ปัญหาการลดการใช้ไฟฟ้าไม่ได้รับการแก้ไขในระดับรัฐเท่านั้น ปัญหานี้เกี่ยวข้องกับผู้บริโภคทั่วไป ในเรื่องนี้ในอพาร์ตเมนต์สำนักงานและสถาบันอื่น ๆ ไม่เพียง แต่มีแหล่งกำเนิดแสงที่มีประสิทธิภาพ แต่ยังรวมถึงแหล่งกำเนิดแสงที่ประหยัดอีกด้วย ในหมู่พวกเขาหลอดไฟ LED กำลังแพร่หลายมากขึ้นเรื่อย ๆ อุปกรณ์และหลักการทำงานของหลอดไฟ LED ช่วยให้คุณสามารถใช้กับคาร์ทริดจ์มาตรฐานและเชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟฟ้า 220 V เพื่อเป็นทางเลือกที่ถูกต้องคุณจำเป็นต้องทราบข้อดีและคุณลักษณะหลักของแหล่งกำเนิดแสงที่ทันสมัย .
หลักการทำงานของหลอดไฟ LED
การทำงานของหลอดไฟ LED ใช้กระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อนกว่าที่ใช้ในหลอดไส้โลหะแบบธรรมดามาก สาระสำคัญของปรากฏการณ์นี้คือการปรากฏตัวของฟลักซ์การส่องสว่างที่จุดสัมผัสของสารสองชนิดจากวัสดุที่ไม่เหมือนกัน หลังจากที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้าไป
ความขัดแย้งหลักคือแต่ละวัสดุที่ใช้ไม่ใช่ตัวนำกระแสไฟฟ้า พวกเขาอยู่ในหมวดหมู่ของเซมิคอนดักเตอร์และสามารถส่งกระแสได้ในทิศทางเดียวเท่านั้นหากมีการเชื่อมต่อถึงกัน ในหนึ่งในนั้นประจุลบจะต้องเหนือกว่า - อิเล็กตรอนและในอีก - ไอออนที่มีประจุบวก
นอกจากการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าแล้ว กระบวนการอื่นๆ ยังเกิดขึ้นในเซมิคอนดักเตอร์อีกด้วย ในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง พลังงานความร้อนจะถูกปล่อยออกมา จากการทดลองพบว่ามีการรวมตัวของสารดังกล่าวพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงานรังสีแสงปรากฏขึ้น ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ทั้งหมดที่ผ่านกระแสไฟในทิศทางเดียวเริ่มถูกเรียก และอุปกรณ์ที่มีความสามารถในการเปล่งแสงได้เริ่มเรียกว่า LED
ในตอนเริ่มต้น การปล่อยโฟตอนโดยสารประกอบเซมิคอนดักเตอร์ครอบคลุมเฉพาะช่วงแคบๆ ของสเปกตรัมเท่านั้น พวกมันสามารถเปล่งแสงสีแดง สีเหลือง หรือสีเขียว ด้วยความส่องสว่างที่ต่ำมาก ดังนั้นเป็นเวลานาน LED จึงถูกใช้เป็นไฟแสดงสถานะเท่านั้น จนถึงปัจจุบัน ได้รับวัสดุดังกล่าวแล้ว ซึ่งเป็นสารประกอบที่ทำให้ขยายช่วงของการแผ่รังสีแสงได้อย่างมีนัยสำคัญและครอบคลุมเกือบทั้งสเปกตรัม อย่างไรก็ตาม ความยาวของคลื่นบางคลื่นยังคงส่องแสงอยู่เสมอ ดังนั้นหลอดไฟ LED จึงถูกแบ่งออกเป็นแหล่งกำเนิดแสงเย็น - สีฟ้าและแสงอบอุ่น - ส่วนใหญ่เป็นสีแดงหรือสีเหลือง
อุปกรณ์แหล่งกำเนิดแสง LED
รูปลักษณ์ของหลอดไฟ LED แทบไม่แตกต่างจากแหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิมที่มีไส้หลอดโลหะ มีการติดตั้งเกลียวซึ่งช่วยให้สามารถใช้กับตลับหมึกทั่วไปและไม่สามารถเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ไฟฟ้าของสถานที่ได้ อย่างไรก็ตาม หลอดไฟ LED มีความแตกต่างกันอย่างมากในโครงสร้างภายในที่ซับซ้อน
ประกอบด้วยฐานสัมผัส เคสที่ทำหน้าที่เป็นหม้อน้ำ แผงจ่ายไฟและแผงควบคุม บอร์ดพร้อมไฟ LED และฝาปิดโปร่งใส เมื่อวางแผนการใช้หลอด LED ในเครือข่าย 220 V ควรจำไว้ว่าจะไม่สามารถทำงานกับกระแสและแรงดันดังกล่าวได้ เพื่อป้องกันความเหนื่อยหน่ายของโคมไฟ จึงมีการติดตั้งแผงจ่ายไฟและแผงควบคุมไว้ในเคส ซึ่งช่วยลดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟแก้ไข
การออกแบบบอร์ดดังกล่าวมีผลกระทบอย่างมากต่ออายุการใช้งานของหลอดไฟ ในบางรุ่นมีการติดตั้งตัวต้านทานไว้ด้านหน้าเท่านั้นและในบางกรณีผู้ผลิตที่ไร้ยางอายจะทำโดยปราศจากมัน เป็นผลให้หลอดไฟให้แสงที่สว่างมาก แต่หมดเร็วมากเนื่องจากขาดอุปกรณ์รักษาเสถียรภาพ ดังนั้นโคมไฟคุณภาพสูงจึงมีความคงตัวเช่นหม้อแปลงบัลลาสต์ วงจรควบคุมทั่วไปส่วนใหญ่ใช้ฟิลเตอร์ปรับให้เรียบ ซึ่งรวมถึงตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน ในรุ่นที่แพงที่สุดไมโครเซอร์กิตใช้ในหน่วยควบคุมและหน่วยจ่ายไฟ
LED แต่ละดวงเปล่งแสงที่ค่อนข้างอ่อน ดังนั้น เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์แสงที่ต้องการ จึงจัดกลุ่มองค์ประกอบตามจำนวนที่ต้องการ เพื่อจุดประสงค์นี้ใช้บอร์ดที่ทำจากวัสดุอิเล็กทริกพร้อมรางนำไฟฟ้าที่ใช้ มีการใช้บอร์ดเดียวกันโดยประมาณในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ
บอร์ด LED ยังเป็นหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์ ด้วยเหตุนี้ องค์ประกอบทั้งหมดจึงเชื่อมต่อเป็นอนุกรมในวงจรร่วม และแรงดันไฟหลักจะกระจายอย่างสม่ำเสมอระหว่างกัน ข้อเสียเปรียบที่สำคัญเพียงอย่างเดียวของวงจรดังกล่าวคือการแตกหักของโซ่ทั้งหมดในกรณีที่ไฟ LED อย่างน้อยหนึ่งดวงดับ
