LED er lommelyktens kjerne

Utviklingen av LED-teknologien har blitt utrolig de siste årene. De tidligere svakere lysdiodene har utviklet seg og i dag er de betraktelig mye lysere enn tradisjonelle lamper med glødetråd. Men for mange er LED fortsatt forbundet med mystikk og uvitenhet. Her er fakta om LED for de som ønsker å fordype seg.

Hva er LED?

LED (Light Emitting Diode, LED) er en diode som avgir usammenhengende monokromatisk lys ved tilstrekkelig mengde strøm. Den første lysdioden med synlig lysspekter ble utviklet i 1962. I 1970 kom nye diode-farger, man hadde nå en grønn farge og en rød farge. Dermed kunne man også lage gult LED lys.

Forskerne var klar over at det var nødvendig å fokusere på den blå fargen, da man med den og de øvrige fargene skulle kunne frembringe et hvitt lysdiode-lys. lysstyrken var ved tidspunktet fortsatt svak og først på 1980-tallet kunne man frembringe et lysdiode-lys som var kraftig nok til å kunne brukes utendørs. Idag finnes lysdioder i mange ulike farger, fra infrarødt over de synlige fargene til ultrafiolett. Hvitt lys finnes fra kaldhvit til varmhvit.

Effektivitet

Teknologien innen belysning har utviket seg og forbedret seg enormt de siste årene. De tidligere lyssvake lysdiodene har utviklet seg og er i dag mye mer lyssterke enn tradisjonelle lamper med glødetråd. En LED kjerne leverer masse mer lys sammenlignet med gammel glødeteknikk. Den gamle glødelampen har et stort energitap der en større del av energien fra batteriet omvandles til varmeenergi. LED genererer mer energi som rent lys og mindre varme.

Lysdiodeteknologi

Lysdioden er en spesiell type av halvlederdiode. lyseffekten er en form for elektroluminisens. Hvilen type lys som genereres, kommer ann på hvilket halvledermaterial som brukes. Det kan være ultrafiolett, "vanligt synlig" eller innom det infrarøde spektrumet.

Likt en normal diode, består den av ett stykke halvledermateriale dopet med urenheter, atomer med annet antall valenselektroner, for å skape en struktur med positiv og negativ del, og en PN-overgang. Ladningsbærere (elektroner og hull) som rekombinerer ved PN-overgangen frigjør energi i form av fotoner. Lysets bølgelengde og dermed lysets farge avhenger av størrelsen på halvledermaterialets båndbredde.

En normal diode, vanligvis laget av silisium eller germanium, utstråler ikke lys ettersom disse materialene har indirekte båndbredde. Materiale som brukes for lysdioder må ha direkte båndbredde med en størrelse som korresponderer med fotonenergier for nær-infrarødt, synlig eller nær ultrafiolett lys.

Til forskjell fra glødelamper som kan drives på likestrøm eller vekselstrøm så krever lysdioder likestrøm med rett polaritet. Når spenningen over dioden er i rett rettning, flyter en betydelig strøm gjennom PN-overgangen i dioden og strømmen er da rettet fremover. Spenningen over lysdioden er i dette tilfellet stabil for en gitt lysdiode og proporsjonal mot energien av de utstrålende fotonene. Om spenningen har feil polaritet så er den rettet bakover, veldig liten lekkasjestrøm flyter og ikke noe lys blir avgitt. Ved forhøyet spenning skjer gjennombrudd og dioden kan da ødelegges.

Størrelse og oppbygning

Tidligere har den vanligste typen av lysdioder vært hullmontert med fem millimeter i diameter. De nå mer vanlige er overflatemontert i mengder av kabinetter. Ettersom lysdioder er følsomme for overoppheting, har mye forskning skjed for å få fram kabinetter med god kjøling. Effektiviteten for lysdioder er som best ca 25% på blått og 16-17% på hvit, som er i klasse med utladningslamper eller i visse tilfeller t.o.m. bedre.

Konvensjonelle lysdioder

Konvensjonelle lysdioder er laget av organiske mineraler som gir følgende lys:

• Aluminium galliumarsenid (AlGaAs) - Rødt og infrarødt
• Galliumarsenidfosfid (GaAsP) - Rødt, oransje og gult
• Galliumnitrid (GaN) - Grønt
• Zinkselenid (ZnSe) - Blått
• Indiumgalliumnitrit (InGaN) - Blått
• Silisiumkarbid (SiC) - Blått
• Diamant (C) - Ultrafiolett

Hvite lysdioder

Hvitt lys fåes gjennom additivt fargeblanding. En metode er å montere lysdioder som gir ulike farger, for eksempel blått, grønt og rødt, på samme eller separate chips så nærme hverandre at lyset oppfattes som hvitt. En annen måte er å bygge inn UV-strålende dioder i en blandning av fluorescerende objekter (lysobjekter) som gir lys i ulike deler av det synlige spekteret.

Det mest effektive er imidlertid å bruke ett blåstrålende chip med lysobjekt innlagt i silisium rundt dioden. Ett sikt av cerium-dopet yttrium-aluminium-granat-pulver gir ett gult fluorescerende lys som i blandning med det blå diodlyset gir ett jevnt hvitt lys. Effektiviteten for en slik hvit lysdiode er veldig høy ettersom den blå lysdioden allerede har en meget høy effekt (dobbelt så stor som ultrafiolettstrålende lysdioder) og ettersom en del av det blå lyset utnyttes direkte uten konvertering.

Blå lysdioder genererer også en del av sin stråling i den usynlige ultrafiolette delen av spektret, og tilogmed den delen konverteres i stor utstrekkning til gult synlig lys. Det sistnevnte forholdet innebærer at man får ut ca 4-5 ganger så mye synlig lys fra en hvit som fra en blå lysdiode.

Hvite lysdioder utnytter seg vanligvis av InGaN/SiC-chip. Teknikken er omskrevet av en mengde patenter, det er derfor det finnes så få produsenter av effektive hvite lysdioder på markedet.

Høyytelses lysdioder (PowerLED)

Power-LED er høyytelses lysdioder for størst mulig lysutbytte. Under en lang periode har det pratet om Power-LED:er som håndterer større strømmer. Disse skal kunne erstatte både halogen- og lignende lamper.

Gjennom sin struktur og oppbygning kommer disse lysdiodene til å kunne erstatte ulike former av LED-klynger, bakgrunnsbelysninger og halogenlamper. Typiske tilnærminger er LED- og LCD-displayer, LCD-TV (flat TV), innredningsbelysning i kjøretøy, kontor- og kjøkkenarmaturer eller annet tøft miljø. Et utmerket bruksområde er for eksempel alle blinklys, baklys og bremselys på en bil. Bileieren kommer aldri til å behøve bytte ut pærer under bilens levetid.

Innkobling av lysdioder

Det er strømmen gjennom lysdioden som i hovedsak påvirker lyseffekten, ikke spenningen. Framspenningen (Uf) over en lysdiode varierer mellom ca 1,9 V (røde) till ca 3,6 V (blå), og bruker vanligvis defineres ved 20 mA strøm i utregningen (If).

Om den maksimale strømmen i utregningen (If max) overskrides i en lengre periode tar dioden skade. Derfor skal man i prinsipp i alla forhold ha en strømbegrensningsmotstand koblet i serie med lysdioden.

Kilde: Wikipedia

a