Yarı iletken LED'ler. Işık diyotlarının çalışma prensibi ve cihazı. SMD LED'leri

Işık yayan yarı iletken cihazlar, aydınlatma sistemlerini çalıştırmak için ve elektrik akımının göstergeleri olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Uygulanan bir voltaj altında çalışan elektronik cihazlara atıfta bulunurlar.

Değeri önemsiz olduğundan, bu tür kaynaklar düşük voltajlı cihazlara aittir, elektrik akımının insan vücudu üzerindeki etkisi açısından artan bir güvenlik derecesine sahiptir. Devreye özel güç kaynaklarının dahil edilmesini gerektiren bir ev ağı gibi, yüksek voltaj kaynakları kullanıldığında yaralanma riski artar.

LED tasarımının ayırt edici bir özelliği, kasanın Ilyich ve flüoresan lambalardan daha yüksek mekanik mukavemetidir. Doğru kullanıldıklarında uzun süre ve güvenilir bir şekilde çalışırlar. Hizmet ömürleri filamentlerinkinden 100 kat daha fazladır ve yüz bin saate ulaşır.

Ancak bu gösterge, gösterge yapıları için tipiktir. Güçlü kaynaklar için, aydınlatma için artan akımlar kullanılır ve hizmet ömrü 2 ÷ 5 kat azalır.

Elektrik akımı devrelerine bağlantı için 5 mm çapında ve iki pimli bir epoksi kasada ortak bir gösterge LED'i yapılır:. Görsel olarak, uzunlukları farklıdır. Kesik kontağı olmayan yeni bir cihazın katodu daha kısadır.

Basit bir kural bu pozisyonu hatırlamaya yardımcı olur: her iki kelime de "K" harfiyle başlar:

LED'in bacakları kesildiğinde, basit bir parmak tipi pilden kontaklara 1,5 voltluk bir voltaj uygulanarak anot belirlenebilir: kutuplar çakıştığında ışık görünür.

Yarı iletkenin ışık yayan aktif tek kristali, dikdörtgen paralel boru şeklindedir. Alüminyum alaşımdan yapılmış parabolik bir reflektörün yanına yerleştirilir ve iletken olmayan bir alt tabaka üzerine monte edilir.

Polimerik malzemelerden yapılmış şeffaf ışık muhafazasının sonunda ışık ışınlarını odaklayan bir mercek bulunur. Reflektör ile birlikte, radyasyon akısının açısını oluşturan optik bir sistem oluşturur. LED'in yönlü modeli ile karakterizedir.

Işığın genel yapının geometrik ekseninden yanlara sapmasını karakterize eder, bu da saçılmada bir artışa yol açar. Bu fenomen, küçük teknoloji ihlallerinin üretimi sırasında ortaya çıkması ve ayrıca çalışma sırasında optik malzemelerin yaşlanması ve diğer bazı faktörler nedeniyle ortaya çıkar.

Kasanın altına, bir elektrik akımının geçişi sırasında oluşan ısıyı uzaklaştırmak için radyatör görevi gören bir alüminyum veya pirinç bant yerleştirilebilir.

Bu tasarım ilkesi yaygındır. Temelinde, diğer yapısal eleman biçimlerini kullanarak başka yarı iletken ışık kaynakları oluşturun.

Işık emisyonunun prensipleri

p-n tipi yarı iletken bağlantı, terminallerin polaritesine uygun olarak sabit bir voltaj kaynağına bağlanır.

P- ve n-tipi maddelerin temas tabakasının içinde, etkisi altında, yükün pozitif işareti olan serbest negatif yüklü elektronların ve deliklerin hareketi başlar. Bu parçacıklar kendilerini çeken kutuplara yönlendirilir.

Geçiş katmanında yükler yeniden birleşir. Elektronlar, iletim bandından değerlik bandına geçerek Fermi seviyesinin üstesinden gelir.

Bu nedenle, enerjilerinin bir kısmı, çeşitli spektrum ve parlaklıktaki ışık dalgalarının serbest bırakılmasıyla serbest bırakılır. Dalga frekansı ve renk sunumu, yapıldığı karışık malzemelerin türüne bağlıdır.

Bir yarı iletkenin aktif bölgesi içinde ışık yaymak için iki koşulun karşılanması gerekir:

1. aktif bölgedeki genişlikteki yasak bölgenin boşluğu, insan gözünün görebileceği frekans aralığı içinde yayılan kuantanın enerjisine yakın olmalıdır;

2. Yarı iletken kristalin malzemelerinin saflığı yüksek olmalı ve rekombinasyon sürecini etkileyen kusurların sayısı mümkün olduğunca az olmalıdır.

Bu karmaşık teknik problem birkaç yolla çözülür. Bunlardan biri, karmaşık bir heteroyapı oluştuğunda birkaç p-n bağlantı katmanının oluşturulmasıdır.

sıcaklığın etkisi

Kaynağın voltaj seviyesindeki bir artışla, yarı iletken tabakadan geçen akım artar ve ışıma artar: birim zaman başına artan miktarda şarj rekombinasyon bölgesine girer. Aynı zamanda, akım taşıyan elemanlar ısıtılır. Değeri, dahili akım kılavuzlarının malzemesi ve p-n bağlantısının özü için kritiktir. Aşırı sıcaklık onlara zarar verebilir ve yok edebilir.

LED'lerin içinde, elektrik akımının enerjisi, gereksiz işlemler olmadan doğrudan ışığa gider: akkor filamanlı lambalardaki gibi değil. Bu durumda, akım taşıyan elemanların düşük ısınması nedeniyle minimum faydalı güç kayıpları oluşur.

Bu nedenle, bu kaynakların yüksek verimliliği yaratılır. Ancak, yalnızca yapının kendisinin korunduğu, dış ısıtmadan engellendiği yerlerde kullanılabilirler.

Aydınlatma efektlerinin özellikleri

p-n bağlantı maddelerinin farklı bileşimlerindeki deliklerin ve elektronların rekombinasyonu sırasında, eşit olmayan ışık emisyonu üretilir. Genellikle kuantum verimliliği parametresi ile karakterize edilir - tek bir yeniden birleştirilmiş yük çifti için yayılan ışık kuantumlarının sayısı.

LED'in iki seviyesinde oluşturulur ve oluşur:

1. yarı iletken bağlantının içinde - dahili;

2. bir bütün olarak tüm LED'in tasarımında - harici.

İlk seviyede, doğru yapılmış tek kristallerin kuantum verimi %100'e yakın bir değere ulaşabilir. Ancak, bu göstergeyi sağlamak için büyük akımlar ve güçlü ısı giderme oluşturmak gerekir.

Kaynağın kendi içinde, ikinci seviyede, ışığın bir kısmı saçılır ve yapısal elemanlar tarafından emilir, bu da genel radyasyon verimliliğini azaltır. Kuantum verimliliğinin maksimum değeri burada çok daha düşüktür. Kırmızı bir spektrum yayan LED'ler için %55'ten fazla değildir ve mavi LED'ler için daha da azalır - %35'e kadar.

Işığın renk iletim türleri

Modern LED'ler şunları yayar:

• Beyaz ışık.

Sarı-yeşil, sarı ve kırmızı spektrum

p-n bağlantısı, galyum fosfitlere ve arsenitlere dayanır. Bu teknoloji, 60'lı yılların sonlarında elektronik cihazların göstergeleri ve ulaşım ekipmanlarının kontrol panelleri, reklam panoları için uygulandı.

Işık çıkışı açısından, bu tür cihazlar, o zamanın ana ışık kaynaklarını - akkor lambaları hemen aştı ve güvenilirlik, kaynak ve güvenlik açısından onları aştı.

mavi spektrum

Mavi, mavi-yeşil ve özellikle beyaz spektrumların yayıcıları, iki teknik problemin karmaşık çözümünün zorlukları nedeniyle uzun süre pratik uygulamaya izin vermedi:

1. rekombinasyonun gerçekleştiği yasak bölgenin sınırlı boyutu;

2. safsızlıkların içeriği için yüksek gereksinimler.

Mavi spektrumun parlaklığını artırmanın her adımı için, yasak bölgenin genişliğini genişleterek kuanta enerjisinde bir artış gerekliydi.

Soru, yarı iletken maddeye silikon karbürler SiC veya nitrürler dahil edilerek çözüldü. Ancak, birinci grubun gelişmelerinin, bir yeniden birleştirilmiş bir çift yük için çok düşük verimliliğe ve küçük bir kuanta radyasyonu verimine sahip olduğu ortaya çıktı.