ฝาปิดโปร่งใสช่วยปกป้องหลอดไฟทั้งหมดจากความชื้น ฝุ่นละออง และผลกระทบด้านลบอื่นๆ คุณสมบัติบางอย่างของฝาปิดช่วยให้คุณเพิ่มความเรืองแสงโดยรวมได้ ความจริงก็คือด้านในของมันถูกปกคลุมด้วยชั้นของสารเรืองแสงซึ่งเริ่มเรืองแสงภายใต้การกระทำของพลังงานของควอนตัม ดังนั้นพื้นผิวด้านนอกของฝาปิดจึงดูเป็นด้าน สารเรืองแสงมีสเปกตรัมการแผ่รังสีที่กว้างกว่า สูงกว่าหลอด LED หลายเท่า เป็นผลให้รังสีเปรียบได้กับแสงแดดธรรมชาติ หากไม่มีการเคลือบดังกล่าว ไฟ LED จะระคายเคืองต่อดวงตา ทำให้เกิดอาการเมื่อยล้าและเจ็บปวด
เป็นการดีที่สุดที่จะศึกษาคุณสมบัติอุปกรณ์และหลักการทำงานของหลอดไฟ LED บนไดอะแกรมที่แรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์ ส่วนใหญ่มักจะใช้หลอดไฟดังกล่าวในอุตสาหกรรมและไฟถนน และในสภาพบ้าน แหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิมจะถูกแทนที่ด้วยหลอดไฟ LED ที่ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าต่ำซึ่งส่วนใหญ่มาจาก 12 โวลต์ อย่างไรก็ตาม พลังของหลอดไฟและแสงสว่างไม่เกี่ยวข้องกันโดยตรง ควรคำนึงถึงปัจจัยนี้เมื่อเลือกหลอดไฟ LED
ในหลอด LED ที่ออกแบบมาสำหรับไฟ 220 โวลต์ไม่มีหม้อแปลงไฟฟ้าอยู่ในวงจร ในการนี้ยังมีการประหยัดเพิ่มเติมในการทำงานของหลอดไฟดังกล่าว คุณลักษณะนี้แตกต่างจากหลอดไฟ LED ที่มีกำลังไฟอื่นๆ ดังนั้นการเลือกติดตั้งไม่ได้ขึ้นอยู่กับกำลัง แต่ขึ้นอยู่กับระดับความสว่างที่สร้างขึ้นโดยพวกเขา
ข้อดีของหลอดไฟ LED
ปัจจุบันมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานอุปกรณ์ให้แสงสว่างที่ประหยัดและทนทาน ดังนั้นโคมไฟที่สร้างแสงที่สว่างด้วยการปล่อยความร้อนขั้นต่ำและการใช้พลังงานต่ำจึงมาก่อน มีความไวต่ำต่อกระแสและแรงดันตก สามารถทนต่อการเปิดและปิดจำนวนมาก
คุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้ถูกครอบครองโดยหลอดไฟ LED พวกเขามีหลายพันธุ์ที่แตกต่างกันในการออกแบบและลักษณะทางเทคนิคซึ่งช่วยให้คุณเลือกตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด หลอดไฟทั้งหมดมีความแตกต่างจากการมีหรือไม่มี ระดับความปลอดภัยด้านสิ่งแวดล้อม ความจำเป็นในการใช้วงจรเรียงกระแสและอุปกรณ์เพิ่มเติมอื่นๆ
LED เป็นแหล่งกำเนิดแสงเซมิคอนดักเตอร์แบบสองสาย เมื่อกระแสไฟที่เหมาะสมถูกนำไปใช้กับตัวนำไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะสามารถรวมตัวกับรูอิเล็กตรอนภายในอุปกรณ์ และปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน เอฟเฟกต์นี้เรียกว่าการเรืองแสงด้วยไฟฟ้า และสีของแสงถูกกำหนดโดยช่องว่างแถบพลังงานของเซมิคอนดักเตอร์
LED คืออะไร
ไดโอดเปล่งแสงเป็นอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถเปล่งแสงได้เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ไดโอดเปล่งแสงผ่านกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียวเท่านั้นและก่อให้เกิดรังสีเอกรงค์หรือหลายสีที่ไม่ต่อเนื่องกันจากการแปลงพลังงานไฟฟ้า
เขามี อนุพันธ์หลายอย่าง:
- โอแอลอีดี
- อโมเลด
- ถูกหลอก
เนื่องจากประสิทธิภาพการส่องสว่าง LED ในปัจจุบันคิดเป็น 75% ของตลาดแสงสว่างภายในและยานยนต์ ใช้ในการก่อสร้างทีวีจอแบน ได้แก่ ไฟแบ็คไลท์ของหน้าจอ LCD หรือแหล่งพลังงานไฟฟ้า ใช้เป็นไฟหลักในทีวี OLED
LED ตัวแรกในตลาดผลิตแสงอินฟราเรด สีแดง สีเขียว และสีเหลือง เอาต์พุตของ LED สีน้ำเงินเนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคนิคและการติดตั้ง ทำให้สามารถครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นรังสีที่ขยายจากรังสีอัลตราไวโอเลต (350 นาโนเมตร) ไปจนถึงอินฟราเรด (2,000 นาโนเมตร) ซึ่งตอบสนองความต้องการมากมาย อุปกรณ์จำนวนมากติดตั้ง LED แบบผสม (สามองค์ประกอบในหนึ่งเดียว: สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน) เพื่อแสดงสีต่างๆ
หลอดไฟ LED
หลอดไฟ LED เป็นผลิตภัณฑ์ให้แสงสว่างสำหรับใช้ในบ้าน อุตสาหกรรม และไฟถนน โดยที่แหล่งกำเนิดแสงคือ LED โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือชุดของ LED และวงจรไฟฟ้าสำหรับแปลงพลังงานหลักเป็นกระแสตรงแรงดันต่ำ
หลอดไฟ LED เป็นอุปกรณ์แยกต่างหากและเป็นอิสระ ตัวกล้องมักมีการออกแบบเฉพาะตัวและออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับแหล่งกำเนิดแสงต่างๆ โคมไฟจำนวนมากและขนาดที่เล็กทำให้สามารถวางในที่ต่างๆ ประกอบแผง และใช้เพื่อให้แสงสว่างแก่จอแสดงผลและโทรทัศน์
แสงเอนกประสงค์ต้องใช้แสงสีขาว หลักการทำงานของหลอดไฟ LED ขึ้นอยู่กับการปล่อยแสงในช่วงความยาวคลื่นที่แคบมาก กล่าวคือ มีลักษณะพลังงานสีของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ทำ LED ในการเปล่งแสงสีขาวจากหลอดไฟ LED คุณต้องผสมรังสีจาก LED สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน หรือใช้สารเรืองแสงเพื่อแปลงส่วนต่างๆ ของแสงเป็นสีอื่น
วิธีหนึ่งคือ RGB (แดง เขียว น้ำเงิน) ซึ่งใช้อาร์เรย์ LED หลายชุด โดยแต่ละชุดจะปล่อยความยาวคลื่นต่างกัน ในระยะใกล้เพื่อสร้างสีขาวโดยรวม
ประวัติการสร้างประทีปดวงแรก
