For å forstå hva en LED er, må du først forstå dens generelt aksepterte betegnelse, representert på engelsk som LED. Oversatt betyr dette bokstavelig talt "å sende ut små lysdioder". Fra et teknisk synspunkt er de halvledere som omdanner elektrisk strøm til synlig lysstråling. Dette enkleste produktet i utseende og design skiller seg markant fra typiske belysningsenheter: glødelamper og lignende.
Opprinnelseshistorie
Enheten og prinsippet for drift av LED-emittere er lettere å forstå hvis du gjør deg kjent med bakgrunnen for deres forekomst. For første gang ble dette emitterende produktet født i 1962 i form av en monokrom rød diode. Til tross for en rekke mangler ble produksjonsteknologien anerkjent som lovende. Et tiår etter å ha vist den røde prøven, ble grønne og gule lysdioder introdusert for allmennheten. På grunn av deres lave rekyl ble disse produktene hovedsakelig brukt i hjemmet som indikatorer på frontpanelene til elektroniske husholdningsapparater.
Over tid økte glødens intensitet flere ganger, og på 90-tallet i forrige århundre var det mulig å lage en prøve med en lysstrøm lik 1 lumen. I 1993 skapte den japanske ingeniøren S. Nakamura den første blå dioden noensinne, preget av et økt lysstyrke. Fra det øyeblikket lærte utviklerne deres hvordan man fikk hvilken som helst farge i det synlige spekteret, inkludert hvitt.
Takket være de bemerkelsesverdige egenskapene til LED-produkter, har de over tid blitt en seriøs konkurrent til glødelampene som er kjent for mange.
Siden 2005 har industrien mestret produksjonen av hvite lysdioder med en lysstrøm på opptil 100 lm og mer. I tillegg lærte de å lage lyselementer med forskjellige hvite nyanser ("varm", "kald" og annen glød).
Enheten og prinsippet for strålingsdannelse
For å forstå hvordan en LED fungerer, må du først og fremst ta hensyn til en rekke punkter angående utformingen:
- grunnlaget for LED-elementet er en halvlederkrystall som bare strømmer i en retning;
- den klassiske LED-enheten antar tilstedeværelsen av et isolerende underlag;
- diodenes glasslegeme beskytter på en pålitelig måte krystallet mot ytre påvirkninger og er samtidig et spredningselement;
- det er to kontakter på baksiden av saken, som LED-en får strøm.
For å øke levetiden til den emitterende enheten, er rommet mellom den diffuserende linsen og selve krystallet fylt med en gjennomsiktig silikonforbindelse.
I strukturen til noen lysdioder er det gitt et spesielt aluminiumsunderlag som er basen til enheten og samtidig fjerner overflødig varme fra den.
Det er lettere å forstå hvordan en LED fungerer ved å undersøke et halvlederkryss, som fagfolk kaller et elektronhullkryss. Navnet er assosiert med de forskjellige naturene til hovedbærerne i grenselaget til de to strukturene. I en halvleder er det et overskudd av elektroner ved kontaktgrensen, og i det tilstøtende materialet er det overflødige hull.I ferd med å produsere et halvlederkryss trenger de inn i det tilstøtende laget og danner en potensiell barriere som forhindrer deres omvendte forspenning. Verdien av fremoverspenningen på LED-en under drift avhenger av bredden på krysset.
Når et potensial for en gitt polaritet og en verdi generert av en konstant strømkilde påføres dioden, er det mulig å forskyve krysset i ønsket retning. Dette vil føre til at det åpnes og ser ut som en motstrøm av motsatt ladede partikler. Når de kolliderer, sendes det ut kvantum av lysenergi - fotoner - innenfor grensene for overgangen. Avhengig av repetisjonsfrekvensen til disse pulser, får strålingen en viss fargefarging.
Hva bestemmer fargen på LED-en
Ved fremstilling av lysdioder brukes forskjellige typer halvledermaterialer, og valget avgjør hvilken fargenyanse de avgir.
Evnen til å skille farge er en medfødt egenskap for det menneskelige øye, som er i stand til å fange graderingene med stor nøyaktighet. Det er uløselig knyttet til bølgelengden til kvantestråling som elektromagnetiske bølger med en viss frekvens fører med seg. I dette tilfellet dannes lyspulser ved grensen til halvlederkrysset til LED-en.