Yarı iletken geçişine çinko selenide dayalı katı çözeltilerin dahil edilmesi, kuantum veriminin artmasına yardımcı oldu. Ancak, bu tür LED'ler kavşakta artan bir elektrik direncine sahipti. Bu nedenle, aşırı ısındılar ve hızlı bir şekilde yandılar ve karmaşık-üretim ısı giderme yapıları onlar için etkili bir şekilde çalışmadı.

İlk kez, safir bir alt tabaka üzerinde biriken ince galyum nitrür filmlerini kullanarak mavi ışık yayan bir diyot oluşturmak mümkün oldu.

Beyaz spektrum

Bunu elde etmek için, geliştirilen üç teknolojiden biri kullanılır:

1. RGB yöntemiyle renk karıştırma;

2. UV LED'e üç kat kırmızı, yeşil ve mavi fosfor uygulanması;

3. Mavi LED'i sarı-yeşil ve yeşil-kırmızı fosfor katmanlarıyla kaplamak.

İlk yöntemde, her biri kendi RGB spektrumunu yayan tek bir matris üzerine aynı anda üç tek kristal yerleştirilir. Lense dayalı optik sistemin tasarımı nedeniyle, bu renkler karıştırılır ve çıktı tamamen beyazdır.

Alternatif bir yöntemde, fosforun üç bileşen tabakasının art arda ultraviyole ışıması nedeniyle renk karışımı meydana gelir.

Beyaz spektrum teknolojilerinin özellikleri

RGB tekniği

Şunları yapmanızı sağlar:

aydınlatma kontrol algoritmasında tek tek kristallerin çeşitli kombinasyonlarını kullanmak, bunları birer birer manuel olarak veya otomatik bir programla bağlamak;

zamanla değişen farklı renk tonlarına neden olur;

reklam için etkili aydınlatma sistemleri oluşturmak.

Böyle bir uygulamanın basit bir örneğidir. Benzer algoritmalar tasarımcılar tarafından da yaygın olarak kullanılmaktadır.

RGB LED tasarımlarının dezavantajları şunlardır:

merkezdeki ve kenarlardaki ışık noktasının homojen olmayan rengi;

p-n bağlantılarının farklı yaşlanma oranlarına yol açan, renklerin dengelenmesini etkileyen, beyaz spektrumun toplam kalitesinde bir değişiklik olan matris yüzeyinden eşit olmayan ısıtma ve ısı giderme.

Bu dezavantajlar, taban yüzeyindeki tek kristallerin farklı düzenlenmesinden kaynaklanır. Kaldırmak ve özelleştirmek zordur. Bu teknoloji nedeniyle RGB modelleri en karmaşık ve pahalı gelişmeler arasındadır.

fosforlu LED'ler

Tasarımları daha basittir, üretimi daha ucuzdur ve bir birim ışık akısı emisyonu açısından daha ekonomiktirler.

Dezavantajlarla karakterize edilirler:

fosfor tabakasında, ışık çıkışını azaltan bir ışık enerjisi kaybı vardır;

tek tip bir fosfor tabakası uygulama teknolojisinin karmaşıklığı, renk sıcaklığının kalitesini etkiler;

fosfor, LED'in kendisinden daha kısa bir kaynağa sahiptir ve çalışma sırasında daha hızlı yaşlanır.

Farklı tasarımlardaki LED'lerin özellikleri

Fosforlu ve RGB ürünlerine sahip modeller, çeşitli endüstriyel ve evsel uygulamalar için oluşturulmuştur.

Yemek yöntemleri

İlk seri üretimin gösterge LED'i, iki volttan biraz daha az DC'den güç verildiğinde yaklaşık 15 mA tüketir. Modern ürünler artan özelliklere sahiptir: dört volta ve 50 mA'ya kadar.

Aydınlatma için LED'ler aynı voltajla çalışır, ancak zaten birkaç yüz miliamper tüketirler. Üreticiler artık aktif olarak 1 A'ya kadar cihazlar geliştirmekte ve tasarlamaktadır.

Işık çıkışının verimini artırmak için, her bir elemana sıralı voltaj beslemesi kullanabilen LED modülleri oluşturulmuştur. Bu durumda değeri 12 veya 24 volta çıkar.

LED'e voltaj uygularken polarite dikkate alınmalıdır. Kırıldığında akım geçmez ve parlama olmaz. Alternatif bir sinüzoidal sinyal kullanılıyorsa, ışıma yalnızca pozitif yarım dalga geçtiğinde meydana gelir. Ayrıca, gücü, polar bir yön ile karşılık gelen akım büyüklüğünün ortaya çıkma yasasına göre orantılı olarak değişir.

Ters voltaj ile yarı iletken bağlantının bozulmasının mümkün olduğu unutulmamalıdır. Tek bir kristalde 5 volt aşıldığında oluşur.

Kontrol yöntemleri

Yayılan ışığın parlaklığını ayarlamak için iki kontrol yönteminden biri kullanılır:

1. bağlı voltajın değeri;

İlk yöntem basit ama etkisizdir. Voltaj seviyesi belirli bir eşiğin altına düştüğünde, LED basitçe sönebilir.

PWM yöntemi böyle bir fenomeni hariç tutar, ancak teknik uygulamada çok daha karmaşıktır. Tek bir kristalin yarı iletken bağlantısından geçen akım, sabit bir biçimde değil, birkaç yüz ila bin hertz arasında bir değere sahip darbeli bir yüksek frekansta sağlanır.

Darbelerin genişliğini ve aralarındaki duraklamaları değiştirerek (sürece modülasyon denir), ışımanın parlaklığı geniş bir aralıkta ayarlanır. Bu akımların tek kristaller aracılığıyla oluşumu, karmaşık algoritmalara sahip özel programlanabilir kontrol üniteleri tarafından gerçekleştirilir.

Emisyon spektrumu

LED'den çıkan radyasyonun frekansı çok dar bir aralıktadır. Monokromatik denir. Güneş'ten yayılan dalgaların spektrumundan veya geleneksel aydınlatma lambalarının filamanlarından kökten farklıdır.

Bu tür aydınlatmanın insan gözü üzerindeki etkisi hakkında çok fazla tartışma var. Ancak, bu konudaki ciddi bilimsel analizlerin sonuçları bizim için bilinmiyor.

Üretme

LED'lerin üretiminde sadece robotik makinelerin önceden tasarlanmış bir teknolojiye göre çalıştığı otomatik bir hat kullanılmaktadır.

Bir kişinin fiziksel el emeği, üretim sürecinin tamamen dışında tutulur.

Eğitimli uzmanlar sadece teknolojinin doğru seyri üzerinde kontrol uygularlar.

Ürünlerin kalitesinin analizi de sorumluluklarının bir parçasıdır.

Oleg Losev

1907'de, o zamanlar bilinmeyen elektronik dönüşümler nedeniyle silisyum karbür kristalleri tarafından yayılan zayıf bir ışıma ilk kez fark edildi. 1923'te, Nizhny Novgorod radyo laboratuvarının bir çalışanı olan yurttaşımız Oleg Losev, yarı iletken dedektörlerle yaptığı radyo mühendisliği çalışmaları sırasında bu fenomeni kaydetti, ancak gözlemlenen radyasyonun yoğunluğu o kadar önemsizdi ki, Rus bilim topluluğu ciddi bir şekilde ilgilenmedi. o zaman bu fenomen.

Beş yıl sonra, Losev bu etkiyle ilgili çalışmalara özel olarak katıldı ve neredeyse yaşamının sonuna kadar devam etti (O. V. Losev, Ocak 1942'de kuşatılmış Leningrad'da 39 yaşına gelmeden öldü). Açılış "Losev Licht" Losev'in bilimsel dergilerde yayınlandığı Almanya'da etki olarak adlandırılan, dünya çapında bir sansasyon haline geldi. Ve transistörün icadından (1948'de) ve p-n-bağlantısı teorisinin (tüm yarı iletkenlerin temeli) yaratılmasından sonra, ışımanın doğası netleşti.

1962'de Amerikalı Nick Holonyak ilk LED'in çalışmasını gösterdi ve kısa bir süre sonra LED'lerin yarı endüstriyel üretiminin başladığını duyurdu.

