LED: dioda elektroluminescencyjna

Toshi Sasaki / Getty Images

Dioda LED, która oznacza diodę elektroluminescencyjną, to półprzewodnik dioda świecąca po przyłożeniu napięcia. Urządzenia te są używane wszędzie w elektronice, nowych rodzajach oświetlenia i monitorach telewizji cyfrowej.

Jak działa dioda LED

Porównaj, jak działa dioda elektroluminescencyjna ze starszymi żarówka żarowa . Żarówka żarowa działa, przepuszczając prąd przez żarnik znajdujący się wewnątrz szklanej żarówki. Włókno nagrzewa się i świeci, a to tworzy światło; jednak wytwarza również dużo ciepła. Żarówka żarowa traci około 98% ciepła wytwarzającego energię, co czyni ją dość nieefektywną.

Diody LED są częścią nowej rodziny technologii oświetleniowych zwanej oświetleniem półprzewodnikowym; Diody LED są chłodne w dotyku. Zamiast jednej żarówki w lampie LED znajduje się wiele małych diod świecących.

Diody LED opierają się na efekcie elektroluminescencji, w którym pewne materiały emitują światło po przyłożeniu prądu. Diody LED nie mają żarnika, który się nagrzewa, ale jest oświetlany ruchem elektronów w materiale półprzewodnikowym, zwykle glinowo-galowo-arsenkowym. Światło emitowane jest ze złącza pn diody. Sposób działania diody LED jest złożony, ale zrozumiały, jeśli przyjrzysz się szczegółom.

Tło

Elektroluminescencja, naturalne zjawisko, na którym zbudowana jest technologia LED, została odkryta w 1907 roku przez brytyjskiego badacza radiowego i asystenta Guglielmo Marconi , Henry Joseph Round, eksperymentując z węglikiem krzemu i kocim wąsem.

W latach dwudziestych rosyjski radiolog Oleg Władimirowicz Lossev badał zjawiska elektroluminescencji w diodach stosowanych w odbiornikach radiowych. W 1927 roku opublikował artykuł zatytułowany „Luminous Carborundum [silicon carbide] Detector and Detection With Crystals” szczegółowo opisujący jego badania i chociaż w tym czasie nie stworzono żadnej praktycznej diody LED w oparciu o jego pracę, jego badania miały wpływ na przyszłych wynalazców.

Wiele lat później, w 1961 roku, Robert Biard i Gary Pittman wynaleźli i opatentowali diodę LED na podczerwień dla firmy Texas Instruments. To była pierwsza dioda LED; jednak ponieważ była to podczerwień, była poza zasięgiem widmo światła widzialnego . Ludzie nie widzą światło podczerwone . Jak na ironię, Baird i Pittman tylko przypadkowo wynaleźli diodę emitującą światło, podczas gdy faktycznie próbowali wynaleźć diodę laserową.

Widoczne diody LED

W 1962 r. Nick Holonyack, inżynier konsultant w General Electric, wynalazł pierwszą diodę LED światła widzialnego. Była to czerwona dioda LED, a Holonyack użył fosforku arsenku galu jako podłoża dla diody. Za swój wkład Holonyack zasłużył sobie na miano „Ojca diody elektroluminescencyjnej”. Posiada również 41 patentów, a inne jego wynalazki to dioda laserowa i pierwszy ściemniacz światła.

W 1972 roku inżynier elektryk M George Craford wynalazł pierwszą żółtą diodę LED dla Monsanto, wykorzystując w niej fosforek arsenku galu. Craford wynalazł również czerwoną diodę LED, która była 10 razy jaśniejsza niż dioda Holonyack.

Monsanto było pierwszą firmą, która masowo produkowała widoczne diody LED. W 1968 roku firma Monsanto wyprodukowała czerwone diody LED używane jako wskaźniki. Ale dopiero w latach 70. diody LED stały się popularne, kiedy firma Fairchild Optoelectronics zaczęła produkować tanie urządzenia LED (poniżej pięciu centów każde) dla producentów.

W 1976 roku Thomas P. Pearsall wynalazł wysokowydajną i niezwykle jasną diodę LED do stosowania w światłowodach i telekomunikacji światłowodowej. Firma Pearsall wynalazła nowe materiały półprzewodnikowe zoptymalizowane pod kątem długości fal światłowodowych. W 1994 roku Shuji Nakamura wynalazł pierwszą niebieską diodę LED wykorzystującą azotek galu.

Niedawno, w maju 2020 r., Arrow Electronics, firma z listy Fortune 500, która świadczy usługi związane z komponentami elektronicznymi i produktami komputerowymi, odnotowała najnowszy rozwój diod LED:

„…naukowcy opracowali technikę, która pozwala na pojedyncza dioda LED do produkcji wszystkich trzech kolorów podstawowych. Ma to duże znaczenie dla aktywnych wyświetlaczy LED, które zwykle wymagają od trzech do czterech małych, pojedynczych diod LED umieszczonych blisko siebie, aby oddać pełne spektrum”.

Źródła

• Aktualny stan diod LED: najnowsza technologia LED . arrow.com , 31 maja 2020
• Lossev, O.V..' Świecący detektor karborundu i wykrywanie za pomocą kryształów. The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 6(39), 1024-1044, 1 listopada 1928. doi:10.1080/14786441108564683.