Για να καταλάβετε τι είναι ένα LED, πρέπει πρώτα να κατανοήσετε τη γενικά αποδεκτή ονομασία του, που παρουσιάζεται στα Αγγλικά ως LED. Μεταφρασμένο, αυτό σημαίνει κυριολεκτικά "εκπομπή μικρών LED". Από τεχνική άποψη, είναι συσκευές ημιαγωγών που μετατρέπουν το ηλεκτρικό ρεύμα σε ορατή ακτινοβολία φωτός. Αυτό το απλούστερο προϊόν στην εμφάνιση και τη συσκευή του διαφέρει σημαντικά από τις τυπικές συσκευές φωτισμού: λαμπτήρες πυρακτώσεως και παρόμοια.
Ιστορικό εμφάνισης
Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας των πομπών LED είναι πιο κατανοητή αν εξοικειωθείτε με το ιστορικό της εμφάνισής τους. Αυτό το ακτινοβόλο προϊόν γεννήθηκε το 1962 με τη μορφή μιας μονόχρωμης κόκκινης δίοδος. Παρά ορισμένα μειονεκτήματα, η τεχνολογία κατασκευής της αναγνωρίστηκε ως πολλά υποσχόμενη. Μια δεκαετία μετά την επίδειξη του κόκκινου δείγματος, πράσινα και κίτρινα LED παρουσιάστηκαν στο ευρύ κοινό. Λόγω της χαμηλής απόδοσης, αυτά τα προϊόντα χρησιμοποιήθηκαν κυρίως στο σπίτι ως δείκτες στα μπροστινά πάνελ των οικιακών ηλεκτρονικών συσκευών.
Με την πάροδο του χρόνου, η φωτεινότητα αυξήθηκε αρκετές φορές, και στη δεκαετία του 90 του περασμένου αιώνα, ήταν δυνατό να γίνει ένα δείγμα με φωτεινή ροή ίση με 1 lumen. Το 1993, ο ιαπωνικός μηχανικός S. Nakamura δημιούργησε την πρώτη μπλε δίοδο στην ιστορία, με υψηλό επίπεδο φωτεινότητας. Από εκείνη τη στιγμή, οι προγραμματιστές τους έμαθαν να παίρνουν οποιοδήποτε χρώμα του ορατού φάσματος, συμπεριλαμβανομένου του λευκού.
Λόγω των αξιοσημείωτων χαρακτηριστικών των προϊόντων LED, με την πάροδο του χρόνου έχουν γίνει σοβαρός ανταγωνιστής των λαμπτήρων πυρακτώσεως που είναι εξοικειωμένοι με πολλούς.
Από το 2005, η βιομηχανία έχει κυριαρχήσει στην παραγωγή λευκών LED με φωτεινή ροή έως και 100 lm ή περισσότερο. Επιπλέον, μάθαμε πώς να φτιάχνουμε στοιχεία φωτισμού με διάφορες αποχρώσεις του λευκού («ζεστό», «κρύο» και άλλες λάμψεις).
Συσκευή και αρχή του σχηματισμού ακτινοβολίας
Για να κατανοήσετε πώς είναι τοποθετημένο το LED, πρώτα απ 'όλα, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη ορισμένα σημεία σχετικά με το σχεδιασμό του:
- η βάση του στοιχείου LED είναι ένας κρύσταλλος ημιαγωγών, που περνά ρεύμα μόνο σε μία κατεύθυνση.
- Η κλασική συσκευή LED αναλαμβάνει την παρουσία ενός μονωτικού υποστρώματος.
- η γυάλινη θήκη της διόδου προστατεύει αξιόπιστα τον κρύσταλλο από εξωτερικές επιδράσεις και ταυτόχρονα είναι ένα στοιχείο σκέδασης.
- Στο πίσω μέρος της θήκης υπάρχουν δύο επαφές στις οποίες παρέχεται η ηλεκτρική ισχύς του LED.
Για να αυξηθεί ο χρόνος απόκρισης της συσκευής εκπομπής, ο χώρος μεταξύ του φακού σκέδασης και του ίδιου του κρυστάλλου γεμίζεται με μια διαφανή ένωση σιλικόνης.
Στη δομή ορισμένων LED, παρέχεται ένα ειδικό υπόστρωμα αλουμινίου, το οποίο είναι η βάση της συσκευής και ταυτόχρονα αφαιρεί την υπερβολική θερμότητα από αυτήν.