LED (ışık emisyon diyotu - LED) yarı iletken bir cihazdır, geleneksel diyotlar gibi "kristal" veya "çip" olarak adlandırılan aktif kısmı, elektronik (n-tipi) ve delik (p-tipi) iletkenliğe sahip iki tip yarı iletkenden oluşur. Geleneksel bir diyottan farklı olarak, ışık yayan bir diyot, farklı tipteki yarı iletkenlerin arayüzünde elektron deliği çiftlerinin yeniden birleşmesini önleyen belirli bir enerji bariyerine sahiptir. Kristale uygulanan bir elektrik alanı, kişinin bu engeli aşmasına izin verir ve bir kuantum ışık emisyonu ile bir çiftin yeniden birleşmesi (yok edilmesi) meydana gelir. Yayılan ışığın dalga boyu, sırasıyla yarı iletkenin malzemesine ve yapısına ve ayrıca safsızlıkların varlığına bağlı olan enerji bariyerinin büyüklüğü ile belirlenir.

Bu, her şeyden önce, bir p-n bağlantısına, yani farklı iletkenlik türlerine sahip iki yarı iletken arasında bir temasa ihtiyaç duyulduğu anlamına gelir. Bunun için yarı iletken kristalin yakın temas katmanları farklı safsızlıklarla katkılanır: bir tarafta alıcı, diğer tarafta verici.

Ancak her pn bağlantısı ışık yaymaz. Niye ya? İlk olarak, LED'in aktif bölgesindeki bant aralığı, görünür aralıktaki ışık kuantumunun enerjisine yakın olmalıdır. İkincisi, elektron-boşluk çiftlerinin rekombinasyonu sırasında radyasyon olasılığı yüksek olmalıdır, bunun için yarı iletken kristalin birkaç kusur içermesi gerekir, çünkü rekombinasyon radyasyon olmadan gerçekleşir. Bu koşullar, bir dereceye kadar birbiriyle çelişir.

Gerçekte, her iki koşula da uymak için, kristaldeki bir pn-bağlantısı yeterli değildir ve Rus fizikçi Akademisyen Zhores Alferov'un çalışması için heteroyapılar olarak adlandırılan çok katmanlı yarı iletken yapıların üretilmesi gerekir. 2000 Nobel Ödülü.

LED nasıl çalışır?

LED kristallerinde kullanılan başlıca modern malzemeler:

• InGaN- yüksek parlaklıkta mavi, yeşil ve ultraviyole LED'ler;
• AlGaInP- yüksek parlaklıkta sarı, turuncu ve kırmızı LED'ler;
• AlGaAs- kırmızı ve kızılötesi LED'ler;
• Açıklık- sarı ve yeşil LED'ler.

Lamba tipi LED'lere (3, 5, 10 mm, şekilleri gerçekten iki uçlu minyatür bir ampule benziyor) ek olarak, son zamanlarda SMD - LED'ler daha yaygın hale geliyor. Baskılı devre kartının yüzeyine otomatik montaj teknolojisinin gereksinimlerini karşılayan tamamen farklı bir tasarıma sahiptirler ( yüzeye monte cihazlar - SMD).

Ve bu tip süper parlak LED'lere yayıcı (yayıcı) denir.

SMD LED'ler daha kompakt boyutlara sahiptir, manuel montaj gerektirmeden otomatik yerleştirme ve pano yüzeyine lehimleme sağlar. Bazı LED üreticileri, kırmızı, mavi ve yeşil olmak üzere üç ana renkte ışık yayan, bir pakette üç kristal içeren özel SMD diyotları üretir. Bu, radyasyonlarını karıştırarak, beyaz dahil tüm renk gamını ultra kompakt bir boyutta elde etmeyi mümkün kılar.

LED parlaklığıışık akısı (Lümen) ve eksenel ışık yoğunluğu (Candela) ve yön modeli ile karakterize edilir. 4 ila 140 derece arasında katı bir açıyla yayan çeşitli tasarımların mevcut LED'leri.

Renk, her zamanki gibi kromatiklik koordinatları, beyaz ışığın renk sıcaklığı (Kelvin) ve radyasyonun dalga boyu (nanometre) tarafından belirlenir.

LED'lerin verimliliğini birbirleriyle ve diğer ışık kaynaklarıyla karşılaştırmak için ışık verimliliği kullanılır: elektrik gücünün watt başına ışık akısı değeri ("Lümen / Watt" özelliği).

Ayrıca ilginç bir özellik bir lümen fiyatı($ / Lümen).

Bu nedenle, herhangi bir LED, kontak uçları ve ışık akısı oluşturan bir optik sistem (lens) ile bir kasaya yerleştirilmiş bir veya daha fazla kristalden oluşur. Kristal radyasyon dalga boyu (renk), yarı iletken malzemeye ve katkı maddelerine bağlıdır. Binovka (dalga boyu kutusu) kristalleri, üretimleri sırasında radyasyon dalga boyuna göre oluşur. Radyasyon spektrumuna yakın olan kristaller, modern bir üretim tesisinde teslimat partisinde seçilir.

Çok çeşitli optik özellikler, minyatür boyut ve esnek ayrık kontrol yetenekleri, çok çeşitli aydınlatma cihazları ve ürünleri oluşturmak için LED'lerin kullanılmasını sağlamıştır. LED, spektrumun dar bir bölümünde yayar, belirli bir dalga boyunda rengi açıktır, bu özellikle tasarımcılar tarafından takdir edilmektedir.

LED ömrü

LED'lerin güvenilirliğinin temel özelliği hizmet ömürleridir. Çalışma sırasında iki durum mümkündür: emitörün ışık akısı kısmen azalmış veya tamamen durmuştur. Hizmet ömrü şu gerçekleri yansıtır: faydalı ömür (ışık akısı belirli bir sınırın altına düşene kadar) ve dolu (cihaz arızalanana kadar) arasında ayrım yaparlar.

Ömrü doğrudan LED'in tipine, ona uygulanan akıma, LED çipinin soğutulmasına, çipin bileşimine ve kalitesine, bir bütün olarak yerleşim ve montaja bağlıdır.

LED'lerin son derece dayanıklı olduğuna inanılıyor. Ama öyle değil. Servis sırasında LED'den ne kadar fazla akım geçerse, sıcaklığı o kadar yüksek olur ve yaşlanma o kadar hızlı gerçekleşir. Bu nedenle, yüksek güçlü LED'lerin hizmet ömrü, düşük güçlü sinyal LED'lerinden daha kısadır. Yaşlanma, öncelikle parlaklıkta bir azalma olarak ifade edilir. Parlaklık %30 veya yarı yarıya düştüğünde LED değiştirilmelidir.

Örneğin, 1 W (çalışma akımı 0,350 A) ve daha güçlü LED'lerde, ısı üretiminin 0,02 A akım için tasarlanmış "5 mm" tipi LED'lerden çok daha fazla olduğu açıktır. Işık çıkışı açısından, 1 W gücündeki 1 LED, "5 mm" tipindeki yaklaşık 50 LED'in yerini alır, ancak aynı zamanda daha fazla ısınır. Bu nedenle, yüksek güçlü LED'lere sahip LED tertibatları, pasif soğutma (bir MCPCB kartına (metal tabanlı PCB) ve bir ısı emiciye montaj) gerektirir.

Ortalama hizmet ömrü

5mm -LED ve SMD-LED:

İlk 15.000 saatte %35'e varan ışık akısı düşüşüyle ​​50.000 saate kadar beyaz.
mavi, yeşil, 70.000 saate kadar, ilk 25.000 saat boyunca ışık akısında %15'e varan bir düşüş.
kırmızı, sarı ışık akısında hafif bir düşüşle 90.000 saate kadar.

1W ve üzeri HI-POWER LED:

İlk 10.000 saat boyunca ışık akısında %15'e varan düşüşle 80.000 saate kadar beyaz.
mavi, yeşil, 80.000 saate kadar.
kırmızı, sarı 80.000 saate kadar.

Beyaz LED'ler neden en kısa ömre sahiptir?

Ne yazık ki, henüz kimse beyaz ışık yayan yapılar icat etmedi. Beyaz diyot, 470 nm (mavi) dalga boyunda yayan ve üstüne uygulanan bir fosfor (özel bileşim) olan, geniş bir görünür spektrum aralığında yayan ve sarı kısmında maksimum olan InGaN yapısına dayanmaktadır. . İnsan gözü bu tür bir kombinasyonu beyaz olarak algılar. Fosfor, LED'in termal performansını düşürür, böylece ömrünü kısaltır. Şimdi dünya üreticileri, fosforun etkin bir şekilde uygulanması için yeni ve yeni seçenekler icat ediyorlar.

Ultra parlak LED'lerin çoğu 50.000 ile 80.000 saat arasında sürer. Çok mu yoksa biraz mı?

