Untuk memahami apa itu LED, pertama anda perlu memahami sebutannya yang diterima umum, yang dinyatakan dalam bahasa Inggeris sebagai LED. Diterjemahkan, ini secara harfiah bermaksud "memancarkan LED kecil". Dari sudut pandangan teknikal, mereka adalah alat semikonduktor yang mengubah arus elektrik menjadi sinaran cahaya yang dapat dilihat. Produk yang paling sederhana dalam penampilan dan reka bentuknya sangat berbeza dengan peranti pencahayaan khas: lampu pijar dan sejenisnya.
Sejarah asal
Peranti dan prinsip operasi pemancar LED lebih mudah difahami jika anda membiasakan diri dengan latar belakang kejadiannya. Buat pertama kalinya produk pemancar ini dilahirkan pada tahun 1962 dalam bentuk diod merah monokrom. Walaupun terdapat banyak kekurangan, teknologi pembuatannya diakui menjanjikan. Satu dekad setelah menunjukkan sampel merah, LED hijau dan kuning diperkenalkan kepada masyarakat umum. Oleh kerana daya tarikan mereka yang rendah, produk ini digunakan terutamanya di dalam rumah sebagai petunjuk pada panel depan peralatan elektronik isi rumah.
Dari masa ke masa, intensiti cahaya meningkat beberapa kali, dan pada tahun 90an abad yang lalu adalah mungkin untuk membuat sampel dengan fluks bercahaya sama dengan 1 lumen. Pada tahun 1993, jurutera Jepun S. Nakamura mencipta diod biru pertama, yang dicirikan oleh peningkatan tahap cahaya. Sejak saat itu, pembangun mereka belajar bagaimana mendapatkan warna dalam spektrum yang dapat dilihat, termasuk warna putih.
Berkat ciri-ciri produk LED yang luar biasa, dari masa ke masa, mereka telah menjadi pesaing serius terhadap lampu pijar yang tidak asing bagi banyak orang.
Sejak tahun 2005, industri ini telah menguasai pengeluaran LED putih dengan fluks bercahaya hingga 100 lm dan lebih. Di samping itu, mereka belajar bagaimana membuat elemen pencahayaan dengan warna putih yang berbeza ("hangat", "sejuk" dan cahaya lain).
Peranti dan prinsip pembentukan sinaran
Untuk memahami bagaimana LED berfungsi, pertama sekali, anda perlu mengambil kira beberapa perkara mengenai reka bentuknya:
- asas elemen LED adalah kristal semikonduktor yang mengalirkan arus hanya dalam satu arah;
- peranti LED klasik menganggap adanya substrat penebat;
- badan kaca dioda melindungi kristal dengan pasti dari pengaruh luaran dan pada masa yang sama menjadi unsur penyerakan;
- terdapat dua kenalan di bahagian belakang casing, di mana LED dibekalkan dengan kuasa elektrik.
Untuk meningkatkan jangka hayat peranti pemancar, ruang antara kanta penyebar dan kristal itu sendiri diisi dengan sebatian silikon lutsinar.
Dalam struktur beberapa LED, disediakan substrat aluminium khas, yang merupakan dasar peranti dan pada masa yang sama menghilangkan haba berlebihan daripadanya.
Lebih mudah untuk memahami bagaimana LED berfungsi dengan memeriksa persimpangan semikonduktor, yang oleh profesional memanggil simpang lubang elektron. Namanya dikaitkan dengan sifat pembawa utama yang berbeza dalam lapisan sempadan kedua struktur tersebut. Dalam satu semikonduktor, terdapat lebihan elektron pada batas kontak, dan pada bahan bersebelahan terdapat lebihan lubang.Dalam proses pembuatan persimpangan semikonduktor, mereka menembusi ke lapisan bersebelahan, membentuk penghalang berpotensi yang menghalang bias terbalik mereka. Nilai voltan hadapan pada LED semasa pengoperasiannya bergantung pada lebar persimpangan.
Apabila potensi polaritas tertentu dan nilai yang dihasilkan oleh sumber arus tetap diterapkan pada dioda, kemungkinan untuk menggantikan persimpangan ke arah yang diinginkan. Ini akan menyebabkan pembukaannya dan penampilan aliran balik zarah-zarah bermuatan bertentangan. Apabila mereka bertembung, kuantiti tenaga cahaya - foton - dipancarkan dalam batas peralihan. Bergantung pada kadar pengulangan denyutan ini, sinaran memperoleh pewarnaan warna tertentu.
Apa yang menentukan warna LED
Dalam pembuatan LED, digunakan pelbagai jenis bahan semikonduktor, pilihannya menentukan warna warna yang mereka pancarkan.
