Katalin, Liza, Katinka2020. november 25., szerda
Tudomány

LED és OLED

National Geographic Magyarország

Egyre népszerűbb fényforrás, kevés energiára van szüksége, hosszú az élettartama – ez a LED. De hogyan is működik és melyek az új fejlesztési eredmények?

Hajlékony OLED kijelző
Fotó: ecogeek

A LED betűszó a Light Emitting Diode, vagyis fénykibocsátó (világító) dióda angol kifejezés rövidítése. Működésének leírásához néhány szót kell ejteni arról is, hogy mi a dióda és mik azok a félvezetők.

Az elektromos áramot a különböző anyagokban az úgynevezett töltéshordozók – elektronok – továbbítják. Ahhoz, hogy egy anyag jól vezessen, úgynevezett szabad elektronoknak kell benne lenni, amelyek képesek az anyagban a negatív pólustól a pozitív pólus felé mozogni, vagyis vezetni az áramot. A fémekben bőségesen vannak szabad elektronok, a szigetelő anyagokban viszont nincsenek. A kettő között helyezkednek el a félvezetők, legismertebb közülük a szilícium (a mai elektronikai eszközökben döntően ebből készült elemeket használnak). Jellemzőjük, hogy a legkülső elektronhéjukon négy elektron helyezkedik el, és amikor ezek kristályrácsba rendeződnek, akkor minden egyes elektron részt vesz az atomok közötti kötésben, vagyis nincs olyan szabad elektron, amelyik képes lenne vezetni az elektromosságot. A tökéletesen tiszta kristályos szilícium például rendkívül kis mértékben vezeti az elektromosságot.
Ha ezt az anyagot egy másik olyan anyaggal „szennyezzük”, amelynek a legkülső elektronhéján három, vagy öt elektron van, és ha az anyag atomja beépülnek a kristályrácsba, akkor ott vagy egy a kötésben részt nem vevő, elektron szabaddá válik (öt külső elektron esetén), vagy egy elektronhiány, úgynevezett „lyuk” (három elektronnál) keletkezik. A szabad elektronok vezetik az elektromosságot, illetve a lyukak is hasonlóan viselkednek, hiszen a szilíciumatomok elektronjai átléphetnek a hiányzó elektron helyére, vagyis töltéshordozóként viselkednek, vándorolni tudnak. Azokat a szennyezett félvezetőket, amelyekben elektronok vezetnek, N-típusúaknak, amelyekben lyukak, P-típusúaknak nevezzük.
Ha egy P- és egy N-típusú félvezetőt egymás mellé teszünk, a kettő között kialakul egy szigetelő réteg, mert a találkozási ponton a feleslegben lévő vezetési elektronok „beleesnek” a lyukakba, úgy mondják, hogy rekombinálódnak, ezen a részen nem marad töltéshordozó. Ha viszont erre a szerkezetre elektromos feszültséget kapcsolunk, úgy, hogy a negatív pólust kapcsoljuk az N-típusú félvezető részre, akkor az elektronok elkezdenek a pozitív pólus, a P-típusú réteg felé áramlani, és eközben folyamatosan „beleesnek” a lyukakba, illetve az elektromos feszültség hatására újabb szabad elektronok keletkeznek. A vezetési sávban levő elektronoknak viszont nagyobb az energiájuk, mint azoknak, amelyek az atomok közötti kötést alkotják, ezért amikor megkötődnek, az energiájuk kisebb lesz, és a felszabaduló energia fotonok formájában távozik. A szilíciumban ez az energiakülönbség kicsi, ezért az így keletkező fotonok az infravörös sugárzás tartományába esnek. Ha viszont megfelelő félvezető anyagot választunk, akkor keletkezhet látható fény, vagy akár ultraibolya sugárzás is.

Nagy hátránya viszont ennek a fénynek, hogy egy viszonylag keskeny színtartományt fed le. Ebből fehér fényt kétféleképpen lehet létrehozni: vagy színkeveréssel – piros, kék és zöld fényt előállító diódák megfelelő kombinációjával -, vagy pedig úgy, hogy egy a kékhez közeli tartományban világító dióda fényével egy fényport világítanak meg, amely már fehér fényt bocsát ki.
A színkeverésre láthatunk példát a LED képernyőknél (érdemes nagyítóval megnézni, az apró piros, kék és zöld négyszögekből alakul ki a képernyő fehér színe), a fénypor használatára példa az egyre kiterjedtebben használt LED világítótestek.

A fejlesztés nagy reményét jelentik az OLED-ek, a szerves félvezetőkből készült világító diódák. Ezekből már ma is készítenek képernyőket – akár hajlékonyakat is -, a Utah Egyetem kutatói pedig olyan OLED-ek kifejlesztésén dolgoznak, amelyek valódi fehér fényt bocsátanak ki. Ehhez a szerves félvezető polimerláncába változó távolságban platina atomokat ültettek be, ezzel változtatni tudták a kibocsátott fény színét. A kísérletek még a kezdeteknél tartanak, egyelőre fénybesugárzás segítségével idézték elő a fénykibocsátást, a kutatók szerint még egy-két év kell a fejlesztéshez. A remény szerint ennek eredményeképpen egyrészt valódi fehér fényt kibocsátó OLED világítótesteket tudnak majd készíteni, másrészt viszont az így módosított szerves félvezető jobban tudná hasznosítani a napfény energiáját, azaz jobb hatásfokú napelemek készülhetnének belőle.

Írta: Egyed László

Hozzászólások

Az elektromos járművek véget vethetnek a kőolajkorszaknak

Az elektromos járművek véget vethetnek a kőolajkorszaknak

A kőolaj iránti kereslet továbbra is nő, azonban ez a trend egészen gyorsan megfordulhatna egy új elemzés szerint.

A magyar kutatók élen járnak a kutyák viselkedésének kutatásában

A magyar kutatók élen járnak a kutyák viselkedésének kutatásában

A kutatók egyre többet foglalkoznak a kutyák viselkedésével, és a világ vezető, e témával foglalkozó, kutatócsoportja Magyarországon dolgozik.

Kína is elérte a Mariana-árok mélyét

Kína is elérte a Mariana-árok mélyét

A világóceán legmélyebb pontja, a Challenger Deep újabb, ezúttal kínai látogatókat kapott.

Először hoztak létre gyémántot hő nélkül

Először hoztak létre gyémántot hő nélkül

A természetben a gyémánt hosszú idő alatt, elképesztő nyomáson és hőmérsékleten, esetleg hirtelen, becsapódások hatására alakul ki, napjainkban azonban már az emberek is képesek létrehozni az anyagot.

Becsapódás nélkül nem haltak volna ki a dinoszauruszok

Becsapódás nélkül nem haltak volna ki a dinoszauruszok

Egy frissen elvégzett átfogó adatelemzés és modellezés alapján a kisbolygó becsapódása nélkül a dinoszauruszok tovább uralkodhattak volna a Földön.

National Geographic 2020. novemberi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

9 960 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlapNational Geographic 2020. októberi címlapNational Geographic 2020. novemberi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket