Để hiểu LED là gì, trước tiên bạn cần hiểu chỉ định thường được chấp nhận của nó, được trình bày bằng tiếng Anh là LED. Được dịch, điều này có nghĩa đen là "phát ra đèn LED nhỏ." Từ quan điểm kỹ thuật, chúng là các thiết bị bán dẫn chuyển đổi dòng điện thành bức xạ ánh sáng nhìn thấy được. Sản phẩm đơn giản nhất này về ngoại hình và thiết bị khác biệt rõ rệt với các thiết bị chiếu sáng thông thường: đèn sợi đốt và các loại tương tự.
Lịch sử xảy ra
Thiết bị và nguyên tắc hoạt động của các bộ phát LED sẽ dễ hiểu hơn nếu bạn làm quen với nền tảng của sự xuất hiện của chúng. Sản phẩm bức xạ này được ra đời lần đầu tiên vào năm 1962 dưới dạng một diode đỏ đơn sắc. Mặc dù có một số thiếu sót, công nghệ sản xuất của nó đã được công nhận là đầy hứa hẹn. Một thập kỷ sau khi trình diễn mẫu màu đỏ, đèn LED màu xanh lá cây và màu vàng đã được trình bày cho công chúng. Do lợi nhuận thấp, các sản phẩm này chủ yếu được sử dụng trong nhà như các chỉ số trên bảng mặt trước của các thiết bị điện tử gia dụng.
Theo thời gian, cường độ của ánh sáng tăng lên nhiều lần và trong những năm 90 của thế kỷ trước, người ta có thể tạo ra một mẫu với thông lượng phát sáng bằng 1 lum. Năm 1993, kỹ sư người Nhật S. Nakamura đã tạo ra diode xanh đầu tiên trong lịch sử, có độ sáng cao. Từ thời điểm đó, các nhà phát triển của họ đã học cách lấy bất kỳ màu nào của quang phổ nhìn thấy, bao gồm cả màu trắng.
Do các đặc tính đáng chú ý của các sản phẩm LED, theo thời gian, chúng đã trở thành đối thủ nặng ký với bóng đèn sợi đốt quen thuộc với nhiều người.
Từ năm 2005, ngành công nghiệp đã thành thạo việc sản xuất đèn LED trắng với quang thông lên tới 100 lm trở lên. Ngoài ra, chúng tôi đã học được cách tạo ra các yếu tố ánh sáng với nhiều sắc thái khác nhau của màu trắng (.
Thiết bị và nguyên lý hình thành bức xạ
Để hiểu cách bố trí đèn LED, trước hết, cần phải tính đến một số điểm liên quan đến thiết kế của nó:
- cơ sở của phần tử LED là một tinh thể bán dẫn, chỉ truyền dòng điện theo một hướng;
- thiết bị LED cổ điển giả định sự có mặt của chất nền cách điện;
- vỏ thủy tinh của diode bảo vệ tinh thể khỏi các tác động bên ngoài và đồng thời là một yếu tố tán xạ;
- ở mặt sau của vỏ có hai tiếp điểm mà nguồn điện của đèn LED được cung cấp.
Để tăng thời gian phản hồi của thiết bị phát ra, khoảng trống giữa thấu kính tán xạ và chính tinh thể được lấp đầy bằng một hợp chất silicon trong suốt.
Trong cấu trúc của một số đèn LED, một chất nền nhôm đặc biệt được cung cấp, đó là đế của thiết bị và đồng thời loại bỏ nhiệt dư thừa từ nó.
Nguyên lý hoạt động của đèn LED dễ hiểu hơn bằng cách kiểm tra mối nối bán dẫn, mà các chuyên gia gọi là quá trình chuyển đổi lỗ electron. Tên của nó được liên kết với bản chất khác nhau của các sóng mang chính trong lớp biên của hai cấu trúc. Trong một chất bán dẫn có sự dư thừa của các electron ở ranh giới tiếp xúc và trong vật liệu tiếp giáp với nó có các lỗ thừa. Trong quy trình sản xuất của mối nối bán dẫn, chúng xâm nhập vào lớp liền kề, tạo thành một rào cản tiềm năng ngăn chặn sự thiên vị ngược của chúng.Điện áp trực tiếp trên đèn LED trong quá trình hoạt động phụ thuộc vào độ rộng của quá trình chuyển đổi.
Khi một tiềm năng của một cực nhất định và một giá trị được tạo ra bởi một nguồn dòng điện trực tiếp được cung cấp cho diode, có thể dịch chuyển quá trình chuyển đổi theo hướng mong muốn. Điều này sẽ dẫn đến sự mở của nó và sự xuất hiện của một dòng chảy ngược của các hạt tích điện trái dấu. Khi chúng va chạm ở ranh giới chuyển tiếp, lượng tử năng lượng ánh sáng được phát ra - photon. Tùy thuộc vào tốc độ lặp lại của các xung này, bức xạ thu được một màu nhất định.
Điều gì quyết định màu sắc của đèn LED
Trong sản xuất đèn LED, nhiều loại vật liệu bán dẫn được sử dụng, sự lựa chọn trong đó xác định sắc thái màu phát ra từ chúng.
