Mikä on LED ja miten se toimii - laite ja ominaisuudet

Jotta ymmärtäisit, mikä LED on, sinun on ensin ymmärrettävä sen yleisesti hyväksytty nimitys, jota edustaa englanniksi LED. Käännettynä tämä tarkoittaa kirjaimellisesti "pienten LEDien lähettämistä". Tekniseltä kannalta ne ovat puolijohdelaitteita, jotka muuttavat sähkövirran näkyväksi valonsäteilyksi. Tämä yksinkertaisin tuote ulkonäöltään ja muotoilultaan eroaa huomattavasti tyypillisistä valaistuslaitteista: hehkulamput ja vastaavat.

Alkuperähistoria

LED-rakenne

LED-lähettimien laite ja toimintaperiaate on helpompi ymmärtää, jos tutustut niiden esiintymisen taustaan. Ensimmäistä kertaa tämä säteilevä tuote syntyi vuonna 1962 yksivärisenä punaisena diodina. Monista puutteista huolimatta sen valmistustekniikka tunnustettiin lupaavaksi. Kymmenen vuoden kuluttua punaisen näytteen esittämisestä vihreät ja keltaiset LED-valot esiteltiin suurelle yleisölle. Pienen takaiskun takia näitä tuotteita käytettiin pääasiassa kodin sisällä indikaattoreina kodinkoneiden etupaneeleissa.

Ajan myötä hehkun voimakkuutta lisättiin useita kertoja, ja viime vuosisadan 90-luvulla oli mahdollista tehdä näyte, jonka valovirta oli yhtä suuri kuin 1 luumen. Vuonna 1993 japanilainen insinööri S. Nakamura loi kaikkien aikojen ensimmäisen sinisen diodin, jolle on tunnusomaista lisääntynyt kirkkaus. Siitä hetkestä lähtien heidän kehittäjät oppivat saamaan minkä tahansa värin näkyvälle spektrille, mukaan lukien valkoinen.

LED-tuotteiden merkittävien ominaisuuksien ansiosta niistä on ajan myötä tullut vakava kilpailija monille tutuille hehkulampuille.

Vuodesta 2005 lähtien teollisuus on hallinnut valkoisten LED-valojen tuotannon, joiden valovirta on enintään 100 lm. Lisäksi he oppivat tekemään valaistuselementtejä erilaisilla valkoisilla sävyillä ("lämmin", "kylmä" ja muu hehku).

Säteilyn muodostumisen laite ja periaate

LED-toimintaperiaate

Ensinnäkin, jotta ymmärtäisit kuinka LED toimii, sinun on otettava huomioon useita seikkoja sen suunnittelussa:

  • LED-elementin perusta on puolijohdekide, joka kulkee virtaa vain yhteen suuntaan;
  • klassinen LED-laite olettaa eristävän alustan läsnäolon;
  • diodin lasirunko suojaa kiteä luotettavasti ulkoisilta vaikutuksilta ja on samalla sirontaelementti;
  • kotelon takaosassa on kaksi kosketinta, joihin LED saa virtaa.

Lähettävän laitteen käyttöiän pidentämiseksi diffuusiolinssin ja itse kiteen välinen tila täytetään läpinäkyvällä silikoniyhdisteellä.

Joidenkin LEDien rakenteessa on erityinen alumiinisubstraatti, joka on laitteen pohja ja poistaa samalla siitä ylimääräisen lämmön.

LED-valon toiminta on helpompaa ymmärtää tutkimalla puolijohdekohta, jota ammattilaiset kutsuvat elektronireikäristeeksi. Sen nimi liittyy päärakenteen kantajien erilaiseen luonteeseen kahden rakenteen rajakerroksessa. Yhdessä puolijohteessa on ylimääräinen elektroni kosketusrajalla, ja viereisessä materiaalissa on ylimääräisiä reikiä.Puolijohdeliitoksen valmistusprosessissa ne tunkeutuvat viereiseen kerrokseen muodostaen potentiaalisen esteen, joka estää niiden käänteisen esijännityksen. LEDin eteenpäin suuntautuvan jännitteen arvo sen toiminnan aikana riippuu risteyksen leveydestä.

Kun diodiin kohdistetaan tietyn napaisuuden potentiaali ja vakiovirtalähteen tuottama arvo, on mahdollista siirtää liitoskohtaa haluttuun suuntaan. Tämä johtaa sen avautumiseen ja vastakkaisesti varautuneiden hiukkasten vastavirtauksen ilmestymiseen. Kun ne törmäävät, kvantti valoenergiaa - fotoneja - säteilee siirtymän rajoissa. Näiden pulssien toistumisnopeudesta riippuen säteily saa tietyn värin.

Mikä määrittää LEDin värin

Vaihtoehdot valkoisen LEDin säteilyn saamiseksi

LEDien valmistuksessa käytetään erityyppisiä puolijohdemateriaaleja, joiden valinta määrää niiden lähettämän värisävyn.

Kyky erottaa väri on ihmissilmän luontainen ominaisuus, joka pystyy vangitsemaan sen porrastukset erittäin tarkasti. Se liittyy erottamattomasti kvanttisäteilyn aallonpituuteen, jota tietyn taajuuden sähkömagneettiset aallot kuljettavat mukanaan. Tässä tapauksessa valopulssit muodostuvat LEDin puolijohteiden liitosrajaan.

