Per entendre què és un LED, primer heu d’entendre la seva designació generalment acceptada, representada en anglès com a LED. Traduït, això significa literalment "emetre petits LED". Des del punt de vista tècnic, són dispositius semiconductors que converteixen el corrent elèctric en radiació de llum visible. Aquest producte més senzill per la seva aparença i disseny difereix notablement dels dispositius d’il·luminació típics: llums incandescents i similars.
Història de l'origen
El dispositiu i el principi de funcionament dels emissors LED són més fàcils d’entendre si us familiaritzeu amb els antecedents de la seva aparició. Per primera vegada, aquest producte emissor va néixer el 1962 en forma de díode vermell monocrom. Malgrat diverses deficiències, la seva tecnologia de fabricació va ser reconeguda com a prometedora. Una dècada després de mostrar la mostra vermella, es van introduir els LED verds i grocs al gran públic. A causa del seu baix retrocés, aquests productes s’utilitzaven principalment a la llar com a indicadors als panells frontals dels electrodomèstics.
Amb el pas del temps, la intensitat de la resplendor es va augmentar diverses vegades i, als anys 90 del segle passat, es va poder fer una mostra amb un flux lluminós igual a 1 lumen. El 1993, l'enginyer japonès S. Nakamura va crear el primer díode blau, que es distingeix per un major nivell de lluminositat. A partir d’aquest moment, els seus desenvolupadors van aprendre a obtenir qualsevol color de l’espectre visible, inclòs el blanc.
Gràcies a les notables característiques dels productes LED, amb el pas del temps s’han convertit en un seriós competidor de les bombetes incandescents conegudes per a molts.
Des del 2005, la indústria domina la producció de LEDs blancs amb un flux lluminós de fins a 100 lm i més. A més, van aprendre a fer elements d’il·luminació amb diferents tonalitats de blanc ("càlid", "fred" i altres resplendors).
El dispositiu i el principi de formació de radiació
Per entendre com funciona un LED, primer cal tenir en compte diversos punts pel que fa al seu disseny:
- la base de l'element LED és un cristall semiconductor que fa passar el corrent només en una direcció;
- el clàssic dispositiu LED suposa la presència d’un substrat aïllant;
- el cos de vidre del díode protegeix el cristall de manera fiable de les influències externes i és alhora un element de dispersió;
- hi ha dos contactes a la part posterior de la caixa, als quals el LED es subministra amb energia elèctrica.
Per augmentar la vida útil del dispositiu emissor, l'espai entre la lent difusora i el propi cristall s'omple amb un compost de silicona transparent.
A l'estructura d'alguns LED, es proporciona un substrat especial d'alumini, que és la base del dispositiu i, alhora, elimina l'excés de calor.
És més fàcil entendre com funciona un LED examinant una unió semiconductora, que els professionals anomenen unió de forat d’electrons. El seu nom s’associa amb la diferent naturalesa dels principals portadors de la capa límit de les dues estructures. En un semiconductor, hi ha un excés d’electrons al límit de contacte i al material adjacent hi ha forats en excés.En el procés de fabricació d’una unió semiconductora, penetren a la capa adjacent, formant una barrera potencial que impedeix el seu biaix invers. El valor de la tensió directa del LED durant el seu funcionament depèn de l'amplada de la unió.
Quan s'aplica al díode un potencial d'una polaritat determinada i un valor generat per una font de corrent constant, és possible desplaçar la unió en la direcció desitjada. Això conduirà a la seva obertura i a l’aparició d’un contracorrent de partícules carregades oposadament. Quan xoquen, quants d’energia lluminosa (fotons) s’emeten dins dels límits de la transició. Depenent de la velocitat de repetició d’aquests polsos, la radiació adquireix una determinada coloració del color.
Què determina el color del LED
En la fabricació de LEDs, s’utilitzen diversos tipus de materials semiconductors, l’elecció dels quals determina la tonalitat de color que emeten.
