Per entendre què és un LED, primer heu d’entendre la seva designació generalment acceptada, presentada en anglès com a LED. Traduït, això significa literalment "emetre petits LED". Des d’un punt de vista tècnic, són dispositius semiconductors que converteixen el corrent elèctric en radiació de llum visible. Aquest producte més senzill en aparença i dispositiu difereix notablement dels dispositius d'il·luminació típics: llums incandescents i similars.
Història d’ocurrència
El dispositiu i el principi de funcionament dels emissors de LED és més fàcil d'entendre si us familiaritzeu amb el rerefons de l'ocurrència. Aquest producte que va irradiar va néixer per primera vegada el 1962, en forma de díode vermell monocrom. Tot i algunes deficiències, la seva tecnologia de fabricació va ser reconeguda com prometedora. Una dècada després de la demostració de la mostra vermella, els LED verds i grocs es van presentar al gran públic. A causa del baix rendiment, aquests productes es van utilitzar principalment a casa com a indicadors als panells frontals dels dispositius electrònics domèstics.
Amb el pas del temps, la lluminositat va augmentar diverses vegades, i als anys 90 del segle passat es va poder fer una mostra amb un flux lluminós igual a 1 lumen. El 1993, l'enginyer japonès S. Nakamura va crear el primer díode blau de la història, amb un alt nivell de lluminositat. Des d'aquest moment, els seus desenvolupadors van aprendre a obtenir qualsevol color de l'espectre visible, inclòs el blanc.
A causa de les característiques notables dels productes LED, amb el pas del temps s'han convertit en un competidor seriós per a les bombetes incandescents que són familiars per a molts.
Des del 2005, la indústria domina la producció de LED blancs amb un flux lluminós de fins a 100 lm o més. A més, vam aprendre a crear elements d'il·luminació amb diversos tons de blanc (calent "fred", "fred" i altres brillants).
Dispositiu i principi de formació de radiació
Per entendre com s’ordena el LED, primer cal tenir en compte diversos punts sobre el seu disseny:
- la base de l’element LED és un cristall de semiconductor, passant corrent només en una direcció;
- el clàssic dispositiu LED assumeix la presència d’un substrat aïllant;
- la caixa de vidre del díode protegeix de forma fiable el cristall d’influències externes i alhora és un element de dispersió;
- A la part posterior de la caixa hi ha dos contactes als quals es subministra la potència elèctrica del LED.
Per augmentar el temps de resposta del dispositiu emissor, l’espai entre la lent de dispersió i el propi cristall s’omple amb un compost de silicona transparent.
En l'estructura d'alguns LED, es proporciona un substrat d'alumini especial, que és la base del dispositiu i, al mateix temps, elimina l'excés de calor.
El principi de funcionament del LED és més fàcil d’entendre examinant la unió de semiconductors, que els professionals anomenen transició d’electrons-forats. El seu nom està associat a la diferent naturalesa dels principals portadors de la capa límit de dues estructures. En un semiconductor hi ha un excés d’electrons a la frontera de contacte, i al material que hi ha al costat hi ha forats sobrants. En el procés de fabricació de la unió de semiconductors, aquestes penetren a la capa adjacent, formant una barrera potencial que impedeix el seu biaix invers.La tensió directa del LED durant el seu funcionament depèn de l'amplada de la transició.
Quan se subministra al díode un potencial d'una polaritat determinada i un valor generat per una font de corrent directe, és possible canviar la transició en la direcció desitjada. Això comportarà la seva obertura i l’aparició d’un contra-flux de partícules carregades oposades. Quan xoquen als límits de transició, s’emeten quantes d’energia lumínica: fotons. Segons la velocitat de repetició d’aquests polsos, la radiació adquireix un color determinat.
El que determina el color del LED
En la fabricació de leds s’utilitzen diversos tipus de materials semiconductors, l’elecció dels quals determina l’ombra del color emesa per aquests.
La capacitat de distingir el color és una propietat innata de l’ull humà, capaç de captar les seves gradacions amb molta precisió. Està vinculat inextricablement amb la longitud d’ona de la radiació quàntica portada per ones electromagnètiques d’una certa freqüència. En aquest cas, els polsos de llum es formen al límit de la transició de semiconductors del LED.
