כדי להבין מהי נורית LED, ראשית עליך להבין את ייעודה המקובל, המיוצג באנגלית כ- LED. בתרגום, זה פשוטו כמשמעו "פולטת נוריות נוריות קטנות". מנקודת מבט טכנית, הם התקני מוליכים למחצה הממירים זרם חשמלי לקרינת אור גלוי. מוצר פשוט ביותר במראהו ובעיצובו שונה באופן ניכר ממכשירי תאורה אופייניים: מנורות ליבון וכדומה.
היסטוריה של מקור
קל יותר להבין את המכשיר ואת עקרון הפעולה של פולטות LED אם אתה מכיר את הרקע של התרחשותם. לראשונה מוצר פולט זה נולד בשנת 1962 בצורת דיודה אדומה מונוכרום. למרות מספר חסרונות, טכנולוגיית הייצור שלה הוכרה כמבטיחה. עשור לאחר הצגת המדגם האדום, הוצגו נוריות LED ירוקות וצהובות לקהל הרחב. בשל הרתיעה הנמוכה שלהם, מוצרים אלה שימשו בעיקר בבית כמדדים בלוחות הקדמיים של מכשירים אלקטרוניים ביתיים.
עם הזמן, עוצמת הזוהר הוגדלה מספר פעמים, ובשנות ה -90 של המאה הקודמת ניתן היה להכין דגימה עם שטף אור השווה לומן אחד. בשנת 1993, המהנדס היפני ש 'נקאמורה יצר את הדיודה הכחולה הראשונה אי פעם, המאופיינת ברמת בהירות מוגברת. מאותו רגע למדו המפתחים שלהם כיצד להשיג כל צבע בספקטרום הגלוי, כולל לבן.
הודות למאפיינים המדהימים של מוצרי LED, עם הזמן הם הפכו למתחרה רציני לנורות הליבון המוכרות לרבים.
מאז 2005, התעשייה שולטת בייצור נוריות LED לבנות עם שטף אור של עד 100 ל"מ ויותר. בנוסף למדו כיצד להכין אלמנטים תאורה בגוונים שונים של לבן ("חם", "קר" וזוהר אחר).
המכשיר ועקרון היווצרות הקרינה
כדי להבין כיצד עובד נורית LED, קודם כל, עליך לקחת בחשבון מספר נקודות הנוגעות לעיצובו:
- הבסיס של אלמנט ה- LED הוא גביש מוליך למחצה המעביר את הזרם רק לכיוון אחד;
- מכשיר ה- LED הקלאסי מניח נוכחות של מצע בידוד;
- גוף הזכוכית של הדיודה מגן על הקריסטל באופן מהימן מפני השפעות חיצוניות והוא בו זמנית אלמנט פיזור;
- בגב המארז ישנם שני מגעים, אליהם מסופק נורית החשמל חשמל.
כדי להגדיל את חיי השירות של המכשיר הפולט, הרווח בין העדשה המפזרת לגביש עצמו מלא בתרכובת סיליקון שקופה.
במבנה של כמה נוריות LED, מסופק מצע אלומיניום מיוחד שהוא בסיס המכשיר ובמקביל מסיר ממנו עודף חום.
קל יותר להבין כיצד נורית LED פועלת על ידי בחינת צומת מוליכים למחצה, אותם אנשי מקצוע מכנים צומת חור אלקטרונים. שמו נקשר לאופי השונה של המובילים העיקריים בשכבת הגבול של שני המבנים. במוליך למחצה אחד, יש עודף אלקטרונים בגבול המגע, ובחומר הסמוך יש עודפי חורים.בתהליך ייצור צומת מוליכים למחצה, הם חודרים לשכבה הסמוכה, ויוצרים מחסום פוטנציאלי המונע את ההטיה ההפוכה שלהם. ערך המתח הקדמי על ה- LED במהלך פעולתו תלוי ברוחב הצומת.
כאשר מוחל על הדיודה פוטנציאל של קוטביות נתונה וערך שנוצר על ידי מקור זרם קבוע, ניתן לעקור את הצומת בכיוון הרצוי. זה יוביל לפתיחתו ולהופעת זרימה נגדית של חלקיקים טעונים מנוגדים. כאשר הם מתנגשים, קוונטים של אנרגיית אור - פוטונים - נפלטים בגבולות המעבר. בהתאם לקצב החזרה של הפולסים הללו, הקרינה מקבלת צבע מסוים.
מה קובע את צבע ה- LED
בייצור נוריות LED משתמשים בסוגים שונים של חומרי מוליכים למחצה, שהבחירה בהם קובעת את גוון הצבע שהם פולטים.
היכולת להבחין בצבע היא תכונה מולדת של העין האנושית, המסוגלת לתפוס את הדרגות שלה בדיוק רב. זה קשור באופן בלתי נפרד לאורך הגל של הקרינה הקוונטית שגלים אלקטרומגנטיים בתדר מסוים נושאים איתם. במקרה זה, פעימות אור נוצרות בגבול צומת המוליכים למחצה של ה- LED.
