode ist die beliebteste von ihnen, da sie Licht über einen breiteren Winkel erzeugt.

“kannst du dc in ac umwandeln? ”

Nach der Fertigung muss die LED-Struktur so umschlossen werden, dass sie ohne Beschädigung der LED sicher verwendet werden kann.

Die meisten der winzigen LED-Anzeigen sind in einen Epoxidkleber eingekapselt, dessen Brechungsindex irgendwo zwischen dem des Halbleiters und dem der umgebenden Luft liegt (siehe Abb. 2 unten). Die Diode ist somit perfekt geschützt und das Licht wird auf die effektivste Art und Weise nach außen übertragen.

Spezifikation der LED-Durchlassspannung (VF).

Da LEDs stromempfindliche Geräte sind, darf die angelegte Spannung niemals die minimale Vorwärtsspannungsspezifikation der LED überschreiten. Die Vorwärtsspannungsspezifikation einer LED (VF) ist einfach der optimale Spannungspegel, mit dem die LED sicher und hell leuchten kann. Wenn der Strom die Durchlassspannungsspezifikation der LED überschreitet, brennt die LED und wird dauerhaft beschädigt.

Falls die Versorgungsspannung höher als die Durchlassspannung der LED ist, wird ein berechneter Widerstand in Reihe mit der Versorgung verwendet, um den Strom zur LED zu begrenzen. Dadurch wird sichergestellt, dass die LED sicher mit optimaler Helligkeit leuchten kann.

Der Durchlassspannungswert der meisten LEDs liegt heute bei etwa 3,3 V. Ob es sich um eine rote, grüne oder gelbe LED handelt, alle können typischerweise durch Anlegen von 3,3 V an ihren Anoden- und Kathodenanschlüssen zum Leuchten gebracht werden.

Die Versorgungsspannung für die LED muss eine Gleichspannung sein. Ein Wechselstrom kann auch verwendet werden, aber dann sollte die LED mit einer Gleichrichterdiode verbunden sein. Dadurch wird sichergestellt, dass der Polaritätswechsel der Wechselspannung der LED keinen Schaden zufügt.

Strombegrenzung

LEDs haben, genau wie normale Dioden, keine eigene Strombegrenzung. Infolgedessen wird es verbrannt, wenn es direkt über eine Batterie angeschlossen wird.

Wenn die DC-Versorgung etwa 3,3 V beträgt, benötigt die LED keinen Begrenzungswiderstand. Wenn die Versorgungsspannung jedoch höher als 3,3 V ist, wird ein Widerstand in Reihe mit dem LED-Anschluss benötigt.

Der Widerstand kann entweder in Reihe mit dem Anodenanschluss der LED oder mit dem Kathodenanschluss der LED geschaltet werden.

Um Schäden zu vermeiden, muss ein Widerstand an die Schaltung angeschlossen werden, um den Strom zu steuern. Normale Anzeige-LEDs haben eine maximale Stromspezifikation von etwa 20 mA; Wenn der Strom darunter begrenzt wird, wird die Lichtleistung der LED proportional reduziert.

Wie in Abb. 3 oben dargestellt, muss möglicherweise die Spannung an der LED selbst berücksichtigt werden, während die verbrauchte Strommenge geschätzt wird. Denn wenn die Spannung steigt, steigt auch der Stromverbrauch proportional.

Die Formel zur Berechnung des Begrenzungswiderstands lautet wie folgt:

R = V - LED FWD V / LED-Strom