การเปล่งแสงครั้งแรกโดยเซมิคอนดักเตอร์เกิดขึ้นในปี 1907 และถูกค้นพบโดย Henry Joseph Round ในปี ค.ศ. 1927 Oleg Vladimirovich Losev ได้ยื่นจดสิทธิบัตรฉบับแรกสำหรับสิ่งที่ภายหลังจะเรียกว่าไดโอดเปล่งแสง
ในปี 1955 Rubin Braunstein ค้นพบการแผ่รังสีอินฟราเรดของแกลเลียมอาร์เซไนด์ ซึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่ Nick Holonyak, Jr. และ S. Bevacka ใช้ในภายหลังเพื่อสร้าง LED สีแดงดวงแรกในปี 1962 ภายในเวลาไม่กี่ปี นักวิจัยจำกัดตัวเองให้อยู่ในสีบางสี เช่น สีแดง (1962) สีเหลือง สีเขียว และสีน้ำเงินในภายหลัง (1972)
ผลงานของนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น
ในปี 1990 การวิจัยโดย Shuji Nakamura และ Takashi Mukai จาก Nichia เกี่ยวกับเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ InGaN ได้ผลิตไฟ LED สีน้ำเงินที่มีความสว่างสูง จากนั้นจึงปรับเป็นสีขาวโดยเติมสารเรืองแสงสีเหลือง ความก้าวหน้านี้ได้เปิดใช้งานแอปพลิเคชั่นใหม่ที่สำคัญ เช่น หน้าจอโทรทัศน์ระบบแสงสว่างและไฟแบ็คไลท์และหน้าจอ LCD เมื่อวันที่ 7 ตุลาคม 2014 Shuji Nakamura, Isamu Akasaki และ Hiroshi Amano ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับผลงานของพวกเขาเกี่ยวกับไฟ LED สีฟ้า
หลักการทำงานของอุปกรณ์
เมื่อไดโอดมีความเอนเอียงไปข้างหน้า อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วผ่านทางแยก พวกมันกำลังรวมตัวกันอย่างต่อเนื่อง ไม่นานหลังจากที่อิเล็กตรอนเริ่มเคลื่อนจากซิลิกอนชนิด n ไปยังซิลิกอนชนิด p ไดโอดจะเชื่อมต่อกับรูและหายไป ดังนั้นจึงทำให้อะตอมที่สมบูรณ์มีความเสถียรมากขึ้นและให้พลังงานเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในรูปของโฟตอนของแสง
หลักการเกิดคลื่นแสง
เพื่อให้เข้าใจว่า LED ทำงานอย่างไร คุณต้องเรียนรู้เกี่ยวกับวัสดุและคุณสมบัติของ LED LED เป็นรูปแบบเฉพาะของทางแยก PN ที่ใช้การเชื่อมต่อแบบคอมโพสิต คอมโพสิตต้องเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่อ วัสดุที่ใช้กันทั่วไป รวมทั้งซิลิกอนและเจอร์เมเนียมเป็นองค์ประกอบที่เรียบง่าย และสารประกอบที่ทำจากวัสดุเหล่านี้ไม่ปล่อยแสง สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ เช่น แกลเลียม อาร์เซไนด์ แกลเลียม ฟอสไฟด์ และอินเดียม ฟอสไฟด์ เป็นสารผสม และสารประกอบจากวัสดุเหล่านี้ปล่อยแสง
เซมิคอนดักเตอร์แบบผสมเหล่านี้ถูกจำแนกตามแถบเวเลนซ์ที่ส่วนประกอบของพวกมันครอบครอง แกลเลียม arsenide มีความจุสามในขณะที่สารหนูมีความจุห้า สิ่งนี้เรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์กลุ่ม III-V มีเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่เหมาะกับหมวดหมู่ที่กำหนด มีเซมิคอนดักเตอร์ที่เกิดจากวัสดุของกลุ่ม III-V
ไดโอดเปล่งแสงจะเปล่งแสงเมื่อลำเอียงไปข้างหน้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับทางแยกเพื่อทำให้เคลื่อนไปข้างหน้า กระแสจะไหล เช่นเดียวกับทางแยก PN ใดๆ รูจากบริเวณ p-type และอิเล็กตรอนจากบริเวณ n-type เข้าสู่ทางแยกและรวมตัวกันใหม่เหมือนไดโอดปกติเพื่อให้กระแสไหล เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น พลังงานจะถูกปล่อยออกมา
พบว่าแสงส่วนใหญ่มาจากบริเวณทรานซิชันใกล้กับบริเวณประเภท P การออกแบบไดโอดทำในลักษณะที่บริเวณนี้ตั้งอยู่ใกล้กับพื้นผิวของอุปกรณ์มากที่สุดเพื่อดูดซับแสงขั้นต่ำโดยการออกแบบ
เพื่อให้ได้แสงที่มองเห็นได้ การเชื่อมต่อต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมและวัสดุต้องถูกต้อง แกลเลียมอาร์เซไนด์บริสุทธิ์จะปล่อยพลังงานในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม เพื่อให้เกิดการเปล่งแสง อะลูมิเนียมจะถูกเติมลงในเซมิคอนดักเตอร์ในสเปกตรัมสีแดงที่มองเห็นได้ ตามด้วยการผลิตแกลเลียม อาร์เซไนด์ อาร์จิไซด์ (AlGaAs) นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มฟอสฟอรัสเพื่อผลิตแสงสีแดง สีอื่นใช้วัสดุต่างกัน ตัวอย่างเช่น แกลเลียมฟอสไฟด์ผลิตแสงสีเขียว และแคลเซียมอะลูมิเนียมฟอสไฟด์ใช้ในการผลิตแสงสีเหลืองและสีส้ม LED ส่วนใหญ่ใช้สารกึ่งตัวนำแกลเลียม
ทฤษฎีควอนตัม
การไหลของกระแสในเซมิคอนดักเตอร์เกิดจากการไหลของอิเล็กตรอนอิสระทั้งสองในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นจะมีการรวมตัวกันอีกครั้งเนื่องจากการไหลของตัวพาประจุเหล่านี้
การรวมตัวกันใหม่แสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนในแถบการนำไฟฟ้าลงมายังแถบเวเลนซ์ เมื่อพวกเขากระโดดจากแถบหนึ่งไปอีกแถบหนึ่ง พวกมันจะปล่อยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในรูปของโฟตอน และพลังงานของโฟตอนก็เท่ากับช่องว่างพลังงานต้องห้าม
แสดงสมการทางคณิตศาสตร์:
