Mga may kulay na LED: paano mo makukuha ang iba't ibang kulay?

Los Kulay LEDs Sinamahan nila kami nitong mga nakaraang taon. Sa tuwing lilitaw ang mga bagong kulay ng LED, dahil hindi ito naging madali sa lahat ng kaso. Halimbawa, bilang isang kuryusidad, dapat mong malaman na ang mga puting ilaw na LED at asul na ilaw na mga LED ay kabilang sa mga huling dumating sa merkado.

Sa kasalukuyan, naging sila isang uri ng diode mahalaga para sa maraming larangan. Samakatuwid, sa artikulong ito matututunan mo Ang kailangan mo lang malaman Sa mga ito pangunahing elektronikong bahagi, at tungkol sa kung bakit sila naglalabas ng liwanag, kung bakit ang mga kulay na iyon, at marami pang iba...

Mga Pinagmumulan ng Semiconductor Light Emitting

Tulad ng dapat mong malaman, ang dalawang pinagmumulan ng liwanag na paglabas na maaaring magmula sa mga aparatong semiconductor ay Laser diodes at LED diodes. Habang ang LED ay nakabatay sa spontaneous emission, ang mga Laser ay nakabatay sa stimulated emission. Iyon ang pagkakaiba ng dalawa.

Los light emitting diode (Light Emitting Diode) sila ang pinakakaraniwang pinagmumulan ng ilaw sa mga elektronikong kagamitan. Ginagamit ang mga ito upang ipakita ang oras sa mga digital na relo, upang hudyat ang operasyon o pagkarga ng baterya, atbp. Ang mga application ay marami, at ngayon ay tumalon na rin sila sa pag-iilaw gamit ang mga bagong LED na bombilya upang maipaliwanag ang lahat ng uri ng mga silid at maging para sa mga sasakyan.

Ang mga LED device na ito ay kabilang sa pangkat ng opto-semiconductors, na may kakayahang mag-convert ng electric current sa liwanag. Ang kagamitan sa pag-iilaw na ito ay may malaking bentahe ng pagiging matibay, dahil hindi ito nasusunog tulad ng mga bombilya, at ito ay mas mahusay din, kaya ang pagkonsumo ay mas mababa kaysa sa mga karaniwang bombilya. Bilang karagdagan, ang kanilang gastos sa pagmamanupaktura ay napakababa, kung kaya't sila ay naging napakapopular.

Tulad ng anumang iba pang aparatong semiconductor, ang LED ay may mga pangunahing pangunahing elemento, tulad ng P zone na may mga butas (+) at N zone na may mga electron (-), iyon ay, ang karaniwang mga carrier ng singil ng anumang semiconductor. At ito ay gumagawa ng:

• Kapag ang P side ay konektado sa isang power supply at ang N side sa ground, ang koneksyon ay forward biased, na nagpapahintulot sa kasalukuyang dumaloy sa diode at nagpapalabas ng liwanag na nakikita nating lahat.
• Kung ang P side ay konektado sa lupa at ang N side ay konektado sa power supply, ang koneksyon ay sinasabing reverse biased, na pumipigil sa daloy ng kasalukuyang. Alam mo na na pinipigilan ng mga diode ang pagpasa ng kasalukuyang sa isang direksyon.
• Kapag forward bias, ang P-side at N-side majority at minority charge carrier ay nagsasama-sama sa isa't isa, na nagne-neutralize sa mga charge carrier sa depletion layer ng PN junction. At, sa turn, ang paglipat na ito ng mga electron at butas ay naglalabas ng isang tiyak na halaga ng mga photon, iyon ay, bahagi ng enerhiya ay ibinubuga sa anyo ng liwanag, na may pare-pareho (monochromatic) wavelength. Ito ang magiging katangian ng kulay ng LED, dahil depende sa wavelength na inilalabas nito ay maaaring IR, blue, yellow, green, yellow, amber, white, red, UV, etc.
• Ang emitted wavelength ng electromagnetic spectrum, at samakatuwid ang kulay, ay tinutukoy ng mga semiconductor na materyales na bumubuo sa PN junction ng diode. Samakatuwid, ang mga semiconductor compound ay maaaring iba-iba o laruin upang lumikha ng mga bagong kulay sa loob ng spectrum o nakikitang hanay.

