Aby ste pochopili, čo je dióda LED, musíte najprv porozumieť jej všeobecne prijatému označeniu, ktoré je uvedené v angličtine ako LED. V preklade to znamená doslovne „vyžarovanie malých LED diód“. Z technického hľadiska sú to polovodičové zariadenia, ktoré prevádzajú elektrický prúd na žiarenie viditeľného svetla. Tento najjednoduchší produkt sa svojím vzhľadom a zariadením výrazne líši od štandardných osvetľovacích zariadení: žiaroviek a podobne.
História výskytu
Zariadenie a princíp činnosti LED žiaričov je ľahšie pochopiteľné, ak sa oboznámite s pozadím ich výskytu. Tento žiariaci produkt sa prvýkrát narodil v roku 1962 vo forme monochromatickej červenej diódy. Napriek mnohým nedostatkom bola jej výrobná technológia uznaná za sľubnú. Desať rokov po demonštrácii červenej vzorky boli širokej verejnosti predstavené zelené a žlté LED. Z dôvodu nízkej návratnosti sa tieto výrobky používali hlavne v domácnosti ako indikátory na čelných paneloch elektronických zariadení pre domácnosť.
V priebehu času sa svietivosť niekoľkokrát zvýšila a v 90. rokoch minulého storočia bolo možné vyrobiť vzorku so svetelným tokom rovným 1 lúmenom. V roku 1993 japonský inžinier S. Nakamura vytvoril prvú modrú diódu v histórii, ktorá sa vyznačovala vysokou svietivosťou. Od tohto momentu sa ich vývojári naučili získavať akúkoľvek farbu viditeľného spektra vrátane bielej.
Vďaka pozoruhodným vlastnostiam LED produktov sa postupom času stali vážnymi konkurentmi žiaroviek, ktoré sú mnohým známe.
Od roku 2005 priemysel zvládol výrobu bielych LED diód so svetelným tokom do 100 lm alebo viac. Okrem toho sme sa naučili, ako vyrábať svetelné prvky s rôznymi odtieňmi bielej („teplá“, „studená“ a iné žiara).
Zariadenie a princíp tvorby žiarenia
Aby sme pochopili, ako je LED usporiadaná, je potrebné v prvom rade zohľadniť niekoľko bodov týkajúcich sa jej konštrukcie:
- základom prvku LED je polovodičový kryštál, ktorý prechádza prúdom iba v jednom smere;
- klasické LED zariadenie predpokladá prítomnosť izolačného substrátu;
- sklenené puzdro diódy spoľahlivo chráni kryštál pred vonkajšími vplyvmi a súčasne je rozptyľovacím prvkom;
- na zadnej strane puzdra sú dva kontakty, do ktorých je privádzaná elektrická energia LED.
Aby sa zvýšila doba odozvy emitujúceho zariadenia, je priestor medzi rozptylovou šošovkou a samotným kryštálom vyplnený priehľadnou silikónovou zlúčeninou.
V štruktúre niektorých LED diód je vytvorený špeciálny hliníkový substrát, ktorý je základňou zariadenia a súčasne z neho odstraňuje prebytočné teplo.
Princíp činnosti LED je ľahšie pochopiteľný skúmaním polovodičovej križovatky, ktorú odborníci nazývajú prechod elektrónovými dierami. Jeho názov je spojený s odlišnou povahou hlavných nosičov v medznej vrstve dvoch štruktúr. V jednom polovodiči je na hranici kontaktu nadbytok elektrónov a v susednom materiáli sú nadbytočné otvory. Vo výrobnom procese polovodičového spoja prenikajú do susednej vrstvy a vytvárajú potenciálnu bariéru, ktorá zabraňuje ich spätnému vychýleniu.Priame napätie na LED počas jeho prevádzky závisí od šírky prechodu.
Keď je do diódy privedený potenciál danej polarity a hodnota generovaná zdrojom jednosmerného prúdu, je možné posunúť prechod v požadovanom smere. To povedie k jeho otvoreniu a objaveniu protiprúdu opačne nabitých častíc. Keď sa zrazia na hraniciach prechodu, vyžaruje sa kvantita svetelnej energie - fotóny. V závislosti od rýchlosti opakovania týchto impulzov žiarenie získava určitú farbu.
Čo určuje farbu LED
Pri výrobe LED diód sa používajú rôzne typy polovodičových materiálov, ktorých výber určuje farebný odtieň, ktorý vydávajú.
