Світлодіод: відмінності між версіями

[[Файл:RBG-LED.jpg|thumb|[[Блакитний]], [[Зелений колір|зелений]] та [[червоний]] світлодіоди]]

'''Світлодіо́д''' ({{lang-en| LED - light-emitting diode}})  — [[Напівпровідники|напівпровідниковий]] пристрій, що випромінює [[когерентність|некогерентне]] світло, при пропусканні через нього [[електричний струм|електричного струму]] (ефект, відомий як [[електролюмінесценція]]). Випромінюване світло традиційних світлодіодів лежить у вузькій ділянці [[спектр]]у, а його [[колір]] залежить від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника. Сучасні світлодіоди можуть випромінювати світло від інфрачервоної ділянки спектру до близької до ультрафіолету [http://invention.smithsonian.org/centerpieces/quartz/inventors/biard.html]. Існують методи розширення смуги випромінювання і створення білих світлодіодів. На відміну від [[лампа розжарювання|ламп розжарювання]], які випромінюють [[світловий потік]] широкого [[спектр]]у, рівномірно у всіх напрямках, звичайні світлодіоди випромінюють [[світло]] певної [[довжина хвилі|довжини хвилі]] і в певному напрямі. Світлодіоди були удосконалені до [[лазерний діод|лазерних діодів]], - — які працюють на тому ж принципі, але можуть напрямлено випромінювати когерентне світло.

Вперше [[інфрачервоне випромінювання|інфрачервона]] емісія з напівпровідникових елементів, була зареєстрована Рубіном Браунштейном, працівником компанії [[Radio Corporation of America]] в [[1955]], який використовував [[арсенід галію]] (GaAs) та інші напівпровідникові сплави [http://invention.smithsonian.org/centerpieces/quartz/inventors/biard.html]. Але перший світлодіод, тобто прилад, що дає випромінювання на напівпровідниковому переході, при пропусканні через нього електричного струму, як і патент на нього, був отриманий працівниками компанії [[Texas Instruments]] - — Бобом Б’ярдомБ'ярдом і Гарі Пітманом, в [[1961]] році. Згодом, світлодіоди що працюють на GaAs та GaP ([[фосфід галію]]), почали виготовлятися комерційно - — для використання в якості індикаторів. Перший світлодіод, який працює у видимому діапазоні, був розроблений групою [[Нік Голоняк|Ніка Голоняка]], в компанії [[General Electric]], в [[1962]]  р. [http://web.mit.edu/invent/a-winners/a-holonyak.html].

Еволюція світлодіодів у [[1960]]-–[[1970]]-х рр., поступово привела до створення світлодіодів, що мають колір від червоного до зеленого, - — постійно відштовхуючи межу у сторону коротких хвиль. Іншим напрямком роботи, було підвищення ефективності світлодіодів. Найпопулярнішими матеріалами були GaP (червоний - — зелений) та GaAsP (жовтий – — високоефективний червоний). При цьому з’явилосяз'явилося багато нових застосувань світлодіодів (у калькуляторах, цифрових годинниках, тестових приладах). Хоча надійність свілодіодів завжди перевищувала надійність ламп розжарювання, неонових ламп і т.п.тощо, відсоток вибраковки ранніх пристроїв був набагато вищим. В тому було винне ручне збірання того часу. Індивідуальні оператори виконували вручну такі завдання, як розподіл епоксидної смоли, розміщення її крапельки в потрібну позицію, змішування епоксидної смоли. Це призводило до дефектів, таких, наприклад, як "«витік епоксидної смоли"», яка викликала підтікання, та інколи навіть скорочення [[p-n перехід|p-n переходпереходу]]у. Окрім цього, високі числа дефектів в [[кристал]]і, підкладці і епітаксійному шарі, призводили до зменшеної ефективності і коротшої тривалості життя пристрою.

