Ordet LED stöter vi på nästan varje dag. Vad är en lysdiod? LED står för Light Emitting Diode, vilket kan översättas med ”ljusemitterande diod”. LED är en form av diod som har utvecklats för att producera ljus.
Du ser oftast dessa tre bokstäver när du köper en TV eller en ny telefon. Idag är alla bildskärmsterminaler utrustade med LED-bakgrundsbelysning och LED-lampor lyser upp våra hem.
Principen med lysdioder föddes redan 1907. Vi har skrivit en artikel om ämnet:
”Elektroluminescens, principen bakom lysdioder, upptäcktes först av Henry Joseph Round 1907. Men det var inte förrän 1962 som ingenjören Nick Holonyak använde vetenskapen för att skapa lysdioder som producerar synligt ljus som vi känner dem…” – Lysdiodernas historia, en kort lärobok
Hur fungerar en LED-lampa?
Lysdioden fungerar som en PN-diod. P=positiv (+) och N=negativ (-). Den fungerar enligt samma princip, dvs. den leder ström endast i en riktning och ingen ström kan flöda i den andra riktningen. Varför behövs detta? Om elektronerna rör sig i en riktning bildar de en ström, som blir ljuskällan i reaktionen.
För att lysdioden ska fungera måste den förses med ström. Det innebär att en spänning läggs på P-pinnen. När hålen på P-sidan möter elektronerna på N-sidan vid diodövergången frigörs energi och dessa fotoner ger upphov till ljus.
Hur skiljer sig en LED från en traditionell diod?
Nu mer om lysdioder, vad är en lysdiod och hur skiljer den sig från en PN-diod? Inte särskilt mycket. Inuti finns en legerad halvledare. Emissionsspektrumet (ljusfärgen) beror på blandningsgraden och det material som halvledaren är tillverkad av.
Den största skillnaden ligger naturligtvis i designen. Så en traditionell LED har ett speciellt hemisfäriskt skydd (gäller alla a led-typer), som skyddar den mot stötar och annan yttre mekanisk påverkan. Forskning har visat att det är P-sidan som släpper igenom ljuset, så i LED-kretsar ligger P-sidan så nära ytan som möjligt och är så tunn som möjligt för att göra ljuset så synligt som möjligt.
Av denna anledning är kroppen ovanpå LED-kretsen ofta tillverkad av epoxiharts eller annat transparent material som kan användas för att rikta fotonerna i önskad riktning.
Varför behöver en LED ett motstånd på framsidan?
För att en lysdiod ska brinna med rätt spänning är det oftast nödvändigt att installera ett frontmotstånd. Den nominella ström som lysdioden kräver kan vara allt från 20 mA till 5 A, beroende på lysdiodens effekt.
Det lämpliga frontmotståndet beräknas enligt följande: spänning – spänning som krävs av lysdioden = frontmotståndsspänning
Värdet på det främre motståndet (OHMI) erhålls genom att dividera spänningen (V) med den ström (mA) som krävs av lysdioden.
Om du t.ex. har en spänning på 24V och vill installera en COB LED med 19V tröskelspänning och ett strömbehov på 350 mA, utförs följande beräkning:
Restspänning = 24 V – 19 V = 5 V
serieresistans = 5 V / 350 mA = 5 V / 0,014 A = 357 Ohm
357 Ohm frontmotstånd krävs
Vilka är fördelarna med LED-ljus?
En av de viktigaste egenskaperna hos lysdioder är deras höga verkningsgrad. Faktum är att en traditionell glödlampa avger mycket värme under användning, medan en LED-lampa tvärtom förblir relativt sval. Allt detta beror på att den producerar det mesta av det ljus i spektrumet som är synligt för människor och inte slösar energi på onödiga våglängder. Effektiviteten hos en glödlampa är bara 5%, medan effektiviteten hos en LED-lampa kan vara 90%. Dessutom är LED-kretsar mycket mindre i storlek, så de kan placeras nästan var som helst.
Vilka färger kan lysdioder producera?
För att kunna anpassa ljusets färg och intensitet måste man välja lämpligt halvledarmaterial. Vilken halvledare som används i blandningen är avgörande, eftersom dess reaktion med elektroderna påverkar ljusets färg. Lysdioder avger dock inte nödvändigtvis alla färger, och det är möjligt att uppnå ett exakt spektrum.
De vanligaste färgerna är rött, gult, grönt och orange. Detta beror på att de är enklare att tillverka och därmed många gånger billigare än de blå och vita lysdioder som dök upp på 1990-talet.
