För att förstå vad en LED är måste du först förstå dess allmänt accepterade beteckning, representerad på engelska som LED. Översatt betyder detta bokstavligen "avger små lysdioder". Ur teknisk synvinkel är de halvledaranordningar som omvandlar elektrisk ström till synligt ljus. Denna enklaste produkt i utseende och design skiljer sig markant från typiska belysningsenheter: glödlampor och liknande.
Ursprungshistoria
Enheten och driftsprincipen för LED-sändare är lättare att förstå om du bekantar dig med bakgrunden till deras förekomst. För första gången föddes denna utsläppande produkt 1962 i form av en monokrom röd diod. Trots ett antal brister erkändes tillverkningstekniken som lovande. Ett decennium efter att ha visat det röda provet introducerades gröna och gula lysdioder för allmänheten. På grund av den låga rekylen användes dessa produkter huvudsakligen inom hemmet som indikatorer på frontpanelerna för elektroniska hushållsapparater.
Med tiden ökade glödens intensitet flera gånger, och på 90-talet under förra seklet var det möjligt att göra ett prov med ett ljusflöde lika med 1 lumen. 1993 skapade den japanska ingenjören S. Nakamura den första blå dioden någonsin, kännetecknad av en ökad ljusstyrka. Från det ögonblicket lärde sig deras utvecklare hur man får valfri färg i det synliga spektrumet, inklusive vitt.
Tack vare de anmärkningsvärda egenskaperna hos LED-produkter har de över tid blivit en seriös konkurrent till glödlampor som är bekanta för många.
Sedan 2005 har industrin bemästrat produktionen av vita lysdioder med ett ljusflöde på upp till 100 lm och mer. Dessutom lärde de sig att göra belysningselement med olika vita nyanser ("varm", "kall" och annan glöd).
Anordningen och principen för strålningsbildning
För att förstå hur en LED fungerar måste du först och främst ta hänsyn till ett antal punkter angående dess design:
- grunden för LED-elementet är en halvledarkristall som passerar strömmen endast i en riktning;
- den klassiska LED-enheten antar närvaron av ett isolerande substrat;
- diodens glaskropp skyddar kristallen tillförlitligt från yttre påverkan och är samtidigt ett spridningselement;
- Det finns två kontakter på baksidan av fodralet, som lysdioden får elektrisk ström till.
För att öka den emitterande anordningens livslängd är utrymmet mellan diffusionslinsen och själva kristallen fylld med en transparent silikonförening.
I strukturen hos vissa lysdioder tillhandahålls ett speciellt aluminiumsubstrat som är basen på enheten och samtidigt tar bort överflödig värme från den.
Det är lättare att förstå hur en LED fungerar genom att undersöka en halvledarkorsning, som professionella kallar en elektronhålskorsning. Dess namn är associerat med de olika karaktärerna hos huvudbärarna i gränsskiktet för de två strukturerna. I en halvledare finns det ett överskott av elektroner vid kontaktgränsen, och i det intilliggande materialet finns överflödiga hål.Under tillverkningen av en halvledarkorsning tränger de in i det intilliggande skiktet och bildar en potentiell barriär som förhindrar deras omvända förspänning. Värdet på framspänningen på lysdioden under dess drift beror på korsningens bredd.
När en potential med en given polaritet och ett värde genererat av en konstant strömkälla appliceras på dioden är det möjligt att förskjuta korsningen i önskad riktning. Detta kommer att leda till dess öppning och uppkomsten av ett motflöde av motsatt laddade partiklar. När de kolliderar släpps ut kvantiteter av ljusenergi - fotoner - inom gränserna för övergången. Beroende på upprepningshastigheten för dessa pulser får strålningen en viss färgfärgning.
Vad som avgör färgen på lysdioden
Vid tillverkning av lysdioder används olika typer av halvledarmaterial, vars val bestämmer vilken färgskugga de avger.
