Per capire cos'è un LED, devi prima capire la sua designazione generalmente accettata, presentata in inglese come LED. Tradotto, significa letteralmente "emettere piccoli LED". Da un punto di vista tecnico, sono dispositivi a semiconduttore che convertono la corrente elettrica in radiazione luminosa visibile. Questo prodotto più semplice nel suo aspetto e dispositivo differisce nettamente dai tipici dispositivi di illuminazione: lampade a incandescenza e simili.
Storia dell'evento
Il dispositivo e il principio di funzionamento degli emettitori LED sono più facili da comprendere se si familiarizza con lo sfondo della loro presenza. Questo prodotto radiante è nato per la prima volta nel 1962 sotto forma di un diodo rosso monocromatico. Nonostante una serie di carenze, la sua tecnologia di produzione è stata riconosciuta come promettente. Un decennio dopo la dimostrazione del campione rosso, i LED verde e giallo sono stati presentati al grande pubblico. A causa del basso rendimento, questi prodotti sono stati utilizzati principalmente all'interno della casa come indicatori sui pannelli frontali dei dispositivi elettronici domestici.
Nel tempo, l'intensità del bagliore è aumentata più volte e negli anni '90 del secolo scorso è stato possibile effettuare un campione con un flusso luminoso pari a 1 lumen. Nel 1993, l'ingegnere giapponese S. Nakamura ha creato il primo diodo blu nella storia, caratterizzato da un elevato livello di luminosità. Da quel momento, i loro sviluppatori hanno imparato a ottenere qualsiasi colore dello spettro visibile, incluso il bianco.
Grazie alle straordinarie caratteristiche dei prodotti a LED, nel tempo sono diventati un serio concorrente delle lampadine a incandescenza che sono familiari a molti.
Dal 2005, l'industria ha dominato la produzione di LED bianchi con un flusso luminoso fino a 100 lm o più. Inoltre, abbiamo imparato come realizzare elementi di illuminazione con varie tonalità di bianco ("caldo", "freddo" e altri bagliori).
Dispositivo e principio di formazione delle radiazioni
Per capire come è organizzato il LED, prima di tutto, è necessario tenere conto di una serie di punti relativi al suo design:
- la base dell'elemento LED è un cristallo semiconduttore, che passa corrente solo in una direzione;
- il classico dispositivo a LED assume la presenza di un substrato isolante;
- la custodia in vetro del diodo protegge in modo affidabile il cristallo da influenze esterne e allo stesso tempo è un elemento di dispersione;
- sul retro della custodia sono presenti due contatti ai quali viene fornita l'alimentazione elettrica del LED.
Per aumentare il tempo di risposta del dispositivo di emissione, lo spazio tra la lente di dispersione e il cristallo stesso viene riempito con un composto di silicone trasparente.
Nella struttura di alcuni LED, viene fornito uno speciale substrato in alluminio, che è la base del dispositivo e allo stesso tempo rimuove il calore in eccesso da esso.
Il principio di funzionamento del LED è più facile da comprendere esaminando la giunzione dei semiconduttori, che i professionisti chiamano la transizione elettrone-foro. Il suo nome è associato alla diversa natura dei principali vettori nello strato limite di due strutture. In un semiconduttore c'è un eccesso di elettroni al confine di contatto e nel materiale adiacente ci sono fori in eccesso. Nel processo di fabbricazione della giunzione dei semiconduttori, penetrano nello strato adiacente, formando una potenziale barriera che impedisce la loro polarizzazione inversa.La tensione diretta sul LED durante il suo funzionamento dipende dalla larghezza della transizione.
Quando un potenziale di una data polarità e un valore generato da una sorgente di corrente continua viene fornito al diodo, è possibile spostare la transizione nella direzione desiderata. Ciò porterà alla sua apertura e alla comparsa di un contro-flusso di particelle caricate in modo opposto. Quando si scontrano ai confini della transizione, vengono emessi quanti di energia luminosa - i fotoni. A seconda della frequenza di ripetizione di questi impulsi, la radiazione acquisisce un certo colore.
Cosa determina il colore del LED
Nella produzione di LED, vengono utilizzati vari tipi di materiali semiconduttori, la cui scelta determina la tonalità di colore emessa da essi.
