Pour comprendre ce qu'est une LED, vous devez d'abord comprendre sa désignation généralement acceptée, présentée en anglais comme LED. Traduit, cela signifie littéralement «émettre de petites LED». D'un point de vue technique, ce sont des dispositifs semi-conducteurs qui convertissent le courant électrique en rayonnement de lumière visible. Ce produit le plus simple par son apparence et son appareil diffère sensiblement des appareils d'éclairage typiques: lampes à incandescence et similaires.
Antécédents d'occurrence
Le dispositif et le principe de fonctionnement des émetteurs LED sont plus faciles à comprendre si vous vous familiarisez avec le contexte de leur apparition. Ce produit rayonnant est né pour la première fois en 1962 sous la forme d'une diode rouge monochrome. Malgré un certain nombre de lacunes, sa technologie de fabrication a été reconnue comme prometteuse. Une décennie après la démonstration de l'échantillon rouge, des LED vertes et jaunes ont été présentées au grand public. En raison du faible rendement, ces produits étaient principalement utilisés dans la maison comme indicateurs sur les panneaux avant des appareils électroniques ménagers.
Au fil du temps, l'intensité de la lueur a augmenté plusieurs fois, et dans les années 90 du siècle dernier, il était possible de faire un échantillon avec un flux lumineux égal à 1 lumen. En 1993, l'ingénieur japonais S. Nakamura a créé la première diode bleue de l'histoire, dotée d'un haut niveau de luminosité. À partir de ce moment, leurs développeurs ont appris à obtenir n'importe quelle couleur du spectre visible, y compris le blanc.
En raison des caractéristiques remarquables des produits LED, ils sont devenus avec le temps un concurrent sérieux des ampoules à incandescence qui sont familières à beaucoup.
Depuis 2005, l'industrie maîtrise la production de LED blanches avec un flux lumineux allant jusqu'à 100 lm ou plus. De plus, nous avons appris à fabriquer des éléments d'éclairage avec différentes nuances de blanc («chaud», «froid» et autres lueurs).
Dispositif et principe de formation de rayonnement
Pour comprendre comment la LED est agencée, il faut tout d'abord prendre en compte un certain nombre de points concernant sa conception:
- la base de l'élément LED est un cristal semi-conducteur, ne faisant passer le courant que dans une seule direction;
- le dispositif LED classique suppose la présence d'un substrat isolant;
- le boîtier en verre de la diode protège de manière fiable le cristal des influences extérieures et est en même temps un élément diffusant;
- au dos du boîtier, il y a deux contacts auxquels l'alimentation électrique de la LED est fournie.
Pour augmenter le temps de réponse du dispositif émetteur, l'espace entre la lentille de diffusion et le cristal lui-même est rempli d'un composé de silicone transparent.
Dans la structure de certaines LED, un substrat en aluminium spécial est fourni, qui est la base de l'appareil et en même temps en élimine la chaleur excessive.
Le principe de fonctionnement de la LED est plus facile à comprendre en examinant la jonction semi-conductrice, que les professionnels appellent la transition électron-trou. Son nom est associé à la nature différente des principaux porteurs dans la couche limite de deux structures. Dans un semi-conducteur, il y a un excès d'électrons à la limite de contact, et dans le matériau adjacent, il y a des trous en excès. Dans le processus de fabrication de la jonction semi-conductrice, ils pénètrent dans la couche adjacente, formant une barrière de potentiel qui empêche leur polarisation inverse.La tension continue sur la LED pendant son fonctionnement dépend de la largeur de la transition.
Lorsqu'un potentiel d'une polarité donnée et d'une valeur générée par une source de courant continu est fourni à la diode, il est possible de décaler la transition dans la direction souhaitée. Cela conduira à son ouverture et à l'apparition d'un contre-courant de particules de charges opposées. Lorsqu'ils entrent en collision aux frontières de transition, des quanta d'énergie lumineuse sont émis - des photons. Selon le taux de répétition de ces impulsions, le rayonnement acquiert une certaine couleur.
Ce qui détermine la couleur de la LED
Dans la fabrication des LED, différents types de matériaux semi-conducteurs sont utilisés, dont le choix détermine la nuance de couleur qu'ils émettent.
La capacité de distinguer la couleur est une propriété innée de l'œil humain, capable de capturer ses dégradés avec une grande précision. Elle est inextricablement liée à la longueur d'onde du rayonnement quantique transporté par les ondes électromagnétiques d'une certaine fréquence. Dans ce cas, des impulsions lumineuses se forment à la limite de la transition semi-conductrice de la LED.
