Perustietoa
LED Light-Emitting Diode, lähes monokromaattista valoa tuottava puolijohdekomponentti. Monokromaattinen valo on sellainen valo joka sisältää vain yhden aallonpituuden. Myös laser on samankaltainen.

Ihmissilm√§ n√§kee 350-700nm (nanometri√§) ja taajuuksille 380‚Äď750THz (terahertsi√§). T√§m√§ on ihmissilm√§lle n√§kyv√§ alue. 555nm keltavihre√§ on ihmissilm√§lle herkint√§.

Lämmin valkoinen 2700K
"Keskivalkoinen" 2900-3000K
Kylmänvalkoinen 4000K
Päivänvalo 5000K

Nämä ovat valon värilämpö arvoja. Monokromaattisesta valosta puhuessa on tärkeää puhua myös valon värilämmöstä, joka ilmoitetaan Kelvin asteikolla. Auringon pintalämpötila on 5780K ja sen säteilyn aallonpituuden huippu on 500nm kohdalla. Itse lamppu ei kuumene tietysti tuohon lämpötilaan, mutta kertoo minkälaisen valaistuksen se saa aikaan. 5000K on miellyttävimmäksi todettu.

Ledissä värin, valon määrää diodiliitoksen rakenne, diodi läpäisee sähkövirtaa vain yhteen suuntaan. Eli riippuen materiaalista, riippuu väri.

Materiaali voi olla kahdesta tai useammasta eri alkuaineesta. Alkuaineessa elektronit voivat olla joko valenssivyöllä tai johtavuusvyöllä. Koska elektronit sijoittuvat energia-asteikolla tietyille energiaväleille. Elektroneja kuvataan niiden energialla ja siksi kutsutaan energiavöiksi.

Alin sallittu vyö on valenssivyö, jossa sidoselektronit siis sitovat atomeja ja elektroneja toisiinsa kiinni. Puolijohteen valenssivyö on yleensä täynnä eli kaikki elektronipaikat ovat täynnä. Tämmöisellä vyöllä elektroni ei voi liikkua, sillä nopeus nostaa energiaa, eikä vapaita energiatiloja ole käytettävissä.

Nimensä mukaisesti puolijohteet johtavat huonommin siis sähköä kuin johteet. Puolijohde lyhykäisyydessään on sitä kun uloimmalla elektroniradalla 4 elektronia, johteilla on 2 eristeillä 8. Eristeillä siis on johtavuusvyö täynnä. Eivätkä elektronit pääse siirtymään atomista toiseen kun taas johtavilla on tilaa siirtyä. Puolijohde toimii tältä väliltä.

Nyt sitten kun tämmöiseen lediin johdetaan sähkövirtaa, esimerkiksi lämpövärähtelykin saa elektronin pois pakotettua valenssivyöstä. Jää vyöhön sitten tyhjä paikka, aukko. Aukko kykenee liikkumaan kuljettamaan sähkövirtaa ja on sähkövaraukseltaan positiivinen.

Puolijohteissa voidaan k√§ytt√§√§ my√∂s esimerkiksi booria tai galliumia. N√§ill√§ on kolme elektronia valenssikuorella, jolloin puolijohteeseen j√§√§ aukkoja niille paikoille, miss√§ puhtaassa aineessa olisi elektroneja. T√§ll√∂in ‚ÄĚaukko‚ÄĚ p√§√§see liikkumaan ja n√§enn√§isesti kuljettamaan varausta. Eli kyse on niin sanotusta douppauksesta.

Ep√§puhtauksilla eli douppauksella voidaan nostaa ledeiss√§ joko aukkojen tai elektronien m√§√§r√§√§. Toinen osa on N-tyypin ja toinen P-tyypin puolijohdetta. N-tyypin puolijohteeseen on seostamalla tuotu ylim√§√§r√§isi√§ elektroneja. P-tyypin puolijohteeseen on niin ik√§√§n seostamalla synnytetty aukkoja, joista puuttuu elektroni. N- ja P-puolijohteiden kosketuspintaa kutsutaan rajakerrokseksi. Rajapinnan l√§heisyydess√§ on varauksenkuljettajien (aukkojen ja elektronien) tiheys suurin. Siin√§ P ja N puolen v√§lill√§ tapahtuvaa elektronien ja aukkojen yhdistymist√§ kutsutaan rekombinaatioksi. Kun diodin l√§pi kulkee s√§hk√∂virta, elektronit siirtyv√§t rajakerroksen yli aukkoihin ja samalla ‚ÄĚputoavat‚ÄĚ alhaisemmalle energiatasolle. Rekombinaatiossa elektronit j√§√§v√§t siis atomin kiert√§v√§n radan sieppaamiksi. Ledi on seostettu ja rakennettu niin, ett√§ rajakerros s√§teilee valoa, kun elektronit ja aukot yhtyv√§t. T√§t√§ kutsutaan kovalenssisidokseksi. Se muodostaa s√§√§nn√∂llisen kiderakenteen siis. Yhtymisess√§ syntyv√§ n√§kyv√§ valo on s√§teily√§, fotoneja mit√§ n√§emme. Ep√§puhtauksien k√§ytt√∂ ledien valmistajille, olisi huono asia. Kiderakenne ei saa olla ep√§t√§ydellinen liitoksessa. Jos liitoksessa on ep√§puhtauksia tai murtumia, valoa tulee v√§hemm√§n ja liitos on herkempi hajoamaan. Nyky√§√§n yhdisteiden k√§ytt√∂ on kuitenkin lis√§√§ntynyt ja saadaan entist√§ puhtaampia ja parempia yhdisteit√§. Kovalenssisidoksiin aiheutetaan h√§iri√∂ jota kutsutaan siis douppaukseksi. Yhdisteist√§ riippuen saa tietyn aallonpituuden eli tietyn v√§rin. Sen energia vastaa elektronin ionisaatioon (vastakohta rekombinaatiolle) tarvittavaa energiaa lis√§ttyn√§ vapaan elektronin liike-energialla. Koska elektronin liike-energia voi olla mielivaltainen, syntyy rekombinaatioista jatkuva spektri.
 
