Norėdami suprasti, kas yra šviesos diodas, pirmiausia turite suprasti jo visuotinai priimtą žymėjimą, pateiktą anglų kalba kaip LED. Išvertus tai pažodžiui reiškia „skleidžia mažus šviesos diodus“. Techniniu požiūriu tai yra puslaidininkiniai įtaisai, kurie elektros srovę paverčia matomos šviesos spinduliuote. Šis paprasčiausias gaminys savo išvaizda ir įtaisu ryškiai skiriasi nuo tipiškų apšvietimo įtaisų: kaitinamosios lempos ir panašiai.
Įvykio istorija
LED lempučių prietaisą ir veikimo principą lengviau suprasti, jei susipažinote su jų atsiradimo fone. Šis spinduliuojantis produktas pirmą kartą gimė 1962 m. Kaip vienspalvis raudonas diodas. Nepaisant daugybės trūkumų, jo gamybos technologija buvo pripažinta kaip perspektyvi. Praėjus dešimtmečiui po raudonojo pavyzdžio demonstravimo, plačiajai visuomenei buvo pristatyti žali ir geltoni šviesos diodai. Dėl mažos grąžos šie gaminiai namuose buvo naudojami kaip buitinių elektroninių prietaisų priekinių plokščių indikatoriai.
Laikui bėgant, ryškumas kelis kartus padidėjo, o praėjusio amžiaus 90-aisiais buvo galima padaryti mėginį, kurio šviesos srautas buvo lygus 1 liumenui. 1993 m. Japonų inžinierius S. Nakamura sukūrė pirmąjį mėlyną diodą istorijoje, pasižymintį dideliu šviesumu. Nuo to momento jų kūrėjai išmoko bet kokio matomo spektro spalvų, įskaitant baltą.
Dėl nepaprastų LED gaminių savybių, laikui bėgant jie tapo rimtu konkurentu kaitinamosioms lemputėms, kurios yra žinomos daugeliui.
Nuo 2005 m. Pramonė įvaldė baltų šviesos diodų, kurių šviesos srautas yra ne mažesnis kaip 100 lm, gamybą. Be to, mes išmokome, kaip padaryti apšvietimo elementus įvairiais baltos spalvos atspalviais („šiltu“, „šaltu“ ir kitais spindesiais).
Įtaisas ir radiacijos susidarymo principas
Norint suprasti, kaip sumontuotas šviesos diodas, visų pirma, reikia atsižvelgti į keletą punktų, susijusių su jo dizainu:
- LED elemento pagrindas yra puslaidininkinis kristalas, einantis srove tik viena kryptimi;
- klasikinis LED prietaisas daro prielaidą, kad yra izoliacinis pagrindas;
- stiklinis diodo korpusas patikimai apsaugo kristalą nuo išorės įtakos ir tuo pat metu yra sklaidantis elementas;
- korpuso gale yra du kontaktai, į kuriuos tiekiama LED lemputė.
Norint padidinti spinduliuojančio prietaiso reakcijos laiką, tarpas tarp išsklaidymo sklaidytuvo ir paties kristalo užpildomas skaidriu silikono junginiu.
Kai kurių šviesos diodų struktūroje yra specialus aliuminio substratas, kuris yra prietaiso pagrindas ir tuo pačiu pašalina iš jo perteklinę šilumą.
Šviesos diodo veikimo principą lengviau suprasti, ištyrus puslaidininkių sankryžą, kurią specialistai vadina elektronų skylių perėjimu. Jos pavadinimas siejamas su skirtinga pagrindinių nešėjų prigimtimi dviejų konstrukcijų sluoksnyje. Viename puslaidininkyje yra kontaktų ribos elektronų perteklius, o gretimoje medžiagoje yra perteklių skylių. Puslaidininkių sandūros gamybos procese jie įsiskverbia į gretimą sluoksnį, sudarydami potencialų barjerą, kuris neleidžia jų atvirkštinio poslinkio.Tiesioginė šviesos diodo įtampa jo veikimo metu priklauso nuo perėjimo pločio.
Kai į diodą tiekiamas nurodyto poliškumo potencialas ir vertė, kurią sukuria nuolatinės srovės šaltinis, pereiti galima norima linkme. Tai lems jo atidarymą ir priešingo krūvio dalelių priešingo srauto atsiradimą. Kai jie susiduria ties pereinamosiomis ribomis, išsiskiria šviesos energijos kvantai - fotonai. Priklausomai nuo šių impulsų pasikartojimo greičio, radiacija įgyja tam tikrą spalvą.
Kas lemia šviesos diodo spalvą
Gaminant šviesos diodus naudojamos įvairių tipų puslaidininkinės medžiagos, kurių pasirinkimas lemia jų skleidžiamą spalvų atspalvį.
