Principio della luce LED

LED (diodo a emissione luminosa)è un dispositivo semiconduttore a stato solido in grado di convertire l'energia elettrica in luce visibile. Può convertire direttamente l'elettricità in luce. Il cuore del LED è un chip semiconduttore. Un'estremità del chip è fissata a una staffa, un'estremità è l'elettrodo negativo e l'altra estremità è collegata all'elettrodo positivo dell'alimentatore, in modo che l'intero chip sia incapsulato in resina epossidica.

Il wafer semiconduttore è composto da due parti. Una parte è un semiconduttore di tipo P, in cui dominano i buchi, e l'altra estremità è un semiconduttore di tipo N, in cui sono presenti principalmente elettroni. Ma quando questi due semiconduttori sono collegati, tra loro si forma una giunzione P-N. Quando la corrente agisce sul wafer attraverso il filo, gli elettroni verranno spinti nella regione P, dove gli elettroni si ricombineranno con le lacune, e quindi l'energia verrà emessa sotto forma di fotoni. Questo è il principio dell'emissione della luce LED. La lunghezza d'onda della luce, cioè il colore della luce, è determinata dal materiale che forma la giunzione PN.

Il LED può emettere direttamente luce rossa, gialla, blu, verde, ciano, arancione, viola e bianca.

Inizialmente, i LED venivano utilizzati come fonti luminose di indicazione per gli strumenti. Successivamente, i LED di vari colori di luce furono ampiamente utilizzati nei semafori e negli schermi di grandi dimensioni, producendo buoni vantaggi economici e sociali. Prendiamo come esempio un semaforo rosso da 12 pollici. Negli Stati Uniti, come sorgente luminosa viene utilizzata una lampada a incandescenza da 140 watt a lunga durata ed efficienza visiva in condizioni di scarsa illuminazione, che produce 2.000 lumen di luce bianca. Dopo aver attraversato il filtro rosso, il 90% della luce viene persa, lasciando solo 200 lumen di luce rossa. Nella lampada di nuova concezione, Lumileds utilizza 18 sorgenti luminose LED rosse, che consumano un totale di 14 watt di potenza comprese le perdite del circuito per produrre lo stesso effetto luminoso. Anche le luci di segnalazione automobilistiche rappresentano un'area importante per le applicazioni di sorgenti luminose a LED.

Per l'illuminazione generale, le persone hanno bisogno di fonti di luce bianca. Nel 1998 è stato sviluppato con successo il LED a emissione di luce bianca. Questo tipo di LED è realizzato confezionando chip GaN e granato di ittrio e alluminio (YAG). Il chip GaN emette luce blu (λp=465nm, Wd=30nm) e il fosforo YAG contenente Ce3+ prodotto mediante sinterizzazione ad alta temperatura emette luce gialla dopo essere stato eccitato dalla luce blu, con un valore di picco di 550nLED lampada m. Il substrato LED blu è installato in una cavità riflettente a forma di ciotola e ricoperto da un sottile strato di resina miscelata con YAG, circa 200-500 nm. Parte della luce blu emessa dal substrato LED viene assorbita dal fosforo, mentre l'altra parte della luce blu viene miscelata con la luce gialla emessa dal fosforo per ottenere la luce bianca.

Per i LED bianchi InGaN/YAG, modificando la composizione chimica del fosforo YAG e regolando lo spessore dello strato di fosforo, è possibile ottenere luce bianca di vari colori con una temperatura di colore di 3500-10000K. Questo metodo per ottenere luce bianca tramite LED blu ha una struttura semplice, un basso costo e un'elevata maturità tecnologica, quindi è il più utilizzato.