Abyste pochopili, co je LED, musíte nejprve pochopit její obecně přijímané označení, které je v angličtině představováno jako LED. V překladu to doslova znamená „vyzařovat malé LED diody“. Z technického hlediska jsou to polovodičová zařízení, která převádějí elektrický proud na záření viditelného světla. Tento nejjednodušší produkt se svým vzhledem a designem výrazně liší od typických osvětlovacích zařízení: žárovek apod.
Historie původu
Zařízení a princip činnosti LED zářičů je snazší pochopit, pokud se seznámíte s pozadím jejich výskytu. Poprvé se tento emitující produkt narodil v roce 1962 ve formě monochromatické červené diody. Přes řadu nedostatků byla jeho výrobní technologie uznána jako slibná. Deset let po představení červeného vzorku byly veřejnosti představeny zelené a žluté LED diody. Vzhledem k jejich nízkému zpětnému rázu se tyto výrobky používaly hlavně v domácnosti jako indikátory na předních panelech elektronických spotřebičů pro domácnost.
V průběhu času se intenzita záře několikrát zvýšila a v 90. letech minulého století bylo možné vytvořit vzorek se světelným tokem rovným 1 lumenu. V roce 1993 vytvořil japonský inženýr S. Nakamura vůbec první modrou diodu, která se vyznačuje zvýšenou úrovní svítivosti. Od té chvíle se jejich vývojáři naučili, jak získat jakoukoli barvu ve viditelném spektru, včetně bílé.
Díky pozoruhodným vlastnostem produktů LED se postupem času staly vážným konkurentem klasických žárovek, které jsou mnohým známé.
Od roku 2005 toto odvětví zvládlo výrobu bílých LED diod se světelným tokem až 100 lm a více. Kromě toho se naučili, jak vyrobit světelné prvky s různými odstíny bílé („teplá“, „studená“ a jiná záře).
Zařízení a princip tvorby záření
Abyste pochopili, jak LED funguje, musíte nejprve vzít v úvahu několik bodů týkajících se jejího designu:
- základem prvku LED je polovodičový krystal, který prochází proudem pouze v jednom směru;
- klasické LED zařízení předpokládá přítomnost izolačního substrátu;
- skleněné tělo diody spolehlivě chrání krystal před vnějšími vlivy a je zároveň rozptylujícím prvkem;
- na zadní straně pouzdra jsou dva kontakty, ke kterým je LED napájena elektrickou energií.
Pro zvýšení životnosti vysílacího zařízení je prostor mezi difuzní čočkou a samotným krystalem vyplněn transparentní silikonovou směsí.
Ve struktuře některých LED je poskytován speciální hliníkový substrát, který je základnou zařízení a současně z něj odvádí přebytečné teplo.
Je snazší pochopit, jak LED funguje, zkoumáním polovodičového spojení, které odborníci nazývají spojení elektron-díra. Jeho název je spojen s odlišnou povahou hlavních nosičů v hraniční vrstvě obou struktur. V jednom polovodiči je přebytek elektronů na hranici kontaktu a v sousedním materiálu jsou přebytečné otvory.V procesu výroby polovodičového spojení pronikají do sousední vrstvy a vytvářejí potenciální bariéru, která brání jejich zpětnému zkreslení. Hodnota dopředného napětí na LED během provozu závisí na šířce spojení.
Když je na diodu aplikován potenciál dané polarity a hodnota generovaná zdrojem konstantního proudu, je možné přemístit křižovatku v požadovaném směru. To povede k jeho otevření a vzniku protiproudu opačně nabitých částic. Když se srazí, jsou kvantity světelné energie - fotony - emitovány uvnitř hranic přechodu. V závislosti na rychlosti opakování těchto pulzů získává záření určité barevné zabarvení.
Co určuje barvu LED
Při výrobě LED se používají různé typy polovodičových materiálů, jejichž výběr určuje barevný odstín, který vydávají.