50.000 saat:

günde 24 saat 5.7 yıl
Günde 18 saat 7.4 yıl
günde 12 saat 11.4 yıl
günde 8 saat 17,1 yıl

LED'ler ısınıyor

Birçok insan, LED'lerin pratik olarak ısınmadığına inanıyor. Peki LED armatürler neden bir soğutucuya ihtiyaç duyar ve soğutucu yoksa ne olur?

LED'ler yarı iletken bağlantıda ısı üretir. Ve LED ne kadar güçlüyse, o kadar fazla ısı. Elbette, örneğin araba alarm sensörleri gibi gösterge LED'leri çok ısınmaz. Ancak süper parlak LED'lerle çok az ortak noktaları var. Güçlü LED'ler bir tür montajda birleştirilirse ve hatta kapalı bir kasaya monte edilirse, ısıtma önemli hale gelir.

Ve eğer ısı atımı yoksa, yarı iletken bağlantı aşırı ısınır, bu da kristalin özelliklerini değiştirir ve bir süre sonra LED arızalanabilir. Bu nedenle, ısı miktarını sıkı bir şekilde kontrol etmek ve verimli ısı dağılımını sağlamak çok önemlidir.

LED ısıtmaya nasıl tepki verir?

LED'in sıcaklığından bahsetmişken, kristalin yüzeyindeki ve pn bağlantısı bölgesindeki sıcaklık arasında ayrım yapmak gerekir. Hizmet ömrü birincisine, ışık çıkışı ikincisine bağlıdır. Genel olarak, pn bağlantı sıcaklığındaki bir artışla, LED'in parlaklığı azalır, çünkü kristal kafes titreşimlerinin etkisi nedeniyle dahili kuantum verimliliği azalır. Bu nedenle iyi ısı dağılımı çok önemlidir.

Farklı renkteki LED'ler için artan sıcaklıkla parlaklıktaki düşüş aynı değildir. Kırmızı ve sarı LED'ler için daha yüksek, yeşil, mavi ve beyaz için daha az.

Kaynak: STK ROSAT web sitesi

Genel malzeme değerlendirmesi: 5

BENZER MALZEMELER (ETİKETLERE GÖRE):