Eli jos sitten atomiin osuu fotoni, jolla on riittävän suuri energia, se voi irrottaa yhden atomin elektroneista. Tuloksena syntyy vapaa elektroni ja positiivisesti varautunut atomi, ioni. Vapaa elektroni yhtyy edelleen ja tuloksena on hieman voimakkaampi värin poikkeama. Tästä syystä esimerkiksi Nokialla ei ollut täysin puhdasta valkoista valoa ledeissä ainakaan. Koska valkoinen valo tarvitsee monien värien yhdisteiden toimintaa, se voi jäädä vajaaksi ja epätasapainoon helposti. En ole tutkinut mikä sinertävän valon aiheutti, mutta syy olisi helppo selvittää sen ajan tekniikan mukaan kun se on tehty. Atomiin osuvan fotonin energian pitää olla riittävän korkea, jotta ionisaatiota tapahtuisi, eli tiettyä rajaa pienempi aallonpituus. Ionisaatioraja on pienin energia, joka tarvitaan ionisoimaan atomi. Tätä rajaa energisemmät fotonit voivat ionisoida atomin ja ylimääräinen energia, energian häviämättömyydenkin lain mukaan muuttuu liike-energiaksi.

Kun varauksenkuljettajat siirtyvät näin rajapinnan yli, ne jättävät jälkeensä varauskerroksen P-puolelle akseptori-ioneista (epäpuhtaan atomin ioni) koostuvan ja N-puolelle donori-ioneista (vastakohta, luovuttaja) muodostuvan positiivisen varauksen. Kerros alkaa vastustaa diffuusiovirtoja ja diffuusiovirrat lakkaavat. Elektronien diffuusiovirta on hallitsevampi P-tyyppisessä ja aukkojen diffuusiovirta hallitsevampi N-tyyppisessä puolijohteessa. Rajapintavyöhykkeelle syntyy siten alue, jossa on donori- ja akseptori-ioneja, mutta ei juurikaan vapaita varauksenkuljettajia.

Shuji Nakamura onnistui kehittämään P-tyyppisen GaN-kiteen. Tätä galliumnitridikidettä on yritetty saada aikaan jo 30 vuotta. Kyse on magnesium-douppauksesta, jolla homma viimein onnistui.

Tällä 1992 vuonna kehitetyllä kiteellä päästiin valon ultravioletille alueelle. Eli kiteellä voitiin säätää valon aallonpituutta. Ultravioletilla valolla voidaan tuhota tiettyjä kemiallisia rakenteita, mikrobeja ja bakteereja. Vedestä tulee näin juomakelpoista. Tällaisia "pillejä" käytetään jo kehitysmaissa. Maksavat noin euron verran.

Punaisen led-valon diodi on saanut värinsä galliumarsenidi-puolijohdelevystä. Valmistusprosessin toisessa vaiheessa galliumarsenidikerros on kuitenkin pitänyt irrottaa ja sitoa diodi läpinäkyvään galliumfosfidisubstraattiin. Substraatti tarkoittaa puolijohteen pohjamateriaalia tässä tapauksessa. Eli nykyisellä tekniikalla voimme kiinnittää suoraan pohjamateriaaliin.

Tulevaisuus
Orgaaninen ledi eli oledi on ledi, joka tehdään orgaanisesta polymeeristä. Muoviledi on arkikielen ilmaus. Kansainvälinen lyhenne OLED tulee sanoista organic light emitting diode. Näistä tehdään näyttöjä.

Foledi eli flexible OLED saadaan, jos polymeeri on taipuisaa muovia.

Ledeillä tehty ase on mahdollinen. Siihen sisältyy etäisyysmittari kohteen silmiä varten. Heti mittauksen jälkeen taskulampun näköinen vekotin alkaa lähettämään muuttuva aallonpituista valoa, eli eri värejä sekaisin. Tämmönen ledtainnutin sokaisee ja hämmentää vastapuolen. Torrancelainen Intelligent Optical Systems rakentaa sitä parhaillaan ja yrittää saada laajaan valtiovallan käyttöön jo vuonna 2010 joulukuuhun mennessä. Suunnitelmia on esitetty jo valotykkien tekemiseen, jolloin saataisiin suurempia väkijoukkojakin tainnutettua. Tällähetkellä keskitytään kuitenkin taskulampun kokoisiin vielä.

 
 
 


Uutisia

04.07.17 H√§m√§ri√§ puheluja tullut kouvolalaisillekin ‚ÄĒ soittaja pyrkii saamaan my√∂nt√§v√§n vastauksen

04.07.17 Jari Lindströmkin sai huijauspuhelun: