Zariadenie LED lampy, princíp LED

LED dióda je dvojvodičový polovodičový svetelný zdroj. Keď je vhodný prúd dodávaný do elektród, elektróny sú schopné rekombinovať s elektrónovými otvormi vo vnútri zariadenia, čím uvoľňujú energiu vo forme fotónov. Tento efekt sa nazýva elektroluminiscencia a farba svetla je určená medzerou v energetickom pásme polovodiča.

Čo je LED

Dióda vyžarujúca svetlo je optoelektronické zariadenie schopné vyžarovať svetlo pri prechode elektrického prúdu. Dióda vyžarujúca svetlo len prechádza elektrickým prúdom v jednom smere a vytvára nekoherentné monochromatické alebo polychromatické žiarenie z premeny elektrickej energie.

On má niekoľko derivátov:

• OLED.
• AMOLED.
• FOLED.

Vzhľadom na svetelnú účinnosť LED diódy v súčasnej fáze predstavujú 75% trhu s vnútorným a automobilovým osvetlením. Používajú sa pri konštrukcii plochých televízorov, a to: osvetlenie LCD obrazoviek alebo zdroja elektrickej energie. Používa sa ako hlavné osvetlenie v televízoroch OLED.

Prvé LED diódy sú umiestnené na predaj, výrobu infračervené, červenej, zelenej, potom žlté svetlo. Výťažok modrých LED diód spojených s technickým pokrokom v držiaku a umožňuje, aby pokryl rozsah vlnovej dĺžky vystupujúce z ultrafialového žiarenia (350 nm), infračervené (dvetisíc. Nm), ktoré spĺňa mnoho potrieb. Mnohé zariadenia sú vybavené kompozitnými LED diódami (tri v jednom komponente: červená, zelená a modrá) na zobrazenie mnohých farieb.

LED žiarovka

LED svietidlá sú osvetľovacie produkty pre domáce, priemyselné a pouličné osvetlenie, v ktorých je svetelný zdroj LED. V skutočnosti ide o sadu LED a výkonových obvodov na premenu sieťového napájania na nízkonapäťový jednosmerný prúd.

LED lampa je samostatné a nezávislé zariadenie. Jeho telo je najčastejšie individuálne v dizajne a špeciálne navrhnuté pre rôzne svetelné zdroje. Veľké množstvo svetiel a ich malá veľkosť umožňujú umiestňovať ich na rôznych miestach, zhromažďovať panely, používať na osvetlenie displejov, televízorov.

Všeobecné osvetlenie vyžaduje biele svetlo. Princíp LED svietidla je založený na emisii svetla vo veľmi úzkom rozsahu vlnovej dĺžky: to znamená s farbou charakteristickou pre energiu polovodičového materiálu, ktorá sa používa na výrobu LED diód. Ak chcete vyžarovať biele svetlo z LED lampy, musíte zmiešať žiarenie z červenej, zelenej a modrej LED alebo použiť fosfor na premenu častí svetla na iné farby.

Jednou z metód - RGB (červená, zelená, modrá), je použitie niekoľkých matríc LED, z ktorých každá vyžaruje inú vlnovú dĺžku v tesnej blízkosti, aby vytvorila bežnú bielu farbu.

História vzniku prvých svietidiel

Prvé emisie svetla z polovodiča pochádza z roku 1907 a objavil ho Henry Joseph Round. V roku 1927 Oleg Vladimirovich Losev podal prvý patent na to, čo by sa neskôr nazývalo svetelnou diódou.

V roku 1955 godu Rubin Braunstein našiel infračervené arzenid gálium - polovodič, ktorý sa neskôr budú použité Holonyak Nick Jr a S. Bevakkoy pre generovanie prvého červená LED dióda v roku 1962 rok. Niekoľko rokov sa vedci obmedzili na určité farby, ako je červená (1962), žltá, zelená a neskôr modrá (1972).