Schopnosť rozlíšiť farbu je vrodená vlastnosť ľudského oka, schopná zachytiť jej gradácie s veľkou presnosťou. Je neoddeliteľne spojený s vlnovou dĺžkou kvantového žiarenia prenášaného elektromagnetickými vlnami určitej frekvencie. V tomto prípade sú svetelné impulzy tvorené na hranici polovodičového prechodu LED.
Pri štúdiu vlastností rôznych polovodičov v počiatočnom štádiu štúdie vedci identifikovali materiály, ako je napríklad fosforid gálnatý, ako aj ternárne zlúčeniny AlGaAs a GaAsP. Pri ich použití bolo možné získať červené a žltozelené žiarenie. V súčasnosti sa na získanie rôznych farebných kombinácií používajú komplexnejšie kombinácie hliníka s indiom a gáliom (AllnGaP) alebo nitridom gália india (InGaN). Tieto polovodiče sú schopné odolávať významným prúdom, čo im umožňuje prijímať vysoký svetelný výkon.
Technika miešania farieb
Moderné diódové pásky a LED modulové zhluky dokážu rozoznať rôzne odtiene svetelného rozsahu. Vzhľadom na to, že jeden prechod vytvára monochromatické žiarenie, na vytvorenie viacfarebnej žiary bude potrebné zariadenie s viacerými čipmi. Tento komplexný produkt funguje ako počítačový monitor, na ktorom je možné získať takmer akýkoľvek odtieň (na tento účel sa používa špeciálny modul RGB).
Pomocou tohto princípu tvorby odtieňov bolo možné získať bielu žiaru, ktorá sa napríklad používa napríklad v LED bodových reflektoroch. Za týmto účelom sa všetky tri zdrojové alebo základné farby zmiešali v rovnakých pomeroch.
Je tiež možné ho získať kombináciou diódových štruktúr ultrafialového alebo modrého žiarenia s povlakom typu žltého fosforu.
Funkcie výroby LED
Aby ste pochopili, ako sa vyrábajú LED diódy, musíte sa oboznámiť so štrukturálnymi vlastnosťami, pokiaľ ide o technológie používané pri výrobe. Preto sa pri posudzovaní špecifík ich výroby berú do úvahy predovšetkým tieto body:
- špecifický spôsob formovania farby žiarenia (matrica alebo fosfor);
- koľko voltov sú LED diódy navrhnuté a akú veľkosť prúdu dokážu vydržať;
- ktorá technológia umožňuje získať najlepšiu kvalitu žiaru a je lacnejšia.
Výroba čipov v maticovom obvode bude stáť výrobcu viac, čo sa oplatí vysokokvalitným žiarením. Nevýhodou fosforov je nízka svetelná produkcia a nie celkom čisté farebné žiarenie. Okrem toho majú menšie pracovné zdroje a často zlyhávajú.
Pri výrobe jednoduchých indikátorových diód s priamym napätím 2 až 4 volty sa ich prechod počíta pre malé prúdy (do 50 mA). Na vytvorenie vysokokvalitných osvetľovacích zariadení a mostíkových obvodov LED sú potrebné zariadenia s veľkými prúdovými indikátormi (do 1 Ampéra). Ak sú v jednom module diódy zapojené do série, celkové napätie na ich spojoch dosahuje 12 alebo dokonca 24 voltov.Pri výrobe výrobkov je zvláštnosť každej LED vyznačená zvláštnym spôsobom (na zodpovedajúcej vetve je vytvorená malá lišta).
Rozsahy a riadenie luminiscencie
Výrobky LED sa vďaka rôznym úpravám široko používajú v rôznych oblastiach:
- pri výrobe energeticky úsporných žiaroviek inštalovaných napríklad v typickom lustru alebo v konvenčnom nástennom svietidle;
- na použitie ako iluminátory v rozšírených miniatúrnych baterkách, ako aj vo väčších štruktúrach, ako sú „turistické turistické svietidlá“;
- v prípade potreby dekoratívne osvetlenie miestností vo forme dlhých stužiek rôznych farieb.
Ich použitie je dané stupňom odolnosti zariadenia voči klimatickým faktorom, hodnoteným triedou ochrany výrobkov. V závislosti od prevedenia sa používajú iba v interiéri alebo sú schopné pracovať na otvorenom priestranstve (najmä ako dizajn pre billboardy alebo LED dážď).
Úroveň svietivosti môžete regulovať v bežnej žiarovke alebo lustre rôznymi spôsobmi. Na tento účel sa najčastejšie používajú špeciálne elektronické obvody na moduláciu amplitúdy a ďalších parametrov svetelných impulzov. Kvôli pohodlnosti práce s domácimi zariadeniami je taký modul vyrobený vo forme typického ovládacieho panela.
