Historia diody LED. Rodzaje LEDów

Jak wszystko na naszej planecie, diodę LED wynaleźli Amerykanie, albo tzw. radzieccy naukowcy. I to jest akurat prawda, bo w Ameryce wynalazł ją niejaki Holonyaka w latach 60 (nie jest to amerykańskie nazwisko, może polskie?) a jeszcze w Związku Radzieckim niejaki Łosiew (to też może być polskie nazwisko) w latach 20 ubiegłego wieku zauważył , że diody ostrzowe, czyli takie z których można było zrobić radiowy odbiornik kryształkowy potrafią emitować światło.

Czyli – prawie wszystko wynaleźli jacyś Polacy, a już ludzie o polskim pochodzeniu to na pewno wynaleźli całą resztę.                                 

Jak działa dioda LED?

Bardzo prosto. Podłączamy napięcie do nóżek, i świeci. Jak podłączymy za małe – nie zaświeci. Jak pomylimy plus z minusem – też nie zadziała. A jak damy na duże napięcie – to się spali… proste. A, możemy też podłączyć napięcie przemienne. I wtedy nie patrzymy gdzie plus, gdzie minus… I też zaświeci, tylko będzie świecić o połowę słabiej, niż przy prądzie stałym. No toż chyba nie ma prostszego urządzenia niż dioda świecąca? No owszem, niezłą zabawę może sprawić kondensator, a im pojemniejszy tym większą (małe pioruny, kopanie wysokim napięciem). Rezystor? Niby nuda, ale też można z robić z niego mały grzejnik….wszystko kwestia inwencji.

Zatem dioda LED jest najfajniejszym elementem elektronicznym. To już wiemy. Więcej szczegółów?

Dioda – jaka jest, każdy widzi

Chciało by się tak powiedzieć, ale niestety nie każdy to widzi, bo jak ktoś ma słaby wzrok to nie każdą diodę zobaczy. Lub nie wszędzie ją wypatrzy. Bo to już nie czasy, że dioda to okrągły kawałek plastiku na dwóch nóżkach, świecący jedynie na zielono czerwono lub na żółto. Tak było do momentu wynalezienia diody niebieskiej. Bo skoro mamy diodę czerwoną, zieloną i niebieską – to w zasadzie mamy już każdy kolor… Przynajmniej teoretycznie.

Jeśli komuś potrzebny wykład teoretyczny – jak jest zbudowana dioda LED – to są od tego odpowiednie strony. Nie będę robił linków do Wikipedii , bo mi w Google spadnie wyszukiwalność… Ale jeżeli ktoś potrzebuje szczegółów naukowych to nie tu! Tu będzie tylko prawda i sam prawda.

Zatem dlaczego nie widzimy wszędzie diody? Bo przestała być oczywistym urządzeniem. Bo może mieć w praktyce dowolny kolor, na upartego dowolny kształt…. Może być zwykła, (do celów sygnalizacyjnych – czyli jako kontrolka), może być do celów oświetleniowych (wiadomo, żarówki naświetlacze, świetlówki, lampy uliczne), może być laserowa (podstawa napędów CD, DVD, Blu-Ray) i wreszcie chyba najprzyjemniejsza – w wyświetlaczach OLED. Praktycznie cała telekomunikacja światłowodowa opiera się na LEDach… bez nich nie była by możliwa. Zatem – bez diody świecącej nie było by obecnego świata. Przynajmniej tak urządzonego.

Zatem można je spotkać naprawdę wszędzie.

Teraz trochę historii, z własnego doświadczenia

Na samym początku była zwykła czerwona dioda, okrągła, w metalowej obudowie i z plastikowym oczkiem. Ten typ obudowy nazywa się obecnie DIP (chociaż może wtedy też się tak nazywał tylko nikt o tym nie wiedział). Potem – pojawiły się cało plastikowe, już nie tylko okrągłe, ale i kwadratowe, prostokątne i nawet trójkątne. I pojawiło się szaleństwo – diody zielone, żółte i pomarańczowe. Te ostatnie to była trochę ściema, bo to chyba była żółta z pomarańczowym szkiełkiem, bo jakoś tej pomarańczowości nie bardzo było widać, ale przy odrobinie szczęścia dało się zauważyć lekką różnicę. Ale faktem jest, że w niektórych zachodnich sprzętach widziałem naprawdę pomarańczowe diody. Mniejsza z tym. Przez wiele lat, w zasadzie nic nowego się w tej dziedzinie nie działo. Diody elektroluminescencyjne nieco spowszedniały, ale nadal brakowało jednego…. diody niebieskiej. I wreszcie się pojawiła. Gdzieś na początku lat 90. Kosztowała majątek (grubo powyżej dolara za sztukę), już wtedy za tyle można było kupić garść LEDów innego koloru… Niebieski był wyblaknięty…. ale był.

