LEDin laite ja toimintaperiaate
Hehkulampuissa valo tulee kuumasta valkoiseen volframilangasta, pääasiassa lämmöstä. Kuten hehkuvat hiilet uunissa, jota lämmittää sähkövirran lämmitysvaikutus, kun elektronit värähtelevät nopeasti ja törmäävät johtavan metallin kidehilan solmuihin, samalla lähettäen näkyvää valoa, joka kuitenkin edustaa vain vähemmän yli 15 % lampun käyttämästä sähköenergiasta...
LEDit, toisin kuin hehkulamput, säteilevät valoa ei ollenkaan lämmöstä, vaan niiden suunnittelun erityispiirteistä, joiden tarkoituksena on pääasiassa varmistaa, että nykyinen energia menee tarkalleen valon lähettämiseen tietyllä aallonpituudella. Tämän seurauksena LEDin tehokkuus valonlähteenä ylittää 50 %.
Virta kulkee täällä p-n-risteyksen yli, kun taas siirtymävaiheessa tapahtuu elektronien ja reikien rekombinaatio, jossa fotonit (kvantit) emittoivat näkyvää valoa tietyllä taajuudella ja siten tietyllä värillä.
Jokainen LED on periaatteessa järjestetty seuraavasti.Ensinnäkin, kuten edellä mainittiin, on elektronireikäliitos, joka koostuu p-tyypin puolijohteista (suurin osa virrankantoijista on reikiä) ja n-tyypin puolijohteista, jotka ovat kosketuksissa toisiinsa (enemmän suurin osa virrankantoijista on elektronit).
Kun virtaa siirretään eteenpäin tämän liitoksen kautta, kahden vastakkaisen tyypin puolijohteiden kosketuspisteessä tapahtuu varaussiirtymä (varauksenkantajat hyppäävät energiatasojen välillä) yhden johtavuustyypin alueelta erityyppinen johtavuus.
Tässä tapauksessa elektronit, joilla on negatiivinen varaus, yhdistyvät positiivisesti varautuneiden reikien ioneihin. Tällä hetkellä syntyy valon fotoneja, joiden taajuus on verrannollinen siirtymän molemmilla puolilla olevien aineiden väliseen atomien energiatasojen eroon (potentiaaliesteen korkeus).
Rakenteellisesti LEDit ovat eri muodoissa. Yksinkertaisin muoto on viiden millimetrin runko - linssi. Tällaisia LED-valoja löytyy usein merkkivaloista erilaisissa kodinkoneissa. Yläosassa LED-kotelo on linssin muotoinen. Kotelon alaosaan on asennettu parabolinen heijastin (heijastin).
Heijastimessa on kide, joka lähettää valoa kohdassa, jossa virta kulkee pn-liitoksen läpi. Katodista - anodille, heijastimesta - ohuen langan suuntaan elektronit liikkuvat kuution - kiteen - läpi.
Tämä puolijohdekide on LEDin pääelementti. Tässä se on kooltaan 0,3 x 0,3 x 0,25 mm. Kide on yhdistetty anodiin ohuella lankasillalla.Polymeerirunko on samalla läpinäkyvä linssi, joka fokusoi valon tiettyyn suuntaan, jolloin saadaan rajoitettu valonsäteen hajaantumiskulma.
Nykyään LEDejä on saatavilla kaikissa sateenkaaren väreissä ultraviolettivalkoisesta punaiseen ja infrapunaiseen. Yleisimmät ovat punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen ja valkoinen LED-värit. Eikä glitterin väriä tässä kotelon väri määrää!
Väri riippuu pn-liitoksen lähettämien fotonien aallonpituudesta. Esimerkiksi punaisen LEDin punaisen värin ominaisaallonpituus on 610-760 nm. Aallonpituus puolestaan riippuu materiaalista, jota on käytetty tietyn osan valmistuksessa puolijohde Tämän LEDin värin saamiseksi punaisesta keltaiseen käytetään alumiinin, indiumin, galliumin ja fosforin epäpuhtauksia.
Värien saamiseksi vihreästä siniseen - typpi, gallium, indium. Valkoisen värin saamiseksi kiteen lisätään erityistä loisteainetta, joka muuttaa sinisen värin valkoiseksi avulla fotoluminesenssi-ilmiöt.
Katso myös: Miksi LED pitäisi kytkeä vastuksen kautta?