Naprava LED svetilke, princip LED

LED je dvožilni polprevodniški svetlobni vir. Ko se elektriki dovedejo primerni tok, se elektroni lahko rekombinirajo z elektronskimi luknjami znotraj naprave, ki sproščajo energijo v obliki fotonov. Ta učinek imenujemo elektroluminiscenca, barva svetlobe pa je določena z razdaljo v energijskem pasu polprevodnika.

Kaj je LED

Svetleča dioda je optoelektronska naprava, ki lahko oddaja svetlobo, ko gre skozi električni tok. Svetleča dioda prenaša samo električni tok v eni smeri in proizvede nesoherentno monokromatsko ali polikromatsko sevanje iz pretvorbe električne energije.

Ima več izvedenih finančnih instrumentov:

• OLED.
• AMOLED.
• FOLED.

Zaradi svetlobne učinkovitosti LED na sedanji stopnji predstavljajo 75% trga za notranjo in avtomobilsko razsvetljavo. Uporabljajo se pri gradnji televizorjev z ravnim zaslonom, in sicer: za osvetlitev LCD zaslona ali vira električne energije. Uporablja se kot glavna osvetlitev televizorjev OLED.

Prve LED-diode, ki so šle v prodajo, so proizvedle infrardeče, rdeče, zelene in nato rumene svetlobe. Dobitek modrih LED zvezi s tehničnim napredkom vgradnje in omogoča, da pokriva razpon valovnih dolžin, ki se razteza od ultravijolične (350 nm), da infrardeči (dva tisoč. Nm), ki ustreza več potrebam. Številne naprave so opremljene s sestavljenimi LED (tri v eni komponenti: rdeči, zeleni in modri), da prikažejo številne barve.

LED žarnica

LED žarnice so izdelki za razsvetljavo za gospodinjsko, industrijsko in ulično razsvetljavo, pri katerih je vir svetlobe LED. Dejansko je to niz LED in močnostnih vezij za pretvorbo omrežne moči v nizkonapetostni enosmerni tok.

LED žarnica je ločena in neodvisna naprava. Njeno telo je najpogosteje individualno v oblikovanju in posebej zasnovano za različne svetlobne vire. Veliko število svetilk in njihova majhnost omogočata njihovo namestitev na različnih mestih, za zbiranje plošč, za uporabo za osvetlitev zaslonov, televizorjev.

Splošna razsvetljava zahteva belo svetlobo. Načelo LED svetilke temelji na emisiji svetlobe v zelo ozkih valovnih dolžinah: to je z barvno karakteristiko energije polprevodniškega materiala, ki se uporablja za izdelavo LED. Za oddajanje bele svetlobe iz LED žarnice je potrebno mešati sevanje iz rdečih, zelenih in modrih LED ali uporabiti fosfor za pretvorbo delov svetlobe v druge barve.

Ena od metod - RGB (rdeča, zelena, modra) je uporaba več matričnih LED, od katerih vsaka oddaja drugo valovno dolžino v neposredni bližini, da bi ustvarila skupno belo barvo.

Zgodovina ustvarjanja prvih svetilk

Prva emisija svetlobe iz polprevodnika je iz leta 1907 in jo je odkril Henry Joseph Round. Leta 1927 je Oleg Vladimirovich Losev vložil prvi patent za tisto, kar bi se kasneje imenovala svetleča dioda.

V 1955 godu Rubin Braunstein našel infrardečo galijev arzenid - polprevodnikov, ki bo kasneje uporabljen Holonyak Nick Jr in S. Bevakkoy za ustvarjanje prvega rdeča LED v 1962 letu. Že več let, so raziskovalci omejena na nekaj barve, kot so rdeča (1962), rumeni, zeleni, modri, in pozneje (1972).

