Gyakorlati alkalmazás

Az első, kereskedelemben kapható LED-eket gyakran használták az izzólámpás és neon jelzőfények helyett, valamint hétszegmenses kijelzőkben is, először az olyan drága berendezésekben, mint a laboratóriumi és elektronikai tesztberendezések, később pedig olyan eszközökben, mint a televíziók, rádiók, telefonok, számológépek és órák (lásd a jelzések felhasználásának listáját). Ezek a vörös fényű LED-ek kisebb fényerejük miatt csak jelzőfényként való használatra voltak alkalmasak, mivel a világítási alkalmazásokhoz nagyobb teljesítményre lett volna szükség. A LED-es számológépek kijelzői olyan aprók voltak, hogy az egyes számjegyek fölé a leolvasást megkönnyítő műanyag lencséket építettek be. Később más színek is elérhetővé váltak, és egyre gyakrabban jelentek meg a különféle eszközökben és berendezésekben. Ahogy a LED-ek egyre fejlettebbé váltak, a fényerejük növekedett, miközben hatékonyságuk és megbízhatóságuk elfogadható szinten maradt. A nagy teljesítményű fehér fényű LED feltalálása és fejlesztése vezetett oda, hogy ma már egyre több helyen használják ezt a technológiát az izzók és a fénycsövek helyettesítésére (lásd a világítási alkalmazások listáját).

Fizika

A LED egy félvezető anyagból álló chip, amelyet szennyeződésekkel adalékolnak, hogy létrejöjjön benne a p-n átmenet. Más diódákhoz hasonlóan az áram itt is szinte akadálytalanul folyik a p-oldalról (anód) az n-oldalra (katód), de az ellenkező irányba nem. A töltéshordozók (elektronok és lyukak) különféle feszültségű elektródákról áramlanak az átmenetbe. Amikor egy elektron találkozik egy lyukkal, alacsonyabb energiaszintre kerül, és energiát szabadít fel foton formájában.

A kibocsátott fény hullámhossza és ezáltal a színe a p-n átmenetet alkotó anyagok sávrés-energiájától függ. A szilícium- vagy germániumdiódákban az elektronok és a lyukak nem sugárzó átmenettelrekombinálódnak, ezért fénykibocsátásra sem kerül sor, mivel ezek közvetett sávréssel rendelkező anyagok. A LED-hez használt anyagok közvetlen sávréssel rendelkeznek, melynek energiája az infravöröshöz közeli, a látható, illetve az ultraibolyához közeli fénynek felel meg.

A LED-ek fejlesztése a gallium-arzenidből készült infravörös és vörös fényű eszközökkel kezdődött. Az anyagtudomány fejlődésével lehetővé vált az olyan eszközök gyártása, amelyek egyre rövidebb hullámhosszon és egyre több színben voltak képesek fénykibocsátásra.

A LED-ek általában az n-típusú szubsztrátumra felvitt p-típusú réteghez kapcsolódik az elektróda. A p‑típusú szubsztrátumok ritkábbak ugyan, de szintén előfordulnak. Számos, kereskedelmi forgalomban kapható LED – különösen a gallium-nitrid és indium-gallium-nitrid (GaN/InGaN) anyagúak – zafír szubsztrátummal is készül.

A LED-gyártáshoz használt legtöbb anyagnak magas a törésmutatója. Ez azt jelenti, hogy sok fény visszatükröződik az anyagba az anyag és a levegő határán. Éppen ezért a LED-ek fénykivezetési hatékonysága fontos kutatási és fejlesztési terület.