Norėdami suprasti, kas yra šviesos diodas, pirmiausia turite suprasti jo visuotinai priimtą pavadinimą, angliškai vaizduojamą kaip šviesos diodą. Išvertus, tai pažodžiui reiškia „skleidžia mažus šviesos diodus“. Techniškai kalbant, tai yra puslaidininkiniai įtaisai, kurie elektros srovę paverčia matoma šviesa. Šis paprasčiausias gaminys savo išvaizda ir dizainu labai skiriasi nuo tipiškų apšvietimo įtaisų: kaitrinių lempų ir panašiai.
Kilmės istorija
LED spinduolių prietaisą ir veikimo principą lengviau suprasti, jei susipažinsite su jų atsiradimo istorija. Pirmą kartą šis spinduliuojantis produktas gimė 1962 m. - vienspalvis raudonas diodas. Nepaisant daugybės trūkumų, jo gamybos technologija buvo pripažinta perspektyvia. Praėjus dešimtmečiui po to, kai buvo parodytas raudonas pavyzdys, žalios ir geltonos šviesos diodai buvo pristatyti plačiajai visuomenei. Dėl mažo atatrankos šie gaminiai daugiausia buvo naudojami namuose kaip indikatoriai ant buitinių elektroninių prietaisų priekinių skydų.
Laikui bėgant, švytėjimo intensyvumas buvo kelis kartus padidintas, o praėjusio amžiaus 90-aisiais buvo įmanoma pagaminti mėginį, kurio šviesos srautas buvo lygus 1 liumenui. 1993 m. Japonų inžinierius S. Nakamura sukūrė pirmąjį mėlyną diodą, kuriam būdingas padidėjęs ryškumas. Nuo to momento jų kūrėjai sužinojo, kaip gauti bet kokią matomo spektro spalvą, įskaitant baltą.
Dėl puikių LED gaminių savybių, laikui bėgant, jie tapo rimtu daugeliui pažįstamų kaitrinių lempučių konkurentu.
Nuo 2005 m. Pramonė įvaldė baltų šviesos diodų, kurių šviesos srautas yra iki 100 lm ir daugiau, gamybą. Be to, jie išmoko gaminti apšvietimo elementus su skirtingais baltos spalvos atspalviais („šiltas“, „šaltas“ ir kitas švytėjimas).
Radiacijos formavimo įtaisas ir principas
Norėdami suprasti, kaip veikia šviesos diodas, pirmiausia turite atsižvelgti į keletą taškų, susijusių su jo dizainu:
- LED elemento pagrindas yra puslaidininkinis kristalas, praeinantis srovę tik viena kryptimi;
- klasikinis šviesos diodų įtaisas daro prielaidą, kad yra izoliacinis pagrindas;
- stiklinis diodo korpusas patikimai apsaugo kristalą nuo išorinių įtakų ir tuo pačiu yra sklaidos elementas;
- korpuso gale yra du kontaktai, į kuriuos tiekiamas šviesos diodo elektros maitinimas.
Norėdami padidinti spinduliuojančio prietaiso tarnavimo laiką, tarpas tarp difuzinio lęšio ir paties kristalo užpildomas permatomu silikono junginiu.
Kai kurių šviesos diodų konstrukcijoje yra specialus aliuminio pagrindas, kuris yra prietaiso pagrindas ir tuo pačiu pašalina šilumos perteklių.
Lengviau suprasti, kaip veikia šviesos diodas, ištyrus puslaidininkių mazgą, kurį specialistai vadina elektronų-skylių sandūra. Jo pavadinimas siejamas su skirtingu pagrindinių struktūrų pobūdžiu ribiniame dviejų struktūrų sluoksnyje. Viename puslaidininkyje kontaktų riboje yra elektronų perteklius, o gretimoje medžiagoje yra perteklinių skylių.Puslaidininkių sandūros gamybos procese jie prasiskverbia į gretimą sluoksnį, formuodami potencialų barjerą, kuris užkerta kelią jų atvirkštiniam poslinkiui. Šviesos diodo priekinės įtampos vertė jo veikimo metu priklauso nuo sankryžos pločio.
Kai diodui pritaikomas tam tikro poliškumo potencialas ir pastovios srovės šaltinio sukurta vertė, jungtį galima išstumti norima kryptimi. Tai sukels jo atidarymą ir priešingo krūvio dalelių srauto pasirodymą. Jiems susidūrus, perėjimo ribose išsiskiria šviesos energijos kvantai - fotonai. Priklausomai nuo šių impulsų pasikartojimo dažnio, spinduliuotė įgauna tam tikrą spalvų spalvą.
Kas lemia šviesos diodo spalvą
Gaminant šviesos diodus naudojamos įvairios puslaidininkių medžiagos, kurių pasirinkimas lemia jų skleidžiamą spalvų atspalvį.