כאשר בחנו את המאפיינים של מוליכים למחצה שונים בשלב מוקדם של המחקר שלהם, מדענים זיהו חומרים כמו גליום פוספיד, כמו גם תרכובות שלישית AlGaAs ו- GaAsP בעת השימוש בהם ניתן היה להשיג קרינה אדומה וצהובה-ירוקה. כיום, על מנת להשיג שילובי צבעים שונים, משתמשים בשילובים מורכבים יותר של אלומיניום עם אינדיום וגליום (AllnGaP) או אינדיום-גליום ניטריד (InGaN). מוליכים למחצה אלה מסוגלים לעמוד בזרמים משמעותיים, מה שמאפשר להשיג מהם יעילות זוהרת גבוהה.
טכניקת ערבוב צבעים
רצועות דיודה מודרניות ואשכולות LED מודולריים מסוגלים לייצר גוונים שונים בטווח האור. בהתחשב בעובדה שמעבר אחד מייצר קרינה מונוכרומית, נדרש מכשיר רב-שבבי ליצירת זוהר רב-צבעוני. מוצר מורכב זה פועל כמו צג מחשב עליו ניתן להשיג כמעט כל גוון (לשם כך משתמשים במודול RGB מיוחד).
תוך ניצול עיקרון זה של היווצרות הצללה, ניתן היה להשיג זוהר לבן, הנמצא בשימוש נרחב בפנסי זרקור לד, למשל. לשם כך, כל שלושת צבעי המקור או הבסיס היו מעורבים בפרופורציות שוות.
ניתן להשיג אותו גם על ידי שילוב של מבני דיודות של קרינה אולטרה סגולה או כחולה עם ציפוי צהוב של זרחן.
תכונות של ייצור LED
כדי להבין כיצד מייצרים נוריות LED, עליך להכיר את המאפיינים המבניים מבחינת הטכנולוגיות המשמשות לייצור. לכן, כאשר בוחנים את הפרטים של הייצור שלהם, קודם כל, הנקודות הבאות נלקחות בחשבון:
- שיטה ספציפית ליצירת צבע הקרינה (מטריצה או זרחן);
- לכמה נורות LED נועדו, ובאיזה ערך זרם הם עומדים;
- איזו טכנולוגיה מאפשרת לך לקבל את האיכות הטובה ביותר של הזוהר והיא זולה יותר.
ייצור שבבים באמצעות תכנית מטריצה יעלה ליצרן יותר, ומשתלם באיכות הקרינה הגבוהה. החסרונות של זרחנים כוללים תפוקת אור נמוכה, כמו גם צבע טהור לא של הקרינה. בנוסף, יש להם חיי עבודה קצרים יותר והם נוטים יותר להיכשל.
בייצור דיודות אינדיקטור פשוטות עם מתח ישיר של 2-4 וולט, המעבר שלהן מחושב לזרמים קטנים (עד 50 mA). כדי ליצור מכשירי תאורה מן המניין ומעגלי גשר לד, יהיה צורך בהתקנים בעלי קצב זרם גבוה (עד 1 אמפר). אם במודול אחד מחוברות דיודות בשרשרת סדרתית, המתח הכולל בצמתים שלהם מגיע ל 12 או אפילו 24 וולט.בעת הכנת מוצרים הפלוס לכל נורית LED מסומן בצורה מיוחדת (נוצרת בליטה קטנה על הרגל המתאימה).
יישומים ושליטה בזוהר
בשל מגוון השינויים, נעשה שימוש נרחב במוצרי LED בתחומים שונים:
- בייצור מנורות לחיסכון באנרגיה המותקנות בנברשת טיפוסית, למשל, או בפמוט קיר רגיל;
- לשימוש כמאירים בפנסים מיניאטוריים רחבים, כמו גם במבנים גדולים יותר כמו "מנורות קמפינג";
- במידת הצורך, תאורה דקורטיבית של הנחות בצורת סרטים ארוכים בצבעים שונים.
השימוש בהם נובע ממידת ההתנגדות של המכשיר לגורמי אקלים, המוערכת על ידי מחלקת ההגנה של המוצר. בהתאם לעיצוב, הם משמשים רק בתוך הבית או שהם יכולים לעבוד בשטחים פתוחים (כקישוט לשלטי חוצות או גשם LED, בפרט).
ניתן לשלוט על רמת הבהירות במנורה רגילה או בנברשת בדרכים שונות. לשם כך משתמשים לרוב במעגלים אלקטרוניים מיוחדים המאפשרים לווסת את המשרעת ופרמטרים אחרים של פעימות האור. לנוחיות העבודה עם ציוד ביתי, מודול כזה מיוצר בצורה של לוח בקרה סטנדרטי.