Potem już poszło. Kolejne diody były już tańsze, bardziej niebieskie. Pojawiły się wreszcie diody RGB – czyli trzy diody w jednej obudowie. Diody dwukolorowe były już wcześniej, i to było fajne, ale dopiero dioda RGB dała możliwość świecenia dowolnym kolorem. Nawet białym.

Ale jak się okazało, robienie diody białej z trzech kolorów podstawowych jest kłopotliwe, wymaga odpowiedniego układu optycznego żeby prawidłowo wymieszać kolory. I jest mało ekonomiczne. Wymyślono coś lepszego. Dioda niebieska – na którą nałożono żółty luminofor. W efekcie wyszedł kolor biały. Tym samym sposobem można osiągnąć inne ciekawe kolory – co prawda ręki sobie za to uciąć nie dam – ale różowy i fioletowy też pewnie jest robiony jako kombinacja jakiegoś podstawowego koloru i odpowiedniego luminoforu. Skoro zrobiono biały , to naturalnie zaczęto go robić w tysiącach odcieni, i teraz mamy z tym problem, jak trzeba po jakimś czasie dobrać jakąś taśmę do już istniejącej instalacji. Dodatkowo, niestety, diody powoli ale jednak się wypalają, i zmieniają swój kolor. I to dodatkowo utrudnia dobór, gdy trzeba coś wymienić. Ale to tak na marginesie.

Wracając do głównego nurtu tej opowieści. Nie wiem kiedy wymyślono diody UV. Jeśli ktoś wie – proszę niech mnie oświeci (najlepiej ultrafioletem). Generalnie diody UV to też ciekawy temat, bo podobnie jak z białymi, jest cały zakres odcieni, a raczej nie odcieni a zakresów pracy. Jest kilka grup, pracujących w zakresach od 360 do 450 nm. I zapewniam – ultrafiolet ultrafioletowi nierówny. Każdy ma swoje zastosowanie , i diody te zależnie od długości fali potrafią bardzo różnie kosztować. Wyprodukowano już nawet LEDy o zakresie 220 nm. Po co nie wiadomo, ale wojsku wszystko się przydaje.

Po drugiej stronie światłości – są diody IR czyli podczerwone

I tu też, jak w UV – podczerwień podczerwieni nierówna. Zupełnie innych LEDów używa się w pilotach, a innych w doświetlaczach stosowanych w kamerach widzących w ciemności.

Kolory LEDów. To wydaje się dziwne, dlaczego kolor, lub w przypadku IR i UV zakres pracy podaje się w nm (nanometrach) a białych – w Kelwinach. Ale – nie ma innego wyjścia. Każdy kolor z zakresu światła widzialnego, daje się łatwo przypisać konkretnej długości fali światła. A biały – to mieszanka barw podstawowych , czyli wyszło by nam ze biały świeci w zakresie od fioletowego do czerwonego. I tu znaleziono rozwiązanie. Temperatura barwowa. Na upartego można za jej pomocą określić kolory od czerwonego do niebieskiego, ale w praktyce ledowej za pomocą tej skali opisuje się tylko kolor biały. I jakby kto nie pamiętał – ciepły czyli mniej lub bardziej żółtawy to mniej więcej od 2000 do 3000K , potem tak do 4000 – 5000 jest neutralny, a już powyżej to zimny, który zaczyna wraz z dalszym wzrostem Kelwinów wpadać w niebieski. Ciekawe, że temperatura rośnie, a o barwie światła mówimy że jest coraz zimniejsza… gdzie tu logika..? Tym bardziej, że cała ta temperatura barwowa ma dokładnie zastosowanie w astronomii, do określania temperatury gwiazd. I właśnie te Kelwiny odpowiadają fizycznym , prawdziwym temperaturom…

Znów widzialne światło

Wracając do diody białej i do RGB, czyli białej składającej się z barwy czerwonej , zielonej i niebieskiej. Jak sie okazuje, nie zawsze to wystarcza żeby uzyskać kolor idealnie biały, wiec podobno wymyślono diody RGBA czyli z dodatkowym kolorem mającym podkręcić zakres barw. A- od amber, czyli bursztyn. Jak żyję nie wiedziałem takiej diody, ale we wszystkich opracowaniach na temat LEDów można znaleźć informacje na ten temat, więc przynajmniej jedna taka dioda istnieć musiała. Chociaż o krasnoludkach też jest wiele opowieści, a w końcu jednak chyba żadnego nie złapano, więc może i RGBA to też jakiś rodzaj potwora z Loch Ness?