Schopnost rozlišovat barvy je vrozenou vlastností lidského oka, schopnou zachytit jeho gradace s velkou přesností. Je to neoddělitelně spojeno s vlnovou délkou kvantového záření, kterou s sebou nesou elektromagnetické vlny určité frekvence. V tomto případě se světelné impulsy vytvářejí na hranici polovodičového spoje LED.
Při studiu vlastností různých polovodičů v rané fázi studia vědci identifikovali materiály, jako je fosfid gália, jakož i ternární sloučeniny AlGaAs a GaAsP. Při jejich použití bylo možné získat červené a žluto-zelené záření. Dnes se pro získání různých barevných kombinací používají složitější kombinace hliníku s indiem a galliem (AllnGaP) nebo nitridem india a gália (InGaN). Tyto polovodiče jsou schopné odolat významným proudům, což z nich umožňuje získat vysokou světelnou účinnost.
Technika míchání barev
Moderní diodové pásky a LED modulární klastry jsou schopné produkovat různé odstíny světelného rozsahu. Vzhledem k tomu, že jeden přechod generuje monochromatické záření, je k vytvoření vícebarevné záře zapotřebí vícečipové zařízení. Tento komplexní produkt funguje jako počítačový monitor, na kterém je možné získat téměř jakýkoli odstín (k tomu se používá speciální modul RGB).
S využitím tohoto principu vytváření stínování bylo možné získat bílou záři, která je široce používána například v LED světlometech. K tomu byly všechny tři původní nebo základní barvy smíchány ve stejném poměru.
Lze jej také získat kombinací diodových struktur ultrafialového nebo modrého záření se žlutým povlakem typu fosforu.
Vlastnosti výroby LED
Abyste pochopili, jak jsou LED diody vyráběny, musíte se seznámit se strukturálními vlastnostmi, pokud jde o technologie použité při výrobě. Při zvažování specifik jejich výroby se proto berou v úvahu především následující body:
- specifický způsob formování barvy záření (matrice nebo fosforu);
- pro kolik voltů LED jsou určeny a jaké aktuální hodnotě odolávají;
- která technologie vám umožňuje získat nejlepší kvalitu záře a je levnější.
Výroba čipů pomocí maticového schématu bude stát výrobce víc, což se vyplatí při vysoké kvalitě záření. Mezi nevýhody fosforů patří nízký světelný výkon a také ne zcela čistá barva záření. Kromě toho mají kratší životnost a je u nich větší pravděpodobnost selhání.
Při výrobě jednoduchých indikátorových diod s přímým napětím 2-4 Volty se jejich přechod počítá pro malé proudy (do 50 mA). K vytvoření plnohodnotného osvětlovacího zařízení a můstkových obvodů LED budou zapotřebí zařízení s vysokou proudovou rychlostí (až 1 Ampér). Pokud jsou v jednom modulu diody zapojeny do sériového řetězce, celkové napětí na jejich spojích dosáhne 12 nebo dokonce 24 voltů.Při výrobě produktů je plus pro každou LED označen zvláštním způsobem (na příslušné noze je vytvořen malý výčnělek).
Aplikace a ovládání záře
Vzhledem k rozmanitosti modifikací jsou produkty LED široce používány v různých oblastech:
- při výrobě energeticky úsporných žárovek instalovaných například v typickém lustru nebo v obyčejném nástěnném svítidle;
- pro použití jako osvětlovače v rozšířených miniaturních lucernách i ve větších strukturách, jako jsou „kempinkové kempingové lampy“;
- v případě potřeby dekorativní osvětlení prostor v podobě dlouhých stužek různých barev.
Jejich použití je způsobeno stupněm odolnosti zařízení vůči klimatickým faktorům, která je hodnocena podle třídy ochrany produktu. Podle provedení se používají pouze v interiéru nebo mohou pracovat na otevřených prostranstvích (zejména jako dekorace na billboardy nebo LED deště).
Úroveň svítivosti v běžné lampě nebo lustru můžete ovládat různými způsoby. K tomu se nejčastěji používají speciální elektronické obvody, které umožňují modulovat amplitudu a další parametry světelných pulsů. Pro usnadnění práce s vybavením domácnosti je takový modul vyráběn ve formě standardního ovládacího panelu.