Príspevok japonských vedcov

V roku 1990, štúdie Shuji Nakamura a Takashi Mukai polovodičové technológie Nichia InGaN umožnili vytvoriť vysoko jas modré LED, a prispôsobiť sa biely, pridaním žltej fosforu. Táto propagácia umožnila použitie nových veľkých aplikácií, ako napríklad osvetlenie a podsvietenie televíznych obrazoviek a obrazoviek LCD. 07.10.2014 Shudzi Nakamura, Isamu Akasaki a Hiroshi Amano, získal Nobelovu cenu za fyziku za svoju prácu na modrými LED diódami.

Princíp fungovania zariadenia

Keď sa dióda posunie dopredu, elektróny sa rýchlo pohybujú cez križovatku. Neustále sa zjednocujú, navzájom sa vymazávajú. Čoskoro, po tom, ako sa elektróny začnú pohybovať od typu n k silikónu typu p, je dióda pripojená k otvorom a potom zmizne. Z toho vyplýva, že celkový atóm je stabilnejší a dáva malý energetický impulz vo forme fotónu svetla.

Princíp tvorby svetelnej vlny

Ak chcete pochopiť, ako LED funguje, potrebujete vedieť o jej materiáloch a vlastnostiach. LED je špecializovaná forma PN-križovatky, ktorá využíva zložené spojenie. Zlúčenina by mala byť polovodičový materiál používaný na pripojenie. Bežne používané materiály, vrátane kremíka a germánia, sú jednoduché prvky a zmes vyrobená z týchto materiálov nevykazuje svetlo. Pokiaľ ide o polovodiče, ako je arzenid gallia, fosfor gallia a fosfid india, sú zložené a zlúčeniny týchto materiálov vyžarujú svetlo.

Tieto kompozitné polovodiče sú klasifikované valenčnými pásmi, ktoré zaberajú ich komponenty. Gallium arsenid má valenciu troch a arzén má päťčlennú valenciu. Toto sa nazýva polovodič skupiny III-V. Existuje niekoľko ďalších polovodičov, ktoré zodpovedajú uvedenej kategórii. Existujú polovodiče, ktoré sú tvorené z materiálov skupiny III-V.

Svetlo vyžarujúca dióda vyžaruje svetlo, keď je posunutá dopredu. Keď sa na pripojenie napája napätie, prúd prúdi, rovnako ako pri akomkoľvek pripojení PN. Otvory z oblasti p-typu a elektróny z oblasti typu n vstupujú do zmesi a rekombinujú sa ako normálna dióda na zaistenie toku prúdu. Keď k tomu dôjde, uvoľní sa energia.

Zistilo sa, že väčšina svetla sa získa z prechodovej oblasti bližšie k oblasti typu P. Konštrukcia diód je navrhnutá tak, že táto oblasť je umiestnená čo najbližšie k povrchu absorpčného zariadenia konštrukciou minimálneho množstva svetla.

Ak chcete získať svetlo, ktoré vidíte, je potrebné optimalizovať spojenie a materiály musia byť správne. Čistý arzenid gália uvoľňuje energiu v infračervenej časti spektra. Na úpravu vyžarovania svetla sa do polovodiča pridáva hliník vo viditeľnom červenom spektre, po ktorom nasleduje výroba arzenidu gallia arzenidu (AlGaAs). Môžete pridať fosfor, aby ste dostali červené svetlo. Pri iných farbách sa používajú iné materiály. Napríklad fosfid gália poskytuje zelené svetlo a fosfid vápenatý sa používa na výrobu žltej a oranžovej farby. Väčšina LED diód je založená na polovodičoch galia.

Kvantová teória

Tok prúdu v polovodičoch je spôsobený jednak tavivami voľných elektrónov v opačnom smere. Z toho dôvodu dôjde k rekombinácii v dôsledku toku týchto nosičov náboja.

Rekombinácia ukazuje, že elektróny vo vodivom pásme klesajú do valenčného pásma. Keď skočia z jedného pásma do druhého, vyžarujú elektromagnetickú energiu vo forme fotónov a fotónová energia sa rovná zakázanému energetickému priestoru.