Videonun babası Alexander Ponyatov ve AMPEX

1. LED nelerden yapılmıştır? Bir substrat üzerindeki yarı iletken kristalden, pimli bir paket ve bir optik sistemden. Modern LED'ler, gösterge için kullanılan ilk kutu tipi LED'lere çok az benzerlik gösterir. Yüksek güçlü bir LED'in tasarımı şekilde şematik olarak gösterilmiştir. 2. LED nasıl çalışır? Parıltı, p-n-bağlantı bölgesindeki elektronların ve deliklerin rekombinasyonundan kaynaklanır. Bu, her şeyden önce, bir p-n bağlantısına, yani iki yarı iletkenin farklı iletkenlik türlerine sahip temasına ihtiyaç duyulduğu anlamına gelir. Bunun için, bir yarı iletken kristalin yakın temas katmanlarına farklı safsızlıklar eklenir: bir tarafta alıcı ve diğer tarafta verici, ancak her p-n bağlantısı ışık yaymaz. İlk olarak, LED'in aktif bölgesindeki bant aralığı, görünür aralıktaki ışık kuantumlarının enerjisine yakın olmalıdır.İkinci olarak, elektron-boşluk çiftlerinin rekombinasyonu sırasında emisyon olasılığı yüksek olmalıdır, bunun için yarı iletken için kristal, radyasyon olmadan rekombinasyonun meydana gelmesi nedeniyle birkaç kusur içermelidir.Bu koşullar, bir dereceye kadar birbiriyle çelişir. Gerçekte, her iki koşulu da karşılamak için, kristaldeki bir pn-bağlantısı yeterli değildir ve Rus fizikçi Akademisyen Zhores Alferov'un çalışması için heteroyapılar olarak adlandırılan çok katmanlı yarı iletken yapıların üretilmesi gerekir. 2000 Nobel Ödülü. 3. Bu, LED'den ne kadar fazla akım geçerse, o kadar parlak olduğu anlamına mı geliyor? Tabii ki evet. Sonuçta, akım ne kadar yüksek olursa, birim zaman başına rekombinasyon bölgesine o kadar fazla elektron ve delik girer. Ancak akım süresiz olarak artırılamaz. Yarı iletkenin ve pn bağlantısının iç direnci nedeniyle diyot aşırı ısınacak ve arızalanacaktır. 4. LED hakkında iyi olan nedir? Bir LED'de, bir akkor veya flüoresan lambadan farklı olarak, elektrik akımı doğrudan ışık radyasyonuna dönüştürülür ve teorik olarak bu, neredeyse hiç kayıp olmadan yapılabilir. Gerçekten de LED (uygun ısı dağılımına sahip) çok az ısınır, bu da onu bazı uygulamalar için vazgeçilmez kılar. Ayrıca, LED, spektrumun dar bir bölümünde yayar, özellikle tasarımcılar tarafından takdir edilen rengi açıktır ve UV ve IR radyasyonu genellikle yoktur.LED mekanik olarak güçlü ve son derece güvenilirdir, hizmet ömrü 100 bin saate ulaşır. Bir akkor ampulden neredeyse 100 kat ve bir flüoresan lambadan 5 ila 10 kat daha fazla olan bir LED, düşük voltajlı bir elektrikli cihazdır ve bu nedenle güvenlidir. 5. LED'ler aydınlatma için ne zaman kullanılmaya başlandı? Başlangıçta, LED'ler yalnızca gösterge için kullanıldı. Bunları aydınlatmaya uygun hale getirmek için, her şeyden önce, beyaz LED'lerin nasıl yapıldığını öğrenmek ve ayrıca parlaklıklarını veya daha doğrusu ışık çıkışını, yani ışık akısının tüketilen enerjiye oranını artırmak gerekiyordu. ve 70'lerde, spektrumun sarı-yeşil, sarı ve kırmızı bölgelerinde yayılan fosfit ve galyum arsenit bazlı LED'ler oluşturuldu. Işık göstergelerinde, skorbordlarda, araba ve uçakların gösterge panolarında, reklam ekranlarında ve çeşitli bilgi görselleştirme sistemlerinde kullanılmıştır. Işık çıkışı açısından, LED'ler geleneksel akkor lambalardan daha iyi performans gösterdi. Dayanıklılık, güvenilirlik, güvenlik açısından da onları aştılar. Bir şey kötüydü - mavi, mavi-yeşil ve beyaz LED yoktu 80'lerin sonunda, SSCB'de yılda 100 milyondan fazla LED üretildi ve dünya üretimi birkaç on milyarlarca oldu. 6. LED rengi neye bağlıdır? Sadece elektronların ve deliklerin yeniden birleştiği bant aralığından, yani yarı iletken malzemeden ve dopantlardan. LED ne kadar "mavi" olursa, kuantanın enerjisi o kadar yüksek olur, bu da bant aralığının o kadar büyük olması gerektiği anlamına gelir. 7. LED kuantum çıkışı nedir? Kuantum verimi, yeniden birleştirilmiş elektron-delik çifti başına yayılan ışık kuantumlarının sayısıdır. Dahili ve harici kuantum verimliliği arasında ayrım yapın Dahili - pn-bağlantısının kendisinde, harici - bir bütün olarak cihaz için (sonuçta, ışık "yol boyunca" kaybolabilir - emilir, dağılır). iyi ısı yayılımına sahip kristaller neredeyse %100'e ulaşır, Kırmızı LED'ler için harici kuantum verimlilik kaydı %55 ve mavi için - %35'tir. Harici kuantum verimliliği, LED verimliliğinin ana özelliklerinden biridir. 8. LED'leri kullanarak beyaz ışık nasıl elde edilir? LED'lerden beyaz ışık elde etmenin üç yolu vardır, ilki RGB teknolojisini kullanarak renkleri karıştırmaktır. Bir matris üzerine, radyasyonu örneğin bir lens gibi bir optik sistem kullanılarak karıştırılan kırmızı, mavi ve yeşil LED'ler yoğun bir şekilde yerleştirilir. Sonuç beyaz ışıktır.İkinci yöntem, ultraviyole aralığında (bazıları vardır) yayan LED'in yüzeyinde sırasıyla mavi, yeşil ve kırmızı ışık yayan üç fosforun uygulanması gerçeğinden oluşur. Bu, bir flüoresan lambanın nasıl parladığına benzer ve son olarak, üçüncü yöntemde, mavi bir LED'e sarı-yeşil veya yeşil artı kırmızı fosfor uygulanır, böylece beyaz veya beyaza yakın ışık oluşturmak için iki veya üç radyasyon karıştırılır. 9. Üçünden hangisi en iyi yoldur? Her yöntemin kendine göre avantajları ve dezavantajları vardır. RGB teknolojisi, prensip olarak, sadece beyaz renk elde etmeyi değil, aynı zamanda farklı LED'ler aracılığıyla akımı değiştirirken renk şeması boyunca hareket etmeyi de sağlar. Bu işlem manuel olarak veya bir program aracılığıyla kontrol edilebildiği gibi, farklı renk sıcaklıkları elde etmek de mümkündür. Bu nedenle, RGB matrisleri ışık-dinamik sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.Ayrıca, matristeki çok sayıda LED, yüksek bir toplam ışık akısı ve yüksek eksenel ışık yoğunluğu sağlar. Ancak optik sistemin sapmalarından kaynaklanan ışık noktası, merkezde ve kenarlarda eşit olmayan bir renge sahiptir ve en önemlisi, matrisin kenarlarından ve ortasından eşit olmayan ısı giderme nedeniyle LED'ler farklı şekilde ısınır, ve buna bağlı olarak, renkleri yaşlanma sürecinde farklı şekilde değişir - çalışma sırasında toplam renk sıcaklığı ve renk "yüzer". Bu nahoş fenomenin telafisi zor ve pahalıdır. Fosforlu beyaz LED'ler, RGB LED matrislerinden (birim ışık akısı başına) önemli ölçüde daha ucuzdur ve iyi beyaz renk elde etmenizi sağlar. Ve onlar için prensip olarak, MCO renk şemasında (0.33, 0.33) koordinatlarla noktaya ulaşmak sorun değil.Dezavantajları şunlardır: Birincisi, dönüşüm nedeniyle RGB matrislerinden daha az ışık çıkışına sahiptirler. fosfor tabakasındaki ışık; ikincisi, teknolojik süreçte fosfor birikiminin tek biçimliliğini ve dolayısıyla renk sıcaklığını doğru bir şekilde kontrol etmek oldukça zordur; ve son olarak üçüncüsü - fosfor da yaşlanır ve LED'in kendisinden daha hızlıdır Endüstri, hem fosforlu hem de RGB matrisli LED'ler üretir - farklı uygulama alanlarına sahiptirler. 10. LED'lerin elektriksel ve optik özellikleri nelerdir? LED, düşük voltajlı bir cihazdır. Gösterge için kullanılan tipik bir LED, 50 mA'ya kadar bir akımda 2 ila 4 V DC tüketir.Aydınlatma için kullanılan LED aynı voltajı tüketir, ancak akım daha yüksektir - projede birkaç yüz mA'dan 1 A'ya. LED modülünde tek tek LED'ler seri olarak bağlanabilir ve toplam voltaj daha yüksek (genellikle 12 veya 24 V) olur.LED'i bağlarken polariteye dikkat edilmelidir, aksi takdirde cihaz zarar görebilir. Arıza voltajı üretici tarafından belirtilir ve genellikle tek bir LED için 5 V'tan fazladır.Bir LED'in parlaklığı, ışık akısı ve eksenel ışık yoğunluğunun yanı sıra yönlü model ile karakterize edilir. Çeşitli tasarımlara sahip mevcut LED'ler, 4 ila 140 derecelik sabit bir açıyla yayar. Renk, her zamanki gibi, kromatiklik koordinatları ve renk sıcaklığı ile radyasyon dalga boyu tarafından belirlenir. LED'lerin verimliliğini birbirleriyle ve diğer ışık kaynaklarıyla karşılaştırmak için ışık verimliliği kullanılır: elektrik gücünün watt başına ışık akısı miktarı.Ayrıca, ilginç bir pazarlama özelliği bir lümenin fiyatıdır. 11. LED, sıcaklıktaki artışa nasıl tepki verir? LED'in sıcaklığından bahsetmişken, kristalin yüzeyindeki ve pn bağlantısı bölgesindeki sıcaklık arasında ayrım yapmak gerekir. Hizmet ömrü birincisine, ışık çıkışı ikincisine bağlıdır. Genel olarak, pn bağlantı sıcaklığındaki bir artışla, LED'in parlaklığı azalır, çünkü kristal kafes titreşimlerinin etkisi nedeniyle dahili kuantum verimliliği azalır. Bu nedenle iyi bir ısı dağılımı çok önemlidir.Farklı renkteki LED'ler için artan sıcaklıkla parlaklıktaki düşüş aynı değildir. AlGalnP ve AeGaAs LED'lerde yani kırmızı ve sarı için daha yüksek, InGaN yani yeşil, mavi ve beyaz için daha azdır. 12. LED üzerinden akımı stabilize etmek neden gereklidir?Şekilden de anlaşılacağı gibi, çalışma modlarında akım katlanarak voltaja bağlıdır ve küçük voltaj değişiklikleri akımda büyük değişikliklere neden olur. Işık çıkışı akımla doğru orantılı olduğundan, LED'in parlaklığı da kararsızdır. Bu nedenle, akım stabilize edilmelidir. Ek olarak, akım izin verilen sınırı aşarsa, LED'in aşırı ısınması hızlandırılmış yaşlanmasına neden olabilir. bir LED'in tipik akım-voltaj karakteristiği 13. Bir LED'in neden bir dönüştürücüye ihtiyacı vardır? Bir LED için bir dönüştürücü (İngilizce terminolojide bir sürücü), bir lamba için bir balast ile aynıdır. LED üzerinden akan akımı stabilize eder. 14. LED'in parlaklığı ayarlanabiliyor mu? LED'lerin parlaklığı, düzenlemeye çok uygundur, ancak besleme voltajını düşürerek değil - bu yapılamaz - ancak özel bir kontrol ünitesi gerektiren (aslında) darbe genişliği modülasyonu (PWM) yöntemiyle (aslında , ünite güç kaynağı ve dönüştürücü ile ve ayrıca bir RGB matris renk kontrol kontrolörü ile birleştirilebilir.PWM yöntemi, LED'in sabit değil, darbe modülasyonlu bir akım ile beslenmesinden oluşur. ve sinyal frekansı yüzlerce veya binlerce hertz olmalıdır ve aralarındaki darbelerin ve duraklamaların genişliği değiştirilebilir. LED sönmezken LED'in ortalama parlaklığı kontrol edilebilir hale gelir. Karartma sırasında bir LED'in renk sıcaklığındaki hafif değişiklik, akkor lambalar için aynı ofset ile karşılaştırılamaz. 15. Bir LED'in ömrünü ne belirler? LED'lerin son derece dayanıklı olduğuna inanılıyor. Ama öyle değil. Servis sırasında LED'den ne kadar fazla akım geçerse, sıcaklığı o kadar yüksek olur ve yaşlanma o kadar hızlı gerçekleşir. Bu nedenle, yüksek güçlü LED'lerin hizmet ömrü, düşük güçlü sinyal LED'lerinden daha kısadır ve şu anda 20 - 100 bin saat arasındadır. Yaşlanma, öncelikle parlaklıkta bir azalma olarak ifade edilir. Parlaklık %30 veya yarı yarıya düştüğünde LED değiştirilmelidir. 16. LED'in rengi zamanla bozuluyor mu? Bir LED'in yaşlanması, yalnızca parlaklığındaki azalmayla değil, aynı zamanda renkteki bir değişiklikle de ilişkilidir. Şu anda LED'lerin yaşlanma ile renk değişimini ölçecek ve diğer kaynaklarla karşılaştıracak standartlar bulunmamaktadır. 17. LED insan gözüne zararlı mı? Bir LED'in emisyon spektrumu, güneş veya bir akkor lambanın spektrumundan temel farkı olan monokromate yakındır. 18. Günümüzde LED'ler ve LED modülleri üretmek için hangi teknolojiler mevcuttur? Büyüyen kristallere gelince, ana teknoloji organometalik epitaksidir. Bu işlem son derece saf gazlar gerektirir. Modern tesisler, gazların bileşiminin otomasyonunu ve kontrolünü, bunların ayrı akışlarını, gazların ve substratların sıcaklığının hassas kontrolünü sağlar. Büyütülmüş katmanların kalınlığı onlarca angstromdan birkaç mikrona kadar ölçülür ve kontrol edilir.n-'de yüksek konsantrasyonda elektronlu bir pn-bağlantısı oluşturmak için farklı katmanlara safsızlıklar, vericiler veya alıcılar ile katkı yapılmalıdır. p-bölgesindeki bölge ve delikler. Birkaç saat süren bir işlemde, 50 - 75 mm çapında 6 - 12 alt tabaka üzerinde yapılar büyütmek mümkündür. Alt tabakaların yüzeyindeki yapıların tekdüzeliğini sağlamak ve kontrol etmek çok önemlidir.Avrupa'da (Aixtron ve Thomas Swan) ve ABD'de (Emcore) geliştirilen yarı iletken nitrürlerin epitaksiyel büyümesi için kurulumların maliyeti 1.5- ulaşır. 2 milyon dolar. Farklı şirketlerin deneyimi, böyle bir tesisi kullanarak bir ila üç yıl arasında gerekli parametrelerle rekabetçi yapıların nasıl elde edileceğini öğrenmenin mümkün olduğunu göstermiştir. Bu, yüksek düzeyde kültür gerektiren bir teknolojidir.Teknolojinin önemli bir aşaması, filmlerin düzlemsel işlenmesidir: aşındırma, n- ve p-katmanlarına temasların oluşturulması ve temas için metal filmlerle kaplama. iğneler. Tek bir alt tabaka üzerinde büyütülen film, boyutları 0.24x0.24 ile 1x1 mm2 arasında değişen birkaç bin çip halinde kesilebilir.Bir sonraki adım bu çiplerden LED'ler yaratmaktır. Kristali kasaya monte etmek, kontak uçları yapmak, optik kaplamalar yapmak, radyasyon çıkışı veya yansıtmak için yansıma önleyici yüzey yapmak gereklidir. Beyaz bir LED ise, fosfor eşit olarak uygulanmalıdır. Radyasyonu istenilen katı açıya odaklayan plastik bir kubbe yapmak için kristalden ve kasadan ısı atımının sağlanması gerekmektedir.Bir LED'in maliyetinin yaklaşık yarısı bu yüksek teknolojinin bu aşamaları tarafından belirlenmektedir. Işık akısını arttırmak için gücü arttırma ihtiyacı, LED paketinin geleneksel formunun yetersiz ısı dağılımı nedeniyle üreticileri tatmin etmekten vazgeçmesine neden oldu. Çipi ısı ileten yüzeye mümkün olduğunca yaklaştırmak gerekiyordu. Bu bağlamda, geleneksel teknoloji ve biraz daha gelişmiş SMD teknolojisi (yüzey montaj detayları), en gelişmiş COB teknolojisi (chip on board) ile değiştiriliyor. COB teknolojisi kullanılarak yapılan LED, şekilde şematik olarak gösterilmiştir. SMD ve COB teknolojisi kullanılarak yapılan LED'ler, doğrudan radyatör görevi görebilecek ortak bir alt tabaka üzerine monte edilir (yapıştırılır) - bu durumda metalden yapılır. Doğrusal, dikdörtgen veya dairesel bir şekle sahip olabilen, sert veya esnek olabilen, kısacası herhangi bir tasarımcının kaprislerini tatmin edecek şekilde tasarlanmış LED modülleri bu şekilde oluşturulur.Alçak voltajlı halojen lambalarla aynı tabana sahip LED lambalar, onları değiştirin. Ve güçlü lambalar ve spot lambalar için yuvarlak büyük bir radyatör üzerinde LED montajları yapılır. Eskiden LED düzeneklerinde çok sayıda LED vardı, ancak şimdi güç arttıkça daha az LED var ancak ışık akısını istenen katı açıya yönlendiren optik sistem giderek daha önemli bir rol oynuyor.
IDS teknolojisi Makale kaynağı: OOO "Odak"

