Ymmärtääksesi mitä LED on, sinun on ensin ymmärrettävä sen yleisesti hyväksytty nimitys, joka esitetään englanniksi LED-merkkinä. Käännettynä tämä tarkoittaa kirjaimellisesti "pienten ledien lähettämistä". Tekniseltä kannalta ne ovat puolijohdelaitteita, jotka muuntavat sähkövirran näkyvän valon säteilyksi. Tämä ulkonäöltään ja laitteeltaan yksinkertaisin tuote eroaa huomattavasti normaaleista valaistuslaitteista: hehkulampuista ja vastaavista.
Tapahtumahistoria
LED-säteilylaitteiden laite ja toimintaperiaate on helpompi ymmärtää, kun perehdyt niiden esiintymisen taustaan. Tämä säteilevä tuote syntyi ensimmäisen kerran vuonna 1962 yksivärisen punaisen diodin muodossa. Monista puutteista huolimatta sen valmistustekniikka tunnustettiin lupaavaksi. Kymmenen vuotta punaisen näytteen esittelyn jälkeen vihreät ja keltaiset LEDit esiteltiin suurelle yleisölle. Alhaisen tuoton takia näitä tuotteita käytettiin pääasiassa talossa indikaattoreina kotitalouksien elektronisten laitteiden etupaneeleissa.
Ajan myötä valoisuus kasvoi useita kertoja, ja viime vuosisadan 90-luvulla oli mahdollista tehdä näyte, jonka valovirta oli yhtä lumenia. Japanilainen insinööri S. Nakamura loi vuonna 1993 historian ensimmäisen sinisen diodin, jolla oli korkea valoisuus. Siitä hetkestä lähtien heidän kehittäjät oppivat saamaan minkä tahansa näkyvän spektrin värin, mukaan lukien valkoinen.
LED-tuotteiden huomattavien ominaisuuksien vuoksi niistä on ajan myötä tullut vakava kilpailija monille tuttujen hehkulamppujen suhteen.
Vuodesta 2005 teollisuus on hallinnut valkoisten ledien tuotantoa, joiden valovirta on vähintään 100 lm. Lisäksi opimme tekemään valaistuselementtejä erilaisilla valkoisilla sävyillä (“lämmin”, “kylmä” ja muut hehkuvalot).
Laite ja säteilynmuodostuksen periaate
Jotta voidaan ymmärtää, kuinka LED on järjestetty, on ensinnäkin otettava huomioon useita seikkoja suunnittelussaan:
- LED-elementin perusta on puolijohdekite, joka kuljettaa virtaa vain yhteen suuntaan;
- klassinen LED-laite olettaa läsnä olevan eristävän alustan;
- diodin lasikotelo suojaa kideä luotettavasti ulkoisilta vaikutuksilta ja on samalla sirontaelementti;
- kotelon takana on kaksi kosketinta, joihin LEDin sähköteho syötetään.
Emissiolaitteen vasteajan kasvattamiseksi sirontalinssin ja itse kiteen välinen tila täytetään läpinäkyvällä silikoniyhdisteellä.
Joidenkin LEDien rakenteessa on erityinen alumiinisubstraatti, joka on laitteen perusta ja samalla poistaa ylimääräistä lämpöä siitä.
LEDin toimintaperiaate on helpompi ymmärtää tutkimalla puolijohdeliitosta, jota ammattilaiset kutsuvat elektronireikäsiirtymään. Sen nimi liittyy päärakenteiden erilaiseen luonteeseen kahden rakenteen rajakerroksessa. Yhdessä puolijohteessa kosketusrajassa on ylimäärä elektroneja, ja sen vieressä olevassa materiaalissa on ylimääräisiä reikiä. Puolijohdeliitoksen valmistusprosessissa ne tunkeutuvat viereiseen kerrokseen muodostaen potentiaalisen esteen, joka estää niiden käänteisen esijännityksen.Suora jännite LEDissä sen toiminnan aikana riippuu siirtymän leveydestä.
Sovellettaessa diodiin tietyn polaarisuuden potentiaalia ja tasavirtalähteen tuottamaa suuruutta, on mahdollista siirtää siirtymää haluttuun suuntaan. Tämä johtaa sen avautumiseen ja vastakkaisesti varautuneiden hiukkasten vastavirtaan. Kun ne törmäävät siirtymärajoihin, säteilee valon energian kvantteja - fotoneja. Näiden pulssien toistumisnopeudesta riippuen säteily saa tietyn värin.
Mikä määrää LEDin värin
LEDien valmistuksessa käytetään erityyppisiä puolijohdemateriaaleja, joiden valinta määrää niiden lähettämän värisävyn.
Kyky erottaa väri on ihmisen silmän luontainen ominaisuus, joka pystyy sieppaamaan sen asteet erittäin tarkasti. Se on erottamattomasti yhteydessä tietyn taajuuden sähkömagneettisten aaltojen kuljettaman kvanttisäteilyn aallonpituuteen. Tällöin valopulssit muodostuvat LEDin puolijohdesiirtymän rajaan.