Keupayaan untuk membezakan warna adalah sifat semula jadi mata manusia, mampu menangkap gradasinya dengan tepat. Ia tidak dapat dipisahkan dengan panjang gelombang radiasi kuantum yang gelombang elektromagnetik frekuensi tertentu dibawa bersama mereka. Dalam kes ini, denyutan cahaya terbentuk di sempadan semikonduktor LED.
Semasa mengkaji sifat-sifat pelbagai semikonduktor pada peringkat awal kajian mereka, saintis telah mengenal pasti bahan seperti gallium fosfida, serta sebatian ternary AlGaAs dan GaAsP. Semasa menggunakannya, mungkin terdapat sinaran merah dan kuning-hijau. Hari ini, untuk mendapatkan pelbagai kombinasi warna, digunakan gabungan aluminium dengan indium dan gallium (AllnGaP) atau indium-gallium nitrida (InGaN) yang lebih kompleks. Semikonduktor ini mampu menahan arus yang ketara, yang memungkinkan untuk memperoleh keberkesanan bercahaya tinggi dari mereka.
Teknik pencampuran warna
Jalur diod moden dan kluster modular LED mampu menghasilkan pelbagai warna julat cahaya. Memandangkan satu peralihan menghasilkan sinaran monokrom, peranti multi-cip diperlukan untuk membuat cahaya pelbagai warna. Produk kompleks ini berfungsi seperti monitor komputer, di mana mungkin untuk memperoleh hampir semua warna (untuk ini, modul RGB khas digunakan).
Dengan memanfaatkan prinsip pembentukan teduhan ini, misalnya, dapat memperoleh cahaya putih, yang banyak digunakan dalam lampu sorot LED, misalnya. Untuk melakukan ini, ketiga-tiga warna asal atau asas dicampur dalam bahagian yang sama.
Ia juga dapat diperoleh dengan menggabungkan struktur diod sinaran ultraviolet atau biru dengan lapisan jenis fosfor kuning.
Ciri pembuatan LED
Untuk memahami bagaimana LED dibuat, anda perlu membiasakan diri dengan ciri-ciri struktur dari segi teknologi yang digunakan dalam pembuatannya. Oleh itu, apabila mempertimbangkan spesifik pengeluaran mereka, pertama sekali, perkara berikut diambil kira:
- kaedah khusus untuk membentuk warna sinaran (matriks atau fosfor);
- berapa volt LED yang dirancang untuk, dan berapa nilai semasa yang mereka tahan;
- teknologi mana yang membolehkan anda mendapatkan kualiti cahaya terbaik dan lebih murah.
Pembuatan cip menggunakan skema matriks akan mengeluarkan kos lebih tinggi dari pengeluar, yang menghasilkan kualiti radiasi yang tinggi. Kelemahan fosfor termasuk keluaran cahaya rendah, serta warna radiasi yang tidak sepenuhnya murni. Di samping itu, mereka mempunyai kehidupan kerja yang lebih pendek dan cenderung gagal.
Dalam pembuatan diod penunjuk sederhana dengan voltan langsung 2-4 Volt, peralihannya dikira untuk arus kecil (hingga 50 mA). Untuk membuat peranti pencahayaan lengkap dan litar jambatan LED, peranti dengan kadar arus tinggi (sehingga 1 Ampere) akan diperlukan. Sekiranya dalam satu modul dioda disambungkan dalam rantai bersiri, voltan total pada persimpangannya mencapai 12 atau bahkan 24 volt.Semasa membuat produk, nilai tambah untuk setiap LED ditandai dengan cara khas (penonjolan kecil dibuat pada kaki yang sesuai).
Aplikasi dan kawalan cahaya
Kerana pelbagai modifikasi, produk LED banyak digunakan dalam pelbagai bidang:
- dalam pembuatan lampu penjimatan tenaga yang dipasang di kandil biasa, misalnya, atau di tempat lilin dinding biasa;
- untuk digunakan sebagai pencahayaan dalam tanglung miniatur yang meluas, dan juga dalam struktur yang lebih besar seperti "lampu perkhemahan perkhemahan";
- jika perlu, pencahayaan hiasan premis dalam bentuk pita panjang dengan warna yang berbeza.
Penggunaannya disebabkan oleh tahap ketahanan peranti terhadap faktor iklim, yang dinilai oleh kelas perlindungan produk. Bergantung pada reka bentuk, mereka hanya digunakan di dalam rumah atau mereka boleh bekerja di tempat terbuka (sebagai hiasan untuk papan iklan atau hujan LED, khususnya).
Anda boleh mengawal tahap cahaya dalam lampu atau candelier biasa dengan pelbagai cara. Untuk ini, litar elektronik khas paling kerap digunakan, yang memungkinkan memodulasi amplitud dan parameter denyut cahaya lain. Untuk kemudahan bekerja dengan peralatan rumah tangga, modul seperti itu dihasilkan dalam bentuk panel kawalan standard.