İngilizce'den çevrilen LED kısaltması, kelimenin tam anlamıyla "ışık yayan bir diyot" anlamına gelir. Bu, tasarımı normal aydınlatma ürünlerimizden (akkor lambalar, deşarj lambaları, flüoresan lambalar vb.) oldukça farklı olan bir elektrik akımını basit bir cihaza dönüştürebilen yarı iletken bir cihazdır.

LED'in nasıl çalıştığını bilmek herkes için ilginç olacak. Bu cihaz, doğası gereği güvenilmez kırılgan yapısal elemanlara ve bir cam ampule (diğer lambaların aksine) sahip değildir. Diyotların maliyeti o kadar düşüktür ki, güç kaynağı olarak görev yapan pillerden çok farklı değildir. Bu tür ürünlerin popülaritesi, tasarımları da dahil olmak üzere bir dizi faktörden kaynaklanmaktadır.

Menşe tarihi

LED'lerin neden çalıştığı sorusu göz önüne alındığında, oluşumlarının tarihini incelemek gerekir. İlk kez böyle bir cihaz 1962'de bilim adamı N. Holonyak tarafından yaratıldı. Tek renkli bir parıltıydı. Bir takım dezavantajları vardı, ancak teknolojinin kendisi umut verici olarak kabul edildi.

Kırmızı diyotun yaratılmasından 10 yıl sonra yeşil ve sarı çeşitler ortaya çıktı. Birçok elektronik cihazda gösterge olarak kullanıldılar. Diyotların ışık akısının yoğunluğu bilimsel gelişmelere bağlı olarak sürekli artmaktadır. 90'lı yıllarda 1 lümen akı verimliliğine sahip bir aydınlatıcı yaratıldı.

1993 yılında S. Nakamura, yüksek parlaklık ile karakterize edilen ilk mavi diyotu yarattı. O andan itibaren, spektrumun herhangi bir rengini (beyaz dahil) oluşturmak mümkün oldu. Teknoloji dur durak bilmeden gelişti.

Mavi ve ultraviyole diyotları bağlarken beyaz bir fosfor aydınlatıcı elde edilir. Yavaş yavaş akkor lambaları değiştirmeye başladılar. 2005 yılına kadar, 100 lm'ye kadar ve hatta daha yüksek bir ışık akısı ile diyotlar üretildi. Farklı tonlarda (sıcak, soğuk) beyaz aydınlatma armatürleri üretmeye başladılar.

LED cihazı

Bir nokta LED'in nasıl çalıştığını anlamak için yapısına daha yakından bakmanız gerekir. Optoelektronik Endüstrisini Geliştirme Derneği ve Enerji Bakanlığı temsilcilerine göre bu aydınlatma cihazı, yakında sıradan evlerde, ofislerde ve kurumlarda en popüler aydınlatma kaynağı haline gelecek.

LED, yarı iletken bir kristale dayanmaktadır. Elektrik akımını sadece bir yönde geçirir. Kristal özel bir alt tabaka üzerinde bulunur. Akımı iletmez. Kılıf kristali dış etkilerden korur. Optik sistemin yanı sıra kontak şeklinde çıkışları vardır.

Cihazın ömrünü uzatmak için plastik lens ile kristalin kendisi arasındaki boşluk şeffaf bir silikon bileşenle dolduruldu. Fazla ısıyı dağıtmak için bir alüminyum taban kullanılır. Bu yaygın bir modern diyot cihazıdır. Çalışma sırasında nispeten az yayar Bu da cihazın bir avantajıdır.

Çalışma prensibi

Bir LED'in nasıl çalıştığı göz önüne alındığında, bu tür cihazların temel çalışma prensibini anlamak gerekir. Sunulan tipteki cihaz bir elektron deliği bağlantısına sahiptir. Bu, aydınlatıcı bileşenlerinin farklı iletim prensibinden kaynaklanmaktadır. Bir yarı iletkende fazla elektron, diğerinde ise fazla delik vardır.

Doping işlemi ile delikli malzeme negatif yük taşıyıcılarla zenginleştirilir. Zıt yüklere sahip yarı iletkenlerin zenginleştirme yerine bir akım uygulanırsa, ileri bir önyargı ortaya çıkar. Elektrik, bu iki malzemenin geçişinden geçecektir.

Bu durumda diyot gövdesinde farklı elektriksel duruma sahip yük taşıyıcıların füzyonu meydana gelir. Delikler ve elektronlar çarpıştığında, belirli bir miktarda enerji açığa çıkar. Bu, bir ışık akısı kuantumudur. Foton denir.

LED rengi

Diyot oluşturmak için çeşitli yarı iletken malzemeler kullanılır. Bu, sunulan cihazın çalışırken yaydığı rengi belirler. Farklı malzemeler, uzaya farklı uzunluklarda dalgalar gönderme yeteneğine sahiptir. Bu, insan gözünün görünür spektrumda belirli bir rengi görmesini sağlar.

