Dajowds li jarmu d-dawl: A Primer
Semikondutturi msejħa dajowds li jarmu d-dawl (LEDs) jittrasformaw l-enerġija elettrika f'enerġija tad-dawl. Il-materjal u l-kompożizzjoni tas-semikondutturi jiddeterminaw il-kulur tad-dawl tal-ħruġ, bl-LEDs spiss jiġu kategorizzati fi tliet wavelengths: ultravjola, viżibbli u infra-aħmar.
L-LEDs disponibbli kummerċjalment disponibbli b'qawwa tal-ħruġ ta 'element wieħed ta' mill-inqas 5 mW għandhom medda ta 'wavelength ta' 275 sa 950 nm. Irrispettivament mill-manifattur, tintuża familja partikolari ta 'materjal semikonduttur għal kull medda ta' wavelength. Ħarsa ġenerali lejn il-funzjonament tal-LED u ħarsa rapida lejn is-settur huma pprovduti f'dan l-artikolu. Se jkun hemm ukoll diskussjoni ta 'tipi LED differenti, il-wavelengths xierqa, il-materjali utilizzati fil-kostruzzjoni tagħhom, u xi użi għad-dwal partikolari.
UV LEDs (LEDs ultravjola): 240 sa 360 nm
Partikolarment għad-diżinfezzjoni tal-ilma, applikazzjonijiet mediċi/bijomediċi, u tqaddid industrijali, huma impjegati UV LEDs. F'wavelengths qosra daqs 280 nm, il-livelli tal-ħruġ tal-enerġija ikbar minn 100 mW intlaħqu. Nitrur tal-gallju/nitrur tal-gallju tal-aluminju (GaN/AlGaN) b'tul ta 'mewġ ta' 360 nm jew itwal huwa l-materjal l-aktar użat ta 'spiss għall-LEDs UV. Wavelengths iqsar jagħmlu użu minn materjali esklussivi. Wavelengths iqsar huma prodotti biss minn ftit fornituri, u l-ispejjeż għal dawn l-LEDs għadhom pjuttost għoljin meta mqabbla mal-bqija tal-offerti tal-prodott LED, anke jekk is-suq għal wavelengths 360 nm u itwal qed jistabbilizza minħabba prezzijiet imnaqqsa u kbir provvista.
LEDs ħodor ivarjaw minn qrib UV sa 530 nm
Indium gallium nitrude (InGaN) huwa l-materjal użat għall-oġġetti f'din il-medda ta 'wavelength. Filwaqt li huwa teknikament fattibbli li jiġi prodott LED b'wavelength ta' kwalunkwe valur bejn 395 u 530 nm, il-maġġoranza tal-fornituri ewlenin jiffokaw fuq il-ġenerazzjoni ta' LEDs blu (450 sa 475 nm) għal illuminazzjoni abjad ibbażata fuq fosfru u LEDs ħodor fil-520– Firxa ta '530 nm għal dawl aħdar tas-sinjali tat-traffiku. Ħafna nies iqisu t-teknoloġija wara dawn l-LEDs bħala avvanzata. Matul l-aħħar ftit snin, it-titjib fl-effiċjenza ottika naqas jew waqaf.
LEDs li jvarjaw minn isfar-aħdar għal aħmar: 565 sa 645 nm
Is-sustanza semikondutturi utilizzata għal din il-medda ta 'wavelength hija fosfid tal-gallju tal-indju tal-aluminju (AlInGaP). Huwa prodott l-aktar f'tul ta 'mewġ isfar (590 nm) u aħmar (625 nm) tas-sinjal tat-traffiku. Għalkemm huma inqas komuni, l-aħdar tal-ġir (jew aħdar isfar 565 nm) u oranġjo (605 nm) huma offruti wkoll f'din it-teknoloġija.
Ta 'min jinnota li l-emittent aħdar pur (555 nm) mhuwiex karatteristika la tat-teknoloġiji InGaN jew AlInGaP. Hemm teknoloġiji anzjani u inqas effettivi f'dan il-qasam ta 'aħdar pur, iżda mhumiex maħsuba li huma effiċjenti jew brillanti. Dan huwa l-aktar ikkawżat minn nuqqas ta 'finanzjament għall-iżvilupp ta' teknoloġiji materjali alternattivi għal din il-medda ta 'wavelength kif ukoll nuqqas ta' interess jew domanda kummerċjali.