La capacitat de distingir el color és una propietat innata de l’ull humà, capaç de captar les seves gradacions amb gran precisió. Està indissolublement lligat a la longitud d’ona de la radiació quàntica que porten amb si les ones electromagnètiques d’una determinada freqüència. En aquest cas, els polsos de llum es formen a la vora de la unió de semiconductors del LED.
En estudiar les propietats de diversos semiconductors en una fase inicial del seu estudi, els científics han identificat materials com el fòsfor de gal, així com els compostos ternaris AlGaAs i GaAsP. En utilitzar-los, era possible obtenir radiació vermella i groga-verda. Avui en dia, per obtenir diverses combinacions de colors, s’utilitzen combinacions més complexes d’alumini amb indi i gal (AllnGaP) o nitrur d’indi-gal (InGaN). Aquests semiconductors són capaços de suportar corrents significatius, cosa que permet obtenir-ne una alta eficàcia lluminosa.
Tècnica de barreja de colors
Les modernes tires de díodes i els clústers modulars LED són capaços de produir diversos tons de la gamma de llum. Tenint en compte que una transició genera radiació monocroma, es necessita un dispositiu multi-xip per crear un resplendor multicolor. Aquest complex producte funciona com un monitor d'ordinador, en el qual és possible obtenir gairebé qualsevol ombra (per a això, s'utilitza un mòdul RGB especial).
Aprofitant aquest principi de formació d’ombres, es va poder obtenir un resplendor blanc, que s’utilitza àmpliament en projectors LED, per exemple. Per fer-ho, es van barrejar els tres colors originals o bàsics en proporcions iguals.
També es pot obtenir combinant estructures de díodes de radiació ultraviolada o blava amb un recobriment de tipus fòsfor groc.
Característiques de la fabricació de LED
Per entendre com es fabriquen els LEDs, heu de familiaritzar-vos amb les característiques estructurals quant a les tecnologies utilitzades en la fabricació. Per tant, a l’hora de considerar les especificitats de la seva producció, en primer lloc, es tenen en compte els punts següents:
- un mètode específic per formar el color de la radiació (matriu o fòsfor);
- per a quants volts estan dissenyats els LEDs i quin valor actual suporten;
- quina tecnologia us permet obtenir la millor qualitat de resplendor i és més barata.
La fabricació de xips mitjançant un esquema matricial costarà més al fabricant, cosa que compensa amb l’alta qualitat de la radiació. Els desavantatges dels fòssors són la producció de poca llum, així com el color no totalment pur de la radiació. A més, tenen una vida laboral més curta i és més probable que fracassin.
En la fabricació de díodes indicadors simples amb una tensió directa de 2-4 volts, la seva transició es calcula per a corrents petits (fins a 50 mA). Per crear dispositius d’il·luminació de ple dret i circuits de ponts LED, caldrà dispositius amb un corrent elevat (fins a 1 amperi). Si en un mòdul els díodes estan connectats en una cadena sèrie, la tensió total a les seves unions arriba a 12 o fins i tot a 24 volts.Quan es fabriquen productes, el plus de cada LED es marca de manera especial (es fa un petit ressalt a la pota corresponent).
Aplicacions i control de resplendor
A causa de la varietat de modificacions, els productes LED s’utilitzen àmpliament en diversos camps:
- en la fabricació de llums d’estalvi d’energia instal·lades en un aranya típica, per exemple, o en un aparell de paret normal;
- per utilitzar-los com a il·luminadors en llanternes miniatures generalitzades, així com en estructures més grans, com ara "làmpades de càmping";
- si cal, il·luminació decorativa dels locals en forma de cintes llargues de diferents colors.
El seu ús es deu al grau de resistència del dispositiu a factors climàtics, avaluat per la classe de protecció del producte. Depenent del disseny, només s’utilitzen en interiors o poden treballar en espais oberts (com a decoració per a cartelleres o pluja LED, en particular).
Podeu controlar el nivell de lluminositat en una làmpada o una làmpada normal de diverses maneres. Per a això, s’utilitzen sovint circuits electrònics especials, que permeten modular l’amplitud i altres paràmetres dels polsos de llum. Per comoditat de treballar amb equipament domèstic, aquest mòdul es fabrica en forma de tauler de control estàndard.
