Light-Emitting Diode

A LED angol mozaikszó, magyar megfelelője: fényt kibocsátó dióda. Tehát a LED egy félvezető anyagból készült fényforrás.
Mivel a LED egy dióda, így működése a diódák működésével azonos. Ugyanakkor, amíg a diódák alapvetően szilícium alapú félvezetők, a LED p- és n- rétege két vagy több összetevőjű vegyületből készül. Ennek oka az, hogy csak az ún. direkt félvezetőkben[1] történő rekombinációt kíséri fénykibocsátás.
A LED legfontosabb alkatrésze egy apró dióda. Ahhoz, hogy a kibocsátott fény minél kisebb mértében szóródjon, a diódát egy parabolatükörbe helyezik. A parányi diódamorzsa n-rétege érintkezik a parabolatükörrel. Ezt az elektródát katódnak (-) nevezzük. A diódamorzsa felső rétege a p-réteg. A p-réteget vékony drót kapcsolja a anódnak (+) nevezett lábhoz.
Ha a LED katódját az egyenfeszültség negatív potenciáljára, az anódját a pozitív potenciáljára kapcsoljuk – elegendő energia esetén  -, a LED világítani fog. A fénykibocsátó dióda p-n átmenetének rétege bocsátja ki a fotont. Az elektronok-lyukak rekombinációját (kb. 1%-át) kíséri fotonkibocsátás. A LED inkoherens, keskeny spektrumú fényt bocsát ki. A LED gyártása során egyik lábacskát hosszabbra készítik, ez az anód, amíg a másikat rövidebbre készítik, ez a katód.
Ha a használat során a lábacskák méretéből nem tudnánk megkülönböztetni az elektródákat, akkor felülnézetből láthatóvá válik, hogy a katódnál a LED pereme le van vágva.

A LED nyitófeszültsége (az a legkisebb feszültségérték, amely energiája “legyőzi” a záróréteg belső elektromos terének energiáját és, amelynél a LED elkezd világítani) nullától különböző érték, és aszerint eltérő, hogy milyen színű fényt bocsát ki a LED.
A diódánál leírtaknak megfelelően a LED is csak egy irányba vezeti az elektromos áramot. Ha váltakozó feszültségre kapcsoljuk, egyik félperiódusban világít, a másikban nem, amit egy hosszú vezetőpárra kapcsolt megpörgetett LED-del igazolni tudunk, amit az alábbi képen is láthatunk.

A LED-ek hatásfoka mára már eléri a 20%-ot.
LED által kibocsátott fény színe és a kibocsátó vegyület:
Gallium-arzenid (GaAs) infravörös Gallium-alumínium-arzenid (AlGaAs) vörös és infravörös
Gallium-arzenid-foszfid (GaAsP) vörös, narancs és sárga
Gallium-foszfid (GaP) zöld
Gallium-nitrid (GaN) zöld
Cink-szelenid (ZnSe) kék
Szilícium-karbid (SiC) kék
Indium-gallium-nitrid (InGaN) kék
Gyémánt (C) ultraibolya

 

[1] A tiszta szilícium vagy germánium nem alkalmas arra, hogy LED-et készítsenek belőlük. Pl. a SiC vagy GaAs direkt félvezető, amíg a Si és a Ge indirekt félvezető. A direkt félvezetőben a felszabadult energiát közvetlen átmenettel egy nagy lendületű foton viszi el. Az indirekt félvezetők esetében  – ilyen a félvezetők többsége  -, pl. szilícium-félvezetőben a felszabadult energiát a foton nem tudja elvinni, mivel ebben az esetben a foton lendülete elhanyagolhatóan kicsi a gerjesztett elektron-lyuk lendületkülönbsége mellett. A lendület-megmaradást egy fonon részvétele biztosítja a folyamatban. Így ebben az esetben a felszabadult energia rácsrezgéssé alakul, azaz melegíti a határréteget.
[2] A LED-ek hatásfoka mára már eléri a 20%-ot.