H เรียกว่าค่าคงที่ของพลังค์ และความเร็วของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามีค่าเท่ากับความเร็วของแสง การแผ่รังสีความถี่สัมพันธ์กับความเร็วของแสงเป็น f = c / λ λ แสดงเป็นความยาวคลื่นของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า และสมการจะกลายเป็น:
จากสมการนี้ คุณสามารถเข้าใจวิธีการทำงานของ LED โดยพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าความยาวคลื่นของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสัดส่วนผกผันกับช่องว่างต้องห้าม โดยทั่วไป การแผ่รังสีทั้งหมดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในระหว่างการรวมตัวกันใหม่จะมีรูปแบบการแผ่รังสีอินฟราเรด ไม่สามารถมองเห็นความยาวคลื่นอินฟราเรดได้ เนื่องจากอยู่นอกช่วงที่มองเห็นได้
รังสีอินฟราเรดเรียกว่าความร้อนเนื่องจากสารกึ่งตัวนำซิลิกอนและเจอร์เมเนียมไม่ใช่สารกึ่งตัวนำช่องว่างโดยตรง แต่เป็นพันธุ์กลางทางอ้อม แต่ในเซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างโดยตรง ระดับพลังงานสูงสุดของแถบเวเลนซ์และระดับพลังงานต่ำสุดของแถบการนำไฟฟ้าจะไม่เกิดขึ้นพร้อมกันกับอิเล็กตรอน ดังนั้นในระหว่างการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนและรู อิเล็กตรอนจะย้ายจากแถบการนำไปยังแถบวาเลนซ์ และโมเมนตัมของแถบอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนไป
ข้อดีข้อเสีย
เช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่น ๆ LED ยังมีคุณสมบัติข้อดีและข้อเสียหลักหลายประการ
ประโยชน์ที่สำคัญมีลักษณะดังนี้:
จากจุดบกพร่องสามารถสังเกตสิ่งต่อไปนี้:
ในหลอดไส้ แสงได้มาจากไส้หลอดทังสเตนร้อนขาว อันที่จริง - จากความร้อน เช่นเดียวกับถ่านหินร้อนในเตาเผาที่ร้อนโดยการกระทำทางความร้อนของกระแสไฟฟ้าเมื่ออิเล็กตรอนสั่นอย่างรวดเร็วและรวดเร็วและชนกับโหนดของผลึกคริสตัลของโลหะที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าพวกมันจะปล่อยแสงที่มองเห็นได้ซึ่งคิดเป็น แต่น้อยกว่า มากกว่า 15% ของพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ใช้ป้อนหลอดไฟ
ไฟ LED ซึ่งแตกต่างจากหลอดไส้ ไม่เปล่งแสงเลยเนื่องจากความร้อน แต่เนื่องจากลักษณะเฉพาะของการออกแบบซึ่งมีจุดมุ่งหมายพื้นฐานเพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานของกระแสไฟฟ้าจะปล่อยแสงได้อย่างแม่นยำและมีความยาวคลื่นที่แน่นอน ส่งผลให้ประสิทธิภาพของ LED เป็นแหล่งกำเนิดแสงเกิน 50%
กระแสผ่านที่นี่ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงจะมีการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนและรูด้วยการปล่อยโฟตอน (ควอนตัม) ของแสงที่มองเห็นได้ด้วยความถี่ที่แน่นอนและด้วยเหตุนี้ด้วยสีที่แน่นอน
LED ใด ๆ ถูกจัดเรียงตามพื้นฐานดังนี้ อย่างแรก ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น มีจุดเชื่อมต่ออิเล็กตรอน-รูที่นี่ ซึ่งประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p (พาหะกระแสหลักคือรู) และเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n (พาหะกระแสหลักคืออิเล็กตรอน) ที่สัมผัสกัน
เมื่อกระแสไหลผ่านการเปลี่ยนแปลงนี้ในทิศทางไปข้างหน้า จากนั้น ณ จุดสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์สองประเภทที่ตรงกันข้าม จะเกิดการเปลี่ยนแปลงของประจุ (ตัวพาประจุจะกระโดดระหว่างระดับพลังงาน) จากบริเวณที่มีความนำไฟฟ้าประเภทหนึ่งไปยังภูมิภาคที่มี การนำไฟฟ้าอีกประเภทหนึ่ง
ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะรวมกับไอออนของรูที่มีประจุบวก ในขณะนี้ โฟตอนของแสงถือกำเนิดขึ้น ซึ่งความถี่นั้นแปรผันตามความแตกต่างในระดับพลังงานของอะตอม (ความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น) ระหว่างสารทั้งสองข้างของการเปลี่ยนแปลง
โครงสร้าง LED มีหลายรูปแบบ รูปแบบที่ง่ายที่สุดคือตัวเลนส์ห้ามิลลิเมตร ไฟ LED ดังกล่าวมักพบเป็นไฟแสดงสถานะบนเครื่องใช้ในครัวเรือนต่างๆจากด้านบน ตัวเรือน LED จะมีรูปร่างเหมือนเลนส์ มีการติดตั้งแผ่นสะท้อนแสงพาราโบลา (ตัวสะท้อนแสง) ที่ด้านล่างภายในตัวเรือน
บนแผ่นสะท้อนแสงเป็นคริสตัลที่เปล่งแสงที่จุดที่กระแสไหลผ่านจุดแยก p-n จากแคโทด - ถึงแอโนด จากรีเฟลกเตอร์ - ไปทางลวดเส้นเล็ก อิเล็กตรอนเคลื่อนผ่านลูกบาศก์ - คริสตัล
คริสตัลเซมิคอนดักเตอร์นี้เป็นองค์ประกอบหลักของ LED ที่นี่มีขนาด 0.3 x 0.3 x 0.25 มม. คริสตัลเชื่อมต่อกับขั้วบวกด้วยจัมเปอร์ลวดแบบบาง ตัวเรือนโพลีเมอร์เป็นเลนส์โปร่งใสที่โฟกัสแสงไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งพร้อมกัน จึงทำให้ได้มุมที่จำกัดของความแตกต่างของลำแสง
จนถึงปัจจุบัน LED มีจำหน่ายในทุกสีของรุ้ง ตั้งแต่อัลตราไวโอเลตและสีขาว ลงท้ายด้วยสีแดงและอินฟราเรด ที่พบมากที่สุดคือไฟ LED สีแดง สีส้ม สีเหลือง สีเขียว สีฟ้า และสีขาว และสีของแสงที่นี่ไม่ได้ถูกกำหนดโดยสีของเคส!
สีขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของโฟตอนที่ปล่อยออกมาที่ทางแยก p-n ตัวอย่างเช่น สีแดงของ LED สีแดงมีความยาวคลื่นเฉพาะที่ 610 ถึง 760 นาโนเมตร ความยาวคลื่นจะขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ในการผลิต LED โดยเฉพาะ ดังนั้นเพื่อให้ได้สีจากสีแดงเป็นสีเหลืองจึงใช้สิ่งเจือปนของอลูมิเนียมอินเดียมแกลเลียมและฟอสฟอรัส
เพื่อให้ได้สีจากสีเขียวเป็นสีน้ำเงิน - ไนโตรเจน, แกลเลียม, อินเดียม เพื่อให้ได้สีขาว จะมีการเติมสารเรืองแสงพิเศษลงในคริสตัล ซึ่งจะแปลงสีฟ้าเป็นสีขาวโดยใช้
LED เป็นไดโอดชนิดหนึ่งซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่นำกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียว ไดโอดหรือที่เรียกว่าไดโอดเรียงกระแสซึ่งมีคุณสมบัติเฉพาะในการเปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าขึ้นอยู่กับขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เพื่อแก้ไขกระแสสลับ การออกแบบไดโอดเรียงกระแสสามารถสร้างขึ้นได้ทั้งบนพื้นฐานของหลอดอิเล็กทรอนิกส์และบนพื้นฐานของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์
ต่างจากไดโอดเรียงกระแสตรง LED ผลิตขึ้นจากคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์เท่านั้น หลักการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งสองนั้นขึ้นอยู่กับการฉีด (การแพร่กระจาย) ของอิเล็กตรอนและรูในภูมิภาค พี-นการเปลี่ยนแปลงนั่นคือพื้นที่สัมผัสของสารกึ่งตัวนำสองตัวที่มีการนำไฟฟ้าต่างกัน โดยการฉีดหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนส่วนเกินจากภูมิภาค น-พิมพ์ลงพื้นที่ พี-type เช่นเดียวกับการเปลี่ยนรูส่วนเกินจากภูมิภาค พี-พิมพ์ลงพื้นที่ น-ประเภทที่มีข้อบกพร่อง จากการฉีดในทั้งสองภูมิภาคใกล้กับขอบเขตการเปลี่ยนแปลงจะเกิดชั้นอิเล็กตรอนและรูที่ไม่ได้รับการชดเชย ด้านข้าง น-เปลี่ยนชั้นของรูและด้านข้าง พี-ชั้นการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอน ชั้นเหล่านี้สร้างชั้นกั้นที่เรียกว่าสนามไฟฟ้าภายในซึ่งป้องกันการฉีดต่อไป (รูปที่ 1)
รูปที่ 1. การปิดกั้นเลเยอร์ พี-นการเปลี่ยนแปลง
มีความสมดุลบางอย่าง เมื่อแรงดันลบถูกนำไปใช้กับบริเวณคริสตัลที่มีความนำไฟฟ้า น-ชนิดและแรงดันบวกกับพื้นที่ของผลึกที่มีการนำไฟฟ้า พี- ประเภทภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอกที่พุ่งเข้าหาสนามปิดกั้นเส้นทางจะเปิดขึ้นสำหรับผู้ให้บริการหลักผ่าน พี-นการเปลี่ยนแปลง ชั้นกั้นจะบางลงและความต้านทานจะลดลง มีการเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ของอิเล็กตรอนอิสระจาก น-พื้นที่ใน พี-พื้นที่และรูออก พี-พื้นที่ใน น-ภาค. กระแสไฟฟ้าปรากฏในวงจร (รูปที่ 2)
รูปที่ 2 การสลับไปข้างหน้า
หากใช้แรงดันย้อนกลับ ชั้นกั้นจะหนาขึ้นและความต้านทานไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก แทบไม่มีกระแสไฟฟ้าเมื่อใช้แรงดันย้อนกลับ (รูปที่ 3)
รูปที่ 3 การเปิดเครื่องแบบย้อนกลับ
ต้องจำไว้ว่าค่าที่อนุญาตของแรงดันย้อนกลับสำหรับ LED ซึ่งไม่เกิดการพังทลายนั้นต่ำกว่าไดโอดเรียงกระแสมาก บ่อยครั้งที่ค่านี้เท่ากับค่าสูงสุดของแรงดันไปข้างหน้า ดังนั้นรวมทั้ง LED ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับไม่ควรลืมเกี่ยวกับค่าแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้า สำหรับแรงดันไฟฟ้าไซน์ที่มีความถี่ 50 Hz ค่าแอมพลิจูดจะมากกว่าค่าปัจจุบัน 1.41 เท่า การรวมดังกล่าวไม่ค่อยได้ใช้ เนื่องจากจุดประสงค์ของ LED คือการ "ส่องแสง" ไม่ใช่ "ทำให้ตรง" โดยปกติ LED จะเปิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าคงที่
วิดีโอ 1. เซมิคอนดักเตอร์
เมื่ออิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ผ่าน พี-นอิเล็กตรอนทรานสิชันและรูปล่อยโฟตอนเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงจากระดับพลังงานหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง วัสดุเซมิคอนดักเตอร์บางชนิดไม่สามารถเปล่งแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อฉีด ตัวอย่างเช่น ไดโอดที่ทำจากซิลิกอน เจอร์เมเนียม ซิลิกอนคาร์ไบด์แทบไม่ปล่อยแสง และไดโอดที่ทำจากแกลเลียมอาร์เซไนด์หรือซิงค์ซัลไฟด์มีการแผ่รังสีที่ดีที่สุด
