Om te begrijpen wat een LED is, moet u eerst de algemeen aanvaarde benaming begrijpen, in het Engels gepresenteerd als LED. Vertaald betekent dit letterlijk "het uitzenden van kleine leds". Technisch gezien zijn het halfgeleiderelementen die elektrische stroom omzetten in zichtbare lichtstraling. Dit eenvoudigste product verschilt qua uiterlijk en inrichting aanzienlijk van typische verlichtingsinrichtingen: gloeilampen en dergelijke.
Geschiedenis van het voorval
Het apparaat en het werkingsprincipe van LED-stralers is gemakkelijker te begrijpen als u vertrouwd raakt met de achtergrond van hun optreden. Dit stralende product werd voor het eerst geboren in 1962 in de vorm van een monochrome rode diode. Ondanks een aantal tekortkomingen werd de productietechnologie ervan als veelbelovend erkend. Een decennium na de demonstratie van het rode monster werden groene en gele leds gepresenteerd aan het grote publiek. Vanwege het lage rendement werden deze producten voornamelijk binnenshuis gebruikt als indicatoren op de frontpanelen van huishoudelijke elektronische apparaten.
In de loop van de tijd nam de helderheid verschillende keren toe en in de jaren 90 van de vorige eeuw was het mogelijk om een monster te maken met een lichtstroom gelijk aan 1 lumen. In 1993 creëerde de Japanse ingenieur S. Nakamura de eerste blauwe diode in de geschiedenis, met een hoge lichtsterkte. Vanaf dat moment leerden hun ontwikkelaars elke kleur van het zichtbare spectrum te krijgen, inclusief wit.
Vanwege de opmerkelijke kenmerken van LED-producten zijn ze in de loop van de tijd een serieuze concurrent geworden van de gloeilampen die velen kennen.
Sinds 2005 beheerst de industrie de productie van witte LED's met een lichtstroom tot 100 lm of meer. Daarnaast leerden we lichtelementen te maken met verschillende tinten wit ("warm", "koud" en andere gloed).
Apparaat en principe van stralingsvorming
Om te begrijpen hoe de LED is gerangschikt, moet allereerst rekening worden gehouden met een aantal punten met betrekking tot het ontwerp:
- de basis van het LED-element is een halfgeleiderkristal, dat slechts in één richting stroom doorlaat;
- het klassieke LED-apparaat gaat uit van de aanwezigheid van een isolerend substraat;
- de glazen kast van de diode beschermt het kristal betrouwbaar tegen invloeden van buitenaf en is tegelijkertijd een verstrooiingselement;
- aan de achterkant van de behuizing zijn er twee contacten waar de elektrische stroom van de LED wordt geleverd.
Om de reactietijd van het emitterende apparaat te vergroten, wordt de ruimte tussen de verstrooiingslens en het kristal zelf gevuld met een transparante siliconenverbinding.
In de structuur van sommige LED's is een speciaal aluminium substraat aangebracht, dat de basis van het apparaat is en tegelijkertijd overtollige warmte verwijdert.
Het werkingsprincipe van de LED is gemakkelijker te begrijpen door de halfgeleiderovergang te onderzoeken, die professionals de elektron-gatovergang noemen. De naam wordt geassocieerd met de verschillende aard van de belangrijkste dragers in de grenslaag van twee structuren. In één halfgeleider is er een overmaat aan elektronen aan de contactgrens en in het aangrenzende materiaal zijn er overtollige gaten. Tijdens het fabricageproces van de halfgeleiderovergang dringen ze door in de aangrenzende laag en vormen een potentiële barrière die hun omgekeerde voorspanning voorkomt.De gelijkspanning op de LED tijdens de werking hangt af van de breedte van de overgang.
Wanneer een potentiaal met een gegeven polariteit en een door een gelijkstroombron opgewekte waarde aan de diode wordt geleverd, is het mogelijk om de overgang in de gewenste richting te verschuiven. Dit zal leiden tot het openen ervan en het verschijnen van een tegenstroom van tegengesteld geladen deeltjes. Wanneer ze botsen bij de overgangsgrenzen, worden kwanta's van lichtenergie uitgezonden - fotonen. Afhankelijk van de herhalingssnelheid van deze pulsen krijgt de straling een bepaalde kleur.
Wat bepaalt de kleur van de LED
Bij de vervaardiging van LED's worden verschillende soorten halfgeleidermaterialen gebruikt, waarvan de keuze de kleurtint bepaalt die hierdoor wordt uitgezonden.