Prispevek japonskih znanstvenikov

Leta 1990, proučuje Shuji Nakamura in Takashi Mukai z Nichia InGaN polprevodniške tehnologije so omogočile ustvarjanje visoko svetilnost modre LED, in nato prilagodi za belo in dodal, rumeni fosfor. Ta promocija je omogočila uporabo novih velikih aplikacij, kot so osvetlitev in osvetlitev televizijskih zaslonov in LCD zaslonov. 7. oktober 2014 Shudzi Nakamura, Isamu Akasaki in Hiroshi Amano, dobil Nobelovo nagrado za fiziko za svoje delo na modro LED.

Načelo delovanja naprave

Ko se dioda premakne naprej, se elektroni hitro premikajo skozi križišče. Nenehno združujejo in brisajo drug drugega. Kmalu po tem, ko se elektroni začnejo premikati od n-tipa do p-tipa silicija, je dioda povezana z luknjami in nato izgine. Zaradi tega je skupni atom bolj stabilen in daje majhen energijski impulz v obliki fotona svetlobe.

Načelo oblikovanja svetlobnih valov

Da bi razumeli, kako LED deluje, morate vedeti o svojih materialih in njihovih lastnostih. LED je specializirana oblika PN-križišča, ki uporablja sestavljeno povezavo. Spojina mora biti polprevodniški material, ki se uporablja za povezavo. Navadno uporabljeni materiali, vključno s silicijom in germanijem, so preprosti elementi in spojina iz teh materialov ne oddaja svetlobe. Tako kot polprevodniki, kot so galijev arzenid, galijev fosfid in indijski fosfid, so sestavljeni in spojine teh snovi oddajajo svetlobo.

Ti sestavljeni polprevodniki so razvrščeni po valenčnih pasovih, ki zasedajo njihove sestavne dele. Gallijev arzenid ima valenco treh, arzen pa ima valenco petih. To se imenuje polprevodnik skupine III-V. Obstajajo številni drugi polprevodniki, ki ustrezajo navedeni kategoriji. Obstajajo polprevodniki, ki so sestavljeni iz materialov iz skupine III-V.

Svetloba, ki oddaja svetlobo, oddaja svetlobo, ko se premakne naprej. Ko se napetost nanaša na povezavo, da se premakne naprej, tok teče, tako kot pri vsaki priključitvi PN. Luknjice iz regije p-tipa in elektronov iz regije n-tipa vstopijo v spojino in rekombinirajo kot normalno diodo, da se zagotovi tekoči tok. Ko se to zgodi, se sprosti energija.

Ugotovljeno je, da je večina svetlobe pridobljena iz prehodnega območja bližje regiji P-tipa. Zasnova diode je zasnovana tako, da je ta regija čim bližje površini absorpcijske naprave z izgradnjo minimalne količine svetlobe.

Da bi dobili luč, ki jo lahko vidite, je treba povezavo optimizirati in materiali morajo biti pravilni. Čisti galijev arzenid sprošča energijo v infrardečem delu spektra. Za uravnavanje emisij svetlobe aluminija dodamo v polprevodnik v vidnem rdečem spektru, sledi pa proizvodnja galijevega arzenida arzenida (AlGaAs). Lahko dodate fosfor, da dobite rdečo luč. Pri drugih barvah se uporabljajo drugi materiali. Na primer, galijev fosfid daje zeleno luč in kalcijev fosfid se uporablja za proizvodnjo rumene in oranžne svetlobe. Večina LED dioda temelji na galijevih polprevodnikih.

Kvantna teorija

Trenutni tok v polprevodnikih je posledica obeh fluksov prostih elektronov v nasprotni smeri. Posledično bo prišlo do rekombinacije zaradi toka teh nosilcev polnil.

Recombinacija kaže, da se elektroni v condukcijskem pasu spustijo v valenčni pas. Ko skočijo iz enega v drugega, oddajajo elektromagnetno energijo v obliki fotonov, energija fotona pa je enaka prepovedani energetski vrzeli.

