Da biste razumjeli što je LED, prvo morate razumjeti njegovu općeprihvaćenu oznaku, koja je na engleskom predstavljena kao LED. U prijevodu, to doslovno znači "emitiranje malih LED dioda". S tehničke točke gledišta, oni su poluvodički uređaji koji pretvaraju električnu struju u vidljivo zračenje svjetlosti. Ovaj se najjednostavniji proizvod izgledom i dizajnom značajno razlikuje od tipičnih rasvjetnih uređaja: žarulja sa žarnom niti i slično.
Povijest nastanka
Uređaj i princip rada LED emitera lakše je razumjeti ako se upoznate s pozadinom njihovog nastanka. Po prvi puta je ovaj proizvod koji emitira rođen 1962. godine u obliku monokromne crvene diode. Unatoč nizu nedostataka, njegova tehnologija proizvodnje prepoznata je kao obećavajuća. Desetljeće nakon prikazivanja crvenog uzorka, zelena i žuta LED dioda predstavljene su široj javnosti. Zbog malog otpora ti su se proizvodi uglavnom koristili u kući kao indikatori na prednjim pločama kućanskih elektroničkih uređaja.
S vremenom je intenzitet sjaja povećan nekoliko puta, a 90-ih godina prošlog stoljeća bilo je moguće napraviti uzorak sa svjetlosnim tokom jednakim 1 lumenu. 1993. godine japanski inženjer S. Nakamura stvorio je prvu ikad plavu diodu, koju karakterizira povećana razina osvijetljenosti. Od tog su trenutka njihovi programeri naučili kako dobiti bilo koju boju u vidljivom spektru, uključujući bijelu.
Zahvaljujući izvanrednim karakteristikama LED proizvoda, s vremenom su postali ozbiljna konkurencija žaruljama koje su mnogima poznate.
Od 2005. godine industrija je savladala proizvodnju bijelih LED-a sa svjetlosnim tokom od 100 lm i više. Uz to, naučili su kako izrađivati rasvjetne elemente s različitim nijansama bijele ("toplo", "hladno" i drugi sjaj).
Uređaj i princip stvaranja zračenja
Da biste prije svega razumjeli kako LED funkcionira, trebate uzeti u obzir brojne točke u vezi s njezinim dizajnom:
- osnova LED elementa je poluvodički kristal koji prolazi struju samo u jednom smjeru;
- klasični LED uređaj pretpostavlja prisutnost izolacijske podloge;
- stakleno tijelo diode pouzdano štiti kristal od vanjskih utjecaja i istodobno je element za raspršivanje;
- na stražnjoj strani kućišta nalaze se dva kontakta na koja se LED napaja električnom energijom.
Kako bi se povećao vijek trajanja uređaja za emitiranje, prostor između difuzne leće i samog kristala ispunjen je prozirnim silikonskim spojem.
U strukturi nekih LED dioda predviđena je posebna aluminijska podloga koja je osnova uređaja i istodobno uklanja višak topline s nje.
Lakše je razumjeti kako LED radi ispitivanjem poluvodičkog spoja, koji stručnjaci nazivaju spoj elektronske rupe. Njegovo je ime povezano s različitom prirodom glavnih nosača u graničnom sloju dviju struktura. U jednom poluvodiču postoji višak elektrona na kontaktnoj granici, a u susjednom materijalu suvišne rupe.U procesu proizvodnje poluvodičkog spoja oni prodiru u susjedni sloj, stvarajući potencijalnu barijeru koja sprječava njihovo obrnuto odstupanje. Vrijednost napona naprijed na LED diodi tijekom njezina rada ovisi o širini spoja.
Kada se na diodu primijeni potencijal zadanog polariteta i vrijednost generirana konstantnim izvorom struje, moguće je pomak spoja u željenom smjeru. To će dovesti do njegovog otvaranja i pojave suprotnog toka suprotno nabijenih čestica. Kad se sudare, kvante svjetlosne energije - fotoni - emitiraju se unutar granica prijelaza. Ovisno o brzini ponavljanja ovih impulsa, zračenje dobiva određenu obojenost boje.
Što određuje boju LED-a
U proizvodnji LED-a koriste se razne vrste poluvodičkih materijala čiji izbor određuje nijansu boje koju emitiraju.
