Για να καταλάβετε τι είναι ένα LED, πρέπει πρώτα να κατανοήσετε τη γενικά αποδεκτή ονομασία του, που αντιπροσωπεύεται στα Αγγλικά ως LED. Μεταφρασμένο, αυτό σημαίνει κυριολεκτικά "εκπομπή μικρών LED". Από τεχνική άποψη, είναι συσκευές ημιαγωγών που μετατρέπουν το ηλεκτρικό ρεύμα σε ορατή ακτινοβολία φωτός. Αυτό το απλούστερο προϊόν στην εμφάνιση και το σχεδιασμό του διαφέρει σημαντικά από τις τυπικές συσκευές φωτισμού: λαμπτήρες πυρακτώσεως και παρόμοια.
Ιστορία καταγωγής
Η συσκευή και η αρχή της λειτουργίας των εκπομπών LED είναι πιο κατανοητές αν εξοικειωθείτε με το ιστορικό της εμφάνισής τους. Για πρώτη φορά αυτό το προϊόν εκπομπής γεννήθηκε το 1962 με τη μορφή μιας μονόχρωμης κόκκινης δίοδος. Παρά ορισμένα μειονεκτήματα, η τεχνολογία κατασκευής της αναγνωρίστηκε ως πολλά υποσχόμενη. Μια δεκαετία μετά την εμφάνιση του κόκκινου δείγματος, πράσινα και κίτρινα LED παρουσιάστηκαν στο ευρύ κοινό. Λόγω της χαμηλής ανάκρουσής τους, αυτά τα προϊόντα χρησιμοποιήθηκαν κυρίως στο σπίτι ως δείκτες στα μπροστινά πάνελ των οικιακών ηλεκτρονικών συσκευών.
Με την πάροδο του χρόνου, η ένταση της λάμψης αυξήθηκε αρκετές φορές και στη δεκαετία του '90 του περασμένου αιώνα ήταν δυνατό να γίνει ένα δείγμα με φωτεινή ροή ίση με 1 lumen. Το 1993, ο ιαπωνικός μηχανικός S. Nakamura δημιούργησε την πρώτη μπλε δίοδο, που χαρακτηρίζεται από αυξημένο επίπεδο φωτεινότητας. Από εκείνη τη στιγμή και μετά, οι προγραμματιστές τους έμαθαν πώς να αποκτήσουν οποιοδήποτε χρώμα στο ορατό φάσμα, συμπεριλαμβανομένου του λευκού.
Χάρη στα αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά των προϊόντων LED, με την πάροδο του χρόνου, έχουν γίνει σοβαρός ανταγωνιστής των λαμπτήρων πυρακτώσεως που είναι εξοικειωμένοι με πολλούς.
Από το 2005, η βιομηχανία έχει κυριαρχήσει στην παραγωγή λευκών LED με φωτεινή ροή έως και 100 lm και άνω. Επιπλέον, έμαθαν πώς να φτιάχνουν στοιχεία φωτισμού με διαφορετικές αποχρώσεις του λευκού ("ζεστό", "κρύο" και άλλη λάμψη).
Η συσκευή και η αρχή του σχηματισμού ακτινοβολίας
Για να καταλάβετε πώς λειτουργεί ένα LED, πρώτα απ 'όλα, πρέπει να λάβετε υπόψη ορισμένα σημεία σχετικά με το σχεδιασμό του:
- η βάση του στοιχείου LED είναι ένας κρύσταλλος ημιαγωγών που περνά ρεύμα μόνο σε μία κατεύθυνση.
- Η κλασική συσκευή LED προϋποθέτει την παρουσία ενός μονωτικού υποστρώματος.
- το γυάλινο σώμα της διόδου προστατεύει αξιόπιστα τον κρύσταλλο από εξωτερικές επιδράσεις και ταυτόχρονα αποτελεί στοιχείο σκέδασης.
- Υπάρχουν δύο επαφές στο πίσω μέρος της θήκης, στις οποίες το LED τροφοδοτείται με ηλεκτρική ισχύ.
Για να αυξηθεί η διάρκεια ζωής της συσκευής εκπομπής, ο χώρος μεταξύ του διάχυτου φακού και του ίδιου του κρυστάλλου γεμίζεται με μια διαφανή ένωση σιλικόνης.
Στη δομή ορισμένων LED, παρέχεται ένα ειδικό υπόστρωμα αλουμινίου, το οποίο είναι η βάση της συσκευής και ταυτόχρονα αφαιρεί την υπερβολική θερμότητα από αυτήν.