I tabellen nedan visas de halvledarmaterial som används för att uppnå en viss ljusfärg:
| Våglängd (NM) | Färg | VF @ 20MA | Material från |
| < 400 | Ultraviolett | 3.1 – 4.4 | Aluminiumnitrid (AlN) |
| Aluminium-galliumnitrid (AlGaN) | |||
| Aluminium-gallium-indiumnitrid (AlGaInN) | |||
| 400 – 450 | Lila | 2.8 – 4.0 | Indium-gallium-nitrid (InGaN) |
| 450 – 500 | Blå | 2.5 – 3.7 | Indium-gallium-nitrid (InGaN) |
| Kiselkarbid (SiC) | |||
| 500 – 570 | Grön | 1.9 – 4.0 | Galliumfosfid (GaP) |
| Aluminium-gallium-indiumfosfid (AlGaInP) | |||
| Aluminium-galliumfosfid (AlGaP) | |||
| 570 – 590 | Gul | 2.1 – 2.2 | Fosfid av galliumarsenid (GaAsP) |
| Aluminium-gallium-indiumfosfid (AlGaInP) | |||
| Galliumfosfid (GaP) | |||
| 590 – 610 | Orange | 2.0 – 2.1 | Fosfid av galliumarsenid (GaAsP) |
| Aluminiumgalliumindiumfosfid (AlGaUInP) | |||
| Galliumfosfid (GaP) | |||
| 610 – 760 | Röd | 1.6 – 2.0 | Aluminium-gallium-arsenid (AlGaAs) |
| Fosfid av galliumarsenid (GaAsP) | |||
| Aluminium-gallium-indiumfosfid (AlGaInP) | |||
| Galliumfosfid (GaP) | |||
| > 760 | Infraröd | < 1.9 | Galliumarsenid (GaAs) |
| Aluminium-gallium-arsenid (AlGaAs) |
Tabellen visar att samma halvledarmaterial är lämpligt för flera olika färger och att tillverkaren bestämmer vilket material som ska användas. Den avgörande faktorn är tillgänglighet och pris, som varierar.
Hur tillverkas lysdioder?
Nu när vi vet hur lysdioden fungerar ska vi prata lite mer om hur den fungerar i delar. Varje LED består av följande komponenter:
- katod
- anodi
- halvledarkrets
- Reflektor
- diffusor
Var och en av dessa komponenter är viktig för LED-lampans funktion. De viktigaste delarna inuti lysdioden är katoden och anoden. Vad gör dessa delar i en LED?
Elektroner går från katoden (-) till anoden (+) när en spänning läggs på enheten. Detta leder till att elektroner möts vid PN-övergången och ockuperar de tomma utrymmena (hålen) där. Resultatet blir att elektronerna flyttas till en ny energinivå och fotoner frigörs. Som jag sa tidigare riktas fotonerna uppåt av en reflektor och en diffusor (till exempel en epoxiharts).
Hur skiljer sig olika LED-tekniker åt?
Om vi talar om de viktigaste typerna av LED-lampor så finns det naturligtvis LED-lampor för allmän belysning och LED-lampor för skyltar, som vanligtvis används i elektroniska enheter.
LED kan också delas in i olika tekniker beroende på tillverkningsprocessen:
DIP-LED
Den första kommersiella LED-typen. Dessa är ganska enkla och inte särskilt effektiva indikatorlampor. Men de är ganska billiga. De har en cylindrisk lins som vanligtvis är ganska stor jämfört med själva LED-kretsen.
SMD LED
SMD-lysdioder uppfanns efter DIP-lysdioderna. Traditionella ledlampor är ytmonterade och SMD erbjöd en lösning. De är mycket plattare och används endast för ytmontering. Installationen utförs alltid mot ett värmeledande material. SMD är den vanligaste formen av LED som används i belysning (år 2023) och SMD-utvecklingen är långt ifrån över.
COB LED
De senaste LED-lamporna har en LED-krets med COB-teknik (Chip On Board). Som namnet antyder är lysdioden, eller snarare flera lysdioder, monterade direkt på basplattan. De är mycket små. Förutom de små dimensionerna har de fördelen att de är mycket jämnt belysta och väl skyddade mot oxidation av ett fosforskikt.
Tack vare dessa fördelar användes de till exempel inom bilindustrin för att skapa strålkastare. Sedan dess har de blivit allt vanligare i LED-downlights och LED-lampor.
FILAMENT LED
Ett annat nytt sätt att tillverka LED-kretsar är filament (tråd). LED-kretsen i fråga sprider ljuset i alla riktningar. Dess främsta fördel är dess utseende, eftersom det ser ut som glödtråd, som i glödlampor. Det är därför LED med glödtråd främst används i LED-lampor som ersätter glödlampor.
Här svarar vi på den vanliga frågan ”Vad är en LED?”
*1 Källa: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d7/PnJunction-LED-E.svg/640px-PnJunction-LED-E.svg.png
*2 Källa: https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/diode/light-emitting-diode-led-technology-how-does-led-work.php
*3 Källa: https://en.wikipedia.org/wiki/LED_circuit
Här är några andra saker att läsa på vår blogg:
Läs också våra vanliga frågor om produkter här: https://ledstore.fi/faq
LED-teknik i LED-lampor: varför LED-lampor är den bästa lösningen för belysning i hemmet
Läs de påståenden där vi diskuterar farorna med lysdioder: vad är grunden för farorna med lysdioder
Läs mer Vanliga frågor: Vanliga frågor om lysdioder
Vi har också skrivit om ljuskvalitet: vad är färgåtergivning?
