Kif jaħdem LED?
Minkejja li jintużaw f'ħafna aspetti tal-ħajja moderna, bħat-tidwil ta' djarna, l-enerġija tal-iskrins tal-ismartphones, u d-direzzjoni tat-traffiku, diodes li jarmu d-dawl (LEDs) huma differenti minn teknoloġiji tad-dawl aktar konvenzjonali bħal bozoz inkandexxenti jew fluworexxenti minħabba l-fiżika sofistikata tagħhom tas-semikondutturi.LEDsuża proċess magħruf bħala elettroluminixxenza, li hija l-emissjoni ta 'fotoni (partiċelli tad-dawl) meta kurrent elettriku jgħaddi minn materjal semikonduttur magħmul apposta. Dan huwa b'kuntrast ma 'inkandexxenti, li jipproduċu dawl billi jsaħħnu filament, jew fluworexxenti, li jużaw gass u radjazzjoni UV. L-ewwel irridu neżaminaw il-prinċipji fundamentali tas-semikondutturi, id-disinn ta 'LED, u l-proċedura sekwenzjali li tikkonverti l-elettriku f'dawl viżibbli sabiex nifhmu kif dan iseħħ.
Il-Bażi: Meded ta 'Enerġija u Semikondutturi
Kull LED huwa mħaddem minn semikonduttur, sustanza li tmexxi l-elettriku fqar minn kondutturi (bħal ram) iżda aħjar minn iżolaturi (bħal ħġieġ). Il-meded tal-enerġija tal-elettroni-oqsma tal-enerġija li jistgħu jokkupaw l-elettroni-huma essenzjali għall-imġiba distintiva ta' semikonduttur. L-elettroni għandhom livelli distinti ta 'enerġija fil-materjali kollha, iżda fis-solidi, dawn il-livelli jingħaqdu biex jiffurmaw żewġ meded ewlenin: il-faxxa tal-konduzzjoni u l-faxxa ta' valenza.
L-atomi tal-materjal jinżammu flimkien fi struttura kristallina mill-elettroni fil-faxxa ta 'valenza, li huma mwaħħla sew mal-atomi. Il-konduttività elettrika hija possibbli mill-elettroni fil-faxxa tal-konduzzjoni, li huma ħielsa li jgħaddu mis-sustanza. Il-band gap, firxa ta 'enerġija li l-elettroni ma jistgħux jgħixu, teżisti bejn dawn iż-żewġ meded. Id-daqs tal-faxxa tal-materjal jiddetermina jekk huwiex iżolatur, konduttur, jew semikonduttur: is-semikondutturi għandhom band gap żgħira li titkejjel (l-elettroni jistgħu jaqsmu l-vojt b'input żgħir ta 'enerġija, bħal kurrent elettriku), il-kondutturi m'għandhom l-ebda band gap (elettroni jimxu liberament bejn il-meded), u iżolaturi għandhom band gap kbar ħafna (jagħmilha diffiċli għall-elettroni li jaqbżu l-faxxa tal-konduzzjoni).
Is-semikonduttur użat fl-LEDs huwa "doped", li hija proċedura li timmodifika l-karatteristiċi elettriċi tal-materjal billi żżid traċċi ta 'impuritajiet. Kemm n-semikondutturi tat-tip kif ukoll p- huma prodotti bid-doping. Meta elementi b'elettroni addizzjonali, bħall-fosfru, jiġu drogati f'semikondutturi tat-tip N-, isiru ħielsa li jiċċaqilqu fil-faxxa tal-konduzzjoni u jagħtu lill-materjal ċarġ negattiv nett. Elementi b'inqas elettroni, bħall-boron, jintużaw biex jiddoppjaw semikondutturi tat-tip P-. Dan jirriżulta fi "toqob", jew elettroni neqsin fil-faxxa ta 'valenza, li jiffunzjonaw bħala ħlasijiet pożittivi u jistgħu jgħaddu mill-materjal hekk kif l-elettroni jimlewhom. LED jiffunzjona minħabba l-junction p-n, li hija l-intersezzjoni ta 'dawn iż-żewġ reġjuni drogati.
L-Istruttura tal-LED: Mill-Ħruġ tad-Dawl għal P-N Junction
Id-disinn sempliċi iżda preċiż ta 'LED jimmassimizza l-output tad-dawl filwaqt li jnaqqas it-telf ta' enerġija. Il-junction p-n tagħha tinsab f'saff irqiq ta' materjal semikonduttur, tipikament ibbażat fuq il-gallju-, bħal gallju arsenide jew nitrur tal-gallju. Is-sottostrat, materjal tal-pedament li jipprovdi appoġġ u jgħin fid-dissipazzjoni tas-sħana, huwa fejn dan is-saff tas-semikondutturi huwa mwaħħal. Dan huwa importanti peress li s-sħana żejda tista 'tqassar il-ħajja ta' LED.