Bir LED'in nasıl çalıştığını incelerken, yarı iletken malzemeler göz önünde bulundurulmalıdır. Daha önce, galyum fosfit, üçlü bileşikler GaAsP, AlGaAs bu amaçlar için kullanılıyordu. Aynı zamanda cihaz kırmızı, sarı-yeşil gönderebiliyordu.

Sunulan teknoloji şu anda yalnızca gösterge cihazları için kullanılmaktadır. Günümüzde bu tür ürünler için indiyum-galyum alüminyum (AllnGaP) ve indiyum-galyum nitrür (InGaN) kullanılmaktadır. Oldukça yüksek düzeyde geçen akıma, yüksek nem ve ısı seviyelerine dayanabilirler. Farklı LED türlerinin bir kombinasyonu mümkündür.

Renk karıştırma

Modern diyot şeritleri, farklı ışık akısı tonları üretebilir. Bir fikstür monoton bir renk üretebilir. Çok çipli bir cihaz oluştururken, çok sayıda farklı renk tonu elde etmek mümkündür. Bir TV veya bilgisayar monitörü gibi, bir diyot da RGB modelini (kırmızı, yeşil, mavi anlamına gelir) kullanarak herhangi bir renk oluşturabilir.

Bu, RGB LED'lerin nasıl çalıştığını anlamak için basit bir ilkedir. Bu teknoloji kullanılarak beyaz aydınlatma da oluşturulabilir. Bunu yapmak için, üç rengin tümü eşit oranlarda karıştırılır.

Bununla birlikte, sunulan teknolojiye ek olarak, kısa dalga boylu bir radyasyon diyotu (ultraviyole, mavi) sarı fosfor tipi bir kaplama ile birbirine bağlayarak beyaz bir parıltı elde etmek mümkündür. Sarı ve mavi fotonlar birleştirildiğinde, sonuç beyaz bir parıltıdır.

Üretme

LED'lerin kaç voltta çalıştığını anlamak için bu cihazların üretimini düşünmek gerekir. Öncelikle belirtmek gerekir ki RGB matrisli cihazlar fosfordan daha pahalıdır. Ayrıca, ikincisi yüksek kaliteli aydınlatma elde etmeyi mümkün kılar.

Fosforların dezavantajı, daha düşük bir ışık çıkışının yanı sıra akışın farklı bir rengi (sıcaklığı) olmasıdır. Bu cihaz bir LED'den daha hızlı yaşlanıyor. Bu nedenle her iki çalışma prensibine sahip aydınlatma cihazları satıştadır. Göstergeler oluşturmak için 2-4 V DC voltaj tüketimiyle (50 mA akımda) diyotlar üretilir.

Tam teşekküllü aydınlatma oluşturmak için, aynı voltaj tüketimine sahip ancak daha yüksek bir akım seviyesine sahip cihazlar - 1 A'ya kadar. Diyotlar bir modülde seri olarak bağlanırsa, toplam voltaj 12 veya 24 V'a ulaşacaktır.

Parlaklığı artırma

LED'lerin hangi voltajdan çalıştığı sorusu düşünüldüğünde, sunulan cihazların parlaklığının arttırılmasından bahsetmek gerekir. Bu tür cihazların gücü 60 mW'a ulaşıyor. Bu tür diyotlar orta büyüklükte bir kasaya takılırsa 15-20 adet hafif eleman takılması gerekecektir.

Gelişmiş parlaklığa sahip diyotlar, 240 watt'a kadar güç taşıyabilir. Normal aydınlatma sağlamak için, bu tür elemanlar 4-8 adet gerektirecektir. Satışta, binaları, dış mekan reklamlarını, vitrinleri vb. tamamen aydınlatabilen cihazlar bulunmaktadır. Bazı bantlar, orta veya düşük yoğunluklu arkadan aydınlatma yapmak için oluşturulmuştur.

Sunulan ekipmanı bağlamak için uygun güçteki kontrol üniteleri kullanılır. Renkli şeritler için, yalnızca aydınlatma yoğunluğunu kontrol etmekle kalmayıp aynı zamanda cihazın gölgelerini ve çalışma modlarını da ayarlayan kontrolörler kullanmak mümkündür.

kızdırma kontrolü

Sunulan ekipman için çok sayıda seçenek var. Sabit bir ağla çalışan pillerle (örneğin el fenerlerinde) çalışan LED'ler vardır. Hem iç hem de dış işler için kullanılırlar. Kullanım koşullarına bağlı olarak uygun diyot koruma sınıfı seçilir.

Işımanın parlaklığını ayarlamak için besleme voltajı düşürülmez. Işımanın yoğunluğunu azaltmak için darbe genişlik modülasyonu (PWM) kullanılır. Bu durumda, bir kontrol ünitesi satın alınır.

Sunulan yöntem, diyota darbe modülasyonlu bir akım sağlanmasından oluşur. Bu durumda sinyal frekansı binlerce hertz'e ulaşır. Darbelerin genişliği ve duraklama aralıkları değiştirilebilir. Bu durumda cihazın parlaklığını kontrol edebilirsiniz. Bu durumda diyot dışarı çıkmayacak.

dayanıklılık

Diyotlar dayanıklı cihazlar olarak kabul edilir. Bu onların tasarımından kaynaklanmaktadır. Ancak lambanın üzerindeki ledler çalışmıyorsa kullanım süreleri dolmuş olabilir. Bu, ışımanın doygunluğu ve renk değişimi ile belirlenebilir.

Ayrıca uzmanlar, düşük güçlü cihazların hizmet ömrünün çok daha uzun olduğuna dikkat çekiyor. Ancak en parlak bantlarda veya lambalarda bile diyotların 20-50 bin saat çalışması garanti edilir. Kırılgan yapısal elemanlara sahip olmadıkları için mekanik etkilerin bu tür aydınlatıcılara zarar vermemesi daha olasıdır.

LED'in nasıl çalıştığını inceledikten sonra, bu cihazın prensibini ve operasyonel özelliklerini anlayabilirsiniz. Bu ekipman, yeni nesil aydınlatıcılar olarak kabul edilir.

Bu bilgilendirme makalesinde, günümüzde doğada bulunan tüm çeşitlerin LED'lerinin çalışma prensibini tam olarak açıklamaya çalışacağız. Genel LED cihazına bir göz atalım ve farklı renklerde ışık yayan diyotların nasıl elde edildiğini görelim.

Çalışma prensibi

Muhtemelen herkes, bir güç kaynağına bağlandığında LED'in ilkesinin "parlaması" olduğunu bilir. Ancak, bu nasıl elde edilir? Bu konuya daha yakından bakalım.

Görünür bir ışık akısı oluşturmak için, LED'in tasarımı, biri serbest elektronlar ve diğeri - "delikler" içermesi gereken iki yarı iletkenin varlığını sağlar.

Böylece, yarı iletkenler arasında bir “P-N” geçişi meydana gelir, bunun sonucunda donörden gelen elektronlar başka bir yarı iletkene (alıcı) geçer ve fotonların serbest bırakılmasıyla serbest delikler işgal eder. Bu reaksiyon sadece sabit bir akım kaynağının varlığında gerçekleşir.

Çalışma prensibi demonte edildi, peki bu süreç ne sayesinde gerçekleşiyor? Bunun için LED'in tasarım özelliğini dikkate almak gerekir.

LED nasıl çalışır?

LED modelinden bağımsız olarak (COB, OLED, SMD, vb.), Aşağıdaki unsurlardan oluşurlar:

1. Anot (kristal için pozitif bir yarım dalga beslemesi);
2. Katot (bir yarı iletken kristale negatif bir yarım dalga doğru akım beslemesi);
3. Reflektör (ışık akısının difüzöre yansıması);
4. Yarı iletken çip veya kristal ("P-N" geçişi nedeniyle ışık akısı emisyonu);
5. (LED'in açısını artırarak).

Şimdi farklı renkler elde etme yöntemlerini tanıyalım.

Belirli bir renkte bir LED alma

Daha önce, LED'in çalışma prensibini analiz ettik ve ışık akısının, insan gözüyle görülebilen fotonların salınımı ile bir yarı iletkende bir "P-N" geçişi meydana geldiğinde oluştuğunu bulduk. Ancak, LED'in farklı bir parıltısını nasıl elde edebilirsiniz? Bunun için birkaç seçenek var. Her birini düşünelim.

fosfor kaplama

Bu teknoloji, hemen hemen her rengi elde etmenizi sağlar, ancak genellikle beyaz LED'ler üretmek için kullanılır. Bunun için özel bir reaktif kullanılır - kırmızı veya mavi LED'i kapatmak için kullanılan bir fosfor. İşlemden sonra mavi ışık yayan diyot beyaz renkte parlamaya başlar.

