Abyste pochopili, co je LED, musíte nejprve pochopit její obecně přijímané označení, prezentované v angličtině jako LED. V překladu to znamená doslova „vyzařování malých LED“. Z technického hlediska se jedná o polovodičová zařízení, která přeměňují elektrický proud na záření viditelného světla. Tento nejjednodušší produkt se svým vzhledem a zařízením výrazně liší od typických osvětlovacích zařízení: žárovek a podobně.
Historie výskytu
Zařízení a princip činnosti LED zářičů je snadnější pochopit, pokud se seznámíte s pozadím jejich výskytu. Tento vyzařující produkt se poprvé narodil v roce 1962 ve formě monochromatické červené diody. I přes řadu nedostatků byla její výrobní technologie uznána jako slibná. Deset let po předvedení červeného vzorku byly veřejnosti představeny zelené a žluté LED diody. Vzhledem k nízké návratnosti byly tyto výrobky používány hlavně v domě jako indikátory na čelních panelech elektronických zařízení pro domácnost.
Postupem času se intenzita záře několikrát zvýšila a v 90. letech minulého století bylo možné vyrobit vzorek se světelným tokem rovným 1 lumen. V roce 1993 vytvořil japonský inženýr S. Nakamura první modrou diodu v historii, která se vyznačovala vysokou svítivostí. Od té chvíle se jejich vývojáři naučili získat jakoukoli barvu viditelného spektra, včetně bílé.
Díky pozoruhodným vlastnostem LED produktů se postupem času staly vážným konkurentem žárovek, které jsou pro mnohé známé.
Od roku 2005 tento průmysl zvládl výrobu bílých LED diod se světelným tokem až 100 lm nebo více. Kromě toho jsme se naučili, jak vyrábět osvětlovací prvky s různými odstíny bílé („teplé“, „studené“ a jiné záře).
Zařízení a princip tvorby záření
Abychom pochopili, jak je LED uspořádána, je nejprve třeba vzít v úvahu několik bodů týkajících se její konstrukce:
- základem prvku LED je polovodičový krystal, který prochází proudem pouze v jednom směru;
- klasické LED zařízení předpokládá přítomnost izolačního substrátu;
- skleněné pouzdro diody spolehlivě chrání krystal před vnějšími vlivy a současně je rozptylovým prvkem;
- na zadní straně pouzdra jsou dva kontakty, do kterých je přiváděna elektrická energie LED.
Pro zvýšení doby odezvy emitujícího zařízení je prostor mezi rozptylovou čočkou a samotným krystalem vyplněn průhlednou silikonovou sloučeninou.
Ve struktuře některých LED je vytvořen speciální hliníkový substrát, který je základnou zařízení a současně z něj odvádí přebytečné teplo.
Princip fungování LED je snazší pochopit zkoumáním polovodičového přechodu, který odborníci nazývají přechodem elektronová díra. Jeho název je spojen s odlišnou povahou hlavních nosných v mezní vrstvě dvou struktur. V jednom polovodiči je na hranici kontaktu nadbytek elektronů a v sousedním materiálu jsou nadbytečné otvory. Ve výrobním procesu polovodičového přechodu pronikají do sousední vrstvy a vytvářejí potenciální bariéru, která zabraňuje jejich zpětnému vychýlení.Přímé napětí na LED během jeho provozu závisí na šířce přechodu.
Když je do diody přiváděn potenciál dané polarity a hodnota generovaná zdrojem stejnosměrného proudu, je možné posunout přechod v požadovaném směru. To povede k jejímu otevření a vzniku protisměrného proudu opačně nabitých částic. Když se srazí na přechodových hranicích, vyzařuje se kvantum světelné energie - fotony. V závislosti na opakovací frekvenci těchto pulzů získává záření určitou barvu.
Co určuje barvu LED
Při výrobě LED se používají různé typy polovodičových materiálů, jejichž výběr určuje barevný odstín, který vyzařují.