Η αρχή της λειτουργίας του LED είναι πιο κατανοητή με την εξέταση της διασταύρωσης ημιαγωγού, την οποία οι επαγγελματίες αποκαλούν μετάβαση στις οπές ηλεκτρονίων. Το όνομά του σχετίζεται με τη διαφορετική φύση των κύριων φορέων στο οριακό στρώμα δύο δομών. Σε έναν ημιαγωγό υπάρχει περίσσεια ηλεκτρονίων στο όριο επαφής και στο υλικό που βρίσκεται δίπλα του υπάρχουν περίσσεια οπών. Κατά τη διαδικασία κατασκευής της σύνδεσης ημιαγωγών, διεισδύουν στο παρακείμενο στρώμα, σχηματίζοντας ένα πιθανό φράγμα που αποτρέπει την αντίστροφη μεροληψία τους.Η άμεση τάση στο LED κατά τη λειτουργία του εξαρτάται από το πλάτος της μετάβασης.
Όταν ένα δυναμικό μιας δεδομένης πολικότητας και μια τιμή που παράγεται από μια πηγή συνεχούς ρεύματος παρέχεται στη δίοδο, είναι δυνατόν να μετατοπιστεί η μετάβαση στην επιθυμητή κατεύθυνση. Αυτό θα οδηγήσει στο άνοιγμά του και στην εμφάνιση μιας αντίθετης ροής των αντίθετα φορτισμένων σωματιδίων. Όταν συγκρούονται στα όρια μετάβασης, εκπέμπονται κβάντα φωτεινής ενέργειας - φωτόνια. Ανάλογα με το ρυθμό επανάληψης αυτών των παλμών, η ακτινοβολία αποκτά ένα συγκεκριμένο χρώμα.
Αυτό που καθορίζει το χρώμα του LED
Κατά την κατασκευή LED, χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι υλικών ημιαγωγών, η επιλογή των οποίων καθορίζει τη χρωματική απόχρωση που εκπέμπουν.
Η ικανότητα διάκρισης του χρώματος είναι έμφυτη ιδιότητα του ανθρώπινου ματιού, ικανή να συλλάβει τις διαβαθμίσεις του με μεγάλη ακρίβεια. Συνδέεται άρρηκτα με το μήκος κύματος της κβαντικής ακτινοβολίας που μεταφέρεται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα συγκεκριμένης συχνότητας. Σε αυτήν την περίπτωση, οι παλμοί φωτός σχηματίζονται στο όριο της μετάβασης ημιαγωγού του LED.
Όταν μελετούσαν τις ιδιότητες διαφόρων ημιαγωγών σε πρώιμο στάδιο της μελέτης τους, οι επιστήμονες εντόπισαν υλικά όπως το φωσφίδιο του γαλλίου, καθώς και τις τριμερείς ενώσεις AlGaAs και GaAsP. Κατά τη χρήση τους, ήταν δυνατό να ληφθεί κόκκινη και κίτρινη-πράσινη ακτινοβολία. Σήμερα, προκειμένου να επιτευχθούν διάφοροι συνδυασμοί χρωμάτων, χρησιμοποιούνται πιο πολύπλοκοι συνδυασμοί αλουμινίου με ίνδιο και γάλλιο (AllnGaP) ή νιτρίδιο ινδίου γάλλιο (InGaN). Αυτοί οι ημιαγωγοί είναι σε θέση να αντέχουν σημαντικά ρεύματα, γεγονός που τους επιτρέπει να λαμβάνουν υψηλή απόδοση φωτός.
Τεχνική ανάμειξης χρωμάτων
Οι σύγχρονες ταινίες διόδων και οι σπονδυλωτές συστοιχίες LED μπορούν να δώσουν διαφορετικές αποχρώσεις του εύρους φωτός. Δεδομένου ότι μια μετάβαση σχηματίζει μονοχρωματική ακτινοβολία, θα χρειαστεί μια συσκευή πολλαπλών τσιπ για να δημιουργήσει μια πολύχρωμη λάμψη. Αυτό το πολύπλοκο προϊόν λειτουργεί σαν οθόνη υπολογιστή, στην οποία είναι δυνατή η λήψη σχεδόν οποιασδήποτε απόχρωσης (για αυτό, χρησιμοποιείται μια ειδική μονάδα RGB).
Χρησιμοποιώντας αυτήν την αρχή του σχηματισμού σκιάς, ήταν δυνατό να ληφθεί μια λευκή λάμψη, που χρησιμοποιείται ευρέως σε προβολείς LED, για παράδειγμα. Για να γίνει αυτό, και τα τρία χρώματα προέλευσης ή βάσης αναμίχθηκαν σε ίσες αναλογίες.
