A LED megértéséhez először meg kell értenie annak általánosan elfogadott jelölését, amelyet angolul LED-ként ábrázolnak. Lefordítva ez szó szerint "kis LED-ek kibocsátását" jelenti. Műszaki szempontból félvezető eszközök, amelyek az elektromos áramot látható fénysugárzattá alakítják. Ez a legegyszerűbb termék megjelenésében és kialakításában jelentősen eltér a tipikus világítóeszközöktől: izzólámpák és hasonlók.
A származás története
A LED-sugárzók készülékét és működési elvét könnyebb megérteni, ha megismerkedsz az előfordulásuk hátterével. Ez a kibocsátó termék először 1962-ben született monokróm vörös dióda formájában. Számos hiány ellenére gyártási technológiáját ígéretesnek ismerték el. Egy évtizeddel a vörös minta bemutatása után zöld és sárga LED-eket mutattak be a nagyközönségnek. Alacsony visszarúgásuk miatt ezeket a termékeket főleg az otthonon belül használták jelzőként a háztartási elektronikai készülékek előlapjain.
Az idő múlásával az izzás intenzitása többször megnőtt, és a múlt század 90-es éveiben 1 lumennek megfelelő fényárammal rendelkező mintát lehetett készíteni. 1993-ban S. Nakamura japán mérnök létrehozta az első kék diódát, amelyet megnövelt fényerő jellemez. Ettől a pillanattól kezdve fejlesztőik megtanulták, hogyan lehet bármilyen színt elérni a látható spektrumban, beleértve a fehéret is.
A LED-termékek figyelemre méltó tulajdonságainak köszönhetően az idő múlásával komoly versenytársává váltak a sokak számára ismert izzók számára.
2005 óta az ipar elsajátította a fehér LED-ek gyártását, amelyek fényárama legfeljebb 100 lm. Ezenkívül megtanulták, hogyan kell világító elemeket készíteni a fehér különböző árnyalataival („meleg”, „hideg” és egyéb fény).
A sugárképzés eszköze és elve
A LED működésének megértéséhez először is számos szempontot figyelembe kell vennie annak kialakításával kapcsolatban:
- a LED elem alapja egy félvezető kristály, amely csak egy irányban adja át az áramot;
- a klasszikus LED-készülék feltételezi a szigetelő hordozó jelenlétét;
- a dióda üvegteste megbízhatóan megvédi a kristályt a külső hatásoktól, és egyben szóró elem;
- a ház hátulján két érintkező található, amelyekhez a LED villamos energiát kap.
A kibocsátó eszköz élettartamának növelése érdekében a diffúz lencse és maga a kristály közötti teret átlátszó szilikonvegyület tölti ki.
Egyes LED-ek felépítésében egy speciális alumínium hordozó van kialakítva, amely a készülék alapja, és ugyanakkor eltávolítja belőle a felesleges hőt.
Könnyebb megérteni a LED működését, ha megvizsgáljuk a félvezetői elágazást, amelyet a szakemberek elektronlyuk-elágazásnak neveznek. Nevéhez fűződik a két szerkezet határrétegében található fő hordozók eltérő jellege. Az egyik félvezetőben elektronfelesleg van az érintkezési határon, a szomszédos anyagban pedig felesleges furatok vannak.A félvezetői csomópont gyártása során behatolnak a szomszédos rétegbe, potenciális akadályt képezve, amely megakadályozza fordított torzításukat. A LED-en az előremenő feszültség értéke a működése során a csomópont szélességétől függ.
Ha egy adott polaritású potenciált és egy állandó áramforrás által generált értéket alkalmazunk a diódára, akkor a csomópontot a kívánt irányba lehet elmozdítani. Ez megnyitásához és ellentétesen töltött részecskék ellenáramának megjelenéséhez vezet. Amikor ütköznek, a fényenergia kvantumai - fotonok - bocsátódnak ki az átmenet határain belül. Ezen impulzusok ismétlődési sebességétől függően a sugárzás bizonyos színű színt kap.
Mi határozza meg a LED színét
A LED-ek gyártása során különféle típusú félvezető anyagokat használnak, amelyek megválasztása határozza meg az általuk kibocsátott színárnyalatot.
A szín megkülönböztetésének képessége az emberi szem veleszületett tulajdonsága, amely képes nagy pontossággal megragadni a színátmeneteket. Megszakíthatatlanul kapcsolódik a kvantumsugárzás hullámhosszához, amelyet egy bizonyos frekvenciájú elektromágneses hullámok hordoznak magukban. Ebben az esetben fényimpulzusok képződnek a LED félvezetői csatlakozási határán.