Elettrodu wieħed huwa mwaħħal mar-reġjun tat-tip p-(l-anodu, terminal pożittiv) u l-ieħor mar-reġjun tat-tip n- (il-katodu, terminal negattiv) fuq is-saff tas-semikondutturi. Kamp elettriku jiġi prodott tul il-junction p-n meta jiġi fornut vultaġġ fuq dawn l-elettrodi (il-katodu jkun negattiv u l-anodu jkun pożittiv). L-elettroni ħielsa tas-semikondutturi tat-tip n-jiġu mbuttati lejn il-junction minn dan il-qasam, filwaqt li t-toqob tas-semikondutturi tat-tip p-jinġibdu fl-istess direzzjoni.
Sabiex id-dawl iġġenerat fil-junction p-n jaħrab, is-saff tas-semikondutturi għandu jkun trasparenti jew semi-trasparenti (jew ikollu saff li jirrifletti fuq naħa waħda). ModernaLEDsjimpjegaw materjali bħal nitrur tal-gallju (GaN), li huma trasparenti għad-dawl viżibbli u jiggarantixxu li l-maġġoranza tal-fotoni jilħqu l-wiċċ, b'kuntrast mal-LEDs bikrija, li ta 'spiss użaw materjali semikondutturi opaki li jillimitaw il-ħruġ tad-dawl. Il-junction p-n tas-semikonduttur hija fejn iseħħ il-proċess tal-ġenerazzjoni tad-dawl primarju-, għalkemm xi LEDs għandhom ukoll lenti jew kisi biex jiffokaw id-dawl jew jibdlu l-kulur tiegħu.
Pass 1: L-użu ta' Electron-Toqba mill-ġdid u l-Vultaġġ
Vultaġġ estern mogħti lill-elettrodi tal-LED jibda l-proċess ta 'emissjoni tad-dawl billi jistabbilixxi bias 'il quddiem, li hija d-direzzjoni xierqa tal-fluss tal-kurrent għall-LEDli jiffunzjona; reverse bias, min-naħa l-oħra, iwaqqaf il-kurrent u ma jipproduċi l-ebda dawl. Elettroni ħielsa miż-żona tat-tip n- huma aċċellerati fir-reġjun tat-tip p-, u toqob mir-reġjun tat-tip p- huma aċċellerati fir-reġjun tat-tip n- mill-kamp elettriku tul il-junction p-n meta jiġi applikat bias 'il quddiem.
Dawn l-elettroni u toqob eventwalment jingħaqdu flimkien fi jew qrib il-junction p-n hekk kif jivvjaġġaw fl-istess direzzjoni. Elettron ħieles mill-faxxa ta' konduzzjoni taż-żona tat-tip n-"jaqa'" fit-toqba meta jaħbat ma' toqba mill-faxxa ta' valenza tar-reġjun tat-tip p-, li jinbidel minn stat ta' enerġija ogħla fil-faxxa tal-konduzzjoni għal livell ta' enerġija aktar baxx fil-faxxa ta' valenza. L-elettron u t-toqba jikkanċellaw lil xulxin matul din it-tranżizzjoni, li hija magħrufa bħala rikombinazzjoni, u l-enerġija żejda li jitilfu hija emessa bħala foton.
Id-daqs tal-band gap tas-semikondutturi jaffettwa direttament l-enerġija ta 'dan il-foton, li jagħti lid-dawl il-kulur tiegħu. Photon b'enerġija ogħla (u wavelength iqsar, bħal dawl blu jew vjola) jinħoloq meta elettron jerġa 'jikkombina ma' toqba u jitlef aktar enerġija minħabba band gap usa '. Photon b'wavelength itwal, bħal dawl aħmar jew oranġjo, u inqas enerġija huwa prodott minn band gap iżgħar.
Per eżempju:
Minħabba d-distakk tal-faxxa dejqa tiegħu, l-arsenide tal-gallju (GaAs) jarmi dawl aħmar b'tul ta 'mewġ ta' madwar 650 nm.Minħabba l-qasma tal-medda usa 'tagħha, in-nitrur tal-gallju (GaN) jarmi dawl blu jew vjola b'tul ta' mewġ ta 'madwar 450 nm.
Il-manifatturi jistgħu jimmodifikaw id-distakk tal-medda biex jipproduċu LEDs li jiġġeneraw dawl aħdar, isfar, jew saħansitra abjad billi jgħaqqdu diversi materjali semikondutturi (bħal nitrur tal-gallju indju, jew InGaN) (aktar fuq LEDs bojod hawn taħt).