Förmågan att skilja färg är en medfödd egenskap hos det mänskliga ögat, som kan fånga dess graderingar med stor noggrannhet. Det är oupplösligt kopplat till kvantstrålningens våglängd som elektromagnetiska vågor med en viss frekvens bär med sig. I detta fall bildas ljuspulser vid LED-lampans halvledarkorsningsgräns.
När man studerar egenskaperna hos olika halvledare i ett tidigt skede av sin studie har forskare identifierat material som galliumfosfid, liksom ternära föreningar AlGaAs och GaAsP. Vid användning av dem var det möjligt att få röd och gulgrön strålning. För att erhålla olika färgkombinationer används idag mer komplexa kombinationer av aluminium med indium och gallium (AllnGaP) eller indium-galliumnitrid (InGaN). Dessa halvledare klarar betydande strömmar, vilket gör det möjligt att få hög ljuseffekt av dem.
Färgblandningsteknik
Moderna diodremsor och LED-moduler kan producera olika nyanser av ljusområdet. Med tanke på att en övergång genererar monokrom strålning krävs en multi-chip-enhet för att skapa en flerfärgad glöd. Denna komplexa produkt fungerar som en datorskärm, på vilken det är möjligt att få nästan vilken nyans som helst (för detta används en speciell RGB-modul).
Genom att utnyttja denna princip för skuggbildning var det möjligt att få en vit glöd, som ofta används i exempelvis LED-strålkastare. För att göra detta blandades alla tre original- eller basfärgerna i lika stora proportioner.
Det kan också erhållas genom att kombinera diodstrukturer av ultraviolett eller blå strålning med en gul beläggning av fosfor-typ.
Funktioner i LED-tillverkning
För att förstå hur lysdioder tillverkas måste du bekanta dig med de strukturella egenskaperna när det gäller teknikerna som används vid tillverkningen. Därför beaktas först och främst följande punkter med tanke på specifikationerna för deras produktion:
- en specifik metod för att bilda strålningens färg (matris eller fosfor);
- hur många volt-lysdioder är avsedda för och vilket nuvarande värde de tål;
- vilken teknik gör att du får den bästa glödkvaliteten och är billigare.
Tillverkning av marker med hjälp av ett matrisschema kostar tillverkaren mer, vilket lönar sig med den höga strålningskvaliteten. Nackdelarna med fosfor innefattar låg ljuseffekt, såväl som inte helt ren färg på strålningen. Dessutom har de kortare arbetsliv och är mer benägna att misslyckas.
Vid tillverkning av enkla indikatordioder med en direkt spänning på 2-4 volt beräknas deras övergång för små strömmar (upp till 50 mA). För att skapa fullfjädrade belysningsenheter och LED-bryggkretsar krävs enheter med höga strömhastigheter (upp till 1 ampere). Om dioder är anslutna i en seriekedja i en modul når den totala spänningen vid deras korsningar 12 eller till och med 24 volt.När du tillverkar produkter markeras plus för varje lysdiod på ett speciellt sätt (ett litet utsprång görs på motsvarande ben).
Applikationer och glödkontroll
På grund av de många modifieringarna används LED-produkter i stor utsträckning inom olika områden:
- vid tillverkning av energisparlampor installerade i en typisk ljuskrona, eller i en vanlig vägglampa;
- för användning som belysare i utbredda miniatyrlyktor, liksom i större strukturer såsom "campingcampinglampor";
- vid behov dekorativ belysning av lokaler i form av långa band med olika färger.
Deras användning beror på enhetens motståndskraft mot klimatfaktorer, bedömd av produktens skyddsklass. Beroende på design används de bara inomhus eller de kan arbeta i öppna utrymmen (särskilt som dekoration för skyltar eller LED-regn).
Du kan styra ljusstyrkan i en vanlig lampa eller ljuskrona på olika sätt. För detta används oftast speciella elektroniska kretsar som möjliggör modulering av amplituden och andra parametrar för ljuspulser. För att underlätta arbetet med hushållsutrustning tillverkas en sådan modul i form av en standardkontrollpanel.
