Устройството на LED лампата, принципът на светодиода

Светодиодът е двужилен полупроводников светлинен източник. Когато подходящ ток се подава към проводниците, електроните могат да се рекомбинират с електронни дупки в устройството, освобождавайки енергия под формата на фотони. Този ефект се нарича електролуминесценция, а цветът на светлината се определя от пропастта в енергийния обхват на полупроводника.

Какво е LED

Светодиодът е оптоелектронно устройство, способно да излъчва светлина, когато преминава през него електрически ток. Диод, излъчващ светлина преминава само един електрически ток в една посока и произвежда некохерентно монохромно или полихроматично излъчване от преобразуването на електрическата енергия.

Той има няколко деривати:

• OLED.
• AMOLED.
• FOLED.

Поради ефективността на светлината светодиодите в настоящия етап представляват 75% от пазара за вътрешно и автомобилно осветление. Те се използват в изграждането на телевизори с плосък екран, а именно: осветяване на LCD екрани или източник на електроенергия. Използва се като основно осветление в OLED телевизорите.

Първите светодиоди, които се продават, произвеждат инфрачервена, червена, зелена и жълта светлина. Добив на сини светодиоди, свързани с техническия прогрес на монтирането и дава възможност за покриване на дължина на вълната, простираща се от ултравиолетовата (350 нм) на инфрачервена (две хиляди. Nm), която отговаря на много нужди. Много устройства са оборудвани със съставни светодиоди (три в един компонент: червен, зелен и син), за да показват много цветове.

LED светлинна крушка

Светодиодните лампи са осветителни продукти за битово, промишлено и улично осветление, в които светлинният източник е светодиод. Всъщност това е набор от светодиоди и вериги за преобразуване на мрежовото захранване в постоянен ток с ниско напрежение.

LED лампата е отделно и независимо устройство. Тялото му е най-често индивидуално в дизайна и специално проектирано за различни източници на осветление. Голям брой лампи и малкият им размер позволяват да бъдат поставени на различни места, да се събират панели, да се използват за осветяване на дисплеи, телевизори.

Общото осветление изисква бяла светлина. Принципът на действие се основава на LED лампа емисии светлина в много тесни граници на дължина на вълната: т.е. цвят, характерен енергия на полупроводников материал, използван за производството на LED. За да излъчват бяла светлина от LED лампа, трябва да смесите радиация от червени, зелени и сини светодиоди или да използвате фосфор, за да превърнете части от светлината в други цветове.

Един от методите - RGB (червено, зелено, синьо), е използването на няколко LED матрици, всеки от които излъчва различна дължина на вълната в непосредствена близост, за да създаде общ бял цвят.

История на създаването на първите лампи

Първата светлинна емисия от полупроводник е от 1907 г. и е открита от Хенри Джоузеф Кръг. През 1927 г. Олег Владимирович Лосев подаде първия патент за това, което по-късно ще се нарича диод, излъчващ светлина.

През 1955 godu Rubin Braunstein намерено инфрачервена галиев арсенид - полупроводник, който по-късно ще се използва Holonyak Ник младши и S. Bevakkoy за генериране на първи червен светодиод през 1962 година. В продължение на няколко години изследователите се ограничават до някои цветове, като червено (1962), жълто, зелено и по-късно синьо (1972 г.).

Принос на японските учени

През 1990-те години, учи Шуджи Накамура и Такаши Mukai на полупроводникови технологии Nichia InGaN са позволили да се създаде висока яркост сини светодиоди, след което се адаптира към бялото, добавяйки, жълт фосфор. Тази промоция позволи използването на нови големи приложения, като осветяване и осветяване на телевизионни екрани и LCD екрани. На 7 октомври 2014 г. Шуджи Накамура, Исаму Акасаки и Хироши Амано получиха Нобеловата награда по физика за работата си върху сини светодиоди.

Принцип на действие на устройството

Когато диодът се премества напред, електроните се движат бързо през кръстовището. Те постоянно се обединяват, изтриват се един друг. Скоро, след като електроните започват да се преместват от п-тип към п-тип силиций, диодът е свързан с дупките и след това изчезва. Следователно, то прави общия атом по-стабилен и дава малък енергиен импулс под формата на фотон от светлина.

Принцип на образуване на светлинни вълни

За да разберете как LED работи, трябва да знаете за материалите и техните свойства. LED е специализирана форма на PN-възел, който използва комбинирана връзка. Съединението трябва да бъде полупроводников материал, използван за свързване. Обикновено използваните материали, включително силиций и германий, са прости елементи, а състав, направен от тези материали, не излъчва светлина. Що се отнася до полупроводниците като галиев арсенид, галиев фосфид и индиев фосфид, те са композитни и съединенията от тези материали излъчват светлина.

Тези съставни полупроводници се класифицират от валентните ленти, които заемат техните компоненти. Галиев арсенид има валентност от три, а арсеникът има валентност от пет. Това се нарича полупроводник от група III-V. Съществуват редица други полупроводници, които съответстват на посочената категория. Има полупроводници, които са образувани от материали от III-V група.

Светодиодът излъчва светлина, когато се премести напред. Когато напрежението е приложено към връзката, за да може тя да се движи напред, токът тече, както при всяка PN връзка. Дупки от р-тип и електроните от региона на п-тип включени в съединението и рекомбинират като нормален диод да се осигури протичане на ток. Когато това се случи, енергията се освобождава.