Matematična enačba:

Eq = hf

H je znan kot Planckova konstanta, hitrost elektromagnetnega sevanja pa je enaka hitrosti svetlobe. Frekvenčno sevanje je povezano s hitrostjo svetlobe kot f = c / λ. λ označujemo kot valovno dolžino elektromagnetnega sevanja in enačba postane:

Eq = he / λ

Na podlagi te enačbe lahko razumemo, kako deluje LED, na podlagi dejstva, da je valovna dolžina elektromagnetnega sevanja v obratnem sorazmerju z prepovedano vrzeljo. Na splošno je celotno sevanje elektromagnetnega valovanja med rekombinacijo oblika infrardečega sevanja. Nemogoče je videti valovno dolžino infrardečega sevanja, ker je zunaj vidnega območja.

Infrardeče sevanje se imenuje toploto, saj so silicij in germanij polprevodniki ni ravno reži, polprevodnikov, in se nanašajo na posredne vmesnih vrst. Toda v polprevodnikih z neposrednim vrzeli najvišja raven valence pasu in minimalno energije ravni energije prevodne pasu ne pride hkrati z elektroni. Zato se med rekombinacijo elektronov in lukenj elektroni selijo iz pasu prevodnosti v valenčni pas in se spremeni momentum elektronskega traku.

Prednosti in slabosti

Kot katera koli LED naprava ima tudi več svojih lastnosti, glavne prednosti in slabosti.

Glavne prednosti izgledaš tako:

• Majhna velikost: na primer, lahko proizvajate LED z velikostjo piksla (kar odpira možnost uporabe diode za ustvarjanje zaslonov z visoko ločljivostjo).
• Enostavna montaža na PCB, tradicionalni ali CMS (komponenta s površinsko montažo).
• Poraba električne energije je nižja od porabe žarnice z žarilno nitko in istega reda velikosti kot fluorescenčne sijalke.
• Odlična mehanska stabilnost.
• S sestavljanjem več LED lahko dosežete dobro osvetlitev z inovativnimi oblikami.
• Življenjska doba (približno 20.000 do 50.000 ur), kar je veliko daljše od običajne žarnice z žarilno nitko (1 tisoč ur) ali halogenske žarnice (2 tisoč ur). Enako kot pri fluorescentnih žarnicah (od 5.000 do 70.000 ur).
• Zelo nizka napetost, zagotovljena varnost in enostavnost prevoza. Za dopustnike so LED žarnice, ki jih poganja enostavno ročno dinamično premikanje gibanja ("ročična svetilka").
• Lahka vztrajnost je skoraj nič. Diode se v zelo kratkem času vklopijo in izklopijo, kar se lahko uporablja pri oddajanju bližnjih (optičnih) ali daljinskih (optičnih vlaken) signalov. Takoj dosežejo svojo nominalno svetilnost.
• Zaradi svoje moči se klasične 5-mm LED-diode komaj segrejejo in ne morejo goriti prstov.
• RGB LED (rdeče-zeleno-modra) omogočajo uporabo barvnih izboljšav z neomejeno variacijo.

Od pomanjkljivosti lahko ugotovimo naslednje:

• LED diode, kot katera koli elektronska komponenta, imajo največje omejitve obratovalne temperature, pa tudi nekatere pasivne komponente, ki tvorijo svoje močnostno vezje (na primer kemični kondenzatorji, ki so ogreti glede na efektivni tok). Prenos toplote komponent LED žarnic je dejavnik, ki omejuje povečanje njihove moči, zlasti v veččipnih sklopih.
• Po mnenju proizvajalca Philips svetloba učinkovitosti nekaterih LED-jev hitro padajo. Temperatura pospeši padec učinkovitosti svetlobe. Philips tudi nakazuje, da se barva lahko spremeni na nekaterih belih LED-jih in sveti zeleno, ko postanejo starejši.
• Proizvodni proces LED je zelo energičen. Poznavanje glavnih značilnosti LED-jev, njihovih prednosti in slabosti, lahko izbirate - bodisi jih kupite ali zavrnete nakup in uporabo navadnih žarnic. Vendar pa glede na stroškovno učinkovitost takega kritja velja, da je lahko dobra alternativa običajnim, cenejšim virom svetlobe.