Είναι επίσης δυνατό να ληφθεί με συνδυασμό δομών διόδων υπεριώδους ή μπλε ακτινοβολίας με επίστρωση τύπου φωσφόρου κίτρινου.
Χαρακτηριστικά κατασκευής LED
Για να καταλάβετε πώς κατασκευάζονται τα LED, θα πρέπει να εξοικειωθείτε με τα δομικά χαρακτηριστικά όσον αφορά τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή. Επομένως, κατά την εξέταση των ιδιαιτεροτήτων της παραγωγής τους, λαμβάνονται κυρίως υπόψη τα ακόλουθα σημεία:
- συγκεκριμένη μέθοδος σχηματισμού του χρώματος της ακτινοβολίας (μήτρα ή φωσφόρος) ·
- για πόσα βολτ έχουν σχεδιαστεί τα LED και για ποιο μέγεθος ρεύματος μπορούν να αντέξουν;
- ποια τεχνολογία σας επιτρέπει να έχετε την καλύτερη ποιότητα της λάμψης και είναι φθηνότερη.
Η κατασκευή τσιπ σε ένα κύκλωμα μήτρας θα κοστίσει περισσότερο τον κατασκευαστή, κάτι που αποδίδει με ακτινοβολία υψηλής ποιότητας. Τα μειονεκτήματα των φωσφορικών περιλαμβάνουν χαμηλή απόδοση φωτός, καθώς και όχι πολύ καθαρή χρωματική ακτινοβολία. Επιπλέον, έχουν μικρότερο πόρο εργασίας και συχνά αποτυγχάνουν.
Κατά την κατασκευή απλών διόδων δείκτη με άμεση τάση 2-4 Volts, η μετάβασή τους υπολογίζεται για μικρά ρεύματα (έως 50 mA). Για τη δημιουργία συσκευών φωτισμού υψηλής ποιότητας και κυκλωμάτων γέφυρας LED, απαιτούνται συσκευές με μεγάλους δείκτες ρεύματος (έως 1 Αμπέρ). Εάν σε μια μονάδα οι δίοδοι συνδέονται σε σειρά, η συνολική τάση στις διασταυρώσεις τους φτάνει τα 12 ή ακόμα και τα 24 βολτ.Κατά την κατασκευή προϊόντων, το πλεονέκτημα κάθε LED επισημαίνεται με ειδικό τρόπο (μια μικρή προεξοχή κατασκευάζεται στο αντίστοιχο πόδι).
Πεδίο εφαρμογής και διαχείριση του φωτισμού
Λόγω της ποικιλίας των τροποποιήσεων, τα προϊόντα LED χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς:
- στην κατασκευή λαμπτήρων εξοικονόμησης ενέργειας που είναι εγκατεστημένοι σε έναν τυπικό πολυέλαιο, για παράδειγμα, ή σε ένα συμβατικό απλίκα τοίχου.
- για χρήση ως φωτιστικά σε διαδεδομένους μικροσκοπικούς φακούς, καθώς και σε μεγαλύτερες κατασκευές όπως "κάμπινγκ τουριστικών λαμπτήρων".
- εάν είναι απαραίτητο, διακοσμητικός φωτισμός των δωματίων με τη μορφή μακριών κορδελλών με διαφορετικά χρώματα.
Η χρήση τους οφείλεται στο βαθμό αντίστασης της συσκευής σε κλιματικούς παράγοντες, που αξιολογείται από την κατηγορία προστασίας του προϊόντος. Ανάλογα με τη σχεδίαση, χρησιμοποιούνται μόνο σε εσωτερικούς χώρους ή είναι σε θέση να εργάζονται σε ανοιχτούς χώρους (συγκεκριμένα ως σχέδιο για πινακίδες ή βροχή LED).
Μπορείτε να ελέγξετε το επίπεδο φωτεινότητας σε μια συνηθισμένη λάμπα ή πολυέλαιο με διάφορους τρόπους. Για αυτό, χρησιμοποιούνται ειδικά ηλεκτρονικά κυκλώματα για τη διαμόρφωση του πλάτους και άλλων παραμέτρων των παλμών φωτός. Για τη διευκόλυνση της εργασίας με οικιακό εξοπλισμό, μια τέτοια μονάδα κατασκευάζεται με τη μορφή ενός τυπικού πίνακα ελέγχου.
