Pentru a înțelege ce este un LED, trebuie mai întâi să înțelegeți denumirea general acceptată, prezentată în engleză ca LED. Tradus, aceasta înseamnă literalmente „emiterea de LED-uri mici”. Din punct de vedere tehnic, sunt dispozitive semiconductoare care transformă curentul electric în radiații luminoase vizibile. Acest produs cel mai simplu prin aspectul și dispozitivul său diferă semnificativ de dispozitivele de iluminare tipice: lămpi incandescente și altele asemenea.
Istoric al apariției
Dispozitivul și principiul funcționării emițătorilor cu LED este mai ușor de înțeles dacă vă familiarizați cu fundalul apariției lor. Acest produs radiant a luat naștere pentru prima dată în 1962, sub forma unei diode roșii monocrome. În ciuda mai multor deficiențe, tehnologia sa de fabricație a fost recunoscută ca promițătoare. La un deceniu de la demonstrarea eșantionului roșu, ledurile verzi și galbene au fost prezentate publicului larg. Datorită randamentului redus, aceste produse au fost utilizate în principal în casă ca indicatori pe panourile frontale ale dispozitivelor electronice casnice.
De-a lungul timpului, luminozitatea a crescut de mai multe ori, iar în anii 90 ai secolului trecut, a fost posibilă realizarea unei probe cu un flux luminos egal cu 1 lumen. În 1993, inginerul japonez S. Nakamura a creat prima diodă albastră din istorie, cu un nivel ridicat de luminozitate. Din acel moment, dezvoltatorii lor au învățat să obțină orice culoare a spectrului vizibil, inclusiv albul.
Datorită caracteristicilor remarcabile ale produselor LED, de-a lungul timpului au devenit un concurent serios al becurilor incandescente, care sunt familiare pentru mulți.
Din 2005, industria stăpânește producția de LED-uri albe cu un flux luminos de până la 100 lm sau mai mult. În plus, am învățat cum să realizăm elemente de iluminat cu diverse nuanțe de alb („cald”, „rece” și alte străluciri).
Dispozitiv și principiu de formare a radiațiilor
Pentru a înțelege modul în care LED-ul este aranjat, în primul rând, este necesar să se țină seama de o serie de puncte în ceea ce privește designul acestuia:
- baza elementului LED este un cristal cu semiconductor, care trece curent doar într-o direcție;
- dispozitivul clasic cu LED presupune prezența unui substrat izolant;
- carcasa de sticlă a diodei protejează în mod fiabil cristalul de influențele externe și, în același timp, este un element de împrăștiere;
- pe partea din spate a carcasei există două contacte la care este alimentată energia electrică a LED-ului.
Pentru a crește timpul de răspuns al dispozitivului emitent, spațiul dintre lentila de împrăștiere și cristalul în sine este umplut cu un compus siliconic transparent.
În structura unor LED-uri, este prevăzut un substrat special din aluminiu, care este baza dispozitivului și, în același timp, îndepărtează excesul de căldură din acesta.
Principiul de funcționare al LED-ului este mai ușor de înțeles prin examinarea joncțiunii semiconductoare, pe care profesioniștii o numesc tranziția electron-gaură. Numele său este asociat cu natura diferită a principalilor purtători din stratul de delimitare a două structuri. Într-un semiconductor există un exces de electroni la limita de contact, iar în materialul adiacent acestuia există găuri în exces. În procesul de fabricație al joncțiunii semiconductor, acestea pătrund în stratul adiacent, formând o barieră potențială care împiedică prejudecata lor inversă.Tensiunea directă pe LED în timpul funcționării sale depinde de lățimea tranziției.
Când un potențial de polaritate dată și o valoare generată de o sursă de curent continuu este furnizat diodei, este posibil să treceți tranziția în direcția dorită. Acest lucru va conduce la deschiderea sa și la apariția unui contrar flux de particule încărcate opus. Când se ciocnesc la granițele de tranziție, sunt emise cantități de energie lumină - fotoni. În funcție de viteza de repetare a acestor impulsuri, radiația capătă o anumită culoare.
Ce determină culoarea LED-ului
La fabricarea LED-urilor, sunt utilizate diferite tipuri de materiale semiconductoare, alegerea care determină nuanța de culoare emisă de aceștia.
Abilitatea de a distinge culoarea este o proprietate înnăscută a ochiului uman, capabilă să capteze gradațiile sale cu mare precizie. Este legat inextricabil de lungimea de undă a radiației cuantice purtate de unde electromagnetice cu o anumită frecvență. În acest caz, impulsurile de lumină se formează la limita tranziției semiconductoare a LED-ului.
