For at forstå, hvad en LED er, skal du først forstå dens generelt accepterede betegnelse, der præsenteres på engelsk som LED. Oversat betyder det bogstaveligt "udsendelse af små LED'er." Fra et teknisk synspunkt er de halvlederenheder, der konverterer elektrisk strøm til synligt lysstråling. Dette enkleste produkt i sit udseende og enhed adskiller sig markant fra standardbelysningsanordninger: glødelamper og lignende.
Historie om forekomst
Enheden og princippet om betjening af LED-emittere er lettere at forstå, hvis du sætter dig ind i baggrunden for deres forekomst. Dette udstrålende produkt blev først født i 1962 i form af en monokrom rød diode. På trods af en række mangler blev dens produktionsteknologi anerkendt som lovende. Et årti efter demonstrationen af den røde prøve blev grønne og gule lysdioder præsenteret for offentligheden. På grund af det lave afkast blev disse produkter hovedsageligt brugt i huset som indikatorer på frontpanelerne til elektroniske husholdningsapparater.
Over tid steg glødens intensitet flere gange, og i 90'erne af det forrige århundrede var det muligt at fremstille en prøve med en lysstrøm svarende til 1 lumen. I 1993 skabte den japanske ingeniør S. Nakamura den første blå diode i historien med et højt lysstyrke. Fra det øjeblik lærte deres udviklere at få enhver farve på det synlige spektrum, inklusive hvidt.
På grund af de bemærkelsesværdige egenskaber ved LED-produkter er de med tiden blevet en seriøs konkurrent til glødepærerne, der er mange mennesker kendte.
Siden 2005 har branchen mestret produktionen af hvide LED'er med en lysstrøm på op til 100 lm eller mere. Derudover lærte vi, hvordan man fremstiller belysningselementer med forskellige nuancer af hvidt (“varmt”, “koldt” og andre glød).
Enhed og princip for stråledannelse
For at forstå, hvordan LED er arrangeret, er det først og fremmest nødvendigt at tage et antal punkter med hensyn til dens design i betragtning:
- grundlaget for LED-elementet er en halvlederkrystall, der kun strømmer i en retning;
- den klassiske LED-enhed antager tilstedeværelsen af et isolerende underlag;
- glaskassen af dioden beskytter pålideligt krystallen mod ydre påvirkninger og er samtidig et spredningselement;
- på bagsiden af sagen er der to kontakter, til hvilke den elektriske strøm fra lysdioden leveres.
For at øge responstiden for den emitterende enhed er rummet mellem spredningslinsen og selve krystallen fyldt med en transparent silikoneforbindelse.
I strukturen af nogle LED'er er der tilvejebragt et specielt aluminiumsubstrat, som er enhedens base og fjerner samtidig overskydende varme fra det.
Princippet om drift af LED er lettere at forstå ved at undersøge halvlederkrydset, som fagfolk kalder elektronhullets overgang. Dets navn er forbundet med den forskellige karakter af de vigtigste bærere i grænselaget af to strukturer. I en halvleder er der et overskud af elektroner ved kontaktgrænsen, og i materialet der støder op til der er overskydende huller. I fremstillingsprocessen for halvlederforbindelsen trænger de ind i det tilstødende lag og danner en potentiel barriere, der forhindrer deres omvendte forspænding.Den direkte spænding på LED'en under dens drift afhænger af bredden på overgangen.
Når et potentiale for en given polaritet og en værdi genereret af en lige strømkilde tilføres dioden, er det muligt at skifte overgangen i den ønskede retning. Dette vil føre til dens åbning og udseendet af en modstrøm af modsat ladede partikler. Når de kolliderer ved overgangsgrænserne, udsendes kvanta af lysenergi - fotoner. Afhængig af gentagelseshastigheden for disse pulser får strålingen en bestemt farve.
Hvad bestemmer farven på LED'en
Ved fremstilling af LED'er bruges forskellige typer halvledermaterialer, hvis valg er bestemmende for den farveskygge, der udsendes af dem.
