Jak działa LED? Czyli rewolucja w historii oświetlenia. LED.

Jak działa oświetlenie LED?

Wszędzie LED wydaje się być nowym źródłem światła par excellence. Niski pobór mocy i długa żywotność to powody sukcesu diod LED, ale jak twórcy tej nowej technologii, którzy w 2014 r. otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, stworzyli ten technologiczny wyczyn i jak on działa?

Trochę z historii.

Światło jest ściśle związane z ciepłem, a ogień jest pierwszym źródłem światła opanowanym przez człowieka. To źródło jest odrzucane z ognia kominowego, do świecy przez latarkę. Wraz z narodzinami pierwszych żarówek, ciepło i światło pozostają połączone ze sobą, a żarówki wytwarzają światło poprzez żarnik rtęciowy. Te źródła światła działają zgodnie z zasadą Wiena o promieniowaniu z 1896 r.: każdy ogrzewany obiekt emituje promieniowanie, jest ono obliczane w stopniach Kelvina.
Główną przeszkodą w przypadku tych żarowych źródeł światła jest to, że co najmniej 95% energii jest zamieniane na ciepło, a nie na światło, co powoduje realne marnowanie energii. Odpady te tłumaczy się po prostu tym, że żarnik emituje światło, gdy jest gorący i dlatego musi być podgrzany, aby powstało światło.

Światło LED.

LED chce wstrząsnąć ustalonym porządkiem i dlatego postanawia nie iść w ślady swoich poprzedników w dziedzinie oświetlenia. Różnica polega na tym, że światło nie pochodzi z ciepła, lecz z elementów samej żarówki. Gdy prąd przepływa przez żarówkę LED, nie wytwarza on ciepła (lub nieskończenie mało), lecz światło. Aby zrozumieć, jak to działa, musimy zwrócić się do fizyki kwantowej półprzewodników.
Półprzewodniki to materiały w połowie drogi pomiędzy przewodnikami (metalami) a izolatorami (tworzywami sztucznymi). Materiały te składają się z dwóch pasm: pasma energii walencyjnej i pasma energii przewodzenia. W materiałach przewodzących, te dwa pasma zachodzą na siebie, w półprzewodnikach są blisko siebie, a w izolatorach są daleko od siebie oddalone. Materiał jest uważany za przewodzący, gdy jego elektrony są w stanie przemieszczać się z pasma walencyjnego do pasma przewodzącego w materiale i w ten sposób wytwarzać prąd elektryczny.

Jak działa LED?

W przypadku materiału półprzewodnikowego, zastosowanie odpowiedniego napięcia pozwala na przejście elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodzenia. Dzieje się tak: pasmo walencyjne traci elektron i kończy się swobodną przestrzenią lub „dziurą”, podczas gdy pasmo przewodzące zyskuje elektron, który może następnie przenosić prąd. Jednak ta konfiguracja nie jest stabilna i elektron w końcu wraca do swojej dziury. Gdy prąd przepływa przez półprzewodnik, elektrony poruszają się w górę pasma przewodzenia, a elektrony w dół otworów pasma walencyjnego w sposób ciągły. Każda wymiana (pasmo walencyjne – pasmo przewodzenia – pasmo walencyjne) zwana rekombinacją uwalnia foton, który jest cząsteczką źródła światła. To właśnie z tej rekombinacji otworów elektronowych pochodzi światło LED.

Jeśli zrozumiałeś, możesz teraz powiedzieć, że nie tylko oszczędzasz pieniądze instalując diody LED wszędzie w swoim domu, ale także, że fizyka kwantowa nie jest tak skomplikowana. Jeśli nie zrozumiałeś wszystkiego, to musisz pamiętać, że oszczędzasz pieniądze dzięki diodom LED i to jest naprawdę mądre.