Přístroj LED lampy, princip LED

LED dioda je dvouvodičový polovodičový světelný zdroj. Když je vhodný proud dodáván elektrody, elektrony jsou schopny rekombinovat s elektronovými otvory uvnitř zařízení, uvolňovat energii ve formě fotonů. Tento efekt se nazývá elektroluminiscence a barva světla je určována mezerou v energetickém pásmu polovodiče.

Co je LED?

LED dioda je optoelektronické zařízení, které dokáže vydávat světlo, když prochází elektrickým proudem. Světelná dioda pouze prochází elektrickým proudem v jednom směru a vytváří nesouvislý monochromatický nebo polychromatický záření z přeměny elektrické energie.

On má několik derivátů:

• OLED.
• AMOLED.
• FOLED.

Díky světelné účinnosti představují diody LED v současné fázi 75% trhu s osvětlením interiérů a automobilů. Používají se při konstrukci plochých televizorů, a to: osvětlení LCD obrazovky nebo zdroje elektrické energie. Používá se jako hlavní osvětlení v televizorech OLED.

První diody LED, které byly v prodeji, produkovaly infračervené, červené, zelené a pak žluté světlo. Výtěžek modrých LED diod spojených s technickým pokrokem v držáku a umožňuje, aby pokryl rozsah vlnové délky vystupující z ultrafialového záření (350 nm), infračervené (dva tisíce. Nm), které splňuje mnoho potřeb. Mnoho zařízení je vybaveno kompozitními LED diodami (tři v jedné složce: červená, zelená a modrá) pro zobrazení mnoha barev.

LED žárovka

LED svítidla jsou osvětlovací produkty pro domácí, průmyslové a pouliční osvětlení, ve kterých je světelný zdroj LED. Ve skutečnosti jde o sadu LED a výkonových obvodů pro přeměnu síťového napájení na stejnosměrný proud s nízkým napětím.

LED lampa je samostatné a nezávislé zařízení. Jeho tělo je nejčastěji individuální v designu a speciálně navrženo pro různé světelné zdroje. Velké množství lamp a jejich malá velikost umožňují umístit je na různých místech, sbírat panely, používat pro osvětlení displejů, televizorů.

Obecné osvětlení vyžaduje bílé světlo. Princip LED lampy je založen na emisi světla ve velmi úzkém rozmezí vlnových délek, tj. S barvou charakteristickou pro energii polovodičového materiálu, která se používá k vytváření LED diod. je třeba míchat světlo emitovat bílé světlo z LED světla z červených, zelených a modrých LED diod, nebo použít fosfor pro převod části světa, v různých barvách.

Jednou z metod - RGB (červená, zelená, modrá), je použití několika LED matric, z nichž každá vydává jinou vlnovou délku v bezprostřední blízkosti, aby vytvořila společnou bílou barvu.

Historie vzniku prvních lamp

První světlo emise z polovodičů pochází z roku 1907 a objevil se Henry Joseph Round. V roce 1927 Oleg Vladimirovich Losev podal první patent na to, co by bylo později nazýváno světelnou diodou.

V roce 1955 godu Rubin Braunstein našel infračervené arsenide gallium - polovodič, který se později budou použity Holonyak Nick Jr. a S. Bevakkoy pro generování prvního červená LED dioda v roce 1962 rok. Několik let se vědci omezovali na určité barvy, jako je červená (1962), žlutá, zelená a později modrá (1972).

Příspěvek japonských vědců

V roce 1990, studie Shuji Nakamura a Takashi Mukai polovodičové technologie Nichia InGaN umožnily vytvořit vysoce jas modré LED, a přizpůsobit se bílý, přidáním žluté fosforu. Tato propagace umožnila použití nových velkých aplikací, například osvětlení a podsvícení televizních obrazovek a LCD monitorů. 07.10.2014 Shudzi Nakamura, Isamu Akasaki a Hiroshi Amano, získal Nobelovu cenu za fyziku za svou práci na modrými LED diodami.

Princip funkce zařízení

Když se dioda posune dopředu, elektrony se rychle pohybují přes křižovatku. Neustále se sjednocují a navzájem se smazávají. Brzy poté, co se elektrony začnou pohybovat od n-typu k p-typu křemíku, dioda je spojena s otvory a pak zmizí. Výsledkem je, že celkový atom je stabilnější a dává malý energetický puls ve formě fotonu světla.

Princip vytváření světelných vln

Chcete-li pochopit, jak funguje LED, potřebujete vědět o svých materiálech a jejich vlastnostech. LED je specializovaná forma PN-křižovatky, která využívá složené spojení. Sloučenina by měla být polovodičový materiál použitý pro připojení. Obvykle používané materiály, včetně křemíku a germania, jsou jednoduché prvky a směs z těchto materiálů nevyzařuje světlo. Jako polovodiče, jako je arsenid galia, fosfid gallia a fosfid india - jsou komponenty, a sloučeniny z těchto materiálů emitují světlo.

Tyto kompozitní polovodiče jsou klasifikovány valenčními pásy, které zaujímají jejich součásti. Gallium arsenid má tři valence a arsen má pět valencí. Toto se nazývá polovodič skupiny III-V. Existuje řada dalších polovodičů, které odpovídají uvedené kategorii. Existují polovodiče, které jsou tvořeny z materiálů skupiny III-V.

