Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του LED
Στους λαμπτήρες πυρακτώσεως, το φως προέρχεται από ένα νήμα βολφραμίου από καυτό έως λευκό, ουσιαστικά από θερμότητα. Σαν λαμπερά κάρβουνα σε φούρνο, που θερμαίνονται από τη θερμαντική επίδραση ενός ηλεκτρικού ρεύματος, όταν τα ηλεκτρόνια ταλαντώνονται γρήγορα και συγκρούονται με τους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος ενός αγώγιμου μετάλλου, εκπέμποντας ταυτόχρονα ορατό φως, το οποίο, ωστόσο, αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 15% της συνολικής καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας που τροφοδοτεί τη λάμπα...
Τα LED, σε αντίθεση με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως, εκπέμπουν φως όχι καθόλου λόγω θερμότητας, αλλά λόγω της ιδιαιτερότητας του σχεδιασμού τους, που στοχεύει κυρίως στο να διασφαλίσει ότι η τρέχουσα ενέργεια πηγαίνει ακριβώς στην εκπομπή φωτός, σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση του LED ως πηγής φωτός ξεπερνά το 50%.
Το ρεύμα ρέει εδώ κατά μήκος της διασταύρωσης p-n, ενώ στη μετάβαση υπάρχει ανασυνδυασμός ηλεκτρονίων και οπών με εκπομπή φωτονίων (κβάντα) ορατού φωτός ορισμένης συχνότητας και άρα συγκεκριμένου χρώματος.
Κάθε LED είναι βασικά διατεταγμένο ως εξής.Πρώτον, όπως σημειώθηκε παραπάνω, υπάρχει μια διασταύρωση ηλεκτρονίου-οπής, η οποία αποτελείται από ημιαγωγούς τύπου p (η πλειονότητα των φορέων ρεύματος είναι οπές) και ημιαγωγούς τύπου n που βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους (περισσότερο η πλειοψηφία των φορέων ρεύματος είναι ηλεκτρόνια).
Όταν το ρεύμα μεταδίδεται προς τα εμπρός μέσω αυτής της διασταύρωσης, τότε στο σημείο επαφής ημιαγωγών δύο αντίθετων τύπων, συμβαίνει μια μετάβαση φορτίου (φορείς φορτίου πηδούν μεταξύ των επιπέδων ενέργειας) από μια περιοχή ενός τύπου αγωγιμότητας σε μια περιοχή ενός διαφορετικού τύπου αγωγιμότητα.
Στην περίπτωση αυτή, τα ηλεκτρόνια με το αρνητικό τους φορτίο συνδυάζονται με ιόντα θετικά φορτισμένων οπών. Αυτή τη στιγμή γεννιούνται φωτόνια φωτός, η συχνότητα των οποίων είναι ανάλογη με τη διαφορά στα ενεργειακά επίπεδα των ατόμων (το ύψος του φραγμού δυναμικού) μεταξύ των ουσιών και στις δύο πλευρές της μετάβασης.
Δομικά, τα LED διατίθενται σε διάφορες μορφές. Η απλούστερη μορφή είναι ένα σώμα πέντε χιλιοστών - ένας φακός. Τέτοιες λυχνίες LED μπορούν συχνά να βρεθούν ως ενδεικτικές λυχνίες LED σε διάφορες οικιακές συσκευές. Στο επάνω μέρος, το περίβλημα LED έχει σχήμα φακού. Ένας παραβολικός ανακλαστήρας (ανακλαστήρας) είναι εγκατεστημένος στο κάτω μέρος του περιβλήματος.
Στον ανακλαστήρα υπάρχει ένας κρύσταλλος που εκπέμπει φως στο σημείο όπου το ρεύμα διέρχεται από τη διασταύρωση pn. Από την κάθοδο — στην άνοδο, από τον ανακλαστήρα — προς την κατεύθυνση του λεπτού σύρματος, τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσα από τον κύβο — τον κρύσταλλο.
Αυτός ο ημιαγωγός κρύσταλλος είναι το κύριο στοιχείο του LED. Εδώ έχει μέγεθος 0,3 επί 0,3 επί 0,25 χιλιοστά. Ο κρύσταλλος συνδέεται με την άνοδο με μια λεπτή συρμάτινη γέφυρα.Το πολυμερές σώμα είναι ταυτόχρονα ένας διαφανής φακός που εστιάζει το φως σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, λαμβάνοντας έτσι μια περιορισμένη γωνία απόκλισης της δέσμης φωτός.
Σήμερα, τα LED κυκλοφορούν σε όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου, από υπεριώδες και λευκό έως κόκκινο και υπέρυθρο. Τα πιο συνηθισμένα είναι τα χρώματα LED κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε και λευκό. Και το χρώμα του γκλίτερ εδώ δεν καθορίζεται από το χρώμα της θήκης!
Το χρώμα εξαρτάται από το μήκος κύματος των φωτονίων που εκπέμπονται από τη διασταύρωση pn. Για παράδειγμα, το κόκκινο χρώμα ενός κόκκινου LED έχει χαρακτηριστικό μήκος κύματος από 610 έως 760 nm. Το μήκος κύματος, με τη σειρά του, εξαρτάται από το υλικό που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή ενός συγκεκριμένου εξαρτήματος ημιαγωγός Για αυτό το LED, λοιπόν, για να πάρει ένα χρώμα από κόκκινο σε κίτρινο, χρησιμοποιούνται ακαθαρσίες από αλουμίνιο, ίνδιο, γάλλιο και φώσφορο.
Για να αποκτήσετε χρώματα από πράσινο έως μπλε - άζωτο, γάλλιο, ίνδιο. Για να αποκτήσετε ένα λευκό χρώμα, ένας ειδικός φώσφορος προστίθεται στον κρύσταλλο, ο οποίος μετατρέπει το μπλε χρώμα σε λευκό με τη βοήθεια φαινόμενα φωτοφωταύγειας.
Δείτε επίσης: Γιατί πρέπει το LED να συνδεθεί μέσω αντίστασης