Gaismas diode

(Pāradresēts no Mirdzdiode)
«LED» pāradresējas uz šejieni.

Gaismas diode[5] ir pusvadītāju diode, kuras p-n pāreja vadāmības virzienā plūstošas strāvas ietekmē spīd, izstarojot redzamā vai neredzamā spektra gaismu. Gaismas diodes mēdz saukt arī par mirdzdiodēm, vai LED (angļu: light-emitting diode).

Gaismas diode (LED)
Zila, zaļa, un sarkana LED iekš 5 mm ietvarā
Darbības princips Elektroluminiscence
Izgudrots H. J. Round (1907)[1]
Oleg Losev (1927)[2]
James R. Biard (1961)[3]
Nick Holonyak (1962)[4]
Pirmo reizi ražots 1962. oktobris
Pinu konfigurācija Anods un katods
Elektroniskais simbols
3 pamatkrāsu diodes.
Gaismas diodes shematiskais apzīmējums.

Darbības princips

labot šo sadaļu

Vadāmības virzienā pieslēgta sprieguma ietekmē pārpalikuma lādiņi elektroni no elektronu vadītspējas (n tipa) pusvadītāja cauri p-n pārejai difundē caurumu vadītspējas (p tipa) pusvadītājā, kur tie rekombinējas ar caurumiem. Rekombinējoties elektroni pāriet no vadītspējas zonas valences zonā, tātad no augstāka enerģijas līmeņa zemākā. Šīs pārejas rezultātā atbrīvojas enerģija, kura daļēji pārvēršas siltumā un daļēji tiek izstarota fotonu veidā. Izstarotās gaismas viļņa garums ir atkarīgs no pusvadītāja kristālrežģa aizliegtās zonas platuma.

Spektrālās īpašības

labot šo sadaļu

Atšķirībā no kvēlspuldzēm gaismas diodes neizstaro siltumu. Tādēļ gaismas diodēm ir ļoti augsts lietderības koeficients. To starojums ir ļoti šaurā spektrā, monohromatisks. Ilgu laiku bija problemātiski iegūt diodes visām pamatgaismām, tikai 1990. gados parādījās lētas zilās gaismas diodes.

Virziendarbība

labot šo sadaļu

Gaismas diodēm raksturīgs vērsts starojums.

Plakana pusvadītāja virsma gaismu izstaro perpendikulāri virsmai un tikai nedaudz sāņus. Vērstā starojuma dēļ ir nedaudz apgrūtināta diožu izmantošana difūza apgaismojuma iegūšanai.

Elektriskās īpašības

labot šo sadaļu

Pēc elektriskajām īpašībām gaismas diodes ir līdzīgas parastajām diodēm, taču pusvadītāja materiāla izvēle nosaka lielāku sprieguma kritumu vadāmības virzienā (atvēršanās spriegums). Atvērtas diodes diferenciālā pretestība ir ļoti maza, savukārt mirdzēšanas stiprums ir atkarīgs no caurplūstošās strāvas, tādēļ gaismas diodes ieteicams barot no strāvas avota.

 
Gaismas diodes slēguma piemērs

Darbības ātrums

labot šo sadaļu

Gaismas diodēm piemīt pavisam neliela spīdēšanas inerce, tāpēc tās var izmantot dažādu stroboskopisku efektu iegūšanai (dinamiskā indikācija).

