Lai saprastu, kas ir LED, vispirms ir jāsaprot tā vispārpieņemtais apzīmējums, kas angļu valodā tiek attēlots kā LED. Tulkojumā tas burtiski nozīmē "izstaro mazas gaismas diodes". No tehniskā viedokļa tās ir pusvadītāju ierīces, kas pārveido elektrisko strāvu par redzamu gaismas starojumu. Šis vienkāršākais produkts pēc izskata un dizaina ievērojami atšķiras no tipiskām apgaismes ierīcēm: kvēlspuldzēm un tamlīdzīgi.
Izcelsmes vēsture
Ierīci un LED izstarotāju darbības principu ir vieglāk saprast, ja jūs iepazīstaties ar to rašanās fona. Pirmo reizi šis izstarojošais produkts dzimis 1962. gadā vienkrāsaina sarkanā diodes formā. Neskatoties uz vairākiem trūkumiem, tā ražošanas tehnoloģija tika atzīta par daudzsološu. Desmit gadu laikā pēc sarkanā parauga parādīšanas plašai sabiedrībai tika ieviesti zaļie un dzeltenie gaismas diodes. Sakarā ar zemo atsitienu šie produkti galvenokārt tika izmantoti mājās kā indikatori uz sadzīves elektronisko ierīču priekšējiem paneļiem.
Laika gaitā spīduma intensitāte tika palielināta vairākas reizes, un pagājušā gadsimta 90. gados bija iespējams veikt paraugu ar gaismas plūsmu, kas vienāda ar 1 lūmenu. 1993. gadā japāņu inženieris S. Nakamura izveidoja visu laiku pirmo zilo diode, kas izceļas ar paaugstinātu spilgtuma līmeni. Kopš šī brīža viņu izstrādātāji uzzināja, kā iegūt jebkuru krāsu redzamajā spektrā, ieskaitot balto.
Pateicoties LED izstrādājumu ievērojamajām īpašībām, laika gaitā tie ir kļuvuši par nopietnu konkurentu daudziem pazīstamajām kvēlspuldzēm.
Kopš 2005. gada nozare ir apguvusi balto gaismas diožu ražošanu ar gaismas plūsmu līdz 100 lm un vairāk. Turklāt viņi iemācījās izgatavot apgaismojuma elementus ar dažādiem baltas krāsas toņiem ("silts", "auksts" un cits spīdums).
Radiācijas veidošanās ierīce un princips
Lai saprastu, kā LED darbojas, vispirms jāņem vērā vairāki punkti attiecībā uz tā dizainu:
- LED elementa pamats ir pusvadītāju kristāls, kas iet strāvu tikai vienā virzienā;
- klasiskā LED ierīce pieņem izolācijas substrāta klātbūtni;
- diodes stikla korpuss droši aizsargā kristālu no ārējām ietekmēm un vienlaikus ir izkliedējošs elements;
- korpusa aizmugurē ir divi kontakti, kuriem LED tiek piegādāts ar elektrisko strāvu.
Lai palielinātu izstarojošās ierīces kalpošanas laiku, atstarpe starp izkliedējošo lēcu un pašu kristālu ir piepildīta ar caurspīdīgu silikona savienojumu.
Dažu LED struktūrā ir paredzēts īpašs alumīnija substrāts, kas ir ierīces pamats un tajā pašā laikā noņem no tā lieko siltumu.
Vieglāk saprast, kā darbojas LED, pārbaudot pusvadītāju savienojumu, kuru profesionāļi sauc par elektronu-caurumu savienojumu. Tās nosaukums ir saistīts ar galveno struktūru atšķirīgo raksturu abu struktūru robežslānī. Vienā pusvadītājā pie kontakta robežas ir elektronu pārpalikums, un blakus esošajā materiālā ir liekas atveres.Pusvadītāju savienojuma izgatavošanas procesā tie iekļūst blakus esošajā slānī, veidojot potenciālu barjeru, kas novērš to reverso novirzi. Gaismas diodes priekšējā sprieguma vērtība tā darbības laikā ir atkarīga no krustojuma platuma.
Kad diodei tiek piemērots noteikta polaritātes potenciāls un konstanta strāvas avota radītā vērtība, krustojumu ir iespējams izspiest vēlamajā virzienā. Tas novedīs pie tā atvēršanās un pretēji uzlādētu daļiņu pretplūsmas parādīšanās. Viņiem saduroties, pārejas robežās tiek izstaroti gaismas enerģijas kvanti - fotoni. Atkarībā no šo impulsu atkārtošanās ātruma starojums iegūst noteiktu krāsu krāsu.
Kas nosaka LED krāsu
Gaismas diožu ražošanā tiek izmantoti dažāda veida pusvadītāju materiāli, kuru izvēle nosaka to izstaroto krāsu nokrāsu.