Установено е, че по-голямата част от светлината се получава от преходния регион по-близо до Р-типния регион. Проектирането на диодите е проектирано по такъв начин, че този регион да е разположен възможно най-близо до повърхността на абсорбционното устройство чрез конструкцията на минимално количество светлина.

За да получите светлината, която можете да видите, връзката трябва да бъде оптимизирана и материалите трябва да са правилни. Чисто галиев арсенид освобождава енергия в инфрачервената част на спектъра. За светлинната емисия се добавя алуминиев управление на полупроводника във видимия червен спектър последвано от получаване argitsida галиев арсенид (AlGaAs). Можете да добавите фосфор, за да получите червена светлина. За други цветове се използват други материали. Например, галиев фосфид дава зелена светлина и калциев фосфид се използва за получаване на жълта и оранжева светлина. Повечето светодиоди са базирани на полупроводници на галия.

Квантова теория

Текущият поток в полупроводниците се дължи и на двата потока от свободни електрони в обратната посока. Следователно, ще има рекомбинация, дължаща се на потока на тези носители на заряд.

Рекомбинацията показва, че електроните в проводната лента се спускат към лентата на валентността. Когато скачат от една лента в друга, те излъчват електромагнитна енергия под формата на фотони, а фотонната енергия е равна на забранената енергийна разлика.

Математическото уравнение:

Eq = hf

H е известен като константа на Планк, а скоростта на електромагнитното излъчване е равна на скоростта на светлината. Честотата на излъчване се свързва със скоростта на светлината като f = c / λ. λ е означена като дължина на вълната на електромагнитното излъчване и уравнението става:

Eq = he / λ

Въз основа на това уравнение може да се разбере как функционира светодиодът, въз основа на факта, че дължината на вълната на електромагнитното лъчение е обратно пропорционална на забранената пропаст. По принцип общото излъчване на електромагнитна вълна по време на рекомбинация има формата на инфрачервено лъчение. Невъзможно е да се види дължината на вълната на инфрачервеното лъчение, защото е извън видимия диапазон.

Инфрачервеното лъчение се нарича топлина, тъй като силициевите и германийните полупроводници не са полупроводници с прав процеп, но принадлежат към непреки междинни сортове. Но в полупроводници с пряка празнина, максималното енергийно ниво на валентното поле и минималното енергийно ниво на проводящата лента не се срещат едновременно с електроните. Поради това, по време на рекомбинацията на електрони и дупки, електроните мигрират от проводната лента към валентната лента и се променя инерцията на електронната лента.

Предимства и недостатъци

Както всяко светодиодно устройство има и няколко свои характеристики, основните предимства и недостатъци.

Основни предимства изглежда така:

• Малък размер: например, е възможно да се произвеждат светодиоди с размер на пикселите (което отваря възможността за използване на диоди за създаване на екрани с висока разделителна способност).
• Лесен монтаж на печатни платки, традиционни или CMS (компонент с повърхностен монтаж).
• Консумацията на електрическа енергия е по-ниска от тази на лампа с нажежаема жичка и със същия порядък като флуоресцентни лампи.
• Отлична механична стабилност.
• Чрез сглобяването на няколко светодиода можете да постигнете добро осветление с иновативни форми.
• Продължителност на живота (около 20 000 до 50 000 часа), което е много по-дълго от обикновената лампа с нажежаема жичка (1 000 часа) или халогенната лампа (2 000 часа). Същият порядък е този на луминесцентни лампи (от 5 хиляди до 70 000 часа).
• Много ниско напрежение, гаранция за безопасност и лекота на транспортиране. За туристите има LED фенерчета, задвижвани от просто ръчно динамично движещо се движение ("коляно лампа").
• Светлината инерция е почти нула. Диодите се включват и изключват за много кратко време, което може да се използва при предаване на сигнали в близост до (оптичен кабел) или далеч (оптични влакна). Те веднага достигат своя номинален интензитет на светлината.
• Благодарение на своята мощност, класическите 5-милиметрови светодиоди са едва отоплявани и не могат да изгорят пръстите си.
• Светодиодите RGB (червено-зелено-синьо) ви позволяват да използвате цветни подобрения с неограничени вариации.

От недостатъците можем да отбележим следното:

• Светодиодите, както и всеки електронен компонент са на максимално допустимите граници на работната температура и някои пасивни компоненти, съставляващи тяхната доставка верига (например, химични кондензатори, които се нагряват в зависимост от текущите RMS). Топлопредаването на компонентите на светодиодните крушки е фактор, ограничаващ увеличаването на тяхната мощност, особено при многочиповите монтажни възли.
• Според производителя на Philips светлинната ефективност на някои светодиоди бързо пада. Температурата ускорява спада в ефективността на светлината. Philips също така посочва, че цветът може да се промени при някои бели светодиоди и да свети зелено, когато пораснат.
• Производственият процес на светодиода е много енергоемък. Познаването на основните характеристики на светодиоди, техните предимства и недостатъци, може да направи избор - или да ги закупят или да анулира покупката и използването на обикновените лампи с нажежаема жичка. Въпреки това, предвид разходната ефективност на такова покритие, си струва да се има предвид, че тя може да бъде добра алтернатива на обичайните, по-евтини източници на светлина.