Za to diody RGBW – jak najbardziej istnieją, i mają się coraz lepiej. Mieszanie trzech barw podstawowych okazuje się tak trudne, że prościej dodać dodatkową diodę białą do wspólnej obudowy i problem załatwiony! A guzik. Nie załatwiony. Bo jak juz mamy dodatek białego, to trzeba sie zdecydować , czy będzie to biały ciepły czy zimny. Zupełnie nie rozumiem dlaczego do tej pory nie wcisnęli do jednej obudowy jeszcze jednego koloru – było by RGBWCW (White + Cool White czyli biały ciepły i zimny). I były by juz wszystkie kolory tęczy i w wszystkie odcienie białości. Ba, w zasadzie czemu nie zrobić diody RGBWCW+ IR+UV? Możliwości – nieograniczone. Jakby co , to ja to wymyśliłem. Profilaktycznie wymyśliłem też diodę rentgenowską. Nagroda Nobla murowana, za parę lat.

Ale wracając do rzeczywistości. Poza tym wszystkim o czym pisałem, powstało jeszcze parę fajnych wynalazków. Diody przestały wreszcie być małymi obiektami świecącymi. Udało się utworzyć duże struktury zwane COB (Chip on Board). W praktyce są to gęsto upakowane obok siebie diody świecące. Efekt praktyczny jest taki ze można wytworzyć duże powierzchnie świecące jednolicie. Bez kropeczek! To naprawdę przyszłościowa technologia. I o to chodzi.

Inną odmiana tej techniki są tzw. filamenty. Jakoś nie ma na to polskiej nazwy, a filament to po angielsku włókno. No fakt, obca nazwa jest bardziej bajerancka. Diody w tej technice – to tak naprawdę umieszczone, na druciku, kolejne moduły połączone szeregowo. Na tyle blisko siebie, że nie ma między nimi przerw. Moduły takie pracują na dosyć wysokich napięciach, rzędu 70-80V, dzięki temu nadają się idealnie do tworzenia żarówek, i to w dodatku bardzo eleganckich, przypominających tradycyjne. Przy połączeniu trzech takich włókien wystarczy tylko zwykły mostek prostowniczy Graetza – i już mamy proste, niemal niezawodne źródło światła. Już prościej się chyba nie da. Tu się nie ma co psuć!

Power LED

W zasadzie to kwestia bardziej OBUDOWY, niż jakiejś specjalnej BUDOWY . Diody takie charakteryzują się dużą wydajnością, w stosunku do zajmowanej powierzchni, ale w związku z tym się mocno grzeją. Diody tego typu przeważnie są wykonane w obudowach SMD, co oznacza ze mają być wlutowane na jakąś płytkę i dokładnie się z nią stykać, a ta płytka to przeważnie radiator czyli odprowadzania ciepła. Bardzo przydatne w latarkach, oświetleniu samochodowym i innych wydajnych źródłach światła. Małe wymiary, czyli „upakowanie” mocy w małym punkcie pozwala na stosowanie soczewek – a co za tym idzie dodatkowe skupienie światła.

Istnieje jeszcze coś takiego jak HBLED. Czyli High Brightness LED. Nazwa mówi sama za siebie. A jak ktoś nie rozumie to niech użyje tłumacza

Dioda laserowa

Poza napędami CD, DVD i podobnymi, wymyślono nowe zastosowanie. Oświetlenie stosowane w samochodach.  Co prawda na razie jest to bardzo drogie rozwiązanie, ale światła mijania o zasięgu ponad 500 metrów to brzmi rewelacyjnie! W dodatku światła tego typu – ponieważ dają bardzo skupioną wiązką niemal nie oślepiają innych kierowców. Dodatkowo – są bardzo wydajne, energooszczędne, zajmują mało miejsca w samochodzie – wystarczy mały otworek w karoserii…. tylko ta cena.

OLED

To jest najwyższa forma diody świecącej. Organiczna dioda świecąca. Od dawna wiadomo, że jak coś jest organiczne to jest lepsze niż sztuczne np. silikonowe. Można zrobić silikonowe owoce, silikonowa jajecznica będzie wyglądała jak prawdziwa. Ale w smaku znacząco ustępuje prawdziwej, nawet przypalonej. Co prawda niektóre rzeczy wykonane, lub wypełnione silikonem mogą się wydawać lepsze nią naturalne…. ale organiczne jest zawsze lepsze. Dlatego też dioda organiczna jest lepsza niż każda inna. Oczywiście do jedzenia się nie nadaje (na razie) ale do wyświetlania obrazów nadaje się najlepiej ze wszystkich obecnie istniejących typów wyświetlaczy. Wyświetlacze wykonane w tej technice są cieniusieńkie, nie wymagają dodatkowego podświetlenia, można je wyginać – uczynienie ich jadalnymi to tylko kwestia czasu.

PB