Amikor a különféle félvezetők tulajdonságait tanulmányozásuk korai szakaszában tanulmányozták, a tudósok olyan anyagokat azonosítottak, mint a gallium-foszfid, valamint az AlGaAs és a GaAsP háromkomponensű vegyületek. Használatuk során vörös és sárga-zöld sugárzást lehetett elérni. Ma különféle színkombinációk előállításához az alumínium bonyolultabb kombinációit alkalmazzák indiummal és galliummal (AllnGaP) vagy indium-gallium nitriddel (InGaN). Ezek a félvezetők képesek ellenállni a jelentős áramoknak, ami lehetővé teszi tőlük a magas fényhatékonyság elérését.
Színkeverési technika
A modern diódacsíkok és a LED moduláris klaszterek a fénytartomány különböző árnyalatait képesek előállítani. Tekintettel arra, hogy egy átmenet monokróm sugárzást generál, a többszínű ragyogás létrehozásához több chipes eszközre van szükség. Ez a komplex termék úgy működik, mint egy számítógépes monitor, amelyen szinte bármilyen árnyalatot el lehet érni (ehhez egy speciális RGB modult használnak).
Kihasználva ezt az árnyékképződés elvét, fehér ragyogást lehetett elérni, amelyet például a LED-es reflektoroknál széles körben használnak. Ehhez mindhárom eredeti vagy alapszínt egyenlő arányban keverték össze.
Az ultraibolya vagy kék sugárzású diódaszerkezetek és a sárga foszfor típusú bevonat kombinálásával is előállítható.
A LED gyártás jellemzői
A LED-ek gyártásának megértéséhez meg kell ismerkednie a gyártás során alkalmazott technológiák szerkezeti jellemzőivel. Ezért a gyártás sajátosságainak mérlegelésekor először is a következő szempontokat veszik figyelembe:
- a sugárzás színének (mátrix vagy foszfor) kialakításának sajátos módszere;
- hány voltos LED-ek vannak kialakítva, és milyen áramértéknek ellenállnak;
- mely technológia lehetővé teszi a ragyogás legjobb minőségének elérését, és olcsóbb.
A chipek mátrix sémával történő előállítása többe kerül a gyártónak, ami megtérül a magas minőségű sugárzás miatt. A foszforok hátrányai közé tartozik az alacsony fénykibocsátás, valamint a sugárzás nem teljesen tiszta színe. Ráadásul rövidebb a munkaidő, és nagyobb eséllyel buknak meg.
2-4 V közvetlen feszültségű egyszerű indikátordiódák gyártásakor az átmenetüket kis áramok (legfeljebb 50 mA) esetén számítják ki. Teljes értékű világítóeszközök és LED hídáramkörök létrehozásához nagy áramerősségű (legfeljebb 1 Amper) készülékekre lesz szükség. Ha egy modulban diódák soros láncban vannak összekötve, akkor a teljes feszültség csomópontjaikban eléri a 12 vagy akár 24 voltot.Termékek gyártásakor az egyes LED-ekhez tartozó plusz különleges módon van megjelölve (a megfelelő lábon kis kitüremkedés készül).
Alkalmazások és izzásszabályozás
A sokféle módosítás miatt a LED-termékeket széles körben használják a különböző területeken:
- energiatakarékos lámpák gyártásához, amelyeket például egy tipikus csillárba vagy egy közönséges falikarba helyeznek;
- világítótestként való használatra széles körben elterjedt miniatűr lámpákban, valamint nagyobb szerkezetekben, például "camping camping lámpák";
- ha szükséges, a helyiségek dekoratív megvilágítása hosszú, különböző színű szalagok formájában.
Használatuk az eszköz éghajlati tényezőkkel szembeni ellenálló képességének köszönhető, amelyet a termék védelmi osztálya értékel. A kiviteltől függően csak beltérben használják, vagy nyitott terekben is működhetnek (különösen óriásplakátok vagy LED esők díszítéseként).
Különböző módon szabályozhatja a fényerő szintjét egy közönséges lámpában vagy csillárban. Ehhez leggyakrabban speciális elektronikus áramköröket használnak, amelyek lehetővé teszik a fényimpulzusok amplitúdójának és egyéb paramétereinek modulálását. A háztartási felszerelésekkel való munkavégzés kényelme érdekében egy ilyen modult szabványos vezérlőpanel formájában gyártanak.