На початку [[1980]]-х, з появою нового матеріалу - — GaAlAs (галій-алюмінієвий арсенід), почалася революція у виробництві світлодіодів. GaAlAs дозволив підвищити ефективність у 10 разів, що привело до нових використань: у зовнішніх знаках та написах, зчитуванні штрих-коду, передачі даних через оптичне волокно, у медичному обладнанні. Але GaAlAs працював тільки у червоній ділянці спектру (660 нм) та мав короткий час життя (більш 50% падіння ефективності після 100 000 годин роботи).

Наступним кроком у розвитку, стала розробка компанією [[Toshiba]] методу нанесення MOCVD (метал–оксиднеметал-оксидне хімічне парове нанесення, Metal Oxide Chemical Vapor Deposition), який зробив можливим створення складніший пристроїв, з ефективністю до 90% (тобто 90% електроенергії може бути перероблене на світло). В той самий час, корпорація Nichia запропонувала перші блакитні світлодіоди, працюючі на GaN (нітриді галію), InGaN (індій-галій-нітриді) та SiC (карбіді кремнію). Згодом з’явилисяз'явилися і перші білі світлодіоди, які комбінували три основні кольори. Але вони швидко були замінені широкополосними білими світлодіодами, які мають вторинний [[флюоресценція|флюоресцентний]] шар.

Одним з кроків стало також створення "«Лабораторією фундаментальних досліджень"», компанії NTT, світлодіода, що випромінював хвилі в [[ультрафіолетова радіація|ультрафіолетовій]] частині спектру, завдовжки 210 [[нанометр|нм]]. Випромінювання з такою короткою [[довжина хвилі|довжиною хвилі]], знайшло широке застосування в [[медицина|медицині]] і [[техніка|техніці]]. Відомо, що невидиме для людського [[око|ока]] [[ультрафіолетове випромінювання]], має знезаражуючий ефект. Окрім того, ці світлодіоди змогли замінити червоні лазерні діоди, при читанні даних з [[оптичний диск|оптичних дисків]], чим забезпечили подальше збільшення густини запису.

Як і в нормальному [[напівпровідниковий діод|напівпровідниковому діоді]], в світлодіоді є [[p-n перехід]]. При пропусканні електричного струму в прямому напрямку, носії заряду  — [[електрон]]и і [[дірка (квазічастинка)|дірки]], [[рекомбінація|рекомбінують]], з випромінюванням [[фотон]]ів.

Не всі напівпровідникові матеріали ефективно випускають світло, при рекомбінації. Гарними випромінювачами є, як правило, прямозоні напівпровідники типу A^IIIB^V (наприклад, GaAs або InP) і A^IIB^VI (наприклад, ZnSe або CdTe). Варіюючи склад напівпровідників, можна створювати світлодіоди різних довжин хвиль, - — від ультрафіолету (GaN) до середнього інфрачервоного діапазону (PbS).

Ефективність світлодіодів найбільше проявляється там, де потрібно генерувати потужні [[колір|кольорові]] світлові потоки (світлові сигнали). Світло від лампи розжарювання доводиться пропускати через спеціальні оптичні фільтри, що виділяють певну частину [[спектр]]у (червону, синю, зелену). 90% енергії світлового потоку, від лампи рожарювання, втрачається, при проходженні свтла через світлофільтр. Усі ж 100% випромінювання світлодіода є забарвленим світлом і в застосуванні світлофільтра немає потреби. Більше того, близько 80-90% споживаної [[потужність|потужності]] лампи розжарювання, витрачається на її [[нагрів]], - — для досягнення потрібної [[колірна температура|колірної температури]] ([[шкала Кельвіна]]), на яку вони спроектовані.

Світлодіодні лампи споживають від 3% до 60% потужності, необхідної для звичайних ламп розжарювання, аналогічної яскравості. Удароміцна конструкція твердотілих випромінювачів (світлодіодів), дозволяє використовувати світлодіодні лампи при підвищених [[вібрація]]х. Світлодіоди не бояться частих вмикань і вимикань. Термін служби світлодіодної лампи  — більше 100 000 годин (більше 11 років).