Gebėjimas atskirti spalvą yra įgimta žmogaus akies savybė, galinti labai tiksliai užfiksuoti jos gradacijas. Tai yra neatskiriamai susijusi su kvantinės spinduliuotės bangos ilgiu, kurį tam tikro dažnio elektromagnetinės bangos neša su savimi. Šiuo atveju šviesos impulsai susidaro ties šviesos diodo puslaidininkių sandūros riba.
Tyrinėdami įvairių puslaidininkių savybes ankstyvoje jų tyrimo stadijoje, mokslininkai nustatė tokias medžiagas kaip galio fosfidas, taip pat trikampius junginius AlGaAs ir GaAsP. Juos naudojant buvo galima gauti raudoną ir geltonai žalią spinduliuotę. Šiandien, norint gauti įvairių spalvų derinių, naudojami sudėtingesni aliuminio deriniai su indiu ir galiu (AllnGaP) arba indio-gallio nitridu (InGaN). Šie puslaidininkiai gali atlaikyti reikšmingas sroves, o tai leidžia iš jų gauti didelį šviesos efektyvumą.
Spalvų maišymo technika
Šiuolaikinės diodų juostos ir LED modulinės grupės gali gaminti įvairius šviesos diapazono atspalvius. Atsižvelgiant į tai, kad vienas perėjimas sukuria vienspalvę spinduliuotę, norint sukurti daugiaspalvį švytėjimą, reikalingas kelių lustų įrenginys. Šis sudėtingas produktas veikia kaip kompiuterio monitorius, ant kurio galima išgauti beveik bet kokį atspalvį (tam naudojamas specialus RGB modulis).
Pasinaudojus šiuo šešėlių formavimo principu, pavyko išgauti baltą švytėjimą, kuris plačiai naudojamas, pavyzdžiui, LED prožektoriuose. Norėdami tai padaryti, visos trys originalios arba pagrindinės spalvos buvo sumaišytos lygiomis proporcijomis.
Jį taip pat galima gauti derinant ultravioletinės arba mėlynosios spinduliuotės diodų struktūras su geltonos spalvos fosforo tipo danga.
LED gamybos ypatybės
Norėdami suprasti, kaip gaminami šviesos diodai, turite susipažinti su konstrukcijos ypatumais, atsižvelgiant į gamyboje naudojamas technologijas. Todėl, atsižvelgiant į jų gamybos ypatumus, visų pirma atsižvelgiama į šiuos dalykus:
- konkretus spinduliuotės spalvos (matricos ar fosforo) formavimo metodas;
- kiek voltų šviesos diodų yra suprojektuoti ir kokią dabartinę vertę jie atlaiko;
- kuri technologija leidžia jums gauti geriausią švytėjimo kokybę ir yra pigesnė.
Lustų gamyba naudojant matricos schemą gamintojui kainuos brangiau, o tai atsiperka dėl aukštos radiacijos kokybės. Fosforų trūkumai yra mažas šviesos srautas ir ne visai gryna radiacijos spalva. Be to, jie turi trumpesnį darbinį gyvenimą ir dažniau žlunga.
Gaminant paprastus indikatoriaus diodus, kurių tiesioginė įtampa yra 2-4 voltai, jų perėjimas apskaičiuojamas mažoms srovėms (iki 50 mA). Norint sukurti pilnaverčius apšvietimo įtaisus ir LED tiltų grandines, reikės didelių srovės dažnių (iki 1 ampero) prietaisų. Jei diodai jungiami nuoseklioje grandinėje viename modulyje, bendra jų jungčių įtampa siekia 12 ar net 24 voltus.Gaminant gaminius, kiekvieno šviesos diodo pliusas pažymimas specialiu būdu (ant atitinkamos kojos padaromas nedidelis išsikišimas).
Programos ir švytėjimo valdymas
Dėl modifikacijų įvairovės LED produktai yra plačiai naudojami įvairiose srityse:
- gaminant energiją taupančias lempas, įmontuotas, pavyzdžiui, tipiškuose sietynuose arba paprastose sieninėse žvakidėse;
- skirti naudoti kaip apšvietėjai plačiai paplitusiuose miniatiūriniuose žibintuvėliuose, taip pat didesnėse konstrukcijose, tokiose kaip „kempingo žibintai“;
- jei reikia, dekoratyvinis patalpų apšvietimas ilgų, skirtingų spalvų juostų pavidalu.
Jų naudojimą lemia prietaiso atsparumo klimato veiksnių įtakai laipsnis, įvertintas pagal produkto apsaugos klasę. Priklausomai nuo dizaino, jie naudojami tik patalpose arba gali dirbti atvirose vietose (ypač kaip reklaminių skydų ar ypač lietaus lietaus apdaila).
Įvairių būdų galite reguliuoti paprastos lempos ar liustra švytėjimo lygį. Tam dažniausiai naudojamos specialios elektroninės grandinės, leidžiančios moduliuoti šviesos impulsų amplitudę ir kitus parametrus. Kad būtų patogiau dirbti su buitine įranga, toks modulis gaminamas kaip standartinis valdymo pultas.