Tutkiessaan erilaisten puolijohteiden ominaisuuksia tutkimuksen varhaisessa vaiheessa tutkijat ovat tunnistaneet materiaaleja, kuten galliumfosfidi, sekä kolmikomponenttiset yhdisteet AlGaAs ja GaAsP. Niitä käytettäessä oli mahdollista saada punaista ja kelta-vihreää säteilyä. Nykyään erilaisten väriyhdistelmien saamiseksi käytetään monimutkaisempia alumiinin yhdistelmiä indiumin ja galliumin (AllnGaP) tai indium-galliumnitridin (InGaN) kanssa. Nämä puolijohteet kykenevät kestämään merkittäviä virtoja, mikä mahdollistaa niistä korkean valotehokkuuden.

Värien sekoitustekniikka

Värien sekoitustekniikka

Nykyaikaiset diodinauhat ja modulaariset LED-klusterit pystyvät tuottamaan erilaisia ​​valaistuksen sävyjä. Koska yksi siirtymä tuottaa yksiväristä säteilyä, monivärinen laite tarvitaan monivärisen hehkun luomiseksi. Tämä monimutkainen tuote toimii kuin tietokonenäyttö, jolta on mahdollista saada melkein mikä tahansa sävy (tätä varten käytetään erityistä RGB-moduulia).

Tätä varjostuksen muodostumisen periaatetta hyödyntäen oli mahdollista saada valkoinen hehku, jota käytetään laajasti esimerkiksi LED-valonheittimissä. Tätä varten kaikki kolme alkuperäistä tai perusväriä sekoitettiin yhtä suurina osuuksina.

Se voidaan myös saada yhdistämällä ultravioletti- tai sinisen säteilyn diodirakenteet keltaisella fosforityyppisellä pinnoitteella.

LED-valmistuksen ominaisuudet

LED-tuotanto

Jotta ymmärtäisit, kuinka ledit valmistetaan, sinun on tutustuttava rakenteellisiin ominaisuuksiin valmistuksessa käytettyjen tekniikoiden suhteen. Siksi niiden tuotannon erityispiirteitä tarkasteltaessa otetaan ensin huomioon seuraavat seikat:

  • erityinen menetelmä säteilyn värin (matriisi tai fosfori) muodostamiseksi;
  • kuinka monta voltin LEDiä on suunniteltu ja mitä nykyarvoa ne kestävät;
  • mikä tekniikka antaa sinulle parhaan mahdollisen hehkun ja on halvempaa.

Sirujen valmistaminen matriisimenetelmällä maksaa valmistajalle enemmän, mikä maksaa hyväksi korkealla säteilyllä. Fosforien haittoja ovat heikko valoteho sekä säteilyn ei täysin puhdas väri. Lisäksi heidän työelämänsä on lyhyempi ja epäonnistuu todennäköisemmin.

Valmistettaessa yksinkertaisia ​​ilmaisiodiodeja, joiden tasajännite on 2-4 volttia, niiden siirtymä lasketaan pienille virroille (enintään 50 mA). Täysimittaisten valaistuslaitteiden ja LED-siltapiirien luomiseen tarvitaan laitteita, joilla on suuri virranopeus (enintään 1 ampeeri). Jos yhdessä moduulissa diodit on kytketty sarjaketjuun, niiden risteyksissä kokonaisjännite saavuttaa 12 tai jopa 24 volttia.Tuotteita valmistettaessa jokaisen LEDin plusmerkki on merkitty erityisellä tavalla (vastaavaan jalkaan tehdään pieni ulkonema).

Sovellukset ja hehkun hallinta

LEDien käyttö lampussa

Erilaisten muunnosten vuoksi LED-tuotteita käytetään laajalti eri aloilla:

  • esimerkiksi tyypilliseen kattokruunuun tai tavalliseen seinäkeittimeen asennettujen energiansäästölamppujen valmistuksessa;
  • käytettäväksi valaisimina laajalle levinneissä pienoislampuissa sekä suuremmissa rakenteissa, kuten "retkeilylamput";
  • tarvittaessa tilojen koristeellinen valaistus pitkien, eriväristen nauhojen muodossa.


Niiden käyttö johtuu laitteen kestävyydestä ilmastotekijöille, joka on arvioitu tuotteen suojausluokan mukaan. Suunnittelusta riippuen niitä käytetään vain sisätiloissa tai ne voivat toimia avoimissa tiloissa (erityisesti mainostaulujen tai LED-sateen koristeena).

Voit säätää tavallisen lampun tai kattokruunun kirkkautta eri tavoin. Tätä varten käytetään useimmiten erityisiä elektronisia piirejä, jotka mahdollistavat valopulssien amplitudin ja muiden parametrien moduloinnin. Kodinkoneiden kanssa työskentelyn helpottamiseksi tällainen moduuli valmistetaan tavallisen ohjauspaneelin muodossa.

ihousetop.decorexpro.com/fi/
Lisää kommentti

Säätiö

Ilmanvaihto

Lämmitys