Uređaj LED svjetiljke, princip LED-a

LED je dvosmjerna svjetlosni izvor poluvodiča. Kada se dovodi prikladna struja vodiči, elektroni se mogu rekombinirati s rupicama elektrona unutar uređaja, oslobađajući energiju u obliku fotona. Taj se učinak naziva elektroluminescencija, a boja svjetlosti određuje jaz u energetskom pojasu poluvodiča.

Što je LED

Svjetleća dioda je optoelektronički uređaj koji može emitirati svjetlost kada prolazi električna struja. Svjetleća dioda samo prolazi električna struja u jednom smjeru i proizvodi nekoherentnu monokromatsku ili polikromatiziranu zračnu energiju od pretvorbe električne energije.

Ima nekoliko derivata:

• OLED.
• AMOLED.
• FOLED.

Zbog svjetlosne učinkovitosti LED diode u ovom trenutku predstavljaju 75% tržišta za unutarnju i automobilsku rasvjetu. Koriste se pri izgradnji televizora ravnog zaslona, ​​naime: za osvjetljavanje LCD zaslona ili izvor električne energije. Koristi se kao glavna rasvjeta u OLED televizorima.

Prve LED diode koje su prodale proizvode infracrveno, crveno, zeleno, a zatim žuto svjetlo. Prinos od plavih LED dioda povezanih s tehničkim napretkom montaže i omogućuje da pokrivaju raspon valnih duljina se proteže od ultraljubičastog (350 nm) i infracrveno (dvije tisuće. Nm) koji zadovoljava mnoge potrebe. Mnogi uređaji su opremljeni komponenti LED dioda (tri u jednoj komponenti: crvena, zelena i plava) za prikaz mnogo boja.

LED žarulja

LED svjetiljke su rasvjetni proizvodi za kućanstvo, industrijsku i uličnu rasvjetu, u kojima je izvor svjetla LED. Zapravo, to je skup LED i sklopova napajanja za pretvaranje mrežne snage u niskonaponsku istosmjernu struju.

LED svjetiljka je odvojeni i neovisni uređaj. Njegovo tijelo je najčešće individualno u dizajnu i posebno dizajnirano za različite izvore osvjetljenja. Veliki broj svjetiljki i njihove malene veličine omogućuju ih da budu smješteni na različitim mjestima, prikupljati ploče, koristiti za osvjetljavanje zaslona, ​​televizora.

Opće rasvjete zahtijeva bijelo svjetlo. Princip rada temelji se na LED emisije svjetiljka svjetlo u vrlo uskom rasponu valnih duljina: na primjer, boja karakteristična energija poluvodičkih materijala koji se koristi za proizvodnju LED. Da bi se emitiralo bijelo svjetlo iz LED svjetiljke, mora se miješati zračenje od crvenih, zelenih i plavih LED dioda ili koristiti fosfor kako biste pretvorili dijelove svjetla u druge boje.

Jedna od metoda - RGB (crvena, zelena, plava), je korištenje višestrukih LED polja, od kojih je svaki emitira različite valne duljine, u neposrednoj blizini, stvoriti zajednički bijela.

Povijest stvaranja prvih lampi

Prva svjetlosna emisija poluvodiča datira iz 1907. godine, a otkrio ga je Henry Joseph Round. Godine 1927. Oleg Vladimirović Losev podnio je prvi patent za ono što će kasnije biti nazvan diodom svjetlosti.

Godine 1955 godu Rubin Braunstein naći infracrveni galij arsenid - poluvodič, što će se kasnije koristiti Holonyak Nick Jr. i S. Bevakkoy za stvaranje prvog crvena LED u 1962. godini. Za nekoliko godina, znanstvenici su ograničeni na nekoliko boja, kao što su crvena (1962), žuta, zelena, plava, a kasnije (1972).

