For at forstå, hvad en LED er, skal du først forstå dens generelt accepterede betegnelse, repræsenteret på engelsk som LED. Oversat betyder dette bogstaveligt talt "udsender små lysdioder". Fra et teknisk synspunkt er de halvlederanordninger, der omdanner elektrisk strøm til synlig lysstråling. Dette enkleste produkt i udseende og design adskiller sig markant fra typiske belysningsenheder: glødelamper og lignende.
Oprindelseshistorie
Enheden og driftsprincippet for LED-emittere er lettere at forstå, hvis du gør dig bekendt med baggrunden for deres forekomst. For første gang blev dette emitterende produkt født i 1962 i form af en monokrom rød diode. På trods af en række mangler blev dets produktionsteknologi anerkendt som lovende. Et årti efter at have vist den røde prøve blev grønne og gule lysdioder introduceret til offentligheden. På grund af deres lave rekyl blev disse produkter hovedsageligt brugt i hjemmet som indikatorer på frontpanelerne til elektroniske husholdningsapparater.
Over tid blev intensiteten af glød øget flere gange, og i 90'erne i sidste århundrede var det muligt at lave en prøve med en lysstrøm svarende til 1 lumen. I 1993 skabte den japanske ingeniør S. Nakamura den første blå diode nogensinde, kendetegnet ved et øget niveau af lysstyrke. Fra det øjeblik lærte deres udviklere, hvordan man får en hvilken som helst farve i det synlige spektrum, inklusive hvid.
Takket være de bemærkelsesværdige egenskaber ved LED-produkter er de over tid blevet en seriøs konkurrent til de glødepærer, som mange kender.
Siden 2005 har industrien mestret produktionen af hvide lysdioder med en lysstrøm på op til 100 lm og mere. Derudover lærte de, hvordan man fremstiller lyselementer med forskellige hvide nuancer ("varm", "kold" og anden glød).
Enheden og princippet om strålingsdannelse
For at forstå, hvordan en LED fungerer, skal du først og fremmest tage højde for et antal punkter vedrørende dens design:
- grundlaget for LED-elementet er en halvlederkrystal, der kun passerer strøm i en retning;
- den klassiske LED-enhed antager tilstedeværelsen af et isolerende substrat;
- diodens glaskrop beskytter pålideligt krystallen mod ydre påvirkninger og er samtidig et spredningselement;
- der er to kontakter på bagsiden af kabinettet, hvortil LED'en forsynes med elektrisk strøm.
For at øge emitteringsanordningens levetid er rummet mellem den diffuserende linse og selve krystallen fyldt med en gennemsigtig silikone-forbindelse.
I strukturen af nogle lysdioder er der tilvejebragt et specielt aluminiumsunderlag, som er enhedens bund og samtidig fjerner overskydende varme fra det.
Det er lettere at forstå, hvordan en LED fungerer ved at undersøge et halvlederkryds, som fagfolk kalder et elektronhulkryds. Dets navn er forbundet med de forskellige karakteristika af hovedbærerne i grænselaget af de to strukturer. I en halvleder er der et overskud af elektroner ved kontaktgrænsen, og i det tilstødende materiale er der overskydende huller.I processen med at fremstille en halvlederkryds trænger de ind i det tilstødende lag og danner en potentiel barriere, der forhindrer deres omvendte bias. Værdien af fremspændingen på lysdioden under dens drift afhænger af krydsningens bredde.
Når et potentiale for en given polaritet og en værdi genereret af en konstant strømkilde påføres dioden, er det muligt at forskyde krydset i den ønskede retning. Dette vil føre til dets åbning og fremkomsten af en modstrøm af modsat ladede partikler. Når de kolliderer, udsendes mængder af lysenergi - fotoner - inden for grænserne for overgangen. Afhængigt af gentagelseshastigheden for disse impulser får strålingen en vis farvefarve.
Hvad bestemmer farven på lysdioden
Ved fremstilling af lysdioder anvendes forskellige typer halvledermaterialer, hvis valg bestemmer den farveskærm, de udsender.
