Um zu verstehen, was eine LED ist, müssen Sie zunächst die allgemein anerkannte Bezeichnung verstehen, die auf Englisch als LED dargestellt wird. Übersetzt bedeutet dies wörtlich "kleine LEDs aussenden". Aus technischer Sicht handelt es sich um Halbleiterbauelemente, die elektrischen Strom in Strahlung mit sichtbarem Licht umwandeln. Dieses einfachste Produkt unterscheidet sich in Aussehen und Gerät deutlich von typischen Beleuchtungsgeräten: Glühlampen und dergleichen.
Vorgeschichte des Auftretens
Das Gerät und das Funktionsprinzip von LED-Emittern sind leichter zu verstehen, wenn Sie sich mit dem Hintergrund ihres Auftretens vertraut machen. Dieses Strahlungsprodukt wurde erstmals 1962 in Form einer monochromen roten Diode geboren. Trotz einer Reihe von Mängeln wurde die Herstellungstechnologie als vielversprechend anerkannt. Ein Jahrzehnt nach der Demonstration der roten Probe wurden der Öffentlichkeit grüne und gelbe LEDs präsentiert. Aufgrund der geringen Rendite wurden diese Produkte hauptsächlich im Haus als Indikatoren auf den Frontplatten von elektronischen Haushaltsgeräten verwendet.
Im Laufe der Zeit nahm die Leuchtkraft um ein Vielfaches zu, und in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts war es möglich, eine Probe mit einem Lichtstrom von 1 Lumen herzustellen. 1993 schuf der japanische Ingenieur S. Nakamura die erste blaue Diode in der Geschichte mit hoher Leuchtkraft. Von diesem Moment an lernten ihre Entwickler, jede Farbe des sichtbaren Spektrums zu erhalten, einschließlich Weiß.
Aufgrund der bemerkenswerten Eigenschaften von LED-Produkten haben sie sich im Laufe der Zeit zu einem ernsthaften Konkurrenten der vielen bekannten Glühlampen entwickelt.
Seit 2005 beherrscht die Industrie die Herstellung von weißen LEDs mit einem Lichtstrom von bis zu 100 lm oder mehr. Außerdem haben wir gelernt, wie man Beleuchtungselemente mit verschiedenen Weißtönen („warm“, „kalt“ und andere Leuchten) herstellt.
Vorrichtung und Prinzip der Strahlungsbildung
Um zu verstehen, wie die LED angeordnet ist, müssen zunächst einige Punkte in Bezug auf ihr Design berücksichtigt werden:
- Die Basis des LED-Elements ist ein Halbleiterkristall, der Strom nur in eine Richtung leitet.
- Das klassische LED-Gerät setzt das Vorhandensein eines isolierenden Substrats voraus.
- Das Glasgehäuse der Diode schützt den Kristall zuverlässig vor äußeren Einflüssen und ist gleichzeitig ein Streuelement.
- Auf der Rückseite des Gehäuses befinden sich zwei Kontakte, an die die elektrische Energie der LED geliefert wird.
Um die Reaktionszeit der emittierenden Vorrichtung zu erhöhen, wird der Raum zwischen der Streulinse und dem Kristall selbst mit einer transparenten Silikonverbindung gefüllt.
In der Struktur einiger LEDs ist ein spezielles Aluminiumsubstrat vorgesehen, das die Basis der Vorrichtung bildet und gleichzeitig überschüssige Wärme von dieser abführt.
Das Funktionsprinzip der LED ist leichter zu verstehen, wenn der Halbleiterübergang untersucht wird, den Fachleute den Elektron-Loch-Übergang nennen. Sein Name hängt mit der unterschiedlichen Natur der Hauptträger in der Grenzschicht zweier Strukturen zusammen. In einem Halbleiter befindet sich an der Kontaktgrenze ein Elektronenüberschuss, und in dem angrenzenden Material befinden sich überschüssige Löcher. Beim Herstellungsprozess des Halbleiterübergangs dringen sie in die benachbarte Schicht ein und bilden eine Potentialbarriere, die ihre Sperrvorspannung verhindert.Die Gleichspannung der LED während ihres Betriebs hängt von der Breite des Übergangs ab.
Wenn der Diode ein Potential einer gegebenen Polarität und ein von einer Gleichstromquelle erzeugter Wert zugeführt wird, ist es möglich, den Übergang in die gewünschte Richtung zu verschieben. Dies führt zu seiner Öffnung und dem Auftreten eines Gegenstroms entgegengesetzt geladener Teilchen. Wenn sie an den Übergangsgrenzen kollidieren, werden Quanten der Lichtenergie emittiert - Photonen. Abhängig von der Wiederholungsrate dieser Impulse erhält die Strahlung eine bestimmte Farbe.
Was bestimmt die Farbe der LED?
Bei der Herstellung von LEDs werden verschiedene Arten von Halbleitermaterialien verwendet, deren Wahl den von ihnen emittierten Farbton bestimmt.