Είναι πιο εύκολο να καταλάβουμε πώς λειτουργεί ένα LED εξετάζοντας μια σύνδεση ημιαγωγών, την οποία οι επαγγελματίες ονομάζουν μια σύνδεση οπών ηλεκτρονίων. Το όνομά του σχετίζεται με τη διαφορετική φύση των κύριων φορέων στο οριακό στρώμα των δύο δομών. Σε έναν ημιαγωγό, υπάρχει περίσσεια ηλεκτρονίων στο όριο επαφής, και στο παρακείμενο υλικό υπάρχουν περίσσεια οπών.Κατά τη διαδικασία κατασκευής μιας σύνδεσης ημιαγωγών, διεισδύουν στο παρακείμενο στρώμα, σχηματίζοντας ένα πιθανό φράγμα που αποτρέπει την αντίστροφη μεροληψία τους. Η τιμή της τάσης προς τα εμπρός στο LED κατά τη λειτουργία του εξαρτάται από το πλάτος της διασταύρωσης.
Όταν ένα δυναμικό μιας δεδομένης πολικότητας και μια τιμή που παράγεται από μια πηγή σταθερού ρεύματος εφαρμόζεται στη δίοδο, είναι δυνατό να μετατοπιστεί η σύνδεση στην επιθυμητή κατεύθυνση. Αυτό θα οδηγήσει στο άνοιγμα και την εμφάνιση μιας αντίθετης ροής των αντίθετα φορτισμένων σωματιδίων. Όταν συγκρούονται, τα κβάντα της φωτεινής ενέργειας - φωτόνια - εκπέμπονται εντός των ορίων της μετάβασης. Ανάλογα με το ρυθμό επανάληψης αυτών των παλμών, η ακτινοβολία αποκτά ένα συγκεκριμένο χρωματικό χρωματισμό.
Αυτό που καθορίζει το χρώμα του LED
Κατά την κατασκευή LED, χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι υλικών ημιαγωγών, η επιλογή των οποίων καθορίζει τη χρωματική απόχρωση που εκπέμπουν.
Η ικανότητα διάκρισης του χρώματος είναι έμφυτη ιδιότητα του ανθρώπινου ματιού, ικανή να συλλάβει τις διαβαθμίσεις του με μεγάλη ακρίβεια. Είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με το μήκος κύματος της κβαντικής ακτινοβολίας που μεταφέρουν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μιας συγκεκριμένης συχνότητας. Σε αυτήν την περίπτωση, οι παλμοί φωτός σχηματίζονται στο όριο διασταύρωσης ημιαγωγών του LED.
Όταν μελετούν τις ιδιότητες διαφόρων ημιαγωγών σε πρώιμο στάδιο της μελέτης τους, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει υλικά όπως το φωσφίδιο του γαλλίου, καθώς και οι τριμερείς ενώσεις AlGaAs και GaAsP. Κατά τη χρήση τους, ήταν δυνατό να ληφθεί κόκκινη και κίτρινη-πράσινη ακτινοβολία. Σήμερα, προκειμένου να επιτευχθούν διάφοροι συνδυασμοί χρωμάτων, χρησιμοποιούνται πιο πολύπλοκοι συνδυασμοί αλουμινίου με ίνδιο και γάλλιο (AllnGaP) ή νιτρίδιο ινδίου-γαλλίου (InGaN). Αυτοί οι ημιαγωγοί είναι σε θέση να αντέχουν σημαντικά ρεύματα, γεγονός που καθιστά δυνατή την απόκτηση υψηλής φωτεινής αποτελεσματικότητας από αυτούς.
Τεχνική ανάμειξης χρωμάτων
Οι σύγχρονες λωρίδες διόδων και οι αρθρωτές συστοιχίες LED είναι ικανές να παράγουν διάφορες αποχρώσεις του εύρους φωτός. Δεδομένου ότι μία μετάβαση δημιουργεί μονοχρωματική ακτινοβολία, απαιτείται μια συσκευή πολλαπλών τσιπ για τη δημιουργία πολύχρωμης λάμψης. Αυτό το πολύπλοκο προϊόν λειτουργεί σαν οθόνη υπολογιστή, στην οποία είναι δυνατή η λήψη σχεδόν οποιασδήποτε απόχρωσης (για αυτό, χρησιμοποιείται μια ειδική μονάδα RGB).