Pass 2: Effiċjenza u Estrazzjoni tad-Dawl
Xi wħud mill-fotoni ġġenerati mir-rikombinazzjoni huma assorbiti mill-materjal semikonduttur innifsu, filwaqt li oħrajn jirriflettu mill-elettrodi jew junction p-n u jiġu rilaxxati bħala sħana. Mhux dawn il-fotoni kollha jħallu l-LEDbħala dawl viżibbli. Id-disinjaturi tal-LED jimpjegaw numru ta 'strateġiji biex itejbu "l-estrazzjoni tad-dawl" sabiex jottimizzaw l-effiċjenza:
Sottostrati li huma trasparenti: Il-maġġoranza tad-dawl kien maqbud mis-sottostrati opaki (bħal ġermanju) utilizzati fl-LEDs bikrija. Substrati trasparenti, bħal karbur tas-silikon jew żaffir, jintużaw f'LEDs moderni biex iħallu l-fotoni jilħqu l-wiċċ.
Uċuħ Textured: Biex titnaqqas il-kwantità ta 'dawl rifless lura fil-materjal, il-wiċċ tas-semikondutturi huwa spiss inċiż b'mudelli minuti, bħal ħotob jew skanalaturi. Billi tbiddel l-angolu li fih id-dawl jolqot il-wiċċ, dan iżid il-probabbiltà li jaħrab aktar milli jerġa' lura.
Saffi li jirriflettu: Id-dahar tas-semikonduttur huwa mgħotti b'saff irqiq ta 'riflessjoni, ħafna drabi magħmul minn metall bħal aluminju jew fidda. Dan is-saff iżid il-kwantità ta 'dawl li jħalli l-LED billi jirrifletti fotoni li kieku jintilfu permezz tas-sottostrat lura lejn in-naħa ta' quddiem tal-LED.
Għalkemm ħafna inqas milli bid-dwal inkandexxenti, xi enerġija xorta tintilef bħala sħana minkejja dawn l-avvanzi. 10-25% biss tal-enerġija tintilef bħala sħana fl-LEDs, b'75-90% tal-enerġija tinbidel f'dawl, meta mqabbla ma' 90-95% fl-inkandexxenti. Minħabba l-effiċjenza eċċellenti tagħhom, l-LEDs jużaw ħafna inqas enerġija minn dwal konvenzjonali.
Kif Joperaw l-LEDs abjad: Sitwazzjoni Unika
Il-maġġoranza tal-LEDs jarmu biss kulur wieħed, jew dawl monokromatiku, iżda l-LEDs bojod, li jintużaw fil-fanali ta 'quddiem, televiżjonijiet, u dwal tad-dar, jeħtieġu strateġija differenti minħabba li m'hemmx materjal semikonduttur b'distakk tal-faxxa li direttament joħloq dawl abjad. Pjuttost, LEDs bojod jimpjegaw waħda minn żewġ tekniki primarji:
Konverżjoni tal-Fosfru: A bluLED(magħmul min-nitrur tal-gallju) miksi b'fosfru isfar-sustanza li tassorbi dawl ta' wavelength wieħed u temetti dawl ta' ieħor-tintuża fl-aktar teknika popolari. Il-fosforu jassorbi xi wħud mill-fotoni blu emessi mill-LED blu u jerġa' joħroġ fotoni sofor. Għajnejna jinterpretaw il-fotoni blu li jifdal bħala dawl abjad ladarba jingħaqdu mal-fotoni isfar. Il-manifatturi jżidu traċċi ta 'fosfori ħomor jew ħodor mal-kisja biex jibdlu t-temperatura tal-kulur, jew "sħana" jew "kesħa", tad-dawl abjad. Pereżempju, iż-żieda ta 'dawl blu addizzjonali tipproduċi dawl abjad frisk (5,000K–6,500K), filwaqt li żżid fosfru aħmar tipproduċi dawl abjad sħun (2,700K–3,000K).
Taħlit RGB: Din it-teknika inqas popolari tgħaqqad tliet LEDs differenti-aħmar, ħodor u blu-f'pakkett wieħed. It-tliet kuluri jingħaqdu biex joħolqu dawl abjad (jew kwalunkwe lewn ieħor tal-ispettru viżibbli) billi jvarjaw il-luminożità ta 'kull LED. Għalkemm din it-teknika tiswa aktar mill-konverżjoni tal-fosfru, hija użata f'sitwazzjonijiet li jeħtieġu ġestjoni eżatta tal-kulur, bħal dawl tal-palk jew wirjiet high-.