Dioda vyzařující světlo vydává světlo, když je posunuto dopředu. Když se na připojení připojuje napětí, aby se mohl pohybovat dopředu, protéká proud, jako v případě jakéhokoliv PN připojení. Otvory z oblasti p-typu a elektrony z oblasti typu n vstupují do směsi a rekombinují se jako normální dioda, aby zajistily proud. Když k tomu dojde, uvolní se energie.

Bylo zjištěno, že většina světla je získána z přechodové oblasti blíže k oblasti typu P. Konstrukce diod je navržena tak, že tato oblast je umístěna co nejblíže k povrchu absorpčního zařízení konstrukcí minimálního množství světla.

Chcete-li získat světlo, které vidíte, je třeba optimalizovat připojení a materiály musí být správné. Čistý arzenid galia uvolňuje energii v infračervené části spektra. Pro emisi světla hnací hliníku se přidá do polovodiče v oblasti viditelného spektra, červené následným získáním argitsida arsenid galia (AlGaAs). Můžete přidat fosfor do červeného světla. Pro jiné barvy se používají jiné materiály. Například fosfid gallia poskytuje zelené světlo a fosfid vápenatý se používá k produkci žlutého a oranžového světla. Většina LED je založena na galliových polovodičích.

Kvantová teorie

Proudový tok v polovodičích je způsoben oběma proudy volných elektronů v opačném směru. V důsledku toho bude docházet k rekombinaci v důsledku toku těchto nosičů náboje.

Rekombinace ukazuje, že elektrony ve vodivém pásmu sestupují do valenčního pásma. Když skočí z jednoho pásu do druhého, vyzařují elektromagnetickou energii ve formě fotonů a fotonová energie se rovná zakázané energetické mezery.

Matematická rovnice:

Eq = hf

H je známo jako Planckova konstanta a rychlost elektromagnetického záření se rovná rychlosti světla. Frekvence záření je spojena s rychlostí světla jako f = c / λ. λ je označena jako vlnová délka elektromagnetického záření a rovnice se stává:

Eq = he / λ

Na základě této rovnice, lze pochopit, jak se LED založen na skutečnosti, že délka elektromagnetického záření je nepřímo úměrná zakázaném pásmu. Obecně platí, že celkové záření elektromagnetické vlny během rekombinace má formu infračerveného záření. Není možné vidět vlnovou délku infračerveného záření, protože je mimo viditelný rozsah.

Infračervené záření se nazývá teplo, protože polovodiče křemíku a germania nejsou polovodiče s přímými mezery, ale patří do nepřímých mezilehlých odrůd. Ale v polovodičích s přímým zakázaným maximální úroveň skupiny valence a minimální energie energetické úrovni pásma vodivosti nedochází současně s elektrony. Proto během rekombinace elektronů a děr se elektrony migrují z vodivého pásma do valenčního pásma a mění se hybnost elektronového pásma.

Výhody a nevýhody

Stejně jako jakékoli LED zařízení má také řadu vlastností, hlavní výhody a nevýhody.

Hlavní výhody vypadat takto:

• Malá velikost: například je možné vyrábět diody LED s velikostí pixelů (což otevírá možnost použití diod pro vytváření obrazovek s vysokým rozlišením).
• Snadná montáž na PCB, tradiční nebo CMS (součást s povrchovou montáží).
• Spotřeba elektrické energie je nižší než spotřeba žárovky a stejného rozsahu jako žárovky.
• Vynikající mechanická stabilita.
• Sestavením několika LED můžete dosáhnout dobrého osvětlení inovativními formami.
• Střední délka života (asi 20 000 až 50 000 hodin), což je mnohem déle než klasické žárovky (1 tis. Hodin) nebo halogenové žárovky (2 tis. Hodin). Stejně jako u zářivek (od 5 000 do 70 000 hodin).
• Velmi nízké napětí, zaručuje bezpečnost a snadnou přepravu. Pro turisty jsou LED svítilny, poháněné jednoduchým manuálně dynamicky se pohybujícím pohybem ("klika").
• Slabá setrvačnost je téměř nulová. Diody se ve velmi krátkém čase zapínají a vypínají, což může být použito při přenosu signálů blízko (optočlen) nebo vzdáleného (optického vlákna). Ihned dosáhnou nominální svítivosti.
• Kvůli svému výkonu jsou klasické LED diody o průměru 5 mm sotva vyhřívány a nemohou hořet prsty.
• LED diody RGB (červená-zelená-modrá) umožňují používat barevné vylepšení s neomezenou variabilitou.

Z nedostatků můžeme zaznamenat následující:

• LED diody, stejně jako libovolná elektronická součást, mají maximální limity provozní teploty, stejně jako některé pasivní komponenty, které tvoří jejich napájecí obvod (například chemické kondenzátory, které se ohřívají v závislosti na efektivním proudu). Přenos tepla komponentů LED žárovek je faktorem, který omezuje nárůst jejich výkonu, zejména u vícečipových sestav.
• Podle výrobce výrobce světelné účinnosti některých LED rychle klesá. Teplota zrychluje pokles efektivity světla. Společnost Philips také uvádí, že barva se může změnit na některých bílých diodách LED a při starším se rozsvítí zeleně.
• Výrobní proces LED je velmi náročný na spotřebu energie. Pokud znáte hlavní charakteristiky LED, jejich výhody a nevýhody, můžete si vybrat - buď je zakoupit, nebo odmítnout zakoupit a používat běžné žárovky. Vzhledem k nákladové efektivnosti takového pokrytí však stojí za zvážení, že může být dobrou alternativou k obvyklým, levnějším zdrojům světla.