För att förstå vad en LED är, måste du först förstå dess allmänt accepterade beteckning, presenterad på engelska som LED. Översatt betyder det bokstavligen "avge små lysdioder." Ur teknisk synvinkel är de halvledaranordningar som omvandlar elektrisk ström till synlig ljusstrålning. Denna enklaste produkt i sitt utseende och anordning skiljer sig markant från typiska belysningsanordningar: glödlampor och liknande.
Historik om förekomst
Enheten och funktionsprincipen för LED-sändare är lättare att förstå om du bekanta dig med bakgrunden till deras förekomst. Denna strålande produkt föddes först 1962 i form av en monokrom röd diod. Trots ett antal brister erkändes tillverkningstekniken som lovande. Ett decennium efter demonstrationen av det röda provet presenterades gröna och gula lysdioder för allmänheten. På grund av den låga avkastningen användes dessa produkter främst i huset som indikatorer på frontpanelerna på hushållens elektroniska enheter.
Med tiden ökade ljusstyrkan flera gånger, och på 90-talet av förra seklet var det möjligt att göra ett prov med ett lysflöde lika med 1 lumen. 1993 skapade den japanska ingenjören S. Nakamura den första blå dioden i historien, med en hög ljusstyrka. Från det ögonblicket lärde sig deras utvecklare att få valfri färg i det synliga spektrumet, inklusive vit.
På grund av LED-produkternas anmärkningsvärda egenskaper har de med tiden blivit en seriös konkurrent till glödlamporna som är bekanta för många.
Sedan 2005 har branschen behärskat produktionen av vita lysdioder med ett ljusflöde på upp till 100 lm eller mer. Dessutom lärde vi oss att skapa belysningselement med olika nyanser av vitt ("varmt", "kallt" och andra glöd).
Enhet och princip för strålningsbildning
För att förstå hur lysdioden är arrangerad är det först och främst nödvändigt att ta hänsyn till ett antal punkter beträffande dess design:
- basen för LED-elementet är en halvledarkristall som passerar ström endast i en riktning;
- den klassiska LED-anordningen antar närvaron av ett isolerande underlag;
- glasskåpet på dioden skyddar pålitligt kristallen från yttre påverkan och är samtidigt ett spridningselement;
- på baksidan av höljet finns det två kontakter till vilken den elektriska kraften i lysdioden matas till.
För att öka responstiden för den emitterande anordningen är utrymmet mellan spridningslinsen och kristallen själv fylld med en transparent silikonförening.
I strukturen för vissa lysdioder tillhandahålls ett speciellt aluminiumsubstrat, som är enhetens bas och samtidigt tar bort överskottsvärme från den.
Principen för LED-funktionen är lättare att förstå genom att undersöka halvledarkorsningen, som proffsen kallar elektronhålövergång. Namnet är förknippat med de olika karaktärerna hos huvudbärarna i gränsskiktet för två strukturer. I en halvledare finns ett överskott av elektroner vid kontaktgränsen, och i materialet intill det finns överskott av hål. I tillverkningsprocessen för halvledarkopplingen tränger de in i det intilliggande lagret och bildar en potentiell barriär som förhindrar deras omvända förspänning.Den direkta spänningen på lysdioden under dess drift beror på övergångsbredden.
När en potential av en given polaritet och ett värde genererat av en likströmskälla tillförs dioden är det möjligt att flytta övergången i önskad riktning. Detta kommer att leda till dess öppning och uppkomsten av ett motflöde av motsatt laddade partiklar. När de kolliderar vid övergångsgränserna släpps kvanta av ljusenergi ut - fotoner. Beroende på repetitionsfrekvensen för dessa pulser får strålningen en viss färg.
Vad bestämmer färgen på lysdioden
Vid tillverkning av lysdioder används olika typer av halvledarmaterial, vars val bestämmer den färgskärm som de avger.
Förmågan att skilja färg är en medfödd egenskap hos det mänskliga ögat, som kan fånga dess graderingar med stor noggrannhet. Det är ofördelbart kopplat till våglängden för kvantstrålning som transporteras av elektromagnetiska vågor med en viss frekvens. I detta fall bildas ljuspulser vid gränsen för LED-halvledarövergången.
När man studerade egenskaperna hos olika halvledare i ett tidigt skede av sin studie identifierade forskare material såsom galliumfosfid, såväl som ternära föreningar AlGaAs och GaAsP. När du använde dem var det möjligt att få röd och gulgrön strålning. För att få olika färgkombinationer används idag mer komplexa kombinationer av aluminium med indium och gallium (AllnGaP) eller galliumindiumnitrid (InGaN). Dessa halvledare kan motstå betydande strömmar, vilket gör att de kan få hög ljuseffekt.
Färgblandningsteknik
Moderna diodband och LED-modulära kluster kan ge ut olika nyanser av ljusområdet. Med tanke på att en övergång bildar monokrom strålning krävs en flischipsenhet 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).
Med hjälp av denna princip om skuggbildning, var det möjligt att få en vit glöd, som ofta används i LED-strålkastare, till exempel. För att göra detta blandades alla tre käll- eller basfärger i lika stora proportioner.
Det är också möjligt att erhålla det genom att kombinera diodstrukturer av ultraviolett eller blå strålning med en gul fosforbeläggning.
Funktioner för tillverkning av lysdioder
För att förstå hur lysdioder tillverkas måste du bekanta dig med de strukturella funktionerna när det gäller tekniken som används i tillverkningen. Därför beaktas följande punkter i första hand med beaktande av produkternas specifika egenskaper:
- en specifik metod för att bilda strålningens färg (matris eller fosfor);
- hur många volt lysdioderna är konstruerade för och vilken storlek ström de kan motstå;
- vilken teknik gör att du får den bästa kvaliteten på glödet och är billigare.
Att göra chips i en matriskrets kostar tillverkaren mer, vilket lönar sig med högkvalitativ strålning. Nackdelarna med fosforer inkluderar låg ljusutbyte såväl som inte riktigt ren färgstrålning. Dessutom har de en mindre arbetsresurs och misslyckas ofta.
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 högklassiga belysningsenheter och LED-bryggkretsar krävs enheter med stora strömindikatorer (upp till 1 Ampere). Om dioderna i en modul är anslutna i serie når den totala spänningen vid deras korsningar 12 eller till och med 24 volt.Vid tillverkning av produkter markeras plus för varje LED på ett speciellt sätt (en liten avsats görs på motsvarande ben).
Omfattning och hantering av luminescens
På grund av olika modifieringar används LED-produkter ofta inom olika områden:
- vid tillverkning av energisparande lampor installerade i en typisk ljuskrona, till exempel, eller i en konventionell vägglampa;
- för användning som belysningsapparater i utbredda miniatyrlampor, såväl som i större strukturer som "camping turistlampor";
- vid behov dekorativ belysning av rum i form av långa band med olika färger.
Deras användning beror på graden av enhetens motstånd mot klimatfaktorer, bedömd av produktskyddsklassen. Beroende på design används de bara inomhus eller kan arbeta i öppna utrymmen (som en design för skyltar eller LED-regn, i synnerhet).
Du kan kontrollera ljusstyrkan i en vanlig lampa eller ljuskrona på olika sätt. För detta används ofta speciella elektroniska kretsar för att modulera amplituden och andra parametrar för ljuspulser. För att underlätta arbetet med hushållsutrustning är en sådan modul tillverkad i form av en typisk kontrollpanel.