Tutkiessaan eri puolijohteiden ominaisuuksia tutkimuksen varhaisessa vaiheessa tutkijat tunnistivat materiaalit, kuten galliumfosfidi, samoin kuin kolmiosaiset yhdisteet AlGaAs ja GaAsP. Niitä käytettäessä oli mahdollista saada punainen ja kelta-vihreä säteily. Nykyään erilaisten väriyhdistelmien saamiseksi käytetään monimutkaisempia alumiiniyhdistelmiä indium- ja galliumin (AllnGaP) tai galliumindiumnitridin (InGaN) kanssa. Nämä puolijohteet kestävät merkittäviä virtauksia, mikä antaa heille mahdollisuuden vastaanottaa suurta valotehoa.
Värien sekoitustekniikka
Nykyaikaiset diodinauhat ja LED-modulaariset klusterit kykenevät erottamaan valon alueen eri sävyt. Koska yksi siirtymä muodostaa yksivärisen säteilyn, tarvitaan monisirulaite monivärisen hehkuvuuden luomiseksi. Tämä monimutkainen tuote toimii kuin tietokonemonitori, jolle on mahdollista saada melkein mikä tahansa sävy (tätä varten käytetään erityistä RGB-moduulia).
Tätä varjostuksen muodostumisen periaatetta käyttämällä oli mahdollista saada valkoinen hehku, jota käytettiin laajasti esimerkiksi LED-valonheittimissä. Tätä varten kaikki kolme lähde- tai perusväriä sekoitettiin yhtä suuressa osassa.
On myös mahdollista saada se yhdistämällä ultravioletti- tai sinisen säteilyn diodirakenteet keltaiseen fosforityyppiseen pinnoitteeseen.
LEDien valmistusominaisuudet
Ymmärtääksesi miten LEDit valmistetaan, sinun on perehdyttävä rakenteen ominaisuuksiin valmistuksessa käytetyn tekniikan suhteen. Tämän vuoksi seuraavat seikat otetaan ensisijaisesti huomioon ottaen huomioon niiden tuotannon erityispiirteet:
- erityinen menetelmä säteilyn värin (matriisi tai fosfori) muodostamiseksi;
- kuinka monta volttia LEDit on suunniteltu ja minkä kokoista virtaa ne kestävät;
- minkä tekniikan avulla saat parhaan mahdollisen hehkulaadun ja on halvempaa.
Sirujen tekeminen matriisipiirissä maksaa valmistajalle enemmän, mikä kannattaa korkealaatuisella säteilyllä. Fosforien haitoihin sisältyy heikko valoteho, samoin kuin aivan puhdas värisäteily. Lisäksi heillä on pienempi työresurssi ja usein epäonnistuu.
Valmistettaessa yksinkertaisia merkkivalodiodeja, joiden suora jännite on 2–4 volttia, niiden siirtymä lasketaan pienille virroille (enintään 50 mA). Korkealuokkaisten valaistuslaitteiden ja LED-siltapiirien luomiseen tarvitaan laitteita, joilla on suuret virranosoittimet (korkeintaan 1 ampeeri). Jos yhdessä moduulissa diodit on kytketty sarjaan, kokonaisjännite niiden liittymissä saavuttaa 12 tai jopa 24 volttia.Tuotteiden valmistuksessa jokaisen ledin plus merkitään erityisellä tavalla (vastaavaan jalkaan tehdään pieni reuna).
Luminesenssin laajuus ja hallinta
Monien modifikaatioiden vuoksi LED-tuotteita käytetään laajalti eri aloilla:
- energiansäästölamppujen valmistuksessa, jotka on asennettu esimerkiksi tyypilliseen kattokruunuun tai tavanomaiseen seinätelineeseen;
- käytettäväksi valaisimina laajalle levinneissä miniatyyrivalaisimissa, samoin kuin suuremmissa rakenteissa, kuten "retkeilymatkavalot";
- tarvittaessa huoneiden koristevalaistus pitkillä nauhoilla, eri väreillä.
Niiden käyttö johtuu laitteen kestävyysasteesta ilmastollisille tekijöille, tuotesuojausluokan arvioimana. Suunnittelusta riippuen niitä käytetään vain sisätiloissa tai ne voidaan työskennellä avoimissa tiloissa (erityisesti mainostaulujen tai LED-sateiden suunnitteluna).
Voit hallita vaaleustasoa tavallisessa lampussa tai kattokruumassa eri tavoin. Tätä varten käytetään yleisimmin erityisiä elektronisia piirejä valopulssien amplitudin ja muiden parametrien moduloimiseksi. Kodinkoneiden kanssa työskentelyn helpottamiseksi tällainen moduuli on valmistettu tyypillisen ohjauspaneelin muodossa.
