Hvad er en LED?

 

 

En LED(Light Emitting Diode) eller også kaldet lysdiode på dansk, er et lille elektrisk komponent der virker som en alm. diode men med den egenskab at den udsender lys når der passerer strøm igennem den, så for at forklare hvordan den virker er jeg nødt til at forklare hvordan en alm. diode virker, og jeg skal prøve at gøre det så enkelt som muligt.

En diode er et komponent som består af to forskelligt forurenede halvledermaterialer. P-materialet(anoden), som er forurenet på en sådan måde at det er i underskud af frie elektroner, og N-materialet(katoden) som er forurenet sådan at det er i overskud af frie elektroner. På den måde får man et komponent som kun kan lede strømmen i en retning, fra katoden(-) til anoden(+)(Det er ikke en skrive fejl, elektronstrømmen løber faktisk fra minus til plus i et elektrisk kredsløb).

Det særlige ved lysdioden er at når at en fri elektron fra N-materialet sætter sig over i et "hul" i P-materialet, er den nødt til at skubbe en bundet elektron videre, men den frie elektron besidder en smule mere energi end det elektron som er bundet, så for at passe i "hullet" er det frie elektron nødt til at afgive noget af dens energi og det gør den i form af en foton(lyspartikel).

Forskellen i energien imellem det bundne elektron og det frie elektron svarer til energien af den afgivne foton, og fotonenergien er omvendt proportionel med bølgelængden af fotonen, det vil sige at hvis der er stor energi forskel på det bundne og det frie elektron, vil dioden udsende lys med en lav bølgelængde i det ultraviolette og den blå ende af spektret, mens en lav energiforskel vil udsende lys i det røde og infrarøde del af spektret.

Jeg skal prøve at love, at det bliver det eneste og sidste om kvantemekanik på denne side. :)


Selve princippet bag lysdioden blev faktisk første gang opdaget i 1907 af en genial mand ved navn Henry Joseph Round, han opdagede at hvis han  lod en strøm passere en Silicium Carbid(SiC) krystal, begyndte den at afgive et svagt lys, opdagelsen kaldte han koldt lys, fordi det ikke udsendte varme modsat en glødepære. I 1921 opdagede Oleg Losev samme effekt i zinkoxid(ZnO) og effekten i zinksulfid(ZnS) blev opdaget i 1934 af den franske forsker G. Destriau.

I 1962 skabte man den første fuldt funktionsdygtige menneskeskabte lysdiode ud af gallium arsenid(GaAs) i et britisk laboratorium, i starten kunne man dog kun producere dioder i den infrarøde del af spektret, de blev dog hurtigt populære til sensor teknologi osv.
Først i slutningen af 60erne blev den første lysdiode som udsendte synligt lys opfundet, ved at udskifte GaAs med gallium arsenid Fosfid(GaAsP), en svagt lysene rød lysdiode. Man fandt dog hurtigt ud af at ved at bruge gallium fosfid(GaP) i stedet, øgede man effektiviteten og gjorde det muligt også at producere orange lysdioder.
Midt i 70erne fandt man ud af at producere grønne lysdioder ud af GaP, det førte også til at man nu kunne producere gule lysdioder, ved at placere to lysdiode chip ved siden af hinanden i et hus, en rød og en grøn som tilsammen gav et gult lys. I Rusland begyndte man på samme tid også at producere gule lysdioder ud af SiC, men de var meget ineffektive og svage, i forhold til dem med et grøn og et rødt chip i, så det blev ikke nogen større succes, det ledte dog til en videre udvikling og forskning i SiC materialet, som senere skulle være med til at producere de første blå lysdioder.

I starten og midten af 80erne kom de første high-bright eller superbright lysdioder på markedet, Ved at bruge gallium aluminium arsenid fosfid(GaAlAsP) kunne man nu producere meget tydeligere lysdioder i rød gul og grøn, som man kunne bruge til indikation i stærkt oplyste omgivelser. Senere i starten af 90erne kom ultrabright lysdioder på markedet. Ved at bruge indium gallium aluminium fosfid(InGaAlP) åbnede man mulighederne for at begynde at kunne bruge dioder til belysning og indikation i stærkt solskin m.m. f.eks. trafiklys. Man kunne dog stadigvæk kun lave dem i farverne: Orange-rød, orange, gul og grøn.

Det store gennembrud i lysdiode teknologien kom også i starten af 90erne, ved at man producerede de første blå lysdioder ved hjælp af SiC materialet, de var dog meget svage og det var først i midten af 90erne at de første anvendelige ultrabright blå lysdioder blev opfundet ved at bruge gallium nitrid(GaN) og indium gallium nitrid(InGaN). Det åbnede muligheden for at producere lysdioder i alle farver i det synlige spektrum også hvide, pink og ultraviolette lysdioder og måske på længere sigt vil vi også kunne producere lysdioder som udsender røntgen stråler.

Ved at det nu er muligt at producere hvide lysdioder, har det åbnet en helt ny dør ind til fremtiden hvor man forsker på højtryk for at at producere ekstrem effektive diodepærer til at erstatte den konventionelle form for belysning(glødepærer og energisparepærer), dette vil gøre det muligt at sætte verdens energi forbrug betydeligt ned.
Det er netop nu i det denne side er blevet skrevet, blevet muligt at producere diodepærer som er mere effektive end energisparepærer og man forsker nu i muligheden for at producere lysdioder ved hjælp af nanoteknologi som har en teoretisk effektivitet på helt op til 100%.

Til forsiden >