660 sa 900 nm: aħmar skur għal infrared qrib (IRLEDs)
Il-kostruzzjoni ta 'apparati f'dan il-qasam tista' tieħu ħafna forom differenti, iżda dejjem jużaw elementi tal-aluminju tal-gallju arsenide (AlGaAs) jew tal-gallju arsenide (GaAs). Bosta użi mediċi (f'660–680 nm) kif ukoll kontrolli remoti infra-aħmar u dwal tal-viżjoni bil-lejl huma fost l-applikazzjonijiet.
Teorija tat-tħaddim LED
Vultaġġ elettriku li huwa biżżejjed biex l-elettroni jimxu madwar ir-reġjun tat-tnaqqis u jikkombinaw ma 'toqba fuq in-naħa l-oħra biex jinħoloq par elettron-toqba għandu jiġi applikat sabiex LEDs, li huma dajowds semikondutturi, jarmu dawl meta elettriku. kurrent huwa applikat fid-direzzjoni 'l quddiem ta' l-apparat. Dan jikkawża li l-elettron joħroġ foton hekk kif jirrilaxxa l-enerġija tiegħu fil-forma ta 'dawl.
Il-wavelength tad-dawl emess jiddependi fuq il-bandgap tas-semikondutturi. Materjali ta 'bandgap ogħla jarmu wavelengths iqsar minħabba li wavelengths iqsar għandhom aktar enerġija. vultaġġi akbar huma wkoll meħtieġa għall-konduzzjoni f'materjali b'bandgap akbar. Filwaqt li l-LEDs qrib l-IR għandhom vultaġġ 'il quddiem ta' 1.5 sa 2.0 V, LEDs blu UV b'tul ta 'mewġ qasir għandhom vultaġġ 'il quddiem ta' 3.5 V.
Fatturi ta' disponibbiltà u effiċjenza għal wavelengths
Il-potenzjal tas-suq, id-domanda tal-konsumatur, u wavelengths standard tal-industrija huma d-determinanti ewlenin ta 'jekk ċertu wavelength huwiex kummerċjalment vijabbli jew le. Dan huwa l-aktar notevoli fil-meded ta 'wavelength 420–460 nm, 480–520 nm, u 680–800 nm. M'hemm l-ebda manifatturi ta 'volum għoli li jipproduċu apparat LED għal dawn il-firxiet ta' wavelength peress li m'hemm l-ebda użi ta 'volum għoli għalihom. Madankollu, huwa fattibbli li jinstabu bejjiegħa ta 'daqs żgħir jew medju li jipprovdu oġġetti biex jimlew dawn il-wavelengths speċifiċi fuq bażi apposta.
Ir-reġjun tal-wavelength fejn kull teknoloġija materjali hija l-aktar effettiva jista 'jinstab pjuttost kważi fiċ-ċentru ta' kull firxa. L-effiċjenza tonqos hekk kif il-livell tad-doping tas-semikondutturi jogħla jew jinżel taħt il-livell ideali. Għal din ir-raġuni, LED blu jipproduċi ħafna aktar dawl minn LED aħdar jew kważi UV, ambra tipproduċi aktar dawl minn LED isfar-aħdar, u qrib l-IR jipproduċi aktar dawl minn 660 nm. Id-disinn għan-nofs tal-ispettru aktar milli t-truf huwa dejjem għażla aħjar. Barra minn hekk, huwa aktar sempliċi li tikseb oġġetti li ma jidħlux fuq il-fruntieri tat-teknoloġija materjali.
Forniment ta 'LEDs b'kurrent u vultaġġ
L-LEDs huma dajowds u għandhom jitħaddmu f'modalità kurrenti minkejja li huma semikondutturi u jeħtieġu vultaġġ minimu biex jiffunzjonaw. Meta tuża LEDs fil-modalità DC, hemm żewġ metodi primarji: L-użu ta 'reżistenza li jillimita l-kurrent huwa l-aktar sempliċi u popolari. Is-sħana konsiderevoli u d-dissipazzjoni tal-qawwa fir-reżistenza hija żvantaġġ ta 'din it-teknoloġija. Il-vultaġġ tal-provvista jeħtieġ li jkun sostanzjalment ogħla mill-vultaġġ 'il quddiem tal-LED biex il-kurrent jibqa' stabbli matul il-bidliet fit-temperatura u minn apparat għall-ieħor.
Sewwieqa LED kummerċjali off-the-shelf huma offruti minn varjetà ta 'fornituri. Għall-kontroll tal-luminożità, huma tipikament jiffunzjonaw billi jużaw prinċipji ta 'modulazzjoni tal-wisa' tal-polz.