แสงที่ปล่อยออกมาไม่สอดคล้องกันและอยู่ในสเปกตรัมที่แคบ ในเรื่องนี้ LED แต่ละดวงมีสเปกตรัมของคลื่นของตัวเอง โดยมีความยาวและความถี่ของตัวเอง ซึ่งอาจมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าหรือมองไม่เห็นก็ได้ ตัวอย่างของการใช้ LED ที่มีสเปกตรัมการแผ่รังสีที่มองไม่เห็น เราสามารถอ้างถึง LED ที่ใช้ในรีโมทคอนโทรลสำหรับอุปกรณ์วิทยุอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ หากต้องการดูการแผ่รังสี ให้ใช้รีโมทคอนโทรลและโทรศัพท์มือถือใดๆ ที่มีกล้องถ่ายวิดีโอ ตั้งค่าโทรศัพท์ให้อยู่ในโหมดวิดีโอ เล็งเลนส์กล้องไปที่ขอบด้านหน้าของรีโมท แล้วกดปุ่มใดก็ได้บนรีโมท ในเวลาเดียวกัน คุณจะสังเกตเห็นการเรืองแสงของ LED บนหน้าจอโทรศัพท์
สเปกตรัมการแผ่รังสีขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ รังสีแต่ละสเปกตรัมมีสีของตัวเอง ดังนั้น LED ที่เปล่งแสงในสเปกตรัมที่ตามนุษย์มองเห็นจึงถูกมองว่าเป็นหลายสี แดง เขียว น้ำเงิน
การเรืองแสงของโซลิดสเตตไดโอดถูกค้นพบครั้งแรกโดย Henry Round ผู้ทดลองชาวอังกฤษ ในปี ค.ศ. 1907 ขณะทำการวิจัย เขาบังเอิญสังเกตเห็นว่ามีการเรืองแสงขึ้นบริเวณจุดสัมผัสของเครื่องตรวจจับไดโอดที่ใช้งานได้ อย่างไรก็ตาม เขาไม่ได้สรุปเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์นี้ในทางปฏิบัติ
ไม่กี่ปีต่อมา ในปี 1922 โอเล็ก วลาดิมีโรวิช โลเซฟ ระหว่างดูวิทยุตอนกลางคืน เช่นเดียวกับเฮนรี ราวด์ บังเอิญเริ่มสังเกตเห็นการเรืองแสงของเครื่องตรวจจับคริสตัล เพื่อให้ได้คริสตัลเรืองแสงที่มั่นคง เขาใช้แรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่กัลวานิกไปยังจุดสัมผัสของเครื่องตรวจจับไดโอด และจากนั้นจึงส่งกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไป นี่เป็นความพยายามครั้งแรกในการค้นหาแอปพลิเคชันที่ใช้งานได้จริงสำหรับการทำงานของ LED
ในปีพ.ศ. 2494 งานวิจัยได้เริ่มขึ้นในสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับการพัฒนา "หลอดไฟเซมิคอนดักเตอร์" ซึ่งการดำเนินการดังกล่าวมีพื้นฐานมาจาก "เอฟเฟกต์ Losev" ในปี 1961 เทคโนโลยี LED อินฟราเรดถูกค้นพบและจดสิทธิบัตรโดย Robert Bayard และ Gary Pittman อีกหนึ่งปีต่อมา ในปี 1962 Nick Holonyak ซึ่งทำงานให้กับบริษัท General Electric ได้ผลิต LED สีแดงดวงแรกของโลกที่ทำงานในช่วงแสง และต่อมาก็พบว่ามีการใช้งานจริงเป็นครั้งแรก มันมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานต่ำ ใช้กระแสไฟที่ค่อนข้างใหญ่ แต่ในขณะเดียวกันก็มีแสงสลัว อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีกลายเป็นสิ่งที่มีแนวโน้มและได้รับการพัฒนาต่อไป
ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาเทคโนโลยี LED คือการประดิษฐ์ LED สีเหลือง George Craford อดีตนักเรียนของ Nick Holonyak ในปี 1972 ร่วมกับการประดิษฐ์ LED สีเหลือง เพิ่มความสว่างของ LED สีแดงและสีส้มแดงถึง 10 เท่า เกือบพร้อมกันกับสิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ในช่วงต้นทศวรรษ 70 ได้รับไฟ LED สีเขียว พวกเขาพบการประยุกต์ใช้ในเครื่องคิดเลข นาฬิกา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไฟแสดงสถานะ และสัญญาณไฟจราจร ฟลักซ์การส่องสว่างที่เพิ่มขึ้นอย่างมากถึง 1 ลูเมน (lm) ไฟ LED สีแดง สีเหลือง และสีเขียวสามารถทำได้ภายในปี 1990 เท่านั้น
ในปี 1993 Shuji Nakamura วิศวกรชาวญี่ปุ่นของ Nichia สามารถผลิต LED ความสว่างสูงเครื่องแรกที่ปล่อยสีน้ำเงินได้ สิ่งประดิษฐ์นี้เป็นการปฏิวัติการพัฒนาเทคโนโลยี LED เนื่องจากได้รับ LED ในสามสีหลัก ได้แก่ สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน จากช่วงเวลานั้นเป็นต้นมา เป็นไปได้ที่จะได้รับแสงสีใดๆ รวมทั้งสีขาว
ในปี 1996 ไฟ LED สีขาวดวงแรกปรากฏขึ้น ประกอบด้วยไฟ LED สองดวง - สีฟ้าและรังสีอัลตราไวโอเลตพร้อมเคลือบสารเรืองแสง
ภายในปี 2554 มีการสร้างการออกแบบ LED สีขาวซึ่งให้แสงสว่างสูงถึง 210 Lm / W นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรประสบความสำเร็จได้อย่างไร? ในการดำเนินการนี้ ให้พิจารณาวิธีการรับไฟ LED สีขาวที่เป็นที่รู้จักในปัจจุบัน
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าสีและเฉดสีทั้งหมดประกอบด้วยสีหลักสามสี ได้แก่ แดง เขียว น้ำเงิน แสงสีขาวก็ไม่มีข้อยกเว้น มีสี่ตัวเลือกในการรับรังสีด้วยไฟ LED สีขาว (รูปที่ 4)
