Αρχή φωτός LED

LED (Δίοδος εκπομπής φωτός)είναι μια συσκευή ημιαγωγών στερεάς κατάστασης που μπορεί να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια σε ορατό φως. Μπορεί να μετατρέψει απευθείας την ηλεκτρική ενέργεια σε φως. Η καρδιά του LED είναι ένα τσιπ ημιαγωγού. Το ένα άκρο του τσιπ είναι προσαρτημένο σε ένα βραχίονα, το ένα άκρο είναι το αρνητικό ηλεκτρόδιο και το άλλο άκρο συνδέεται με το θετικό ηλεκτρόδιο του τροφοδοτικού, έτσι ώστε ολόκληρο το τσιπ να είναι ενθυλακωμένο σε εποξειδική ρητίνη.

Η γκοφρέτα ημιαγωγών αποτελείται από δύο μέρη. Το ένα μέρος είναι ημιαγωγός τύπου Ρ, στον οποίο κυριαρχούν οπές και το άλλο άκρο είναι ημιαγωγός τύπου Ν, όπου υπάρχουν κυρίως ηλεκτρόνια. Όταν όμως αυτοί οι δύο ημιαγωγοί συνδέονται, σχηματίζεται μια σύνδεση P-N μεταξύ τους. Όταν το ρεύμα ενεργεί στη γκοφρέτα μέσω του σύρματος, τα ηλεκτρόνια θα ωθηθούν στην περιοχή P, όπου τα ηλεκτρόνια θα ανασυνδυαστούν με οπές και στη συνέχεια θα εκπέμπεται ενέργεια με τη μορφή φωτονίων. Αυτή είναι η αρχή της εκπομπής φωτός LED. Το μήκος κύματος του φωτός, δηλαδή το χρώμα του φωτός, καθορίζεται από το υλικό που σχηματίζει την ένωση P-N.

Το LED μπορεί να εκπέμπει απευθείας κόκκινο, κίτρινο, μπλε, πράσινο, κυανό, πορτοκαλί, μοβ και λευκό φως.

Αρχικά, τα LED χρησιμοποιήθηκαν ως πηγές ενδεικτικής λυχνίας για όργανα. Αργότερα, οι λυχνίες LED διαφόρων ανοιχτόχρωμων χρωμάτων χρησιμοποιήθηκαν ευρέως σε φανάρια και οθόνες μεγάλης περιοχής, αποφέροντας καλά οικονομικά και κοινωνικά οφέλη. Πάρτε για παράδειγμα ένα κόκκινο φανάρι 12 ιντσών. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως 140 watt οπτικής απόδοσης μακράς διάρκειας, χαμηλού φωτισμού χρησιμοποιείται ως πηγή φωτός, που παράγει 2.000 lumens λευκού φωτός. Αφού περάσει από το κόκκινο φίλτρο, το 90% του φωτός χάνεται, αφήνοντας μόνο 200 lumens κόκκινου φωτός. Στον πρόσφατα σχεδιασμένο λαμπτήρα, η Lumileds χρησιμοποιεί 18 πηγές κόκκινου φωτός LED, οι οποίες καταναλώνουν συνολικά 14 watt ισχύος, συμπεριλαμβανομένων των απωλειών κυκλώματος για να παράγουν το ίδιο εφέ φωτός. Τα φώτα σήματος αυτοκινήτου είναι επίσης μια σημαντική περιοχή για εφαρμογές φωτεινών πηγών LED.

Για γενικό φωτισμό, οι άνθρωποι χρειάζονται πηγές λευκού φωτός. Το 1998, το LED που εκπέμπει λευκό φως αναπτύχθηκε με επιτυχία. Αυτό το είδος LED κατασκευάζεται με τη συσκευασία τσιπ GaN και γρανάτη αλουμινίου υττρίου (YAG). Το τσιπ GaN εκπέμπει μπλε φως (λp=465nm, Wd=30nm) και ο φώσφορος YAG που περιέχει Ce3+ που κατασκευάζεται με πυροσυσσωμάτωση υψηλής θερμοκρασίας εκπέμπει κίτρινο φως αφού διεγείρεται από το μπλε φως, με τιμή αιχμής 550nLED λαμπτήρα m. Το υπόστρωμα μπλε LED τοποθετείται σε μια ανακλαστική κοιλότητα σε σχήμα μπολ και καλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα ρητίνης αναμεμειγμένο με YAG, περίπου 200-500nm. Μέρος του μπλε φωτός που εκπέμπεται από το υπόστρωμα LED απορροφάται από τον φώσφορο και το άλλο μέρος του μπλε φωτός αναμιγνύεται με το κίτρινο φως που εκπέμπεται από τον φώσφορο για να ληφθεί λευκό φως.

Για τα λευκά LED InGaN/YAG, αλλάζοντας τη χημική σύνθεση του φωσφόρου YAG και ρυθμίζοντας το πάχος του στρώματος φωσφόρου, μπορεί να ληφθεί λευκό φως διαφόρων χρωμάτων με θερμοκρασία χρώματος 3500-10000K. Αυτή η μέθοδος λήψης λευκού φωτός μέσω μπλε LED έχει απλή δομή, χαμηλό κόστος και υψηλή τεχνολογική ωριμότητα, επομένως είναι η πιο χρησιμοποιούμενη.