Spēja atšķirt krāsu ir iedzimta cilvēka acs īpašība, kas ar lielu precizitāti spēj uztvert tās gradācijas. Tas ir nesaraujami saistīts ar kvantu starojuma viļņa garumu, ko noteiktas frekvences elektromagnētiskie viļņi nes sev līdzi. Šajā gadījumā gaismas impulsi tiek veidoti pie LED pusvadītāju savienojuma robežas.
Pētot dažādu pusvadītāju īpašības agrīnā pētījuma stadijā, zinātnieki ir identificējuši tādus materiālus kā gallija fosfīds, kā arī trīskāršos savienojumus AlGaAs un GaAsP. Tos izmantojot, bija iespējams iegūt sarkanu un dzeltenzaļu starojumu. Mūsdienās, lai iegūtu dažādas krāsu kombinācijas, tiek izmantotas sarežģītākas alumīnija kombinācijas ar indiju un galliju (AllnGaP) vai indija-gallija nitrīdu (InGaN). Šie pusvadītāji spēj izturēt ievērojamas strāvas, kas ļauj no tiem iegūt augstu gaismas efektivitāti.
Krāsu sajaukšanas tehnika
Mūsdienu diodes sloksnes un LED moduļu kopas spēj radīt dažādus gaismas diapazona toņus. Ņemot vērā to, ka viena pāreja rada vienkrāsainu starojumu, daudzkrāsaina mirdzuma radīšanai ir nepieciešama vairāku mikroshēmu ierīce. Šis sarežģītais produkts darbojas kā datora monitors, uz kura ir iespējams iegūt gandrīz jebkuru nokrāsu (šim nolūkam tiek izmantots īpašs RGB modulis).
Izmantojot šo ēnojuma veidošanās principu, bija iespējams iegūt baltu mirdzumu, ko plaši izmanto, piemēram, LED prožektoros. Lai to izdarītu, visas trīs oriģinālās vai pamata krāsas tika sajauktas vienādās proporcijās.
To var iegūt arī, apvienojot ultravioletā vai zilā starojuma diodu struktūras ar dzeltenu fosfora tipa pārklājumu.
LED ražošanas iezīmes
Lai saprastu, kā tiek izgatavotas gaismas diodes, jums jāiepazīstas ar strukturālajām īpašībām attiecībā uz ražošanā izmantotajām tehnoloģijām. Tāpēc, apsverot to ražošanas specifiku, galvenokārt tiek ņemti vērā šādi punkti:
- īpaša radiācijas krāsas (matricas vai fosfora) veidošanas metode;
- cik voltu gaismas diodes ir paredzētas un kādu pašreizējo vērtību tās iztur;
- kura tehnoloģija ļauj iegūt vislabāko spīduma kvalitāti un ir lētāka.
Mikroshēmu ražošana, izmantojot matricas shēmu, ražotājam izmaksās dārgāk, kas atmaksājas ar augstu radiācijas kvalitāti. Fosforu trūkumi ietver zemu gaismas izvadi, kā arī ne visai tīru starojuma krāsu. Turklāt viņiem ir īsāks darba mūžs, un viņiem, visticamāk, neizdosies.
Ražojot vienkāršas indikatora diodes ar tiešu spriegumu 2-4 volti, to pāreju aprēķina mazām strāvām (līdz 50 mA). Lai izveidotu pilnvērtīgas apgaismes ierīces un LED tilta shēmas, būs nepieciešamas ierīces ar lielu strāvas ātrumu (līdz 1 ampēriem). Ja vienā modulī diodes ir savienotas sērijveida ķēdē, kopējais spriegums to krustojumos sasniedz 12 vai pat 24 voltus.Izgatavojot izstrādājumus, katras gaismas diodes plus tiek atzīmēts īpašā veidā (uz attiecīgās kājas tiek izveidots neliels izvirzījums).
Lietojumi un spīduma kontrole
Modifikāciju dažādības dēļ LED produkti tiek plaši izmantoti dažādās jomās:
- enerģijas taupīšanas spuldžu ražošanā, kas uzstādīti, piemēram, tipiskā lustrā vai parastā sienas svečturī;
- izmantošanai kā apgaismotāji plaši izplatītās miniatūrās laternās, kā arī lielākās konstrukcijās, piemēram, "tūrisma kempinga lampās";
- ja nepieciešams, telpu dekoratīvs apgaismojums garu lentu veidā ar dažādām krāsām.
To lietošana ir saistīta ar ierīces izturības pakāpi klimatiskajiem faktoriem, ko novērtē produkta aizsardzības klase. Atkarībā no dizaina tos izmanto tikai telpās vai arī tie var darboties atklātās telpās (it īpaši kā reklāmas stendu vai LED lietus apdare).
Jūs varat dažādos veidos kontrolēt spilgtuma līmeni parastajā lukturī vai lustrā. Tam visbiežāk tiek izmantotas īpašas elektroniskās shēmas, kas ļauj modulēt gaismas impulsu amplitūdu un citus parametrus. Darba ērtībai ar sadzīves tehniku šāds modulis tiek ražots standarta vadības paneļa formā.
