Aby zrozumieć, czym jest dioda LED, najpierw musisz zrozumieć jej ogólnie przyjęte oznaczenie, przedstawione w języku angielskim jako LED. W tłumaczeniu oznacza to dosłownie „emitowanie małych diod LED”. Z technicznego punktu widzenia są to urządzenia półprzewodnikowe, które przekształcają prąd elektryczny w promieniowanie światła widzialnego. Ten najprostszy produkt swoim wyglądem i urządzeniem znacznie różni się od standardowych urządzeń oświetleniowych: żarówek i tym podobnych.
Historia występowania
Urządzenie i zasada działania emiterów LED jest łatwiejsza do zrozumienia, jeśli zapoznasz się z tłem ich występowania. Ten promieniujący produkt narodził się po raz pierwszy w 1962 roku w postaci monochromatycznej czerwonej diody. Pomimo wielu niedociągnięć, technologia produkcji została uznana za obiecującą. Dziesięć lat po demonstracji czerwonej próbki, zielone i żółte diody LED zostały przedstawione ogółowi społeczeństwa. Ze względu na niski zwrot, produkty te były używane głównie w domu jako wskaźniki na przednich panelach domowych urządzeń elektronicznych.
Z czasem intensywność świecenia wzrosła kilkakrotnie, aw latach 90. ubiegłego wieku można było wykonać próbkę o strumieniu świetlnym równym 1 lumenowi. W 1993 roku japoński inżynier S. Nakamura stworzył pierwszą niebieską diodę w historii, charakteryzującą się wysokim poziomem jasności. Od tego momentu ich twórcy nauczyli się uzyskiwać dowolny kolor widzialnego spektrum, w tym biały.
Ze względu na niezwykłą charakterystykę produktów LED, z czasem stały się poważnym konkurentem dla żarówek, które są znane wielu osobom.
Od 2005 r. Przemysł opanował produkcję białych diod LED o strumieniu świetlnym do 100 lm lub więcej. Ponadto nauczyliśmy się tworzyć elementy oświetleniowe o różnych odcieniach bieli („ciepłe”, „zimne” i inne blaski).
Urządzenie i zasada powstawania promieniowania
Aby zrozumieć, w jaki sposób rozmieszczona jest dioda LED, należy przede wszystkim wziąć pod uwagę kilka punktów dotyczących jej budowy:
- podstawą elementu LED jest kryształ półprzewodnikowy, przepuszczający prąd tylko w jednym kierunku;
- klasyczne urządzenie LED zakłada obecność podłoża izolacyjnego;
- szklana obudowa diody niezawodnie chroni kryształ przed wpływami zewnętrznymi, a jednocześnie jest elementem rozpraszającym;
- z tyłu obudowy znajdują się dwa styki, do których doprowadzana jest energia elektryczna diody LED.
Aby zwiększyć czas odpowiedzi urządzenia emitującego, przestrzeń między soczewką rozpraszającą a samym kryształem jest wypełniona przezroczystym związkiem silikonowym.
W strukturze niektórych diod LED przewidziano specjalne aluminiowe podłoże, które jest podstawą urządzenia i jednocześnie usuwa z niego nadmiar ciepła.
Zasada działania diody LED jest łatwiejsza do zrozumienia, badając złącze półprzewodnikowe, które specjaliści nazywają przejściem elektron-dziura. Jego nazwa jest związana z odmiennym charakterem głównych nośników w warstwie granicznej dwóch struktur. W jednym półprzewodniku występuje nadmiar elektronów na granicy styku, aw materiale przylegającym do niego są nadmiar dziur. W procesie produkcji złącza półprzewodnikowego penetrują one do sąsiedniej warstwy, tworząc potencjalną barierę, która zapobiega ich odwróceniu.Napięcie bezpośrednie na diodzie LED podczas jej działania zależy od szerokości przejścia.
Gdy do diody doprowadzany jest potencjał o danej polaryzacji i wartości generowanej przez źródło prądu stałego, możliwe jest przesunięcie przejścia w pożądanym kierunku. Doprowadzi to do jego otwarcia i pojawienia się przeciwnego przepływu przeciwnie naładowanych cząstek. Kiedy zderzają się na granicach przejściowych, emitowane są kwanty energii świetlnej - fotony. W zależności od częstotliwości powtarzania tych impulsów promieniowanie nabiera określonego koloru.
Co decyduje o kolorze diody LED
Do produkcji diod LED stosuje się różne rodzaje materiałów półprzewodnikowych, których wybór determinuje emitowany przez nie odcień koloru.