Het vermogen om kleur te onderscheiden is een aangeboren eigenschap van het menselijk oog, die in staat is om de gradaties met grote nauwkeurigheid vast te leggen. Het is onlosmakelijk verbonden met de golflengte van kwantumstraling die wordt gedragen door elektromagnetische golven met een bepaalde frequentie. In dit geval worden lichtpulsen gevormd aan de grens van de halfgeleiderovergang van de LED.
Bij het bestuderen van de eigenschappen van verschillende halfgeleiders in een vroeg stadium van hun studie, identificeerden wetenschappers materialen zoals galliumfosfide, evenals ternaire verbindingen AlGaAs en GaAsP. Bij het gebruik ervan was het mogelijk om rode en geelgroene straling te verkrijgen. Tegenwoordig worden, om verschillende kleurcombinaties te verkrijgen, complexere structurele combinaties van aluminium met indium en gallium (AllnGaP) of gallium indium nitride (InGaN) gebruikt. Deze halfgeleiders zijn bestand tegen aanzienlijke stromen, waardoor ze een hoge lichtopbrengst kunnen ontvangen.
Kleurmengtechniek
Moderne diodetapes en LED-modulaire clusters kunnen verschillende tinten van het lichtbereik verspreiden. Aangezien één overgang monochrome straling vormt, is een apparaat met meerdere chips nodig om een meerkleurige gloed te creëren. Dit complexe product werkt als een computermonitor, waarop het mogelijk is om bijna elke tint te krijgen (hiervoor wordt een speciale RGB-module gebruikt).
Met dit principe van schaduwvorming was het mogelijk om een witte gloed te verkrijgen, bijvoorbeeld veel gebruikt in LED-spots. Om dit te doen, werden alle drie de bron- of basiskleuren in gelijke verhoudingen gemengd.
Het is ook mogelijk om het te verkrijgen door diodestructuren van ultraviolette of blauwe straling te combineren met een coating van het gele fosfortype.
Kenmerken van het vervaardigen van LED's
Om te begrijpen hoe LED's worden gemaakt, moet u vertrouwd raken met de structurele kenmerken in termen van de technologieën die bij de fabricage worden gebruikt. Daarom worden bij het bekijken van de specifieke kenmerken van hun productie voornamelijk rekening gehouden met de volgende punten:
- een specifieke methode voor het vormen van de kleur van straling (matrix of fosfor);
- voor hoeveel volt de leds zijn ontworpen en voor welke stroomsterkte ze bestand zijn;
- welke technologie je in staat stelt om de beste kwaliteit van de gloed te krijgen en is goedkoper.
Chips maken in een matrixcircuit kost de fabrikant meer, wat loont met straling van hoge kwaliteit. De nadelen van fosforen zijn onder meer een lage lichtopbrengst en niet helemaal pure kleurstraling. Bovendien hebben ze een kleinere werkbron en falen ze vaak.
Bij de vervaardiging van eenvoudige indicatiedioden met een gelijkspanning van 2-4 volt wordt hun overgang berekend voor kleine stromen (tot 50 mA). Om hoogwaardige verlichtingsapparatuur en LED-brugcircuits te creëren, zijn apparaten met grote stroomindicatoren (tot 1 Ampère) vereist. Als in één module de diodes in serie zijn aangesloten, bereikt de totale spanning op hun knooppunten 12 of zelfs 24 volt.Bij de productie van producten wordt het pluspunt van elke LED op een speciale manier gemarkeerd (er wordt een kleine rand gemaakt op de bijbehorende poot).
Scopes en beheer van luminescentie
Vanwege de verscheidenheid aan aanpassingen worden LED-producten veel gebruikt op verschillende gebieden:
- bij de vervaardiging van spaarlampen, bijvoorbeeld geïnstalleerd in een typische kroonluchter of in een conventionele wandkandelaar;
- voor gebruik als verlichting in wijdverbreide miniatuurzaklampen, maar ook in grotere constructies zoals "camping toeristische lampen";
- indien nodig, decoratieve verlichting van kamers in de vorm van lange linten met verschillende kleuren.
Het gebruik ervan is te wijten aan de mate van weerstand van het apparaat tegen klimatologische factoren, beoordeeld door de productbeschermingsklasse. Afhankelijk van het ontwerp worden ze alleen binnenshuis gebruikt of kunnen ze in open ruimtes werken (als ontwerp voor reclameborden of met name LED-regen).
Je kunt de lichtsterkte in een gewone lamp of kroonluchter op verschillende manieren regelen. Hiervoor worden meestal speciale elektronische schakelingen gebruikt om de amplitude en andere parameters van lichtpulsen te moduleren. Voor het gemak van werken met huishoudelijke apparatuur is een dergelijke module gemaakt in de vorm van een typisch bedieningspaneel.
