За да разберете какво е светодиод, първо трябва да разберете неговото общоприето наименование, представено на английски като светодиод. В превод това буквално означава „излъчване на малки светодиоди“. От техническа гледна точка те са полупроводникови устройства, които преобразуват електрическия ток във видимо лъчение на светлината. Този най-прост продукт по своя външен вид и дизайн се различава значително от типичните осветителни устройства: лампи с нажежаема жичка и други подобни.
История на произхода
Устройството и принципът на работа на светодиодните излъчватели е по-лесно да се разбере, ако се запознаете с фона на тяхното възникване. За първи път този излъчващ продукт е роден през 1962 г. под формата на монохромен червен диод. Въпреки редица недостатъци, нейната технология на производство беше призната за обещаваща. Десетилетие след показването на червената проба, зелените и жълтите светодиоди бяха представени на широката публика. Поради ниския им откат тези продукти се използват главно в дома като индикатори на предните панели на домакинските електронни уреди.
С течение на времето интензивността на сиянието беше увеличена няколко пъти и през 90-те години на миналия век беше възможно да се направи проба със светлинен поток, равен на 1 лумен. През 1993 г. японският инженер С. Накамура създава първия по рода си син диод, характеризиращ се с повишено ниво на светимост. От този момент нататък разработчиците им се научиха как да получат всеки цвят във видимия спектър, включително бял.
Благодарение на забележителните характеристики на LED продуктите, с течение на времето те се превърнаха в сериозен конкурент на познатите на мнозина крушки с нажежаема жичка.
От 2005 г. индустрията е усвоила производството на бели светодиоди със светлинен поток до 100 lm и повече. Освен това те се научиха как да правят осветителни елементи с различни нюанси на бялото („топло“, „студено“ и друго сияние).
Устройството и принципът на образуване на радиация
За да разберете как работи светодиодът, на първо място, трябва да вземете предвид редица точки по отношение на неговия дизайн:
- основата на LED елемента е полупроводников кристал, който пропуска ток само в една посока;
- класическото LED устройство предполага наличието на изолационен субстрат;
- стъкленото тяло на диода надеждно защитава кристала от външни влияния и в същото време е разсейващ елемент;
- на гърба на кутията има два контакта, към които светодиодът се захранва с електричество.
За да се увеличи експлоатационният живот на излъчващото устройство, пространството между дифузионната леща и самия кристал е запълнено с прозрачно силиконово съединение.
В структурата на някои светодиоди е предвидена специална алуминиева основа, която е основата на устройството и в същото време премахва излишната топлина от него.
По-лесно е да се разбере как работи светодиодът, като се изследва полупроводникова връзка, която специалистите наричат електронно-дупкова връзка. Името му се свързва с различния характер на основните носители в граничния слой на двете структури. В един полупроводник има излишък от електрони на границата на контакта, а в съседния материал има излишни дупки.В процеса на производство на полупроводниково съединение те проникват в съседния слой, образувайки потенциална бариера, която предотвратява обратното им отклонение. Стойността на напрежението напред на светодиода по време на неговата работа зависи от ширината на кръстовището.
Когато към диода се приложи потенциал с дадена полярност и стойност, генерирана от постоянен източник на ток, е възможно да се измести кръстовището в желаната посока. Това ще доведе до отварянето му и появата на обратен поток от противоположно заредени частици. Когато се сблъскат, квантите светлинна енергия - фотони - се излъчват в границите на прехода. В зависимост от скоростта на повторение на тези импулси, излъчването придобива определено цветно оцветяване.
Какво определя цвета на светодиода
При производството на светодиоди се използват различни видове полупроводникови материали, изборът на които определя цветовия нюанс, който излъчват.
Способността да различава цвета е вродено свойство на човешкото око, способно да улавя своите градации с голяма точност. Той е неразривно свързан с дължината на вълната на квантовото излъчване, която електромагнитните вълни с определена честота носят със себе си. В този случай светлинните импулси се формират на границата на полупроводниковия преход на светодиода.
При изучаването на свойствата на различни полупроводници на ранен етап от тяхното изследване учените са идентифицирали материали като галиев фосфид, както и тройни съединения AlGaAs и GaAsP. При използването им беше възможно да се получи червено и жълто-зелено лъчение. Днес, за да се получат различни цветови комбинации, се използват по-сложни комбинации от алуминий с индий и галий (AllnGaP) или индий-галиев нитрид (InGaN). Тези полупроводници са способни да издържат на значителни токове, което прави възможно получаването на висока светлинна ефективност от тях.
Техника на смесване на цветовете
Модерните диодни ленти и LED модулни клъстери са способни да произвеждат различни нюанси на светлинния диапазон. Като се има предвид, че един преход генерира монохромно излъчване, е необходимо многочипово устройство за създаване на многоцветно сияние. Този сложен продукт работи като компютърен монитор, на който е възможно да се получи почти всякакъв нюанс (за това се използва специален RGB модул).
Възползвайки се от този принцип на засенчване, беше възможно да се получи бял блясък, който се използва широко в LED прожекторите например. За целта и трите оригинални или базови цвята бяха смесени в равни пропорции.
Може да се получи и чрез комбиниране на диодни структури от ултравиолетово или синьо лъчение с покритие от жълт фосфор.
Характеристики на производството на LED
За да разберете как се правят светодиодите, трябва да се запознаете със структурните характеристики по отношение на технологиите, използвани в производството. Следователно, когато се разглеждат спецификите на тяхното производство, на първо място се вземат предвид следните точки:
- специфичен метод за формиране на цвета на лъчението (матрица или фосфор);
- за колко волта са предназначени светодиодите и на каква текуща стойност издържат;
- коя технология ви позволява да получите най-доброто качество на блясъка и е по-евтина.
Производството на чипове, използващи матрична схема, ще струва на производителя повече, което се отплаща с високото качество на радиацията. Недостатъците на фосфорите включват ниска светлинна мощност, както и не съвсем чист цвят на лъчението. Освен това те имат по-кратък трудов живот и е по-вероятно да се провалят.
При производството на прости индикаторни диоди с директно напрежение 2-4 волта, техният преход се изчислява за малки токове (до 50 mA). За да се създадат пълноценни осветителни устройства и LED мостови схеми, ще са необходими устройства с висока скорост на тока (до 1 ампер). Ако в един модул диодите са свързани в последователна верига, общото напрежение в техните кръстовища достига 12 или дори 24 волта.Когато се правят продукти, плюсът за всеки светодиод се маркира по специален начин (на съответния крак се прави малка издатина).
Приложения и контрол на светенето
Поради разнообразието от модификации, LED продуктите се използват широко в различни области:
- при производството на енергоспестяващи лампи, монтирани в типичен полилей, например, или в обикновен стенни бра;
- за използване като осветителни тела в широко разпространени миниатюрни фенери, както и в по-големи конструкции като „лагери за къмпинг къмпинг“;
- ако е необходимо, декоративно осветяване на помещенията под формата на дълги панделки с различни цветове.
Използването им се дължи на степента на устойчивост на устройството към климатични фактори, оценена от класа на защита на продукта. В зависимост от дизайна те се използват само на закрито или могат да работят на открито (като декорация за билбордове или LED дъжд, по-специално).
Можете да контролирате нивото на осветеност в обикновена лампа или полилей по различни начини. За това най-често се използват специални електронни схеми, които позволяват модулиране на амплитудата и други параметри на светлинните импулси. За удобство при работа с домакинско оборудване такъв модул се произвежда под формата на стандартен контролен панел.
