V predchádzajúcom článku sme sa venovali LED pásom, ich záklandným druhom, aplikácii a podobne. Teraz sa pozrieme trochu bližšie aj na ich základný prvok, z ktorého sa skladajú, na LED diódy.

Pod skratkou "LED" sa skrýva anglický názov Light Emitting Diode, čo v preklade znamená "svetlo vyžarujúca dióda". Ide o polovodičovú elektronickú súčiastku, ktorá vyžaruje úzkospektrálne svetlo, keď ňou prechádza elektrický prúd v priepustnom smere. Svietiaci efekt je následkom žiarivej rekombinácie elektrón-dierového páru a je formou elektroluminiscencie. Farba vyžarovaného svetla závisí od štruktúry PN , aj od použitého materiálu. LED diódy prinášajú so sebou množstvo výhod ako nižšia spotreba energie, dlhá životnosť, menšie rozmery a rýchlejšie prepínie.Aplikácia LED diód je rôznorodá. Používajú sa napríklad pre rôzne reklamné osvetlenie, osvetlenie miestností, nájdeme ich aj v semaforoch, ale taktiež aj v rôznych displejoch (LED TV), diaľkových ovládačoch a mnohých ďalších miestach.

História

Elektroluminiscencia bola objavená v roku 1907 britským vedcom H.J. Roundom z Marconi Labs. V roku 1927, Rus Vladimirovič Losev nezávisle vytvoril prvú LED diódu; jeho výskum, hoci bol distribuovaný v ruských, nemeckých a britských vedeckých časopisoch, bol ignorovaný, a z jeho objavu nebolo vyrobené žiadne praktické využitie niekoľko desaťročí.
V roku 1955 Rubin Braunstein z Radio Corporation of America  podal správu o infračervenom žiarení z arzenidu gália(GaAs) a iných polovodičových zliatin. Brunstein pozoroval infračervené žiarenie generované jednoduchými diódovými štruktúrami používaním GaSb, GaAs, InP a Ge-Si zliatiny pri izbovej teplote a pri 77K. V  roku1961, vedci Bob Biard a Gary Pittman pracujúci v Texas Instruments, zistili že arzenid gália vydával infračervené žiarenie, keď bol aplikovaný elektrický prúd. Biard a Pittman získali patent na infračervenú LED diódu.

Prvá LED dióda s viditeľnán spektrom svetla(červená LED) bola vyvinutá v roku1962 Nickom Holonyak Jr., počas práce v General Electric Company.  Holonyak je považovaný za“ otca LED diódy“. M. George Craford, bývalý absolvent Holonyaka, vynašiel prvú žltú diódu a 10x jasnejšie červené a červeno-oranžové LED diódy v roku 1972.

Shuji Nakamura z Japonska demonštroval prvú vysoko-svietivú modrú LED na báze InGaN. Existencia modrých a vysokosvietivých LED diód rýchlo viedli k vývoju prvej bielej  diódy, ktorá používa Y3Al5O12:Ce, alebo"YAG". V tejto dióde je zmiešané žlté svetlo s modrým, z čoho dostaneme bielu farbu svetla.
Vývoj LED diód a ich svetelný výkon rýchlo narastá, ich výkon sa približne každých 36 mesiacov zdvojnásobí.

Druhy LED diód

Ultrafialové (UV) LED          

UV LED sa vyznačujú tým, že ich špička vyžarovacieho diagramu leží pod 420 nm. Z bezpečnostných dôvodov sa na trhu predávajú len s výkonom do 10 mW. V predajniach sa najčastejšie vyskytujú  UV LED s vlnovými dĺžkami 380 – 420 nm a 320 – 370 nm.

Infračervené (IR) LED

Vyžarovací diagram týchto LED má výkonovú špičku nad 680 nm. Keďže ľudské oko (zrenička nie je schopná prepustiť žiarenie s vlnovou dĺžkou nad 1 400 nm) a v podstate celá fyziológia človeka je na IR žiarenie imúnna je možné zaobstarať IR LED s výkonmi aj vysoko nad 10 mW. Bežne sa predávajú IR LED s vlnovou dĺžkou 680 – 750 nm a 870 – 950 nm, ktoré sú vhodné ako zdroje IR žiarenia do diaľkových ovládaní. Svetlo týchto diod sa nedá pozorovať voľným okom, ale dá sa pozrieť napr. cez digitálny fotoaparát, ktorý je na IR svetlo citlivý.

Jednofarebné (monochromatické) LED

Každá LED vyrobená iba z jedného druhu polovodiča má svoju charakteristickú vlnovú dĺžku, na ktorej emituje svetlo (danú prevažne šírkou zakázaného pásma polovodiča). Túto vlnovú dĺžku je možné „nastaviť“ pomocou použitého druhu polovodiča (t. j. pomerom obsahu jednotlivých prvkov – zložiek – polovodiča) a u niektorých polovodičov (GaN) aj zmenou obsahu dotovacieho prvku. Takto je možné vyrobiť LED s tým istým substrátom v širokom spektre vlnových dĺžok. Prakticky je možné vyrobiť LED vyžarujúce svetlo s vlnovými dĺžkami od 250 do 3 500 nm. LED s jedinou výkonovou špičkou sa nazýva monochromatická LED. Spektrálna krivka vyžiareného svetla má v ich prípade tvar Gaussovej krivky, ktorá nie je širšia ako +/-25 nm. Monochromatické LED vyžarujú minimálne 90% celého žiarivého výkonu v rozmedzí maximálne +/-10 nm. Reálne LED ale nemajú úplne ideálny spektrálny diagram a u niektorých typov sa prejavujú aj sekundárne maximá na iných vlnových dĺžkach. Ale tieto sekundárne maximá nepredstavujú ani 1 % z celkového výkonu.

Biele LED

Biele svetlo sa dá z LED diódy vyprodukovať dvoma základnými spôsobmi.. Jeden využíva samostatné LEDky, emitujúce základné farby - červenú, zelenú, modrú - a ich zmiešaním vznikne biele svetlo. Druhý s použitím fosforového materiálu mení monochromatické svetlo z modrej, alebo ultrafialovej LED na širokospektrálne biele svetlo.

RGB LED

Prvý typ je poskladaný z troch monochromatických LED, ktoré emitujú žiarenie vo farbách: červená, zelená, modrá. Takýmto LED sa hovorí RGB LED (z ang. skratiek pre red, green, blue). Ich výnimočnosťou je možnosť regulovať výkony jednotlivých zložiek (jednotlivých monochromatických LED) a tak dosiahnuť nie len biele svetlo, ale aj celé spektrum farieb, v rozpätí okrajových zložiek RGB LED.

Fluorescenčné LED

Druhý typ bielych LED je založený na zmene vlnovej dĺžky emitovaného žiarenia klasickou monochromatickou LED na širokopásmové spojité spektrum, ktorého energia je rozložená približne rovnako po celom spektre. Zmena vlnovej dĺžky sa dosahuje vo vrstve luminoforu (fluorescenčného materiálu). Ako budiaca monochromatická LED je použitá vysokosvietivá modrá LED. Jej použitie ale prináša aj malý neduh týchto LED. Vlnová dĺžka budiacej LED sa prejavuje ako primárne maximum vyžarovacieho spektrálneho diagramu, no vyžarovaná energia neklesá až na nulu (smerom k červenej farbe), ale po miernom poklese nadobúda sekundárne (nižšie a širšie) maximum niekde v okolí 560 nm (oranžová farba), čo je dané vyžarovacím spektrom použitého luminoforu. Až následne po tomto sekundárnom maxime pozvoľna klesá k nule, ktorú dosahuje väčšinou až za hranicou VIS/IR žiarenia. Z toho vyplýva modrastý až zelenkastý nádych vyžarovaného bieleho svetla. Čím je biela LED kvalitnejšia, tým je jej nádych menej badateľný.

Laserové diódy

Obe skupiny – svetelné i laserové diódy sa vyrábajú z intermetalických zliatin (polovodičových zlúčenín), a to spravidla z karbid kremíka (SiC), arsenid gália (GaAs), fosfid gália (GaP), alebo zo zliatin typu gálium arzenid fosfid (GaAsP) a ďalších.