Gebėjimas atskirti spalvą yra įgimta žmogaus akies savybė, gebanti labai tiksliai užfiksuoti jos gradacijas. Jis neatsiejamai susijęs su kvantinės spinduliuotės bangos ilgiu, kurį perduoda tam tikro dažnio elektromagnetinės bangos. Tokiu atveju šviesos diodų puslaidininkių perėjimo krašte susidaro šviesos impulsai.
Tyrinėdami įvairių puslaidininkių savybes ankstyvajame jų tyrimo etape, mokslininkai nustatė tokias medžiagas kaip galio fosfidas, taip pat trijų komponentų junginius AlGaAs ir GaAsP. Naudojant juos buvo galima gauti raudoną ir geltonai žalią spinduliuotę. Šiandien, norint gauti skirtingus spalvų derinius, aliuminio deriniai su indiu ir galiu (AllnGaP) ar galio indžio nitridu (InGaN) yra sudėtingesnės struktūros. Šie puslaidininkiai gali atlaikyti dideles sroves, o tai leidžia jiems gauti didelę šviesos galią.
Spalvų maišymo technika
Šiuolaikinės diodų juostos ir LED modulinės sankaupos gali suteikti skirtingus šviesos diapazono atspalvius. Atsižvelgiant į tai, kad vienas perėjimas formuoja vienspalvį spinduliavimą, norint sukurti daugiaspalvį švytėjimą reikės kelių lustų įrenginio. Šis sudėtingas produktas veikia kaip kompiuterio monitorius, ant kurio galima išgauti beveik bet kokį atspalvį (tam naudojamas specialus RGB modulis).
Naudojant šį atspalvio formavimo principą, buvo galima išgauti baltą spindesį, plačiai naudojamą, pavyzdžiui, LED prožektoriuose. Tam tikslui visos trys pirminės arba bazinės spalvos buvo sumaišytos lygiomis dalimis.
Jį taip pat įmanoma gauti derinant ultravioletinės arba mėlynos spinduliuotės diodų struktūras su geltono fosforo tipo danga.
Šviesos diodų gamybos ypatybės
Norėdami suprasti, kaip gaminami šviesos diodai, turėsite susipažinti su konstrukcijos ypatybėmis gaminant naudojamas technologijas. Todėl, svarstant jų gamybos specifiką, pirmiausia atsižvelgiama į šiuos dalykus:
- specifinis spinduliuotės spalvos (matricos ar fosforo) formavimo būdas;
- kiek voltų suprojektuoti šviesos diodai ir kokio dydžio srovę jie gali atlaikyti;
- kuri technologija leidžia jums gauti geriausios kokybės spindesį ir yra pigesnė.
Lustų gamyba matricos grandinėje gamintojui kainuos daugiau, o tai atsiperka dėl aukštos kokybės radiacijos. Fosforų trūkumai apima mažą šviesos srautą, taip pat ne visai gryną spalvų spinduliavimą. Be to, jie turi mažesnį darbo resursą ir dažnai sugenda.
Gaminant paprastus indikatorinius diodus, kurių tiesioginė įtampa yra 2–4 voltai, apskaičiuojamas jų perėjimas mažoms srovėms (iki 50 mA). Norint sukurti aukštos kokybės apšvietimo įtaisus ir LED tiltų grandines, reikės prietaisų su dideliais srovės indikatoriais (iki 1 amperų). Jei viename modulyje diodai yra sujungti nuosekliai, bendra įtampa jų sankryžose siekia 12 ar net 24 voltus.Gaminant gaminius, kiekvieno šviesos diodo pliusas yra pažymimas specialiu būdu (ant atitinkamos kojos yra pagamintas mažas atbraila).
Liuminescencijos apimtis ir valdymas
Dėl modifikacijų įvairovės, LED produktai yra plačiai naudojami įvairiose srityse:
- gaminant energiją taupančias lempas, įmontuojamas, pavyzdžiui, į tipišką liustra arba į įprastą sieninį žvakidę;
- skirti naudoti kaip apšvietimą plačiai paplitusiuose miniatiūriniuose žibintuvėliuose, taip pat didesniuose statiniuose, tokiuose kaip „turistinės stovyklavietės lempos“;
- prireikus dekoratyvinis kambarių apšvietimas ilgų kaspinų pavidalu su skirtingomis spalvomis.
Jie naudojami dėl prietaiso atsparumo klimato veiksniams laipsnio, įvertinto pagal gaminio apsaugos klasę. Atsižvelgiant į dizainą, jie naudojami tik patalpose arba gali dirbti atvirose vietose (ypač kaip skelbimų lentų ar LED lietaus dizainas).
Įprastoje lempoje ar liustra šviesumo lygį galite valdyti įvairiais būdais. Tam moduliuoti šviesos impulsų amplitudę ir kitus parametrus dažniausiai naudojamos specialios elektroninės grandinės. Kad būtų patogiau dirbti su buitine įranga, toks modulis yra pagamintas kaip tipinis valdymo skydelis.