Doprinos japanskih znanstvenika

U 1990, proučava Shuji Nakamura i Takashi Mukai od Nichia InGaN poluvodičke tehnologije omogućile su stvaranje visoke svjetline plave LED diode, a zatim prilagoditi bijeli, dodajući žuti fosfor. Ovaj napredak omogućio je korištenje velikih novih aplikacija, kao što su rasvjeta i pozadinsko osvjetljenje TV ekrana i LCD zaslona. 7. listopada 2014 Shudzi Nakamura, Isamua Akasaki i Hiroshi Amano, dobio je Nobelovu nagradu za fiziku za svoj rad na plavim LED.

Načelo rada uređaja

Kad se dioda pomakne naprijed, elektroni se brzo kreću kroz spoj. Oni stalno sjedinjuju, brisaju jedni druge. Uskoro, nakon što se elektroni počnu pomicati od n-tipa do silikona p-dioda, dioda je spojena na rupice, a zatim nestaje. Zbog toga čini ukupni atom stabilniji i daje mali impuls energije u obliku fotona svjetlosti.

Načelo stvaranja svjetlosnog vala

Da biste razumjeli kako LED radi, morate znati o svojim materijalima i njihovim svojstvima. LED je specijalizirani oblik PN-spoja, koji koristi spojenu vezu. Spoj treba biti poluvodički materijal koji se koristi za spajanje. Uobičajene materijali uključuju silicija i germanija, jednostavni elementi, i spoja dobivenog iz tih materijala ne emitira svjetlo. Kao poluvodiča kao galij arsenida, galij fosfida i indij fosfida - su komponente, a spojevi ovih materijala emitiraju svjetlo.

Ti kompozitni poluvodiči klasificiraju se valencijskim trakama, koji zauzimaju njihove komponente. Gallij arsenid ima valenciju od tri, a arsen ima valenciju od pet. To se zove poluvodič skupine III-V. Postoji niz drugih poluvodiča koji odgovaraju navedenoj kategoriji. Postoje poluvodiči, koji su formirani iz materijala iz skupine III-V.

Svjetlosna dioda emitira svjetlost kad se pomakne prema naprijed. Kad se napajanje napona poveže prema naprijed, struja teče, kao u slučaju bilo kakve PN veze. Rupa iz regije p-tipa i elektrona iz regije n-tipa ulaze u spoj i rekombiniraju kao normalnu diodu kako bi se osiguralo strujanje struje. Kada se to dogodi, energija se oslobađa.

Utvrđeno je da se većina svjetlosti dobiva iz prijelazne regije bliže P-tip regiji. Dizajn dioda je dizajniran na takav način da se ovo područje nalazi što je moguće bliže površini apsorpcijske naprave konstrukcijom minimalne količine svjetlosti.

Da biste dobili svjetlo koje možete vidjeti, veza treba biti optimizirana, a materijali moraju biti točni. Čisti galijev arsenid oslobađa energiju u infracrvenom dijelu spektra. Kako bi se prilagodila emisijska svjetlost, u vidljivom crvenom spektru dodan je poluvodič aluminija, nakon čega slijedi proizvodnja galijevog arsenidnog arsenida (AlGaAs). Možete dodati fosfor da biste dobili crveno svjetlo. Za ostale boje koriste se i drugi materijali. Na primjer, galijev fosfid daje zeleno svjetlo, a kalcijev fosfid se koristi za dobivanje žute i narančaste svjetlosti. Većina LED dioda temelji se na galijevim poluvodičima.

Kvantna teorija

Tekući protok u poluvodičima posljedica je oba protjecanja slobodnih elektrona u suprotnom smjeru. Zbog toga će doći do rekombinacije zbog protoka ovih nosača naboja.

Rekombinacija pokazuje da se elektroni u traci vodljivosti spuštaju do valentnog pojasa. Kad skoče s jednog benda u drugi, emitiraju elektromagnetsku energiju u obliku fotona, a energija fotona jednaka je zabranjenoj energetskoj praznini.