Sett distint ta 'kwistjonijiet iqum meta l-LEDs pulsanti f'mod ta' kurrent għoli u/jew ta 'vultaġġ għoli għal arrays konnessi f'serje u parallel. Mhux prattikabbli għal disinjatur tal-bidu li joħloq drive tal-polz ikkontrollat bil-kurrent li jista 'jipprovdi 5 A u 20 V. Ftit kumpaniji jipproduċu għodod speċjalizzati għal LEDs li polz.
LEDs f'applikazzjonijiet li n-nies jistgħu jaraw
Il-kulur eżatt huwa importanti ħafna aktar f'sitwazzjonijiet fejn l-LEDs huma direttament meqjusa jew utilizzati bħala luminaturi milli output preċiż f'lumens jew candela. Il-moħħ jagħmel aġġustamenti eċċellenti għal kwalunkwe varjazzjonijiet fl-intensità tad-dawl filwaqt li l-għajn tal-bniedem hija komparattivament indifferenti għalihom. Il-persuna medja li tara skrin tal-vidjo LED fuq bini, pereżempju, mhux se tinnota tnaqqis ta' 20 fil-mija fl-intensità peress li partijiet tal-iskrin jitqiesu f'10 grad sa 20 grad barra mill-assi meta mqabbla mal-porzjon direttament fuq l-assi minħabba li din hija bidla gradwali li mhix pperċepita hekk kif timxi lejn it-tarf tal-viżjoni. B'kuntrast, l-għajn tal-bniedem tinnota varjazzjoni tal-kulur u ssibha ddejjaq jekk l-LEDs ta 'żona jkollhom differenza ta' wavelength ta '10 nm minn dawk f'żoni oħra.
Il-biċċa l-kbira tal-LEDs bojod li qed jintużaw illum huma maħluqa bl-infużjoni ta 'fosfru viżibbli ta' wavelength itwal b'LED blu. Ix-xebh spettrali max-xemx jitkejjel bl-indiċi tar-rendi tal-kulur (CRI). Il-maġġoranza tal-LEDs użati fid-dawl ġenerali llum il-ġurnata għandhom CRI aħjar minn 80, b'100 jitqiesu bħala ekwivalenti għal xemx. L-LEDs bojod qed isiru l-aktar prodott imfittex għall-maġġoranza tal-applikazzjonijiet tad-dawl minħabba avvanzi CRI u effiċjenza ottika mtejba.
Benefiċċji u użi tal-LED
Meta mqabbla mad-dwal iffiltrati, l-LEDs għandhom diversi benefiċċji għal applikazzjonijiet monokromatiċi peress li l-ispettri tal-wavelength tagħhom huma speċifikati b'mod aktar preċiż. L-iffrankar tal-enerġija mill-użu ta 'bozza inkandexxenti ffiltrata għal applikazzjonijiet ta' illuminazzjoni ġenerali jista 'potenzjalment ikun 100 darba ogħla. Applikazzjonijiet bħal sinjali tat-traffiku u dwal arkitettoniċi jibbenefikaw ħafna minn dan. Pannell solari ċkejken jista 'faċilment iħaddem sinjali LED ta' awtostrada portabbli ta 'enerġija baxxa minflok ġeneratur kbir, li huwa benefiċċju ċar.
B'mod ġenerali, l-LEDs huma inqas għaljin, aktar affidabbli, u jistgħu jitħaddmu b'elettronika irħas minn lasers. L-LEDs issa huma kklassifikati separatament kemm mill-Istati Uniti kif ukoll mill-Unjoni Ewropea. Fortunatament, b'differenza lejżers u dajowds tal-lejżer, LEDs ma jiġux bl-istess kwistjonijiet ta 'sikurezza tal-għajnejn jew twissijiet. Min-naħa l-oħra, huwa impossibbli li jinħolqu spots ottikament densi, ċkejkna ħafna, u kollimati ħafna bl-LEDs. Lejżer huwa kważi dejjem meħtieġ f'applikazzjonijiet li jitolbu densità ta 'enerġija eċċezzjonalment għolja f'reġjun kompatt.
Illum, l-LEDs huma utilizzati f'firxa wiesgħa ta 'setturi u applikazzjonijiet (Tabella 1). Dawn l-apparati huma estremament ekonomiċi u attraenti kemm għas-swieq tal-konsumatur kif ukoll dawk industrijali grazzi għall-affidabbiltà kbira tagħhom, l-effiċjenza għolja u l-ispiża totali tas-sistema mnaqqsa meta mqabbla mal-lasers u l-lampi. Kull teknoloġija LED unika u/jew kulur inħoloq biex tissodisfa l-bżonnijiet ta 'użu partikolari.