Khả năng phân biệt màu sắc là một đặc tính bẩm sinh của mắt người, có khả năng nắm bắt sự chuyển màu của nó với độ chính xác cao. Nó liên kết chặt chẽ với bước sóng của bức xạ lượng tử được mang theo bởi sóng điện từ có tần số nhất định. Trong trường hợp này, các xung ánh sáng được hình thành tại ranh giới của quá trình chuyển đổi chất bán dẫn của đèn LED.
Khi nghiên cứu tính chất của các chất bán dẫn khác nhau ở giai đoạn đầu của nghiên cứu, các nhà khoa học đã xác định được các vật liệu như gallium phosphide, cũng như các hợp chất ternary AlGaAs và GaAsP. Khi sử dụng chúng, có thể thu được bức xạ màu đỏ và màu vàng lục. Ngày nay, để có được các kết hợp màu khác nhau, các kết hợp cấu trúc phức tạp hơn của nhôm với indium và gallium (AllnGaP) hoặc gallium indium nitride (InGaN) được sử dụng. Những chất bán dẫn này có thể chịu được dòng điện đáng kể, cho phép chúng nhận được ánh sáng cao.
Kỹ thuật trộn màu
Băng diode hiện đại và cụm mô-đun LED có thể cho ra các sắc thái khác nhau của dải ánh sáng. Cho rằng một chuyển tiếp hình thành bức xạ đơn sắc, một thiết bị nhiều chip sẽ được yêu cầu để tạo ra ánh sáng nhiều màu. Sản phẩm phức tạp này hoạt động giống như một màn hình máy tính, trên đó có thể có được hầu hết mọi sắc thái (đối với điều này, một mô-đun RGB đặc biệt được sử dụng).
Sử dụng nguyên lý hình thành bóng râm này, ví dụ, có thể thu được ánh sáng trắng, được sử dụng rộng rãi trong đèn LED. Để làm điều này, cả ba màu nguồn hoặc màu cơ bản được trộn theo tỷ lệ bằng nhau.
Cũng có thể thu được nó bằng cách kết hợp các cấu trúc diode của bức xạ cực tím hoặc màu xanh với lớp phủ photphor màu vàng.
Tính năng sản xuất đèn LED
Để hiểu cách thức đèn LED được tạo ra, bạn sẽ cần phải làm quen với các tính năng cấu trúc về các công nghệ được sử dụng trong sản xuất. Do đó, khi xem xét các chi tiết cụ thể trong sản xuất của họ, các điểm sau đây chủ yếu được tính đến:
- một phương pháp cụ thể hình thành màu sắc của bức xạ (ma trận hoặc phốt pho);
- đèn LED được thiết kế cho bao nhiêu volt và kích thước hiện tại mà chúng có thể chịu được;
- công nghệ nào cho phép bạn có được chất lượng tốt nhất của ánh sáng và rẻ hơn.
Làm chip trong một mạch ma trận sẽ khiến nhà sản xuất tốn kém hơn, điều này mang lại hiệu quả cao với bức xạ chất lượng cao. Những nhược điểm của phốt pho bao gồm đầu ra ánh sáng thấp, cũng như bức xạ màu không hoàn toàn tinh khiết. Ngoài ra, họ có một nguồn lực làm việc nhỏ hơn và thường thất bại.
Trong quá trình sản xuất các điốt chỉ thị đơn giản với điện áp trực tiếp 2-4 Volts, quá trình chuyển đổi của chúng được tính cho các dòng điện nhỏ (lên đến 50 mA). Để tạo ra các thiết bị chiếu sáng cao cấp và mạch cầu LED, các thiết bị có chỉ số dòng điện lớn (tối đa 1 Ampe) sẽ được yêu cầu. Nếu trong một mô-đun, điốt được kết nối nối tiếp, tổng điện áp tại các điểm nối của chúng đạt tới 12 hoặc thậm chí 24 volt.Trong quá trình sản xuất các sản phẩm, điểm cộng của mỗi đèn LED được đánh dấu theo một cách đặc biệt (một gờ nhỏ được tạo ra trên chân tương ứng).
Phạm vi và quản lý phát quang
Do sự sửa đổi đa dạng, các sản phẩm LED được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau:
- trong sản xuất đèn tiết kiệm năng lượng được lắp đặt trong một đèn chùm điển hình, ví dụ, hoặc trong một đèn treo tường thông thường;
- để sử dụng làm đèn chiếu sáng trong đèn pin thu nhỏ lan rộng, cũng như trong các cấu trúc lớn hơn như "đèn du lịch cắm trại";
- nếu cần thiết, chiếu sáng trang trí các phòng dưới dạng ruy băng dài với nhiều màu sắc khác nhau.
Việc sử dụng chúng là do mức độ kháng của thiết bị với các yếu tố khí hậu, được đánh giá bởi lớp bảo vệ sản phẩm. Tùy thuộc vào thiết kế, chúng chỉ được sử dụng trong nhà hoặc có thể làm việc trong không gian mở (đặc biệt là một thiết kế cho biển quảng cáo hoặc đèn LED, đặc biệt).
Bạn có thể kiểm soát mức độ sáng trong một đèn hoặc đèn chùm thông thường theo nhiều cách khác nhau. Đối với điều này, các mạch điện tử đặc biệt thường được sử dụng để điều chỉnh biên độ và các thông số khác của xung ánh sáng. Để thuận tiện khi làm việc với các thiết bị gia dụng, một mô-đun như vậy được chế tạo dưới dạng bảng điều khiển thông thường.