Atunci când studiază proprietățile diferitor semiconductori într-un stadiu timpuriu al studiului lor, oamenii de știință au identificat materiale precum fosfura de galiu, precum și compuși ternari AlGaAs și GaAsP. Când le folosiți, a fost posibilă obținerea radiațiilor roșii și galbene-verzi. Astăzi, pentru a obține combinații de culori diferite, combinațiile de aluminiu cu indiu și galiu (AllnGaP) sau nitru de galiu (InGaN) sunt mai complexe în structură. Acești semiconductori sunt capabili să reziste la curenți importanți, ceea ce le permite să primească o putere mare de lumină.
Tehnica de amestecare a culorilor
Benzele moderne cu diode și clusterele modulare cu LED sunt capabile să redea diferite nuanțe ale gamei de lumină. Având în vedere că o tranziție formează radiații monocrome, un dispozitiv multi-cip va fi necesar pentru a crea o strălucire multicolor. Acest produs complex funcționează ca un monitor pentru computer, pe care este posibil să obțineți aproape orice nuanță (pentru aceasta este folosit un modul RGB special).
Folosind acest principiu de formare a umbrei, a fost posibil să se obțină o strălucire albă, folosită pe scară largă în farurile LED, de exemplu. Pentru a face acest lucru, toate cele trei culori sursă sau bază au fost amestecate în proporții egale.
De asemenea, este posibilă obținerea acestuia prin combinarea structurilor diodei cu radiații ultraviolete sau albastre cu o acoperire de tip galben fosfor.
Caracteristicile LED-urilor de fabricație
Pentru a înțelege modul în care sunt fabricate LED-urile, va trebui să vă familiarizați cu caracteristicile structurale din punct de vedere al tehnologiilor utilizate în fabricație. Prin urmare, atunci când se iau în considerare specificul producției lor, se iau în considerare în primul rând următoarele puncte:
- o metodă specifică de formare a culorii radiației (matrice sau fosfor);
- pentru cât de volți sunt proiectate LED-urile și pentru ce dimensiune poate suporta curentul;
- care tehnologie vă permite să obțineți cea mai bună calitate a strălucirii și este mai ieftin.
Realizarea cipurilor într-un circuit matricial va costa mai mult producătorul, ceea ce plătește cu radiații de înaltă calitate. Dezavantajele fosforilor includ consumul redus de lumină, precum și radiațiile de culoare nu destul de pure. În plus, au o resursă de lucru mai mică și deseori eșuează.
La fabricarea diodelor indicator simple, cu o tensiune directă de 2-4 volți, tranziția lor este calculată pentru curenți mici (până la 50 mA). Pentru a crea dispozitive de iluminat de înaltă calitate și circuite cu poduri LED, vor fi necesare dispozitive cu indicatori de curent mari (până la 1 Ampere). Dacă într-un modul diodele sunt conectate în serie, tensiunea totală la joncțiunile lor atinge 12 sau chiar 24 de volți.La fabricarea produselor, plusul fiecărui LED este marcat într-un mod special (se realizează un mic led pe piciorul corespunzător).
Scopuri și managementul luminiscenței
Datorită varietății de modificări, produsele LED sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii:
- în fabricarea de lămpi de economisire a energiei instalate într-un candelabru tipic, de exemplu, sau într-o scară convențională de perete;
- pentru utilizare ca iluminatoare în lanterne în miniatură răspândite, precum și în structuri mai mari, cum ar fi „lămpi turistice de camping”;
- dacă este necesar, iluminarea decorativă a încăperilor sub formă de panglici lungi cu diferite culori.
Utilizarea lor se datorează gradului de rezistență al dispozitivului la factorii climatici, evaluați prin clasa de protecție a produsului. În funcție de design, acestea sunt utilizate doar în interior sau sunt capabile să lucreze în spații deschise (ca proiect pentru panouri publicitare sau ploaie cu LED, în special).
Puteți controla nivelul de luminozitate într-o lampă obișnuită sau candelabru în diferite moduri. Pentru aceasta, circuitele electronice speciale sunt cel mai adesea folosite pentru a modula amplitudinea și alți parametri ai impulsurilor de lumină. Pentru comoditatea de a lucra cu echipament casnic, un astfel de modul este realizat sub forma unui panou de control tipic.