รูปที่ 4 การรับ LED ที่เปล่งแสงสีขาว
ตัวเลือกแรกคือการใช้ LED สามดวงแยกกันในการออกแบบ LED พี-นทรานซิชันที่เปล่งแสงสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน ด้วยตัวเลือกนี้ สำหรับแต่ละ พี-นการเปลี่ยนแปลงต้องใช้แหล่งจ่ายไฟของตัวเอง โดยการปรับแรงดันไฟแต่ละตัว พี-นการเปลี่ยนแปลงบรรลุการสร้างแสงสีขาวด้วยเฉดสีของตัวเอง (อุณหภูมิสี)
ตัวเลือกที่สอง - ด้วยตัวเลือกนี้ LED หนึ่งดวงถูกใช้ในการออกแบบ พี-นการเปลี่ยนแสงสีน้ำเงินที่เคลือบด้วยสารเรืองแสงสีเหลืองหรือสีเหลืองสีเขียว ตัวเลือกนี้ใช้บ่อยที่สุด เนื่องจากต้องใช้แหล่งพลังงานเดียวสำหรับการทำงานของ LED อย่างไรก็ตาม ลักษณะสีของ LED นี้ด้อยกว่าลักษณะของ LED ที่ได้จากวิธีอื่น
ตัวเลือกที่สาม - ตัวเลือกหนึ่งก็ใช้ที่นี่เช่นกัน พี-นการเปลี่ยนแปลงของแสงสีน้ำเงิน แต่ปกคลุมด้วยชั้นของสารเรืองแสงสองสี - สีแดงและสีเขียว การออกแบบ LED ที่ผลิตโดยวิธีนี้ช่วยให้ได้ลักษณะสีที่ดีขึ้น
ตัวเลือกที่สี่ - การออกแบบ LED ในตัวเลือกนี้ใช้ LED อัลตราไวโอเลตที่เคลือบด้วยสารเรืองแสงสามชั้นสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน การออกแบบของไฟ LED ดังกล่าวไม่ประหยัดที่สุด เนื่องจากการแปลงรังสีอัลตราไวโอเลตคลื่นสั้นเป็นรังสีที่มองเห็นเป็นคลื่นยาวในสารเรืองแสงทั้งสามชั้นจะมาพร้อมกับการสูญเสียพลังงาน
จนถึงตอนนี้ ค่าเอาต์พุตแสงของ LED สีขาวสว่างเป็นพิเศษที่ 210 lm/W ทำได้เฉพาะในสภาพห้องปฏิบัติการเท่านั้น เอาต์พุตแสงสูงสุดของ LED สว่างสำหรับการใช้งานทั่วไปไม่เกิน 120 Lm/W ไฟ LED ดังกล่าวมีราคาแพงมากและไม่ค่อยได้ใช้ LED จำนวนมากมีกำลังแสง 60 - 95 Lm / W
เอาต์พุตแสงของ LED เช่นเดียวกับแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ ที่ทำงานภายใต้อิทธิพลของพลังงานไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ยิ่งกระแสไฟยิ่งสว่าง แต่เช่นเดียวกับแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ พลังงานส่วนใหญ่ในนั้นจะกลายเป็นความร้อน ความร้อนของไฟ LED นั้นมาพร้อมกับแสงสว่างที่ลดลง ในเรื่องนี้ ผู้ผลิตถูกบังคับให้ใช้กล่องโลหะขนาดใหญ่เพื่อทำให้คริสตัลเย็นลงและกระจายความร้อนที่สร้างขึ้นสู่สิ่งแวดล้อม มาตรการดังกล่าวช่วยให้เพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานได้เล็กน้อย
หากเปรียบเทียบประสิทธิภาพการใช้พลังงานของแหล่งกำเนิดแสงต่างๆ พบว่า LED ที่มีประสิทธิภาพ 40 - 45% นั้นประหยัดที่สุด เช่น หลอดไส้มีประสิทธิภาพเท่ากับ 2 - 5%, - 15 - 25%, - 24 - 30%
โหมดการทำงานของ LED เมื่อคริสตัลมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้อง ย่อมมีผลดีต่ออายุการใช้งานอย่างไม่ต้องสงสัย ในโหมดการทำงานดังกล่าว LED สามารถทำงานได้ถึง 50,000 ชั่วโมงโดยไม่สูญเสียแสงสว่าง หากเป้าหมายคือการเพิ่มแสงสว่างโดยการเพิ่มกระแสไฟ สิ่งนี้จะส่งผลเสียต่ออายุการใช้งานของมันเอง ประการแรก เมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน แสงสว่างจะลดลงอย่างมาก การล่มสลายเกิดขึ้นอย่างราบรื่นและถึง 70% ของค่าเริ่มต้น ประการที่สอง ความน่าจะเป็นของความล้มเหลวทั้งหมดเพิ่มขึ้น
ข้อเท็จจริงนี้ชี้ให้เห็นว่าเมื่อเลือกอุปกรณ์ติดตั้งและโคมไฟเมื่อพัฒนาโครงการแสงสว่าง จำเป็นต้องประเมินแต่ละครั้งว่าสิ่งใดให้ผลกำไรมากกว่าจากมุมมองทางเศรษฐกิจ
นับตั้งแต่การค้นพบ LED สีแดง (1962) การพัฒนาแหล่งกำเนิดแสงโซลิดสเตตไม่ได้หยุดลงชั่วขณะ แต่ละทศวรรษประสบความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์และเปิดโลกทัศน์ใหม่สำหรับนักวิทยาศาสตร์ ในปี 1993 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นประสบความสำเร็จในการรับแสงสีน้ำเงินและแสงสีขาว การพัฒนาของ LED ได้ก้าวไปสู่ระดับใหม่ นักฟิสิกส์ทั่วโลกต้องเผชิญกับภารกิจใหม่ สิ่งสำคัญคือการใช้ไฟ LED เป็นงานหลัก
ในสมัยของเรา ข้อสรุปแรกสามารถสรุปได้ ซึ่งบ่งบอกถึงความสำเร็จของการพัฒนาไฟ LED และการปรับปรุง LED ให้ทันสมัยอย่างต่อเนื่อง โคมไฟพร้อมไฟ LED ที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยีเส้นใย COB, COG, SMD ปรากฏบนชั้นวางสินค้า
แต่ละประเภทที่ระบุไว้มีการจัดเรียงอย่างไร และกระบวนการทางกายภาพใดที่บังคับให้คริสตัลเซมิคอนดักเตอร์เรืองแสง
LED คืออะไร?