Sposobnost razlikovanja boje urođeno je svojstvo ljudskog oka sposobno zabilježiti svoje gradacije s velikom točnošću. Neraskidivo je povezan s valnom duljinom kvantnog zračenja koju elektromagnetski valovi određene frekvencije nose sa sobom. U tom se slučaju na granici spoja poluvodiča LED-a stvaraju svjetlosni impulsi.
Proučavajući svojstva različitih poluvodiča u ranoj fazi njihovog proučavanja, znanstvenici su identificirali materijale poput galij fosfida, kao i ternarne spojeve AlGaAs i GaAsP. Pri njihovoj upotrebi bilo je moguće dobiti crveno i žuto-zeleno zračenje. Danas se za dobivanje različitih kombinacija boja koriste složenije kombinacije aluminija s indijem i galijem (AllnGaP) ili indij-galij-nitridom (InGaN). Ti su poluvodiči sposobni podnijeti značajne struje, što omogućuje postizanje velike svjetlosne učinkovitosti od njih.
Tehnika miješanja boja
Moderne diodne trake i LED modularni sklopovi sposobni su proizvesti razne nijanse svjetlosnog raspona. S obzirom na to da jedan prijelaz generira monokromno zračenje, uređaj za više čipova potreban je za stvaranje višebojnog sjaja. Ovaj složeni proizvod djeluje poput računalnog monitora, na kojem je moguće dobiti gotovo bilo koju nijansu (za to se koristi poseban RGB modul).
Iskorištavajući prednost ovog principa stvaranja sjene, bilo je moguće dobiti bijeli sjaj, koji se na primjer široko koristi u LED reflektorima. Da bi to učinili, sve tri izvorne ili osnovne boje pomiješane su u jednakim omjerima.
Također se može dobiti kombiniranjem diodnih struktura ultraljubičastog ili plavog zračenja sa žutim premazom tipa fosfora.
Značajke LED proizvodnje
Da biste razumjeli kako se izrađuju LED diode, morate se upoznati sa strukturnim značajkama u smislu tehnologija korištenih u proizvodnji. Stoga se pri razmatranju specifičnosti njihove proizvodnje, prije svega, uzimaju u obzir sljedeće točke:
- određena metoda oblikovanja boje zračenja (matrica ili fosfor);
- za koliko volt LED dioda je predviđeno i koju trenutnu vrijednost podnose;
- koja tehnologija omogućuje najbolju kvalitetu sjaja i jeftinija je.
Proizvodnja čipova pomoću matrične sheme koštat će proizvođača više, što se isplati visokom kvalitetom zračenja. Mane fosfora uključuju slabu svjetlosnu snagu, kao i ne posve čistu boju zračenja. Uz to, imaju kraći radni vijek i veća je vjerojatnost da će propasti.
U proizvodnji jednostavnih indikatorskih dioda s izravnim naponom od 2-4 Volta, njihov se prijelaz izračunava za male struje (do 50 mA). Da bi se stvorili punopravni rasvjetni uređaji i LED mostovni krugovi, bit će potrebni uređaji s visokom strujom (do 1 Ampera). Ako su diode u jednom modulu povezane u serijski lanac, ukupni napon na njihovim spojevima doseže 12 ili čak 24 volta.Prilikom izrade proizvoda na poseban se način označava plus za svaku LED diodu (na odgovarajućoj nozi napravljena je mala izbočina).
Primjene i kontrola sjaja
Zbog raznolikosti modifikacija, LED proizvodi se široko koriste u raznim poljima:
- u proizvodnji štednih svjetiljki instaliranih u tipični luster, na primjer, ili u običnu zidnu svjetiljku;
- za uporabu kao iluminatori u široko rasprostranjenim minijaturnim lampionima, kao i u većim konstrukcijama kao što su "kamp lampe za kampiranje";
- ako je potrebno, ukrasno osvjetljenje prostorija u obliku dugih vrpci s različitim bojama.
Njihova je upotreba rezultat stupnja otpornosti uređaja na klimatske čimbenike, procijenjenog prema klasi zaštite proizvoda. Ovisno o dizajnu, koriste se samo u zatvorenom ili mogu raditi na otvorenim prostorima (posebno kao ukras za bilborde ili LED kišu).
Razinu osvjetljenja možete kontrolirati u običnoj svjetiljci ili lusteru na razne načine. Za to se najčešće koriste posebni elektronički krugovi koji omogućuju moduliranje amplitude i ostalih parametara svjetlosnih impulsa. Radi praktičnosti rada s opremom za kućanstvo, takav je modul proizveden u obliku standardne upravljačke ploče.
