Untuk memahami apa itu LED, pertama anda perlu memahami sebutannya yang diterima umum, yang disajikan dalam bahasa Inggeris sebagai LED. Diterjemahkan, ini secara harfiah bermaksud "memancarkan LED kecil." Dari sudut pandang teknikal, mereka adalah alat semikonduktor yang mengubah arus elektrik menjadi sinaran cahaya yang dapat dilihat. Produk yang paling ringkas dari segi penampilan dan perantinya berbeza dengan peranti pencahayaan biasa: lampu pijar dan sejenisnya.
Sejarah kejadian
Peranti dan prinsip operasi pemancar LED lebih mudah difahami jika anda membiasakan diri dengan latar belakang kejadiannya. Produk yang memancar ini pertama kali dilahirkan pada tahun 1962 dalam bentuk diod merah monokrom. Walaupun terdapat banyak kekurangan, teknologi pembuatannya diakui menjanjikan. Satu dekad selepas demonstrasi sampel merah, LED hijau dan kuning disampaikan kepada masyarakat umum. Kerana pulangan yang rendah, produk ini digunakan terutamanya di dalam rumah sebagai petunjuk pada panel depan peranti elektronik isi rumah.
Dari masa ke masa, intensiti cahaya meningkat beberapa kali, dan pada tahun 90an abad yang lalu adalah mungkin untuk membuat sampel dengan fluks bercahaya sama dengan 1 lumen. Pada tahun 1993, jurutera Jepun S. Nakamura mencipta diod biru pertama dalam sejarah, yang menampilkan tahap cahaya yang tinggi. Sejak saat itu, pemaju mereka belajar mendapatkan warna spektrum yang dapat dilihat, termasuk warna putih.
Oleh kerana ciri-ciri produk LED yang luar biasa, lama-kelamaan mereka menjadi pesaing serius terhadap lampu pijar yang tidak asing bagi banyak orang.
Sejak tahun 2005, industri ini telah menguasai pengeluaran LED putih dengan fluks bercahaya hingga 100 lm atau lebih. Di samping itu, kami belajar bagaimana membuat elemen pencahayaan dengan pelbagai warna putih ("hangat", "sejuk" dan cahaya lain).
Peranti dan prinsip pembentukan sinaran
Untuk memahami bagaimana LED disusun, pertama sekali, perlu mengambil kira beberapa perkara mengenai reka bentuknya:
- asas elemen LED adalah kristal semikonduktor, arus yang mengalir hanya dalam satu arah;
- peranti LED klasik mengandaikan adanya substrat penebat;
- casing kaca diod melindungi kristal dengan pasti dari pengaruh luaran dan pada masa yang sama adalah unsur penyerakan;
- di bahagian belakang casing terdapat dua kenalan di mana kuasa elektrik LED dibekalkan.
Untuk meningkatkan masa tindak balas peranti pemancar, ruang antara kanta penyebaran dan kristal itu sendiri diisi dengan sebatian silikon lutsinar.
Dalam struktur beberapa LED, disediakan substrat aluminium khas, yang merupakan dasar peranti dan pada masa yang sama menghilangkan haba berlebihan daripadanya.
Prinsip pengoperasian LED lebih mudah difahami dengan memeriksa persimpangan semikonduktor, yang oleh para profesional memanggil peralihan lubang elektron. Namanya dikaitkan dengan sifat pembawa utama yang berbeza dalam lapisan dua struktur. Dalam satu semikonduktor terdapat lebihan elektron di sempadan kontak, dan pada bahan yang berdekatan dengannya terdapat lebihan lubang. Dalam proses pembuatan persimpangan semikonduktor, mereka menembusi ke lapisan bersebelahan, membentuk penghalang berpotensi yang menghalang bias terbalik mereka.Voltan langsung pada LED semasa pengoperasiannya bergantung pada lebar peralihan.
Apabila potensi polaritas tertentu dan nilai yang dihasilkan oleh sumber arus terus dibekalkan ke dioda, adalah mungkin untuk mengalihkan peralihan ke arah yang diinginkan. Ini akan menyebabkan pembukaannya dan penampilan aliran balik zarah-zarah bermuatan berlawanan. Apabila mereka bertembung di batas peralihan, kuantiti tenaga cahaya dipancarkan - foton. Bergantung pada kadar pengulangan denyutan ini, sinaran memperoleh warna tertentu.
Apa yang menentukan warna LED
Dalam pembuatan LED, digunakan pelbagai jenis bahan semikonduktor, pilihannya menentukan warna warna yang dipancarkan oleh mereka.