Die Fähigkeit, Farben zu unterscheiden, ist eine angeborene Eigenschaft des menschlichen Auges, die in der Lage ist, seine Abstufungen mit großer Genauigkeit zu erfassen. Es ist untrennbar mit der Wellenlänge der Quantenstrahlung verbunden, die von elektromagnetischen Wellen einer bestimmten Frequenz getragen wird. In diesem Fall werden Lichtimpulse an der Grenze des Halbleiterübergangs der LED gebildet.
Bei der Untersuchung der Eigenschaften verschiedener Halbleiter in einem frühen Stadium ihrer Untersuchung identifizierten die Wissenschaftler Materialien wie Galliumphosphid sowie ternäre Verbindungen AlGaAs und GaAsP. Bei Verwendung konnten rote und gelbgrüne Strahlung erhalten werden. Um verschiedene Farbkombinationen zu erhalten, werden heute komplexere Strukturkombinationen von Aluminium mit Indium und Gallium (AllnGaP) oder Galliumindiumnitrid (InGaN) verwendet. Diese Halbleiter können erheblichen Strömen standhalten, wodurch sie eine hohe Lichtleistung erhalten.
Farbmischtechnik
Moderne Diodenbänder und modulare LED-Cluster können unterschiedliche Schattierungen des Lichtbereichs abgeben. Angesichts der Tatsache, dass ein Übergang monochrome Strahlung bildet, ist eine Mehrchipvorrichtung erforderlich, um ein Mehrfarbenglühen zu erzeugen. Dieses komplexe Produkt funktioniert wie ein Computermonitor, auf dem fast jeder Farbton erzielt werden kann (hierfür wird ein spezielles RGB-Modul verwendet).
Mit diesem Prinzip der Schattenbildung konnte ein weißes Leuchten erzielt werden, das beispielsweise bei LED-Strahlern weit verbreitet ist. Zu diesem Zweck wurden alle drei Quell- oder Grundfarben zu gleichen Anteilen gemischt.
Es ist auch möglich, es durch Kombinieren von Diodenstrukturen aus ultravioletter oder blauer Strahlung mit einer Beschichtung vom gelben Leuchtstofftyp zu erhalten.
Merkmale der Herstellung von LEDs
Um zu verstehen, wie LEDs hergestellt werden, müssen Sie sich mit den strukturellen Merkmalen der bei der Herstellung verwendeten Technologien vertraut machen. Bei der Betrachtung der Besonderheiten ihrer Herstellung werden daher vor allem folgende Punkte berücksichtigt:
- ein spezifisches Verfahren zur Bildung der Farbe der Strahlung (Matrix oder Leuchtstoff);
- Für wie viele Volt sind die LEDs ausgelegt und welche Stromstärke können sie aushalten?
- Welche Technologie ermöglicht es Ihnen, die beste Qualität des Glühens zu erhalten und ist billiger.
Die Herstellung von Chips in einer Matrixschaltung kostet den Hersteller mehr, was sich bei hoher Strahlungsqualität auszahlt. Zu den Nachteilen von Leuchtstoffen gehören eine geringe Lichtleistung sowie nicht ganz reine Farbstrahlung. Darüber hinaus verfügen sie über eine kleinere Arbeitsressource und fallen häufig aus.
Bei der Herstellung einfacher Anzeigedioden mit einer Gleichspannung von 2-4 Volt wird deren Übergang für kleine Ströme (bis zu 50 mA) berechnet. Zur Herstellung hochwertiger Beleuchtungsgeräte und LED-Brückenschaltungen sind Geräte mit großen Stromanzeigen (bis zu 1 Ampere) erforderlich. Wenn in einem Modul die Dioden in Reihe geschaltet sind, erreicht die Gesamtspannung an ihren Übergängen 12 oder sogar 24 Volt.Bei der Herstellung von Produkten ist das Plus jeder LED auf besondere Weise gekennzeichnet (auf dem entsprechenden Bein ist eine kleine Kante angebracht).
Anwendungen und Glühkontrolle
Aufgrund der Vielzahl von Modifikationen sind LED-Produkte in verschiedenen Bereichen weit verbreitet:
- bei der Herstellung von Energiesparlampen, die beispielsweise in einem typischen Kronleuchter oder in einer herkömmlichen Wandleuchte installiert sind;
- zur Verwendung als Illuminatoren in weit verbreiteten Miniaturtaschenlampen sowie in größeren Strukturen wie "Camping-Touristenlampen";
- ggf. dekorative Beleuchtung von Räumen in Form langer Bänder mit unterschiedlichen Farben.
Ihre Verwendung beruht auf der Beständigkeit des Geräts gegenüber klimatischen Faktoren, die von der Produktschutzklasse bewertet wird. Je nach Ausführung werden sie nur in Innenräumen eingesetzt oder können im Freien eingesetzt werden (insbesondere als Gestaltung für Werbetafeln oder LED-Regen).
Sie können die Leuchtkraft einer normalen Lampe oder eines Kronleuchters auf verschiedene Arten steuern. Zu diesem Zweck werden am häufigsten spezielle elektronische Schaltungen verwendet, um die Amplitude und andere Parameter von Lichtimpulsen zu modulieren. Zur Erleichterung der Arbeit mit Haushaltsgeräten wird ein solches Modul in Form eines typischen Bedienfelds hergestellt.