RGB - teknolojisi

Bu tür bir cihaz, bir kristalde 3 LED'in kullanılması nedeniyle ışık spektrumunun herhangi bir tonunu yayabilir: kırmızı, yeşil ve mavi. Her birinin parıltısının yoğunluğuna bağlı olarak yayılan ışık değişir.

Çeşitli safsızlıkların ve çeşitli yarı iletkenlerin uygulanması

Bu teknoloji sayesinde, "P-N" geçiş bölgesinde yayılan ışık akısının dalga boyu değişir. Ve bildiğiniz gibi, dalga boyuna bağlı olarak rengi değişir. Bu, aşağıdaki fotoğrafta daha net görülebilir:

Şimdi bir sonraki soruya bakalım: Bu cihazların elektriksel özellikleri nelerdir ve güvenilir çalışmaları için neler gereklidir.

Elektriksel özellikler

LED'ler, içlerinden stabilize düşük dereceli sabit voltaj (3-5V) geçtiğinde ışık akısı yayan cihazlardır. Anot ve katotta potansiyel bir fark yaratılması nedeniyle, kristalde bir ışık akısı oluşturan bir elektrik akımı ortaya çıkar.

LED'in düzgün çalışması için akımın 20-25 mA seviyesinde olması gerekir. Ancak yüksek güçlü LED'ler için akım tüketimi 1400 mA kadar yüksek olabilir.

Güç kaynağı voltajı arttıkça, akım katlanarak artar. Bu, besleme voltajında ​​​​hafif bir sıçrama ile akımın birçok kez arttığı anlamına gelir, bu da sıcaklıkta bir artışa ve ışık yayan diyotun arızalanmasına neden olabilir (okunur,). Bu nedenle sabit voltaj kaynağının özel mikro devreler kullanılarak stabilize edilmesi gerekir.

Şimdi ana LED türlerine, avantajlarına ve dezavantajlarına bakalım.

LED Tipi Gösterge Cihazı (DIP)

Bu LED türü, LED teknolojisi alanında öncüdür. Göstergeler olarak sektöre yöneliktirler.

3 veya 5 mm kasa, anot, katot, kristal, altın (bütçe modellerinde bakır) anodu kristale bağlayan iletken ve bir difüzörden oluşurlar.

Pratikte çok nadiren kullanılırlar, çünkü bir takım dezavantajları vardır:

• büyük beden;
• küçük parlama açısı (120 0'a kadar);
• kristalin düşük kalitesi (uzun süreli çalışma sırasında radyasyon parlaklığı %70'e düşer);
• kristalin düşük verimi nedeniyle zayıf ışık akısı (20mA'ya kadar).

Güçlü bir LED nasıl çalışır?

Yüksek güçlü ışık yayan diyotlar (örneğin firmalar), kristalden büyük bir akımın (1400 mA'ya kadar) geçişi nedeniyle yoğun bir ışık akısı oluşturmak üzere tasarlanmıştır.

Yarı iletken kristalden alüminyum yardımıyla uzaklaştırılan kristal üzerinde büyük miktarda ısı üretilir. Ayrıca bu radyatör, ışık akısını artırmak için bir reflektör görevi görür.

Yüksek güçlü LED'lerin güvenilir çalışması için, voltajı stabilize etmenin yanı sıra, cihazın nominal çalışmasına karşılık gelen akımı sınırlaması gereken büyük bir elektron akışının geçişi için tasarlanmış özel bir devreye sahip olmak gerekir.

Filament LED cihazı

Tasarım

Filament LED'ler, çapı 1,5 mm'yi geçmeyen safir veya sıradan camdan ve özel olarak büyütülmüş yarı iletken kristallerden (28 adet) izole edilmiş bir alt tabaka üzerine seri olarak bağlanan cihazlardır.

Bu LED'ler, herhangi bir rengi elde edebileceğiniz, fosforla kaplı özel bir ampulün içine yerleştirilmiştir. Bu teknoloji kullanılarak geliştirilen LED cihazların en büyük avantajı aydınlatma açısının 360 0'a ulaşmasıdır.

Filament ışık yayan diyotlar, bazı kaynaklar tarafından COB olarak sınıflandırılır (aşağıdaki bölüme bakın), çünkü kristaller benzer bir teknoloji kullanılarak cam veya safir üzerinde büyütülür.

COB LED'in cihazı ve çalışma prensibi

COB teknolojisi veya Chip-On-Board, dielektrik yapıştırıcı kullanarak çok sayıda yarı iletken kristalin bir alüminyum alt tabaka üzerine yerleştirilmesinden oluşan elektronik alanındaki modern gelişmelerden biridir. Bu tip LED'leri bir cam matris (COG) üzerinde üretmek de mümkündür, ancak çalışma prensibi onlar için aynıdır.

Ortaya çıkan matris bir fosfor ile kaplanmıştır. Sonuç olarak, tüm alan üzerinde herhangi bir gölgede tek tip bir COB LED parlaması elde etmek mümkündür. Bu cihazlar, TV'lerin, dizüstü bilgisayarların ve tabletlerin geliştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Çalışma prensibi

COB LED'lerin belirli bir adı olmasına rağmen, çalışma prensibi 1962'de geliştirilen geleneksel gösterge ışığı yayan diyotlara tamamen benzer. Akım yarı iletken kristallerden geçtiğinde, bir "P-N" geçişi ve bunun sonucunda bir ışık akısı meydana gelir.

Bu tür bir cihazın ayırt edici bir özelliği, daha yoğun bir ışık akısı elde etmeyi mümkün kılan çok sayıda kristalin varlığıdır.

Organik LED OLED'in yapısı ve çalışma prensibi

Üretimdeki en yeni gelişme OLED teknolojisidir. Modern toplumun vazgeçilmezi olan yüksek teknolojili ince ekranlı TV'ler, minyatür akıllı telefonlar, tabletler ve daha birçok cihazın üretimine olanak tanır.

OLED cihazı

Bir OLED ışık yayan diyot şunlardan oluşur:

• indiyum oksit ile kalay karışımından yapılmış bir anot;
• folyo, cam veya plastik yüzeyler;
• alüminyum veya kalsiyum katot;
• yayan polimer bazlı ara katman;
• iletken organik madde tabakası.

Bu teknoloji nasıl çalışır?

OLED'in çalışma prensibi COB, SMD ve DIP LED'lerine benzer ve yarı iletkenlerde bir "P-N" bağlantısının oluşturulmasından oluşur. Bununla birlikte, OLED teknolojisinin ayırt edici bir özelliği, LED'in, görünür spektrumun ışık akısının ve lüminesans açısının artması nedeniyle ışık yayan katmanı oluşturan özel polimerlerin kullanılmasıdır.

İtibar

• minimum boyutlar;
• Düşük güç tüketimi;
• tüm alan üzerinde tek tip parlaklık;
• uzun hizmet ömrü;
• artan hizmet ömrü;
• geniş aydınlatma açısı (270 0'a kadar);
• düşük maliyetli.

Modern dünyada kullanılan ana ışık yayan diyot türlerini inceledik, ancak onlarla birlikte Koreli bilim adamları daha da ileri gitti ve vaatlerine göre tüm eski cihaz türlerinin yerini alacak olan fiberlere dayalı LED'ler geliştirdi. Ne olduklarına bir göz atalım.

Fiber bazlı bir LED'in yapısı ve çalışma prensibi

Bu niş içindeki LED'lerin üretimi için, bir PEDOT: PSS polistiren sülfonat çözeltisi ile işlenmiş polietilen tereftalat filamentleri kullanılır. İşlemden sonra, gelecekteki LED'in filamanı 130 0 C sıcaklıkta kurutulur.

Bundan sonra, iş parçası, özel bir polimer poli-(p-fenilenvinilen) polimeri ile OLED teknolojisi ile işlenir ve ortaya çıkan lifler, ince bir lityum-alüminyum florür süspansiyonu tabakası ile kaplanır.

sonuçlar

Gördüğünüz gibi çok sayıda olan ana LED türlerini inceledik. Ancak, çalışma prensibine göre hepsi aynıdır.

Modern malzemelerin kullanımı sayesinde yüksek teknik göstergeler elde etmenin ve LED'lerin daha güvenilir ve uzun süreli çalışmasının mümkün olduğu da söylenebilir.