Zdolność rozróżniania kolorów jest wrodzoną właściwością ludzkiego oka, która potrafi uchwycić gradacje z wielką dokładnością. Jest nierozerwalnie związany z długością fali promieniowania kwantowego przenoszonego przez fale elektromagnetyczne o określonej częstotliwości. W tym przypadku impulsy świetlne powstają na granicy przejścia półprzewodnikowego diody LED.
Badając właściwości różnych półprzewodników na wczesnym etapie badań, naukowcy zidentyfikowali materiały takie jak fosforek galu, a także trójskładnikowe związki AlGaAs i GaAsP. Podczas ich używania można było uzyskać promieniowanie czerwone i żółto-zielone. Obecnie, w celu uzyskania różnych kombinacji kolorów, stosuje się bardziej złożone kombinacje glinu z indem i galem (AllnGaP) lub azotkiem galu indu (InGaN). Te półprzewodniki są w stanie wytrzymać znaczne prądy, co pozwala im otrzymywać wysoką moc świetlną.
Technika mieszania kolorów
Nowoczesne taśmy diodowe i modułowe klastry LED dają różne odcienie zasięgu światła. Biorąc pod uwagę, że jedno przejście tworzy promieniowanie monochromatyczne, do wytworzenia wielokolorowego blasku konieczne będzie urządzenie wieloukładowe. Ten złożony produkt działa jak monitor komputerowy, na którym można uzyskać prawie każdy odcień (w tym celu stosuje się specjalny moduł RGB).
Stosując tę zasadę tworzenia odcieni, można było uzyskać biały blask, szeroko stosowany na przykład w reflektorach LED. Aby to zrobić, wszystkie trzy kolory źródłowy lub podstawowy zostały zmieszane w równych proporcjach.
Można go również uzyskać przez połączenie struktur diodowych promieniowania ultrafioletowego lub niebieskiego z żółtą powłoką fosforową.
Funkcje wytwarzania diod LED
Aby zrozumieć, jak powstają diody LED, musisz zapoznać się z cechami strukturalnymi w zakresie technologii zastosowanych w produkcji. Dlatego przy rozważaniu specyfiki ich produkcji bierze się pod uwagę przede wszystkim następujące punkty:
- konkretna metoda kształtowania koloru promieniowania (matryca lub fosfor);
- ile woltów zaprojektowano dla diod LED i jaki prąd mogą wytrzymać;
- która technologia pozwala uzyskać najlepszą jakość blasku i jest tańsza.
Wytwarzanie układów w obwodzie matrycowym będzie kosztowało producenta więcej, co opłaca się promieniowaniem wysokiej jakości. Wady luminoforów obejmują niski strumień świetlny, a także niezupełnie czyste promieniowanie barwne. Ponadto mają mniejszy działający zasób i często zawodzą.
W produkcji prostych diod wskaźnikowych o napięciu stałym 2-4 woltów ich przejście obliczane jest dla małych prądów (do 50 mA). Aby stworzyć wysokiej jakości urządzenia oświetleniowe i obwody mostkowe LED, wymagane będą urządzenia z dużymi wskaźnikami prądu (do 1 ampera). Jeśli w jednym module diody są połączone szeregowo, całkowite napięcie na ich skrzyżowaniach osiąga 12, a nawet 24 wolty.Przy wytwarzaniu produktów plus każdej diody LED jest oznaczany w specjalny sposób (na odpowiedniej nodze wykonana jest niewielka półka).
Zakresy i zarządzanie luminescencją
Ze względu na różnorodność modyfikacji produkty LED są szeroko stosowane w różnych dziedzinach:
- w produkcji energooszczędnych lamp zainstalowanych na przykład w typowym żyrandolu lub w tradycyjnym kinkiecie ściennym;
- do stosowania jako iluminatory w szeroko rozpowszechnionych miniaturowych latarkach, a także w większych konstrukcjach, takich jak „campingowe lampy turystyczne”;
- w razie potrzeby dekoracyjne oświetlenie pomieszczeń w postaci długich wstążek o różnych kolorach.
Ich zastosowanie wynika ze stopnia odporności urządzenia na czynniki klimatyczne, ocenianego według klasy ochrony produktu. W zależności od projektu są one używane tylko w pomieszczeniach lub mogą pracować na otwartych przestrzeniach (w szczególności jako projekt billboardów lub diod LED).
Możesz kontrolować poziom jasności w zwykłej lampie lub żyrandolu na różne sposoby. W tym celu najczęściej stosuje się specjalne obwody elektroniczne do modulowania amplitudy i innych parametrów impulsów świetlnych. Dla wygody pracy ze sprzętem domowym taki moduł jest wykonany w postaci typowego panelu sterowania.