Schopnost rozlišovat barvu je vrozená vlastnost lidského oka, schopná zachytit jeho gradace s velkou přesností. Je neoddělitelně spjata s vlnovou délkou kvantového záření přenášeného elektromagnetickými vlnami určité frekvence. V tomto případě se vytvářejí světelné pulzy na hranici polovodičového přechodu LED.
Při studiu vlastností různých polovodičů v rané fázi studie vědci identifikovali materiály, jako je fosfid gallnatý, jakož i ternární sloučeniny AlGaAs a GaAsP. Při jejich použití bylo možné získat červené a žlutozelené záření. Dnes se za účelem získání různých barevných kombinací používají složitější kombinace hliníku s indiem a galliem (AllnGaP) nebo nitridem galium india (InGaN). Tyto polovodiče jsou schopné odolat významným proudům, což jim umožňuje přijímat vysoký světelný výkon.
Technika míchání barev
Moderní diodové pásky a LED modulární klastry dokážou rozeznat různé odstíny světelného rozsahu. Vzhledem k tomu, že jeden přechod vytváří monochromatické záření, bude k vytvoření vícebarevné záře zapotřebí zařízení s více čipy. Tento složitý produkt funguje jako počítačový monitor, na kterém je možné získat téměř jakýkoli odstín (k tomu se používá speciální modul RGB).
Pomocí tohoto principu tvorby stínů bylo možné získat bílou záři, která se široce používá například u LED světlometů. Za tímto účelem byly všechny tři zdrojové nebo základní barvy smíchány ve stejných proporcích.
Je také možné jej získat kombinací diodových struktur ultrafialového nebo modrého záření s povlakem typu žlutého fosforu.
Vlastnosti výroby LED
Abychom pochopili, jak se vyrábějí LED diody, budete se muset seznámit se strukturálními vlastnostmi, pokud jde o technologie používané při výrobě. Proto se při posuzování specifik jejich výroby berou v úvahu zejména následující body:
- specifický způsob vytváření barvy záření (matrice nebo fosfor);
- kolik voltů jsou LED diody určeny a jakou velikost proudu vydrží;
- která technologie umožňuje získat nejlepší kvalitu záře a je levnější.
Výroba čipů v maticovém obvodu bude stát více výrobce, což se vyplatí vysoce kvalitním zářením. Nevýhody fosforů zahrnují nízký světelný výkon a také ne zcela čisté barevné záření. Navíc mají menší pracovní zdroje a často selhávají.
Při výrobě jednoduchých indikačních diod s přímým napětím 2 až 4 volty se jejich přechod počítá pro malé proudy (až 50 mA). Pro vytvoření vysoce kvalitních osvětlovacích zařízení a LED můstkových obvodů bude zapotřebí zařízení s velkými proudovými indikátory (až 1 Ampér). Pokud jsou v jednom modulu diody zapojeny do série, celkové napětí na jejich spojích dosáhne 12 nebo dokonce 24 voltů.Při výrobě výrobků je plus každé LED označen zvláštním způsobem (na odpovídající noze se vytvoří malá římsa).
Rozsahy a řízení luminiscence
Díky různým úpravám jsou LED produkty široce používány v různých oblastech:
- při výrobě energeticky úsporných lamp instalovaných například v typickém lustru nebo v běžném nástěnném svítidle;
- pro použití jako osvětlovače v rozsáhlých miniaturních svítilnách, jakož i ve větších strukturách, jako jsou „turistické turistické lampy“;
- v případě potřeby dekorativní osvětlení místností ve formě dlouhých stuh různých barev.
Jejich použití je způsobeno stupněm odolnosti zařízení vůči klimatickým faktorům hodnoceným třídou ochrany produktu. V závislosti na provedení se používají pouze v interiéru nebo jsou schopny pracovat v otevřených prostorech (zejména jako design pro billboardy nebo LED déšť).
Úroveň osvětlení můžete ovládat běžnou lampou nebo lustrem různými způsoby. K tomu se nejčastěji používají speciální elektronické obvody k modulaci amplitudy a dalších parametrů světelných impulsů. Pro pohodlí práce s domácím vybavením je takový modul vyroben ve formě typického ovládacího panelu.