Matematička jednadžba:

Eq = hf

H je poznat kao Planckova konstanta, a brzina elektromagnetskog zračenja je jednaka brzini svjetlosti. Frekvencijsko zračenje povezano je s brzinom svjetlosti kao f = c / λ. λ označava se kao valna duljina elektromagnetskog zračenja, a jednadžba postaje:

Eq = he / λ

Na temelju ove jednadžbe, može se razumjeti kako LED radi, na temelju činjenice da je valna duljina elektromagnetskog zračenja obrnuto proporcionalna zabranjenoj praznini. Općenito, ukupno zračenje elektromagnetnog vala tijekom rekombinacije ima oblik infracrvenog zračenja. Nemoguće je vidjeti valnu duljinu infracrvenog zračenja, jer je izvan vidljivog raspona.

Infracrveno zračenje se naziva toplinu, jer silicija i germanija poluvodiči nisu ravne prorezom poluvodiča, a odnose se na neizravne srednje vrste. No, u poluvodičima s izravnom jaz maksimalna razina valentni pojas i minimalne energije razini vodljivog energije se ne događa istovremeno s elektronima. Dakle, tijekom rekombinacije elektrona i rupe javlja migraciju elektrona iz vodljivi pojas u valentni pojas, a zamah elektrona bend mijenja.

Prednosti i nedostaci

Kao i svi LED uređaji također imaju niz njegovih značajki, glavnih prednosti i nedostataka.

Glavne prednosti izgleda ovako:

• Mala veličina: na primjer, moguće je proizvesti LED diode veličine piksela (što otvara mogućnost korištenja dioda za stvaranje zaslona visoke razlučivosti).
• Jednostavna montaža na PCB, tradicionalna ili CMS (komponenta s površinskom montažom).
• Potrošnja električne energije je niža od one žarulje sa žarnom niti, i istog reda veličine kao i fluorescentne svjetiljke.
• Odlična mehanička stabilnost.
• Sklapanjem nekoliko LED dioda možete postići dobru rasvjetu s inovativnim oblicima.
• životni vijek (oko 20 000 do 50 000 sati), što je znatno dulje od fluorescentne svjetiljke (1 tisuća. sata) ili halogene žarulje (2 tisuće. sati). Isti red veličine kao i fluorescentne svjetiljke (od 5 tisuća do 70 000 sati).
• Vrlo nizak napon, jamstvo sigurnosti i jednostavnost prijevoza. Za turiste nalaze se LED svjetiljke, koje se pokreću jednostavnim ručnim pokretom dinamičkog kretanja ("svjetiljka s koljenom").
• Svjetlosna inercija je gotovo nula. U vrlo kratkom vremenu diode su uključene i isključene, što se može koristiti prilikom odašiljanja signala blizu (optički sprežnik) ili daleko (optički vlakno). Oni odmah dođu do njihove nominalne svjetlosne jakosti.
• Zbog svoje snage, klasične LED diode od 5 mm jedva se zagrijavaju i ne mogu spaliti prste.
• RGB LED diode (crveno-zeleno-plava) omogućuju vam korištenje poboljšanja boja s neograničenim varijacijama.

Od nedostataka možemo primijetiti sljedeće:

• LED-ovi, poput bilo koje elektroničke komponente, imaju maksimalne granice radne temperature, kao i neke pasivne komponente koje čine svoj krug napajanja (na primjer, kemijski kondenzatori koji se zagrijavaju ovisno o struji rms). Prijenos topline dijelova LED žarulja je čimbenik koji ograničava povećanje njihove snage, naročito u višesmjernim sklopovima.
• Prema proizvođaču tvrtke Philips, svjetlosna učinkovitost nekih LED lampica naglo pada. Temperatura ubrzava pad učinkovitosti svjetlosti. Philips također ukazuje na to da se boja može promijeniti na nekim bijelim LED svjetlima i zeleno svijetli kada stare.
• Proces proizvodnje LED-a vrlo je energetski zahtjevan. Znajući glavne karakteristike LED dioda, njihove prednosti i nedostatke, možete napraviti izbor - kupiti ih ili odbiti kupiti i koristiti obične žarulje sa žarnom niti. Međutim, s obzirom na isplativost takve pokrivenosti, valja razmatrati da to može biti dobra alternativa uobičajenim, jeftinijim izvorima svjetlosti.