Obliba LED světel, známých také jako světelné diody, v posledních několika letech vzrostla díky jejich vysoké energetické účinnosti a odolnosti. Zajímalo vás však někdy, jak tyto malé elektronické součástky fungují? V tomto příspěvku prozkoumáme vnitřní fungování LED světel a odpovíme na některé často kladené dotazy týkající se těchto světel.
Abychom pochopili, jak LED světla fungují, musíme nejprve pochopit základy diod. Elektronické zařízení se dvěma vývody zvané dioda umožňuje průchod elektrického proudu jedním směrem, zatímco v druhém směru jej blokuje. Tato vlastnost se označuje jako „p-n přechod“ diody. Polovodičové materiály p-typu a n-typu se kombinují a vytvářejí p-n přechod.
K vytvoření p-n přechodu v LED se používají polovodiče jako arsenid galia (GaAs), fosfid galia (GaP) nebo nitrid galia (GaN). Elektrony z n-strany přechodu a díry z p-strany jsou tlačeny směrem k přechodu, když je na LED přivedeno dopředné napětí. Světlo vzniká v důsledku rekombinace těchto elektronů a děr při jejich srážkách. Energetické pásmo použitého polovodičového materiálu určuje odstín vyzařovaného světla. LED diody lze vyrábět v různých odstínech, včetně červené, zelené, modré a dokonce ultrafialové, a to díky různým pásmovým mezerám různých materiálů.
Nyní probereme důvod, proč světla LED svítí, i když jsou vypnutá. Pro tento jev se používá termín unikající proud. Kvůli vadám materiálů a p-n přechodu může LED diodou procházet nepatrné množství proudu, i když je vypnutá. Obvykle je tento unikající proud tak malý, že jej lidským okem nelze pozorovat. Únikový proud však může být dostatečný k tomu, aby LED dioda za určitých okolností slabě svítila, například když je vystavena vysokému napětí.
Nyní se musíme znovu podívat na p-n přechod, abychom pochopili, jak LED dioda vede energii. P-n přechod funguje jako izolant v přirozeném stavu, kdy na něj není přivedeno žádné napětí. Elektrony z n-strany však získají dostatečnou energii, když je přivedeno dopředné napětí, aby prorazily energetickou bariéru a přesunuly se na p-stranu. Díky vodivé cestě, která se v důsledku toho vytvoří, může protékat elektrický proud. V závislosti na směru přiloženého napětí funguje p-n přechod jako spínač, který umožňuje nebo zabraňuje průtoku proudu.
Pojďme se konečně věnovat otázce, proč bílé LED diody mohou časem občas zmodrat. Pro výrobu bílých LED se obvykle používá modrý LED čip s fosforovou vrstvou. Přeměnou části modrého světla na jiné odstíny, včetně žlutého, vytváří tato fosforová vrstva široké spektrum světla, které se lidským očím jeví jako bílé. Fosforový povlak se však může časem zhoršit, takže modré světlo převládne a dioda LED získá namodralý odstín. K této degradaci může přispívat řada faktorů, včetně tepla, vlhkosti a chemických procesů uvnitř diody LED.
Závěrem lze říci, že světelné diody LED fungují na základě rekombinace elektronů a děr na p-n přechodu, který využívá vlastností polovodičů k výrobě světla. Pásová propust polovodičového materiálu ovlivňuje barvu vyzařovaného světla. Unikající proud způsobuje, že LED diody při vypnutém stavu svítí, a když se na p-n přechod přivede dopředné napětí, vedou elektrický proud. V neposlední řadě mohou bílé diody LED časem zmodrat v důsledku poškození fosforového povlaku. Pochopením těchto základních pojmů můžeme ocenit technologii světelných diod LED a jejich mnohostranné využití v každodenním životě.
Protože kombinují několik odlišných barevných diod LED, obvykle modrých diod LED s fosforovým povlakem, mají světla LED zdání, že jsou bílá. Když modré světlo dopadá na fosforový povlak, vyzařuje široké spektrum světla, které lidské oko vnímá jako bílé. Složení a tloušťku fosforového povlaku lze měnit a měnit tak specifickou barevnou teplotu bílého světla, což poskytuje různé možnosti bílého světla. Jedním z důvodů, proč jsou světla LED tak oblíbená a často používaná v různých aplikacích, je jejich přizpůsobivost.
Někdy mohou světla LED způsobit, že se pohybující se objekty jeví jako „duchové“ nebo zanechávají světelnou stopu. Tomuto jevu se říká perzistence vidění. Když polovodičovou látkou protéká elektrický proud, začnou světla LED vyzařovat světlo. LED diody však nevyzařují světlo nepřetržitě jako běžné žárovky. Místo toho rychle střídají rozsvícení a zhasnutí, obvykle tisíckrát za sekundu.
Světlo LED vyzařuje světlo, když je zapnuto, ale když je vypnuto, světlo rychle zmizí. Po určitou dobu po zhasnutí však naše oči a mozek světlo díky určité perzistenci stále vidí. Tato perzistence spolu s rychlým zapínáním a vypínáním světel LED může způsobovat jev duchů.
Vzhledem k perzistenci vidění, když se předmět rychle pohybuje před světlem LED, naše oči zachytí světlo generované diodou LED a vidí ho jako stopu nebo obraz ducha. Na rozdíl od jiných typů osvětlení mají světla LED rychlejší reakční dobu, takže tento efekt je výraznější. Intenzitu a trvání efektu duchů může ovlivnit také barva a jas diody LED a rychlost a vzdálenost pohybujícího se předmětu.
Celkově lze říci, že světla LED vytvářejí duchy díky rychlému cyklu zapínání a vypínání světla a schopnosti našich očí a mozku zachovat vidění.