Når man studerer egenskapene til forskjellige halvledere på et tidlig stadium av studien, har forskere identifisert materialer som galliumfosfid, så vel som ternære forbindelser AlGaAs og GaAsP. Ved bruk av dem var det mulig å oppnå rød og gulgrønn stråling. I dag, for å oppnå forskjellige fargekombinasjoner, brukes mer komplekse kombinasjoner av aluminium med indium og gallium (AllnGaP) eller indium-galliumnitrid (InGaN). Disse halvlederne tåler betydelige strømmer, noe som gjør det mulig å oppnå høy lyseffekt fra dem.
Fargeblandingsteknikk
Moderne diodestriper og LED modulære klynger er i stand til å produsere forskjellige nyanser av lysområdet. Gitt at en overgang genererer monokrom stråling, er det nødvendig med en multi-chip-enhet for å skape en flerfarget glød. Dette komplekse produktet fungerer som en dataskjerm, der det er mulig å få nesten hvilken som helst nyanse (for dette brukes en spesiell RGB-modul).
Ved å utnytte dette prinsippet om skyggedannelse var det mulig å oppnå en hvit glød, som for eksempel er mye brukt i LED-flomlys. For å gjøre dette ble alle tre originale farger eller basisfarger blandet i like store proporsjoner.
Det kan også oppnås ved å kombinere diodestrukturer av ultrafiolett eller blå stråling med et gult fosfor-type belegg.
Funksjoner ved LED-produksjon
For å forstå hvordan lysdioder lages, må du gjøre deg kjent med de strukturelle funksjonene når det gjelder teknologiene som brukes i produksjonen. Derfor, når vi vurderer detaljene i produksjonen deres, blir først og fremst følgende punkter tatt i betraktning:
- en spesifikk metode for å danne fargen på strålingen (matrise eller fosfor);
- hvor mange volt LED-er er designet for, og hvilken nåværende verdi de tåler;
- hvilken teknologi lar deg få den beste kvaliteten på gløden og er billigere.
Produksjon av sjetonger ved hjelp av en matriseordning vil koste produsenten mer, noe som lønner seg med den høye kvaliteten på strålingen. Ulempene med fosfor inkluderer lavt lysutbytte, så vel som ikke helt ren farge på strålingen. I tillegg har de kortere arbeidsliv og er mer sannsynlig å mislykkes.
Ved fremstilling av enkle indikatordioder med en direkte spenning på 2-4 volt, blir deres overgang beregnet for små strømmer (opptil 50 mA). For å lage fullverdige belysningsenheter og LED-brokretser, vil det være behov for enheter med høy strøm (opptil 1 ampere). Hvis i en modul er dioder koblet til i en seriekjede, når den totale spenningen ved deres kryss 12 eller til og med 24 volt.Når du lager produkter, merkes pluss for hver LED på en spesiell måte (et lite fremspring blir laget på det tilsvarende benet).
Applikasjoner og glødekontroll
På grunn av mangfoldet av modifikasjoner blir LED-produkter mye brukt på forskjellige felt:
- ved produksjon av energisparende lamper installert i en typisk lysekrone, for eksempel, eller i en vanlig vegglampe;
- for bruk som belysningsapparater i utbredte miniatyrlykter, så vel som i større strukturer som "campingcampinglamper";
- om nødvendig dekorativ belysning av lokaler i form av lange bånd med forskjellige farger.
Bruken av dem er på grunn av enhetens motstand mot klimafaktorer, vurdert av produktets beskyttelsesklasse. Avhengig av design, brukes de bare innendørs, eller de kan jobbe i åpne rom (spesielt som dekorasjon for reklametavler eller LED-regn).
Du kan kontrollere lysstyrken på en vanlig lampe eller lysekrone på forskjellige måter. For dette brukes ofte spesielle elektroniske kretser, som tillater modulering av amplituden og andre parametere for lyspulser. For å gjøre det lettere å jobbe med husholdningsutstyr, er en slik modul produsert i form av et standard kontrollpanel.