Evnen til at skelne farve er en medfødt egenskab af det menneskelige øje, der er i stand til at indfange dets graderinger med stor nøjagtighed. Det er uløseligt forbundet med kvantestrålings bølgelængde, som elektromagnetiske bølger med en bestemt frekvens fører med sig. I dette tilfælde dannes lysimpulser ved LED-ledets halvlederkrydsningsgrænse.
Når man studerer egenskaberne af forskellige halvledere på et tidligt stadium af deres undersøgelse, har forskere identificeret materialer såsom galliumphosphid samt ternære forbindelser AlGaAs og GaAsP. Ved brug af dem var det muligt at opnå rød og gulgrøn stråling. For at opnå forskellige farvekombinationer anvendes i dag mere komplekse kombinationer af aluminium med indium og gallium (AllnGaP) eller indium-galliumnitrid (InGaN). Disse halvledere er i stand til at modstå betydelige strømme, hvilket gør det muligt at opnå høj lyseffekt fra dem.
Farveblandingsteknik
Moderne diodestrimler og LED modulære klynger er i stand til at producere forskellige nuancer af lysområdet. I betragtning af at en overgang genererer monokrom stråling, kræves en multi-chip-enhed for at skabe en flerfarvet glød. Dette komplekse produkt fungerer som en computerskærm, hvor det er muligt at få næsten enhver skygge (til dette bruges et specielt RGB-modul).
Ved at drage fordel af dette princip om skyggedannelse var det muligt at opnå en hvid glød, som f.eks. Er meget brugt i LED-projektører. For at gøre dette blev alle tre originale farver eller basisfarver blandet i lige store forhold.
Det kan også opnås ved at kombinere diodestrukturer af ultraviolet eller blå stråling med en gul belægning af phosphortypen.
Funktioner ved LED-fremstilling
For at forstå, hvordan LED'er fremstilles, skal du gøre dig bekendt med de strukturelle træk med hensyn til de teknologier, der anvendes i fremstillingen. Derfor tages der først og fremmest hensyn til følgende punkter, når man overvejer specifikationerne for deres produktion:
- en specifik metode til dannelse af strålingsfarven (matrix eller fosfor);
- hvor mange volt LED'er er designet til, og hvilken strømværdi de modstår;
- hvilken teknologi giver dig mulighed for at få den bedste kvalitet af glød og er billigere.
Fremstilling af chips ved hjælp af en matrixskema vil koste producenten mere, hvilket lønner sig med den høje kvalitet af stråling. Ulemperne ved fosforer inkluderer lavt lysudbytte såvel som ikke helt ren farve af strålingen. Derudover har de en kortere arbejdstid og er mere tilbøjelige til at mislykkes.
Ved fremstilling af enkle indikatordioder med en direkte spænding på 2-4 volt beregnes deres overgang for små strømme (op til 50 mA). For at oprette fuldgyldige belysningsenheder og LED-brokredsløb kræves enheder med høje strømhastigheder (op til 1 ampere). Hvis der i et modul er tilsluttet dioder i en seriel kæde, når den samlede spænding ved deres kryds 12 eller endda 24 volt.Ved fremstilling af produkter markeres plus for hver LED på en speciel måde (der laves et lille fremspring på det tilsvarende ben).
Applikationer og glødekontrol
På grund af de mange ændringer er LED-produkter meget udbredt inden for forskellige områder:
- til fremstilling af energibesparende lamper installeret i en typisk lysekrone for eksempel eller i en almindelig væglampe;
- til brug som belysningsapparater i udbredte miniaturelanter, såvel som i større strukturer såsom "campingcampinglamper";
- om nødvendigt dekorativ belysning af lokaler i form af lange bånd i forskellige farver.
Deres anvendelse skyldes graden af enhedens modstandsdygtighed over for klimafaktorer vurderet af produktets beskyttelsesklasse. Afhængigt af designet bruges de kun indendørs, eller de kan arbejde i åbne rum (især som dekoration til reklametavler eller LED-regn).
Du kan styre lysstyrkeniveauet i en almindelig lampe eller lysekrone på forskellige måder. Til dette anvendes der ofte specielle elektroniske kredsløb, som tillader modulering af lysimpulsernes amplitude og andre parametre. For at gøre det nemmere at arbejde med husholdningsudstyr fremstilles et sådant modul i form af et standard kontrolpanel.