ก่อนวิเคราะห์อุปกรณ์และหลักการทำงาน เราจะพิจารณาคร่าวๆ ก่อนว่า LED คืออะไร
LED เป็นส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่มีจุดต่ออิเล็กตรอน-รูที่สร้างการแผ่รังสีเชิงแสงเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านในทิศทางไปข้างหน้า
ต่างจากแหล่งกำเนิดแสงจากหลอดไส้และหลอดฟลูออเรสเซนต์ แสงที่ปล่อยออกมาจาก LED จะอยู่ในช่วงสเปกตรัมขนาดเล็ก นั่นคือคริสตัลไดโอดเปล่งแสงปล่อยสีเฉพาะ (ในกรณีของ LED สเปกตรัมที่มองเห็นได้) เพื่อให้ได้สเปกตรัมการแผ่รังสีบางอย่างใน LED จะใช้องค์ประกอบทางเคมีพิเศษของเซมิคอนดักเตอร์และสารเรืองแสง
อุปกรณ์ การออกแบบ และเทคโนโลยีที่แตกต่าง
มีสัญญาณหลายอย่างที่ LED สามารถจำแนกออกเป็นกลุ่มได้ หนึ่งในนั้นคือความแตกต่างทางเทคโนโลยีและความแตกต่างเล็กน้อยในอุปกรณ์ซึ่งเกิดจากลักษณะเฉพาะของพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าและขอบเขตในอนาคตของ LED
จุ่ม
บรรจุภัณฑ์อีพอกซีเรซินทรงกระบอกที่มีสองลีดเป็นโครงสร้างแรกสำหรับคริสตัลที่เปล่งแสง ทรงกระบอกสีกลมหรือโปร่งใสทำหน้าที่เป็นเลนส์สร้างลำแสงพุ่งตรง หมุดถูกเสียบเข้าไปในรูในแผงวงจรพิมพ์ (DIP) และบัดกรีเพื่อให้มีการสัมผัสทางไฟฟ้า
คริสตัลเปล่งแสงตั้งอยู่บนแคโทดซึ่งมีรูปทรงธง และเชื่อมต่อกับแอโนดด้วยลวดที่บางที่สุด มีรุ่นที่มีคริสตัลสีต่างกันสองและสามสีในแพ็คเกจเดียวโดยมีจำนวนพินตั้งแต่สองถึงสี่อัน นอกจากนี้ยังสามารถฝังไมโครชิปไว้ภายในเคส ซึ่งควบคุมลำดับการเรืองแสงของคริสตัลหรือตั้งค่าความบริสุทธิ์ของการกะพริบ 
ไฟ LED ในแพ็คเกจ DIP เป็นไฟต่ำ ใช้ในไฟแบ็คไลท์ ระบบบ่งชี้ และมาลัย
ในความพยายามที่จะเพิ่มฟลักซ์การส่องสว่าง อะนาล็อกที่มีอุปกรณ์ที่ปรับปรุงแล้วจึงปรากฏในแพ็คเกจ DIP ที่มีสี่พิน เรียกว่า "ปิรันย่า" อย่างไรก็ตาม ปริมาณแสงที่เพิ่มขึ้นถูกปรับระดับตามขนาดของ LED และความร้อนสูงของคริสตัล ซึ่งจำกัดขอบเขตของ "ปิรันย่า" และด้วยการถือกำเนิดของเทคโนโลยี SMD การผลิตของพวกเขาก็หยุดลง
smd
อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบติดตั้งบนพื้นผิวมีความแตกต่างจากรุ่นก่อนโดยพื้นฐาน รูปลักษณ์ของพวกเขาขยายความเป็นไปได้ในการออกแบบระบบไฟส่องสว่าง ทำให้สามารถลดขนาดของหลอดไฟและทำให้การติดตั้งเป็นแบบอัตโนมัติได้อย่างเต็มที่ ปัจจุบัน LED SMD เป็นส่วนประกอบที่มีความต้องการใช้มากที่สุดในการสร้างแหล่งกำเนิดแสงในทุกรูปแบบ
ฐานของตัวเรือนซึ่งติดคริสตัลไว้เป็นตัวนำความร้อนที่ดี ซึ่งช่วยขจัดความร้อนออกจากคริสตัลที่เปล่งแสงได้อย่างมีนัยสำคัญ ในอุปกรณ์ของไฟ LED สีขาว มีชั้นสารเรืองแสงระหว่างเซมิคอนดักเตอร์และเลนส์เพื่อตั้งอุณหภูมิสีที่ต้องการและขจัดรังสีอัลตราไวโอเลตให้เป็นกลาง ในส่วนประกอบ SMD ที่มีมุมการปล่อยก๊าซที่กว้าง ไม่มีเลนส์ และตัว LED เองนั้นมีรูปร่างเหมือนเลนส์คู่ขนาน
ซัง
Chip-On-Board เป็นหนึ่งในความสำเร็จในทางปฏิบัติล่าสุด ซึ่งจะเป็นผู้นำในการผลิตไฟ LED สีขาวในแสงประดิษฐ์ในอนาคตอันใกล้ คุณสมบัติที่โดดเด่นของอุปกรณ์ LED มีดังนี้: คริสตัลหลายสิบตัวที่ไม่มีเคสและพื้นผิวถูกยึดติดกับฐานอลูมิเนียม (พื้นผิว) ผ่านกาวอิเล็กทริก จากนั้นเมทริกซ์ที่ได้จะถูกปกคลุมด้วยชั้นสารเรืองแสงทั่วไป ผลที่ได้คือแหล่งกำเนิดแสงที่มีการกระจายของฟลักซ์แสงที่สม่ำเสมอ ขจัดลักษณะของเงา
ความแตกต่างของ COB คือ Chip-On-Glass (COG) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการวางคริสตัลขนาดเล็กจำนวนมากบนพื้นผิวแก้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าแท่งแก้วที่มีไฟ LED เคลือบด้วยสารเรืองแสงทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบการแผ่รังสี
หลักการทำงานของ LED
แม้จะมีคุณสมบัติทางเทคโนโลยีที่พิจารณาแล้ว แต่การทำงานของ LED ทั้งหมดนั้นขึ้นอยู่กับหลักการทั่วไปขององค์ประกอบการแผ่รังสี การแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นฟลักซ์แสงเกิดขึ้นในผลึก ซึ่งประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำที่มีความนำไฟฟ้าประเภทต่างๆ วัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้า n ได้มาจากการเติมด้วยอิเล็กตรอนและวัสดุที่มีการนำ p - มีรู ดังนั้นตัวพาประจุเพิ่มเติมในทิศทางตรงกันข้ามจึงถูกสร้างขึ้นในชั้นที่อยู่ติดกัน 
ในขณะที่ใช้แรงดันไปข้างหน้า การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและรูไปยังจุดแยก p-n จะเริ่มต้นขึ้น อนุภาคที่มีประจุจะเอาชนะสิ่งกีดขวางและเริ่มรวมตัวกันใหม่ ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าไหล กระบวนการรวมตัวกันของรูและอิเล็กตรอนในโซน p-n-junction นั้นมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานในรูปของโฟตอน
โดยทั่วไป ปรากฏการณ์ทางกายภาพนี้ใช้ได้กับไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด แต่ในกรณีส่วนใหญ่ ความยาวคลื่นของโฟตอนอยู่นอกสเปกตรัมของรังสีที่มองเห็นได้ เพื่อให้อนุภาคมูลฐานเคลื่อนที่ในช่วง 400-700 นาโนเมตร นักวิทยาศาสตร์ต้องทำการทดลองหลายครั้งด้วยการเลือกองค์ประกอบทางเคมีที่เหมาะสม เป็นผลให้สารประกอบใหม่ปรากฏขึ้น: แกลเลียม arsenide, แกลเลียมฟอสไฟด์และรูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งแต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะด้วยความยาวคลื่นของตัวเองและด้วยเหตุนี้สีของรังสี
นอกจากแสงที่มีประโยชน์ที่ปล่อยออกมาจาก LED แล้ว ความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกปล่อยออกมาที่จุดเชื่อมต่อ p-n ซึ่งลดประสิทธิภาพของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ดังนั้นในการออกแบบ LED กำลังสูงควรพิจารณาถึงความเป็นไปได้ของการนำความร้อนออกอย่างมีประสิทธิภาพ
อ่านยัง
กำลังโหลด...