Quan es van estudiar les propietats de diversos semiconductors en una fase inicial del seu estudi, els científics van identificar materials com el fòsfor de gali, així com els compostos ternaris AlGaAs i GaAsP. En utilitzar-los, es va poder obtenir radiació vermella i de color groc-verd. Avui en dia, per obtenir diverses combinacions de colors, s’utilitzen combinacions més complexes d’alumini amb indi i gali (AllnGaP) o nitrur d’indium de galli (InGaN). Aquests semiconductors són capaços de suportar corrents importants, cosa que els permet rebre una elevada sortida de llum.
Tècnica de barreja de colors
Les modernes cintes de díodes i els clústers modulars LED són capaços de donar diferències de la gamma de llum. Atès que una transició forma radiació monocroma, es requerirà un dispositiu multi-xip per crear una brillantor multicolor. Aquest complex producte funciona com un monitor d’ordinador, sobre el qual és possible obtenir gairebé qualsevol ombra (per a això s’utilitza un mòdul RGB especial).
Utilitzant aquest principi de formació d'ombres, es va aconseguir obtenir un resplendor blanc, molt utilitzat en els projectors LED, per exemple. Per fer-ho, es van barrejar els tres colors d'origen o base en proporcions iguals.
També és possible obtenir-lo combinant estructures de díodes de radiació ultraviolada o blava amb un recobriment tipus fòsfor groc.
Característiques de la fabricació de LEDs
Per entendre com es fan els LED, haureu de familiaritzar-vos amb les característiques estructurals pel que fa a les tecnologies emprades en la fabricació. Per tant, a l'hora de considerar les particularitats de la seva producció, es tenen en compte els punts següents:
- un mètode específic per formar el color de la radiació (matriu o fòsfor);
- per a quants volts estan dissenyats els LED i per a quina mida de corrent poden suportar;
- quina tecnologia permet obtenir la millor qualitat de la brillantor i és més barata.
Fer xips en un circuit de matrius costarà més al fabricant, que paga una radiació d'alta qualitat. Els desavantatges dels fòsfors inclouen una baixa llum, així com una radiació de color no del tot pura. A més, tenen un recurs de treball més reduït i solen fallar.
En la fabricació de díodes indicadors simples amb una tensió directa de 2-4 volts, la seva transició es calcula per a petits corrents (fins a 50 mA). Per crear dispositius d’il·luminació d’alta qualitat i circuits de pont LED, caldran dispositius amb grans indicadors de corrent (fins a 1 Ampere). Si en un mòdul els díodes estan connectats en sèrie, el voltatge total a les seves juntes arriba fins als 12 o fins i tot 24 volts.En la fabricació de productes, l’avantatge de cada LED es marca d’una manera especial (es fa un petit rebost a la cama corresponent).
Àmbits i gestió de la luminiscència
A causa de la varietat de modificacions, els productes LED s'utilitzen àmpliament en diversos camps:
- en la fabricació de làmpades d’estalvi d’energia instal·lades en un candelabre típic, per exemple, o en un aparell de paret convencional;
- per utilitzar-los com a il·luminadors en llanternes en miniatura generalitzades, així com en estructures més grans, com ara "làmpades turístiques d'acampada";
- si cal, il·luminació decorativa de les habitacions en forma de cintes llargues amb diferents colors.
El seu ús es deu al grau de resistència del dispositiu a factors climàtics, avaluat per la classe de protecció del producte. Segons el disseny, només s’utilitzen a l’interior o són capaços de treballar en espais oberts (en particular, com a disseny de cartelleria o pluja LED, en particular).
Podeu controlar el nivell de lluminositat d’una làmpada o un candelabre corrent de diverses maneres. Per això, sovint s’utilitzen circuits electrònics especials per modular l’amplitud i altres paràmetres dels polsos de llum. Per a la comoditat de treballar amb equips domèstics, aquest mòdul es realitza en forma d'un quadre de control típic.