Id-Distinzjonijiet Bejn LEDs u Dawl Konvenzjonali
Li tkun taf kif joperaw l-LEDs jagħmilha aktar faċli li wieħed jara għaliex jaħdmu aħjar minn bozoz fluworexxenti u inkandexxenti fi kważi kull kategorija:
Effiċjenza tal-Enerġija: LEDs jużaw elettroluminixxenza, li hija effiċjenti b'mod naturali; b'differenza mill-inkandexxenti, li jonfqu l-enerġija jsaħħnu filament, il-fluworexxenti ma jaħlux enerġija li jipproduċu radjazzjoni UV.
Ħajja twila: LEDs ma jinħarqux faċilment minħabba li m'għandhomx partijiet li jiċċaqilqu jew filamenti delikati. B'differenza mill-inkandexxenti, li għandhom ħajja ta '1,000–2,000 siegħa, l-LEDs għandhom ħajja ta' 50,000–100,000 siegħa minħabba d-degradazzjoni estremament gradwali tal-materjal semikonduttur maż-żmien.
Instant On/off: B'differenza mill-fluworexxenti, li jeħtieġu ftit sekondi biex idawwal kompletament, l-LEDs m'għandhom l-ebda ħin ta' tisħon-u jattivaw għal luminożità sħiħa istantanjament.
Durabilità: MinħabbaLEDshuma elettroniċi solidi-stat, jistgħu jifilħu xokk, vibrazzjoni, u temperaturi għoljin, li jagħmluhom perfetti għal applikazzjonijiet fuq barra jew settings ħarxa (bħal karozzi jew fabbriki).
Futur tat-Teknoloġija LED
Żviluppi ġodda qed iżidu l-potenzjal tat-teknoloġija LED hekk kif ir-riċerkaturi u l-inġiniera jkomplu jtejbuha. Per eżempju:
QLEDs, jew quantum dot LEDs: Dawn itejbu l-luminożità u l-eżattezza tal-kulur billi jużaw tikek quantum, li huma partiċelli żgħar semikondutturi. Ir-riċerkaturi qed jippruvaw jagħmlu l-QLEDs aktar effiċjenti fl-enerġija- għad-dawl ġenerali, u bħalissa jinsabu fit-televiżjonijiet-high-end.
Mikro LEDs: Dawn l-LEDs oerhört ċkejkna, li huma biss ftit mikrometri madwar, jistgħu jiġu miġbura f'matriċi densi biex jipproduċu illuminazzjoni flessibbli jew skrins ta'-riżoluzzjoni għolja. Smartphones u televiżjonijiet futuri huma antiċipati li jużaw mikro LEDs minflok OLEDs minħabba l-ħajja itwal tagħhom u produzzjoni aħjar.
Perovskite LEDs: Meta mqabbel ma 'materjali konvenzjonali bbażati fuq il-gallju-, perovskite huwa tip ġdid ta' materjal semikonduttur li jiswa inqas biex jiġi prodott. Ir-riċerkaturi qed jippruvaw iżidu l-istabbiltà tal-LEDs tal-perovskite għall-użu kummerċjali peress li wrew wegħda biex iwasslu dawl qawwi u effiċjenti.
Bħala konklużjoni
LEDshuma apparati sempliċi ħafna magħmulin minn semikonduttur drogat b'junction ap-n li juża rikombinazzjoni ta' toqba tal-elettron-biex jittrasforma l-enerġija elettrika f'dawl. Huma fost l-aktar teknoloġiji tad-dawl effettivi u adattabbli li qatt ġew żviluppati, iżda s-sempliċità tagħhom taħbi l-kumplessità tal-kostruzzjoni tagħhom, li tinkludi kollox mill-inġinerija tal-estrazzjoni tad-dawl għar-regolamentazzjoni eżatta tad-distakk tal-medda. Li nkunu nafu kif joperaw l-LEDs jippermettilna nifhmu kemm ix-xjenza sofistikata li tirfedhom kif ukoll il-vantaġġi utli tagħhom (ħajja itwal, spejjeż tal-enerġija orħos). Hekk kif it-teknoloġija LED tiżviluppa aktar, probabbilment se tikkontribwixxi saħansitra aktar biex tnaqqas l-użu globali tal-enerġija, twaqqaf it-tibdil fil-klima, u tinfluwenza d-disinn tad-dawl fil-futur-li juri li xi drabi l-aktar skoperti sinifikanti jiġu mill-prinċipji xjentifiċi l-aktar fundamentali.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Mobbli(+86)18673599565
Whatsapp :19113306783
Email:bwzm15@benweilighting.com
Skype:benweilight88
Web:www.benweilight.com