Matematická rovnica:

Eq = hf

H je známy ako Planckova konštanta a rýchlosť elektromagnetického žiarenia sa rovná rýchlosti svetla. Frekvenčné žiarenie je spojené s rýchlosťou svetla ako f = c / λ. λ je označená ako vlnová dĺžka elektromagnetického žiarenia a rovnica sa stáva:

Eq = he / λ

Na základe tejto rovnice je možné pochopiť, ako LED funguje, na základe skutočnosti, že vlnová dĺžka elektromagnetického žiarenia je nepriamo úmerná zakázanej medzere. Všeobecne platí, že celkové žiarenie elektromagnetickej vlny počas rekombinácie má formu infračerveného žiarenia. Nie je možné vidieť vlnovú dĺžku infračerveného žiarenia, pretože je mimo viditeľného rozsahu.

Infračervené žiarenie sa nazýva teplo, pretože polovodiče z kremíka a germánium nie sú polovodiče s priamou medzerou, ale patria do nepriamych medziproduktov. Avšak v polovodičoch s priamou medzerou sa maximálna energetická hladina valenčného pásma a minimálna energetická hladina vodivého pásma nevyskytujú súčasne s elektrónmi. Preto sa počas rekombinácie elektrónov a otvorov prenášajú elektróny z vodivého pásma do valenčného pásma a mení sa hybnosť elektrónového pásma.

Výhody a nevýhody

Rovnako ako ľubovoľné LED zariadenie má aj niekoľko vlastností, hlavné výhody a nevýhody.

Hlavné výhody vyzerať takto:

• Malá veľkosť: napríklad je možné produkovať LED diódy s veľkosťou pixelov (čo otvára možnosť použitia diód na vytváranie obrazoviek s vysokým rozlíšením).
• Jednoduchá montáž na PCB, tradičný alebo CMS (komponent s povrchovou montážou).
• Spotreba elektrickej energie je nižšia ako spotreba žiarovky a rovnakého rádu ako žiarivky.
• Vynikajúca mechanická stabilita.
• Zostavovaním niekoľkých LED môžete dosiahnuť dobré osvetlenie inovatívnymi formami.
• Životnosť (približne 20 000 až 50 000 hodín), ktorá je oveľa dlhšia ako bežná žiarovka (1 000 hodín) alebo halogénová lampa (2 000 hodín). Rovnaký poriadok ako žiarivky (od 5 000 do 70 000 hodín).
• Veľmi nízke napätie, zaručujú bezpečnosť a jednoduchosť prepravy. Pre turistov sú LED baterky poháňané jednoduchým ručným dynamickým pohybom pohybu ("kľukové svetlo").
• Ľahká zotrvačnosť je takmer nulová. Diódy sa zapínajú a vypínajú vo veľmi krátkom čase, čo sa dá použiť pri vysielaní signálov v blízkosti (optočlenov) alebo ďaleko (optických vlákien). Okamžite dosiahnu svoju menovitú svetelnú intenzitu.
• Vďaka svojmu výkonu sú klasické 5 mm LED diódy sotva vykurované a nemôžu horieť prsty.
• LED diódy RGB (červeno-zelená-modrá) vám umožňujú používať farebné vylepšenia s neobmedzenými variáciami.

Z nedostatkov môžeme si všimnúť nasledujúce:

• LED diódy, rovnako ako akákoľvek elektronická súčiastka, majú maximálne limity prevádzkovej teploty, rovnako ako niektoré pasívne komponenty, ktoré tvoria ich napájací obvod (napríklad chemické kondenzátory, ktoré sú ohrievané v závislosti od efektu prúdu). Prestup tepla komponentov LED žiaroviek je faktorom, ktorý obmedzuje nárast ich výkonu, najmä v multičipových zostavách.
• Podľa výrobcu značky Philips klesá rýchlosť svetelnej účinnosti niektorých LED diód. Teplota urýchľuje pokles efektívnosti svetla. Spoločnosť Philips tiež naznačuje, že farba sa môže zmeniť na niektorých biele LED diódy a keď starne, svieti zelene.
• Výrobný proces LED je veľmi náročný na spotrebu energie. Keď poznáte hlavné charakteristiky LED, ich výhody a nevýhody, môžete si vybrať - buď ich zakúpiť, alebo odmietnuť kúpiť a používať obyčajné žiarovky. Vzhľadom na nákladovú efektívnosť takéhoto pokrytia však stojí za zváženie, že môže byť dobrou alternatívou k bežným, lacnejším zdrojom svetla.