LED er lommlygtens kerne

Udviklingen af LED-teknologien har været forbløffende i de sidste par år. De tidligere lysdæmpende LED'er har udviklet sig, og i dag er de meget lysstærkere end traditionelle glødelamper. Men for mange er LED'er stadig forbundet med mystik og uvidenhed. Her er fakta om LED'er for dem, der gerne vil vide mere.

Hvad er LED?

Lysemitterende diode (LED) er en diode der udsender inkohærent monokromatisk lys ved tilstrækkelig fremadrettet strøm. Den første LED med synligt lys blev udviklet i 1962. I 1970 blev der tilføjet nye LED-farver med en grøn og en rød farve. Det betød at der også kunne skabes gult LED-lys.

Forskerne indså at det var nødvendigt at fokusere på den blå farve, da denne og de andre farver ville gøre det muligt at producere et hvidt LED-lys. Dengang var lysstyrken stadig lav, og det var først i 1980'erne, at der kunne produceres en tilstrækkelig lysstærk LED-lampe til udendørs brug. I dag fås LED'er i en lang række farver, fra infrarøde til synlige farver og ultraviolette farver. Hvidt lys fås fra koldt hvidt til varmt hvidt lys.

Effektivitet

Belysningsteknologien har udviklet og forbedret sig betydeligt i de seneste år. De tidligere lysdæmpende LED'er har udviklet sig, og i dag er de meget lysstærkere end traditionelle glødelamper. En LED-kerne giver meget mere lys end den gamle glødelamperteknologi. Den gamle glødepære har et stort energitab, hvor en større del af energien fra batteriet omdannes til varmeenergi. LED genererer mere energi i form af rent lys og mindre varme.

Lysdiode teknologi

LED'en er en særlig type halvlederdiode. Lyseffekten er en form for elektroluminescens. Den type lys, der genereres afhænger af det anvendte halvledermateriale. Det kan være ultraviolet, "almindeligt synligt" eller i det infrarøde spektrum.

Ligesom en normal diode består den af et stykke halvledermateriale, der er doteret med urenheder atomer med forskelligt antal valenselektroner, for at skabe en struktur med positive og negative dele og et PN-led. Ladningsbærere (elektroner og huller) der rekombinerer ved PN-knudepunktet frigiver energi i form af fotoner. Lysets bølgelængde og dermed lysets farve afhænger af størrelsen af halvledermaterialets båndgab.

En normal diode som normalt er fremstillet af silicium eller germanium, udsender ikke lys fordi disse materialer har indirekte båndgab. Materialer der anvendes til lysemitterende dioder, skal have direkte båndgab af en størrelse, der svarer til fotonenergierne i nær-infrarødt synligt eller nær-ultraviolet lys.

I modsætning til glødelamper, som kan drives med jævnstrøm eller vekselstrøm kræver LED'er jævnstrøm med den korrekte polaritet. Når spændingen over dioden er i den rigtige retning, strømmer der en betydelig strøm gennem PN-forbindelsen i dioden og strømmen er så fremadrettet. Spændingen over LED'en er i dette tilfælde stabil for en given LED og proportional med energien af de udstrålede fotoner. Hvis spændingen har den forkerte polaritet, er den bagudrettet der løber meget lidt lækstrøm og der udsendes ikke lys. Ved høje spændinger sker der nedbrydning, og dioden kan blive ødelagt.

Størrelse og struktur

Tidligere var den mest almindelige LED-type en hulmonteret LED med en diameter på fem millimeter. I dag er de mest almindelige overflademonterede i en række forskellige kabinetter. Da lysdioder er følsomme over for overophedning, er der blevet forsket meget i at udvikle pakker med god køling. LED'ernes effektivitet er i bedste fald ca. 25 % for blå lys og 16-17 % for hvidt lys, hvilket er på niveau med udladningslamper eller endda bedre i nogle tilfælde.

Konventionelle lysdioder

Konventionelle LED'er er fremstillet af uorganiske mineraler, der producerer følgende lys:

• Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) - Rødt og infrarødt
• Galliumarsenidphosphid (GaAsP) - Rød, orange og gul
• Galliumnitrid (GaN) - Grøn
• Zinkselenid (ZnSe) - Blå
• Indiumgalliumnitrit (InGaN) - Blåt
• Kiselkarbid (SiC) - Blåt
• Diamant (C) - Lilla

Hvide lysdioder

Hvidt lys opnås ved additiv farveblanding. En metode er at montere lysdioder der producerer forskellige farver f.eks. blå grøn og rød på de samme eller separate chips så tæt på hinanden, at lyset opfattes som hvidt. En anden metode er at indlejre UV-emitterende dioder i en blanding af fluorescerende stoffer (fosforer), der producerer lys i forskellige dele af det synlige spektrum.

Den mest effektive metode er imidlertid at anvende en chip med blå lysdiode med en fosfor indlejret i siliciumet omkring dioden. Et lag af cerium-doteret yttrium-aluminium-garnet-pulver giver et gult fluorescerende lys, som når det blandes med det blå lys fra dioden giver et ensartet hvidt lys. Effektiviteten af en sådan hvid LED er meget høj, fordi den blå LED allerede har en meget høj effektivitet (dobbelt så høj som ultraviolette LED'er), og fordi en del af det blå lys anvendes direkte uden konvertering.

Blå LED'er genererer også en del af deres stråling i den usynlige ultraviolette del af spektret, og selv denne del omdannes i vid udstrækning til gult synligt lys. Sidstnævnte forhold betyder, at du får ca. 4-5 gange så meget synligt lys fra en hvid LED som fra en blå LED.

Hvide LED'er anvender typisk InGaN/SiC-chips. Teknologien er omgivet af et væld af patenter, og derfor er der kun få producenter af effektive hvide LED'er på markedet.

Højtpræsterende lysdioder (Power-LED)

Power-LED'er er højtydende LED'er med maksimal lysudbytte. Der har længe været tale om Power-LED'er der kan klare højere strømme. De kan efter sigende erstatte både halogenlamper og lignende lamper.

På grund af deres struktur og design vil disse LED'er kunne erstatte forskellige former for LED-klynger, baggrundsbelysning og halogenlamper. Typiske anvendelser er LED- og LCD-skærme, LCD-tv (fladskærme), indvendig belysning i køretøjer, kontor- og køkkeninventar eller andre barske miljøer. En fremragende anvendelse er f.eks. alle blinklys, baklys og bremselys på en bil. Bilens ejer behøver aldrig at udskifte lamper i bilens levetid.

Tilslutning af lysdioder

Det er strømmen gennem LED'en, der primært påvirker lysudbyttet ikke spændingen. Fremadspændingen (Uf) over en LED varierer fra ca. 1,9 V (rød) til ca. 3,6 V (blå) og er normalt defineret ved 20 mA fremadrettet strøm (If).

Hvis den maksimale fremadrettede strøm (If max) overskrides i lang tid,vil dioden blive beskadiget. Derfor bør der i princippet i alle anvendelser være en strømbegrænsende modstand forbundet i serie med LED'en i alle anvendelser.

Kilde: Wikipedia