Mirdzēšanas krāsa, sprieguma kritums un izgatavošanas materiāls

labot šo sadaļu
Krāsa Viļņa garums [nm] Sprieguma kritums [ΔV] Pusvadītāja materiāls
Infrasarkana λ > 760 ΔV < 1.63 Gallija arsenīds (GaAs)
Alumīnija gallija arsenīds (AlGaAs)
Sarkana 610 < λ < 760 1.63 < ΔV < 2.03 Alumīnija gallija arsenīds (AlGaAs)
Gallija arsenīda fosfīds (GaAsP)
Alumīnija gallija indija fosfīds (AlGaInP)
Gallija(III) fosfīds (GaP)
Oranža 590 < λ < 610 2.03 < ΔV < 2.10 Gallija arsenīda fosfīds (GaAsP)
Alumīnija gallija indija fosfīds (AlGaInP)
Gallija(III) fosfīds (GaP)
Dzeltena 570 < λ < 590 2.10 < ΔV < 2.18 Gallija arsenīda fosfīds (GaAsP)
Alumīnija gallija indija fosfīds (AlGaInP)
Gallija(III) fosfīds (GaP)
Zaļa 500 < λ < 570 1.9[6] < ΔV < 4.0 Indija gallija nitrīds (InGaN) / Gallija(III) nitrīds (GaN)
Gallija(III) fosfīds (GaP)
Alumīnija gallija indija fosfīds (AlGaInP)
Alumīnija gallija fosfīds (AlGaP)
Zila 450 < λ < 500 2.48 < ΔV < 3.7 Cinka selenīds (ZnSe)
Indija gallija nitrīds (InGaN)
Silīcija karbīds (SiC) kā substrāts
Silīcijs (Si) kā substrāts — izstrādes stadijā
Violeta 400 < λ < 450 2.76 < ΔV < 4.0 Indija gallija nitrīds (InGaN)
Purpura jauktais spektrs 2.48 < ΔV < 3.7 divas diodes zila un sarkana,
zila ar sarkanu luminoforu,
vai balta ar purpura plastmasas korpusu
Ultravioleta λ < 400 3.1 < ΔV < 4.4 Dimants (235 nm)[7]
Bora nitrīds (215 nm)[8][9]
Alumīnija nitrīds (AlN) (210 nm)[10]
Alumīnija gallija nitrīds (AlGaN)
Alumīnija gallija indija nitrīds (AlGaInN) — līdz 210 nm[11]
Rozā jauktais spektrs ΔV ~ 3.3[12] Zila diode ar vienu vai diviem luminofora slāņiem,
dzeltena ar oranžu vai rozā luminoforu,
vai balta ar rozā pigmentu.[13]
Balta plašs spektrs ΔV = 3.5 Zila vai ultravioleta diode ar dzeltenu luminoforu

Mirdzdiodes izmanto

  • Informācijas atspoguļošanai, gan kā atsevišķas diodes, gan kā diožu matricas.
  • Informācijas iegūšanai, piemēram skeneros
  • Elektriskās atsaistes izveidošanai, optronu sastāvā
  • Apgaismošanai
  1. «HJ Round was a pioneer in the development of the LED». www.myledpassion.com. Arhivēts no oriģināla, laiks: 2020. gada 28. oktobrī. Skatīts: 2020. gada 20. decembrī.
  2. «The life and times of the LED — a 100-year history». The Optoelectronics Research Centre, University of Southampton. April 2007. Arhivēts no oriģināla, laiks: 2012. gada 15. septembris. Skatīts: 2012. gada 4. septembris. Ignorēts nezināms parametrs |df=
  3. US Patent 3293513, "Semiconductor Radiant Diode", James R. Biard and Gary Pittman, Filed on Aug. 8th, 1962, Issued on Dec. 20th, 1966.
  4. «Inventor of Long-Lasting, Low-Heat Light Source Awarded $500,000 Lemelson-MIT Prize for Invention». Washington, D.C. Massachusetts Institute of Technology. 2004. gada 21. aprīlis. Arhivēts no oriģināla, laiks: 2011. gada 9. oktobris. Skatīts: 2011. gada 21. decembris.
  5. Akadēmiskā terminu datubāze AkadTerm
  6. OSRAM: green LED Arhivēts 2011. gada 21. jūlijā, Wayback Machine vietnē.. (PDF). Retrieved on 2012-03-16.
  7. Koizumi, S.; Watanabe, K; Hasegawa, M; Kanda, H (2001). "Ultraviolet Emission from a Diamond pn Junction". Science 292 (5523): 1899–1901. doi:10.1126/science.1060258. PMID 11397942.
  8. Kubota, Y.; Watanabe, K.; Tsuda, O.; Taniguchi, T. (2007). "Deep Ultraviolet Light-Emitting Hexagonal Boron Nitride Synthesized at Atmospheric Pressure". Science 317 (5840): 932–934. doi:10.1126/science.1144216. PMID 17702939.
  9. Watanabe, Kenji; Taniguchi, Takashi; Kanda, Hisao (2004). "Direct-bandgap properties and evidence for ultraviolet lasing of hexagonal boron nitride single crystal". Nature Materials 3 (6): 404–409. doi:10.1038/nmat1134. PMID 15156198.
  10. Taniyasu, Yoshitaka; Kasu, Makoto; Makimoto, Toshiki (2006). "An aluminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210 nanometres". Nature 441 (7091): 325–328. doi:10.1038/nature04760. PMID 16710416.
  11. «LEDs move into the ultraviolet». physicsworld.com. 2006. gada 17. maijs. Arhivēts no oriģināla, laiks: 2012-03-29. Skatīts: 2007-08-13.
  12. How to Wire/Connect LEDs Arhivēts 2012. gada 2. martā, Wayback Machine vietnē.. Llamma.com. Retrieved on 2012-03-16.
  13. LED types by Color, Brightness, and Chemistry. Donklipstein.com. Retrieved on 2012-03-16.

Ārējās saites

labot šo sadaļu