Lors de l'étude des propriétés de divers semi-conducteurs à un stade précoce de leur étude, les scientifiques ont identifié des matériaux tels que le phosphure de gallium, ainsi que les composés ternaires AlGaAs et GaAsP. Lors de leur utilisation, il a été possible d'obtenir un rayonnement rouge et jaune-vert. Aujourd'hui, afin d'obtenir différentes combinaisons de couleurs, les combinaisons d'aluminium avec l'indium et le gallium (AllnGaP) ou le nitrure de gallium et d'indium (InGaN) ont une structure plus complexe. Ces semi-conducteurs sont capables de résister à des courants importants, ce qui leur permet de recevoir un flux lumineux élevé.
Technique de mélange des couleurs
Les bandes de diodes modernes et les groupes modulaires de LED sont capables de donner différentes nuances de la gamme de lumière. Étant donné qu'une transition forme un rayonnement monochrome, un dispositif multipuce sera nécessaire pour créer une lueur multicolore. Ce produit complexe fonctionne comme un écran d'ordinateur, sur lequel il est possible d'obtenir presque n'importe quelle teinte (pour cela, un module RVB spécial est utilisé).
En utilisant ce principe de formation d'ombre, il a été possible d'obtenir une lueur blanche, largement utilisée dans les spots LED par exemple. Pour ce faire, les trois couleurs source ou de base ont été mélangées dans des proportions égales.
Il est également possible de l'obtenir en combinant des structures de diodes de rayonnement ultraviolet ou bleu avec un revêtement de type phosphore jaune.
Caractéristiques de fabrication des LED
Pour comprendre comment les LED sont fabriquées, vous devrez vous familiariser avec les caractéristiques structurelles en termes de technologies utilisées dans la fabrication. Par conséquent, lors de l'examen des spécificités de leur production, les points suivants sont principalement pris en compte:
- une méthode spécifique pour former la couleur du rayonnement (matrice ou luminophore);
- à combien de volts les LED sont-elles conçues et à quelle taille de courant elles peuvent résister;
- quelle technologie vous permet d'obtenir la meilleure qualité d'éclat et est moins chère.
La fabrication de puces dans un circuit matriciel coûtera plus cher au fabricant, ce qui est payant avec un rayonnement de haute qualité. Les inconvénients des luminophores comprennent un faible rendement lumineux, ainsi qu'un rayonnement de couleur pas tout à fait pur. De plus, ils ont une ressource de travail plus petite et échouent souvent.
Dans la fabrication de diodes indicatrices simples avec une tension continue de 2-4 Volts, leur transition est calculée pour les petits courants (jusqu'à 50 mA). Pour créer des dispositifs d'éclairage de haute qualité et des circuits de pont LED, des dispositifs avec de grands indicateurs de courant (jusqu'à 1 ampère) seront nécessaires. Si dans un module les diodes sont connectées en série, la tension totale à leurs jonctions atteint 12 voire 24 volts.Dans la fabrication des produits, le plus de chaque LED est marqué d'une manière spéciale (un petit rebord est fait sur la jambe correspondante).
Portées et gestion de la luminescence
En raison de la variété des modifications, les produits LED sont largement utilisés dans divers domaines:
- dans la fabrication de lampes à économie d'énergie installées dans un lustre typique, par exemple, ou dans une applique murale classique;
- pour une utilisation en tant qu'illuminateurs dans des lampes de poche miniatures répandues, ainsi que dans des structures plus grandes telles que des "lampes touristiques pour camping";
- si nécessaire, éclairage décoratif des pièces sous forme de longs rubans de différentes couleurs.
Leur utilisation est due au degré de résistance de l'appareil aux facteurs climatiques, évalué par la classe de protection du produit. Selon la conception, ils sont utilisés uniquement à l'intérieur ou sont capables de travailler dans des espaces ouverts (comme une conception pour les panneaux d'affichage ou la pluie LED, en particulier).
Vous pouvez contrôler le niveau de luminosité d'une lampe ordinaire ou d'un lustre de différentes manières. Pour cela, des circuits électroniques spéciaux sont le plus souvent utilisés pour moduler l'amplitude et d'autres paramètres des impulsions lumineuses. Pour la commodité de travailler avec des équipements domestiques, un tel module est réalisé sous la forme d'un panneau de commande typique.