Evnen til at skelne farve er en medfødt egenskab hos det menneskelige øje, der er i stand til at fange dets graderinger med stor nøjagtighed. Det er uløseligt forbundet med bølgelængden af kvantestråling transporteret af elektromagnetiske bølger med en bestemt frekvens. I dette tilfælde dannes der lyspulser ved grænsen til LED-halvlederovergangen.
Når man studerede egenskaberne ved forskellige halvledere på et tidligt tidspunkt i deres undersøgelse, identificerede forskere materialer såsom galliumphosphid såvel som ternære forbindelser AlGaAs og GaAsP. Ved brug af dem var det muligt at få rød og gulgrøn stråling. I dag bruges mere komplekse kombinationer af aluminium med indium og gallium (AllnGaP) eller gallium indiumnitrid (InGaN) for at opnå forskellige farvekombinationer. Disse halvledere er i stand til at modstå betydelige strømme, som giver dem mulighed for at modtage høj lyseffekt.
Farveblandingsteknik
Moderne diode-bånd og LED-modulære klynger er i stand til at give forskellige farver i lysområdet. I betragtning af at en overgang danner monokrom stråling, kræves en multi-chip-enhed for at skabe en flerfarvet glød. Dette komplekse produkt fungerer som en computerskærm, hvorpå det er muligt at få næsten enhver skygge (til dette bruges et specielt RGB-modul).
Ved hjælp af dette princip om skyggedannelse var det muligt at få en hvid glød, der for eksempel er meget anvendt i LED-lyskastere. For at gøre dette blev alle tre kilde- eller basefarver blandet i lige store proportioner.
Det er også muligt at opnå det ved at kombinere diodestrukturer af ultraviolet eller blå stråling med en gul fosforbelægning.
Funktioner ved fremstilling af LED'er
For at forstå, hvordan lysdioder fremstilles, skal du gøre dig bekendt med de strukturelle funktioner med hensyn til de teknologier, der anvendes i fremstillingen. Når man tager hensyn til specifikationerne i deres produktion, tages der derfor primært hensyn til følgende punkter:
- en specifik metode til dannelse af strålingens farve (matrix eller phosphor);
- hvor mange volt LED'erne er designet til, og hvilken størrelsesstrøm de kan modstå;
- hvilken teknologi giver dig mulighed for at få den bedste kvalitet på glødet og er billigere.
At fremstille chips i et matrixkredsløb koster producenten mere, hvilket betaler sig med stråling af høj kvalitet. Ulemperne ved fosfor inkluderer lavt lysudbytte såvel som ikke helt ren farvestråling. Derudover har de en mindre arbejdsressource og mislykkes ofte.
Ved fremstilling af enkle indikatordioder med en direkte spænding på 2-4 volt beregnes deres overgang for små strømme (op til 50 mA). For at oprette lysindretninger i høj kvalitet og LED-brokredsløb kræves enheder med store strømindikatorer (op til 1 Ampere). Hvis dioderne i et modul er forbundet i serie, når den samlede spænding ved deres kryds 12 eller endda 24 volt.Ved fremstilling af produkter markeres plus for hver LED på en speciel måde (der laves en lille avsats på det tilsvarende ben).
Omfang og styring af luminescens
På grund af forskellige ændringer bruges LED-produkter i vid udstrækning inden for forskellige områder:
- ved fremstilling af energibesparende lamper installeret i en typisk lysekrone, for eksempel eller i en konventionel væglampe;
- til brug som illuminatorer i udbredte miniature lommelygter såvel som i større strukturer såsom "camping turistlamper";
- om nødvendigt dekorativ belysning af værelser i form af lange bånd med forskellige farver.
Deres anvendelse skyldes enhedens modstand mod klimafaktorer, vurderet af produktbeskyttelsesklassen. Afhængigt af designet bruges de kun indendørs eller er i stand til at arbejde i åbne rum (som et design til billboards eller især LED-regn).
Du kan kontrollere lysstyrkeniveauet i en almindelig lampe eller lysekrone på forskellige måder. Til dette bruges oftest specielle elektroniske kredsløb til at modulere amplitude og andre parametre for lysimpulser. For at gøre det lettere at arbejde med husholdningsudstyr er der lavet et sådant modul i form af et typisk kontrolpanel.