Εκμεταλλευόμενοι αυτήν την αρχή του σχηματισμού σκίασης, ήταν δυνατό να ληφθεί μια λευκή λάμψη, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως στους προβολείς LED, για παράδειγμα. Για να γίνει αυτό, και τα τρία πρωτότυπα ή βασικά χρώματα αναμίχθηκαν σε ίσες αναλογίες.
Μπορεί επίσης να ληφθεί συνδυάζοντας δομές διόδων υπεριώδους ή μπλε ακτινοβολίας με επίστρωση τύπου φωσφόρου κίτρινου.
Χαρακτηριστικά κατασκευής LED
Για να καταλάβετε πώς κατασκευάζονται τα LED, πρέπει να εξοικειωθείτε με τα δομικά χαρακτηριστικά όσον αφορά τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητες της παραγωγής τους, καταρχάς, λαμβάνονται υπόψη τα ακόλουθα σημεία:
- συγκεκριμένη μέθοδος σχηματισμού του χρώματος της ακτινοβολίας (μήτρα ή φωσφόρος) ·
- πόσες λυχνίες LED έχουν σχεδιαστεί και ποια τρέχουσα τιμή αντέχουν;
- ποια τεχνολογία σας επιτρέπει να έχετε την καλύτερη ποιότητα της λάμψης και είναι φθηνότερη.
Η κατασκευή τσιπ χρησιμοποιώντας ένα σχέδιο matrix θα κοστίσει περισσότερο τον κατασκευαστή, κάτι που αποδίδει με την υψηλή ποιότητα της ακτινοβολίας. Τα μειονεκτήματα των φωσφορικών περιλαμβάνουν χαμηλή απόδοση φωτός, καθώς και όχι εντελώς καθαρό χρώμα της ακτινοβολίας. Επιπλέον, έχουν μικρότερη επαγγελματική ζωή και είναι πιο πιθανό να αποτύχουν.
Κατά την κατασκευή απλών διόδων δείκτη με άμεση τάση 2-4 Volts, η μετάβασή τους υπολογίζεται για μικρά ρεύματα (έως 50 mA). Για τη δημιουργία πλήρων συσκευών φωτισμού και κυκλωμάτων γέφυρας LED, θα απαιτηθούν συσκευές με υψηλούς ρυθμούς ρεύματος (έως 1 Αμπέρ). Εάν σε μία μονάδα οι δίοδοι συνδέονται σε σειριακή αλυσίδα, η συνολική τάση στις διασταυρώσεις τους φτάνει τα 12 ή ακόμα και τα 24 βολτ.Κατά την παραγωγή προϊόντων, το συν για κάθε LED επισημαίνεται με έναν ειδικό τρόπο (μια μικρή προεξοχή γίνεται στο αντίστοιχο πόδι).
Εφαρμογές και έλεγχος λάμψης
Λόγω της ποικιλίας των τροποποιήσεων, τα προϊόντα LED χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς:
- στην κατασκευή λαμπτήρων εξοικονόμησης ενέργειας που είναι εγκατεστημένοι σε έναν τυπικό πολυέλαιο, για παράδειγμα, ή σε ένα συνηθισμένο απλίκα τοίχου.
- για χρήση ως φωτιστικά σε διαδεδομένα μικροσκοπικά φανάρια, καθώς και σε μεγαλύτερες κατασκευές, όπως "κάμπινγκ λαμπτήρες κάμπινγκ".
- εάν είναι απαραίτητο, διακοσμητικός φωτισμός των χώρων με τη μορφή μακριών κορδελλών με διαφορετικά χρώματα.
Η χρήση τους οφείλεται στο βαθμό αντίστασης της συσκευής σε κλιματολογικούς παράγοντες, που αξιολογείται από την κατηγορία προστασίας του προϊόντος. Ανάλογα με το σχεδιασμό, χρησιμοποιούνται μόνο σε εσωτερικούς χώρους ή μπορούν να εργαστούν σε ανοιχτούς χώρους (ως διακόσμηση για πινακίδες ή ειδικότερα για βροχή LED).
Μπορείτε να ελέγξετε το επίπεδο φωτεινότητας σε μια συνηθισμένη λάμπα ή πολυέλαιο με διάφορους τρόπους. Για αυτό, χρησιμοποιούνται πιο συχνά ειδικά ηλεκτρονικά κυκλώματα, τα οποία επιτρέπουν τη διαμόρφωση του πλάτους και άλλων παραμέτρων των παλμών φωτός. Για τη διευκόλυνση της εργασίας με οικιακό εξοπλισμό, μια τέτοια μονάδα κατασκευάζεται με τη μορφή ενός τυπικού πίνακα ελέγχου.