Keupayaan untuk membezakan warna adalah sifat semula jadi mata manusia, mampu menangkap gradasinya dengan tepat. Ia tidak dapat dipisahkan dengan panjang gelombang sinaran kuantum yang dibawa oleh gelombang elektromagnetik dengan frekuensi tertentu. Dalam kes ini, denyutan cahaya terbentuk di sempadan peralihan semikonduktor LED.
Semasa mengkaji sifat-sifat pelbagai semikonduktor pada peringkat awal kajian mereka, para saintis mengenal pasti bahan seperti gallium fosfida, serta sebatian ternary AlGaAs dan GaAsP. Semasa menggunakannya, mungkin terdapat sinaran merah dan kuning-hijau. Hari ini, untuk memperoleh pelbagai kombinasi warna, digunakan gabungan struktur aluminium dengan indium dan gallium (AllnGaP) atau gallium indium nitrida (InGaN) yang lebih kompleks. Semikonduktor ini mampu menahan arus yang ketara, yang membolehkan mereka menerima output cahaya yang tinggi.
Teknik pencampuran warna
Pita diod moden dan kluster modular LED mampu memberikan warna yang berbeza dari jarak cahaya. Memandangkan satu peralihan membentuk sinaran monokrom, peranti multi-cip diperlukan untuk membuat cahaya pelbagai warna. Produk kompleks ini berfungsi seperti monitor komputer, di mana mungkin terdapat hampir semua warna (untuk ini, modul RGB khas digunakan).
Dengan menggunakan prinsip pembentukan teduhan ini, misalnya, dapat memperoleh cahaya putih, yang banyak digunakan dalam lampu sorot LED. Untuk melakukan ini, ketiga warna sumber atau asas dicampur dalam bahagian yang sama.
Anda juga boleh mendapatkannya dengan menggabungkan struktur diod sinaran ultraviolet atau biru dengan lapisan jenis fosfor kuning.
Ciri LED pembuatan
Untuk memahami bagaimana LED dibuat, anda perlu membiasakan diri dengan ciri struktur dari segi teknologi yang digunakan dalam pembuatannya. Oleh itu, apabila mempertimbangkan spesifik pengeluaran mereka, perkara-perkara berikut terutama diambil kira:
- kaedah khusus untuk membentuk warna sinaran (matriks atau fosfor);
- berapa volt yang dirancang untuk LED, dan berapa ukuran arus yang boleh mereka tahan;
- teknologi manakah yang membolehkan anda mendapatkan kualiti cahaya terbaik dan lebih murah.
Membuat cip dalam litar matriks akan mengeluarkan kos lebih tinggi dari pengeluar, yang menghasilkan sinaran berkualiti tinggi. Kelemahan fosfor termasuk output cahaya rendah, dan juga sinaran warna yang tidak terlalu murni. Di samping itu, mereka mempunyai sumber kerja yang lebih kecil dan sering kali gagal.
Dalam pembuatan diod penunjuk sederhana dengan voltan langsung 2-4 Volt, peralihannya dikira untuk arus kecil (hingga 50 mA). Untuk membuat peranti pencahayaan kelas tinggi dan litar jambatan LED, diperlukan peranti dengan penunjuk arus besar (sehingga 1 Ampere). Sekiranya dalam satu modul dioda dihubungkan secara bersiri, voltan total pada persimpangannya mencapai 12 atau bahkan 24 volt.Dalam pembuatan produk, nilai tambah setiap LED ditandai dengan cara khas (langkan kecil dibuat pada kaki yang sesuai).
Aplikasi dan Kawalan Cahaya
Oleh kerana pelbagai modifikasi, produk LED banyak digunakan dalam pelbagai bidang:
- dalam pembuatan lampu penjimatan tenaga yang dipasang di kandil biasa, misalnya, atau di tempat lilin dinding konvensional;
- untuk digunakan sebagai pencahayaan dalam lampu suluh miniatur yang meluas, serta dalam struktur yang lebih besar seperti "lampu pelancongan berkhemah";
- jika perlu, pencahayaan hiasan bilik dalam bentuk pita panjang dengan warna yang berbeza.
Penggunaannya disebabkan oleh tahap ketahanan peranti terhadap faktor iklim, yang dinilai oleh kelas perlindungan produk. Bergantung pada reka bentuk, mereka hanya digunakan di dalam rumah atau dapat bekerja di tempat terbuka (khususnya reka bentuk untuk papan iklan atau hujan LED).
Anda boleh mengawal tahap cahaya dalam lampu atau candelier biasa dengan pelbagai cara. Untuk ini, litar elektronik khas paling kerap digunakan untuk memodulasi amplitud dan parameter lain dari denyutan cahaya. Untuk kemudahan bekerja dengan peralatan rumah tangga, modul seperti itu dibuat dalam bentuk panel kawalan khas.