La capacità di distinguere il colore è una proprietà innata dell'occhio umano, in grado di catturare le sue gradazioni con grande precisione. È indissolubilmente legato alla lunghezza d'onda della radiazione quantistica trasportata da onde elettromagnetiche di una certa frequenza. In questo caso, gli impulsi di luce si formano al limite della transizione a semiconduttore del LED.
Quando hanno studiato le proprietà di vari semiconduttori in una fase iniziale del loro studio, gli scienziati hanno identificato materiali come il fosfuro di gallio, nonché i composti ternari AlGaAs e GaAsP. Usandoli è stato possibile ottenere radiazioni rosse e giallo-verdi. Oggi, al fine di ottenere varie combinazioni di colore, vengono utilizzate combinazioni più complesse di alluminio con indio e gallio (AllnGaP) o nitruro di indio e gallio (InGaN). Questi semiconduttori sono in grado di resistere a correnti significative, il che consente loro di ricevere un'emissione luminosa elevata.
Tecnica di miscelazione del colore
I moderni nastri a diodi e i cluster modulari a LED sono in grado di emettere diverse tonalità della gamma di luci. Dato che una transizione forma una radiazione monocromatica, sarà necessario un dispositivo multi-chip per creare un bagliore multicolore. Questo prodotto complesso funziona come un monitor per computer, sul quale è possibile ottenere quasi ogni ombra (per questo, viene utilizzato uno speciale modulo RGB).
Utilizzando questo principio di formazione dell'ombra, è stato possibile ottenere un bagliore bianco, ampiamente utilizzato nei proiettori a LED, ad esempio. Per fare ciò, tutti e tre i colori di origine o di base sono stati miscelati in proporzioni uguali.
È anche possibile ottenerlo combinando le strutture di diodi di radiazione ultravioletta o blu con un rivestimento di tipo fosforo giallo.
Caratteristiche dei LED di produzione
Per capire come sono realizzati i LED, dovrai familiarizzare con le caratteristiche strutturali in termini di tecnologie utilizzate nella fabbricazione. Pertanto, quando si considerano le specifiche della loro produzione, i seguenti punti sono principalmente presi in considerazione:
- un metodo specifico per formare il colore della radiazione (matrice o fosforo);
- per quanti volt sono progettati i LED e per quali dimensioni possono resistere;
- quale tecnologia ti consente di ottenere la migliore qualità del bagliore ed è più economica.
Produrre chip in un circuito a matrice costerà di più al produttore, il che paga con radiazioni di alta qualità. Gli svantaggi dei fosfori includono bassa emissione di luce, nonché radiazioni di colore non del tutto pure. Inoltre, hanno una risorsa di lavoro più piccola e spesso falliscono.
Nella produzione di semplici diodi indicatori con una tensione diretta di 2-4 Volt, la loro transizione viene calcolata per piccole correnti (fino a 50 mA). Per creare dispositivi di illuminazione di alta qualità e circuiti a ponte a LED, saranno necessari dispositivi con grandi indicatori di corrente (fino a 1 Ampere). Se in un modulo i diodi sono collegati in serie, la tensione totale nelle loro giunzioni raggiunge i 12 o anche i 24 volt.Nella fabbricazione di prodotti, il plus di ciascun LED è marcato in modo speciale (una piccola sporgenza è realizzata sulla gamba corrispondente).
Scopi e gestione della luminescenza
A causa della varietà di modifiche, i prodotti a LED sono ampiamente utilizzati in vari campi:
- nella fabbricazione di lampade a risparmio energetico installate in un tipico lampadario, ad esempio, o in un applique convenzionale;
- da utilizzare come illuminatori in diffuse torce in miniatura, nonché in strutture più grandi come "lampade da campeggio turistico";
- se necessario, illuminazione decorativa delle stanze sotto forma di nastri lunghi con colori diversi.
Il loro utilizzo è dovuto al grado di resistenza del dispositivo ai fattori climatici, valutato dalla classe di protezione del prodotto. A seconda del design, vengono utilizzati solo in ambienti chiusi o sono in grado di lavorare in spazi aperti (come design per cartelloni pubblicitari o pioggia a LED, in particolare).
Puoi controllare il livello di luminosità in una normale lampada o lampadario in vari modi. Per questo, i circuiti elettronici speciali vengono spesso utilizzati per modulare l'ampiezza e altri parametri degli impulsi luminosi. Per la comodità di lavorare con apparecchiature domestiche, tale modulo è realizzato sotto forma di un tipico pannello di controllo.