Dapat sabihin na ang mga kulay na pula, asul at berde (RGB o Red Green Blue) ay madaling pagsamahin upang magawa gumawa ng puting liwanag. Sa kabilang banda, dapat sabihin na ang gumaganang boltahe ng mga LED ay nag-iiba din depende sa kulay. Halimbawa, ang mga kulay na pula, berde, amber, at dilaw ay nangangailangan ng humigit-kumulang 1.8 volts upang gumana. At ito ay ang gumaganang boltahe na hanay ng light emitting diode ay maaaring matukoy ayon sa breakdown boltahe ng materyal na semiconductor na ginamit para sa paggawa ng LED.

Mga uri ng LED

Ang mga LED ay maaaring maiuri sa maraming paraan, ang isa sa mga pangunahing ay gawin ito ayon sa haba ng daluyong na kanilang ibinubuga, umaalis dalawang kategorya:

•  nakikitang mga LED: ay yaong naglalabas ng mga wavelength sa loob ng nakikitang spectrum, iyon ay, sa pagitan ng 400nm at 750nm. Ang saklaw na ito ay kung ano ang nakikita ng mata ng tao, tulad ng sa field ng tunog maririnig lamang natin sa pagitan ng 20 Hz at 20 Khz. Mas mababa sa 20 Hz ay ​​infrasound na hindi natin marinig, at higit sa 20 Khz ay ultrasound na hindi rin natin makuha. May katulad na nangyayari sa kaso ng liwanag, pagkakaroon ng infrared o IR kapag bumaba ito sa 400 nm at ultraviolet light kapag lumampas ito sa 750 nm. Parehong hindi nakikita ng mata ng tao.
•  hindi nakikitang mga LED: ay ang mga wavelength na hindi natin nakikita, tulad ng kaso sa isang IR diode o isang UV diode.

Ang mga nakikitang LED ay pangunahing ginagamit para sa pag-iilaw o pagsenyas. Ang mga hindi nakikitang LED ay ginagamit sa mga aplikasyon kabilang ang mga optical switch, optical na komunikasyon at pagsusuri, atbp., sa paggamit ng mga sensor ng larawan.

Kahusayan

Tulad ng alam mo, ang LED lighting ay marami mas mabisa kaysa sa maginoo, kaya ito ay kumokonsumo ng mas kaunting enerhiya. Ito ay dahil sa likas na katangian ng mga LED. At sa sumusunod na talahanayan maaari mong makita ang kaugnayan sa pagitan ng maliwanag na pagkilos ng bagay at ang electrical input power na ibinibigay sa LED. Iyon ay, maaari itong ipahayag sa lumens per watt (lm/W):

Konstruksyon ng LED

Pinagmulan: ResearchGate

La ang istraktura at pagtatayo ng mga light emitting diode ay ibang-iba sa mga normal na diode, tulad ng zener, atbp. Magpapalabas ng liwanag mula sa LED kapag ang PN junction nito ay forward biased. Ang PN junction ay sakop ng isang solidong epoxy resin at transparent na plastic na hemispherical dome na nagpoprotekta sa interior ng LED mula sa atmospheric disturbances, vibrations at thermal shocks.

Ang PN junction ay nabuo gamit ang ang mga materyales lower bandgap compounds tulad ng gallium arsenide, gallium arsenide phosphide, gallium phosphide, indium gallium nitride, gallium aluminum nitride, silicon carbide, atbp. Halimbawa, ang mga pulang LED ay itinayo sa substrate ng gallium arsenide, berde, dilaw at orange sa gallium phosphide, atbp. Sa pula, ang N-type na layer ay doped na may tellurium (Te) at ang P layer ay doped na may zinc (Zn). Sa kabilang banda, ang mga contact layer ay nabuo gamit ang aluminum sa P side at tin-aluminum sa N side.

Gayundin, dapat mong malaman na ang mga junction na ito ay hindi naglalabas ng maraming liwanag, kaya ang epoxy resin dome ito ay itinayo sa paraang ang mga photon ng liwanag na ibinubuga ng PN junction ay pinakamahusay na naipapakita at nakatutok sa pamamagitan nito. Iyon ay, hindi lamang ito gumaganap bilang isang tagapagtanggol, kundi pati na rin bilang isang light concentrating lens. Ito ang dahilan kung bakit lumilitaw na mas maliwanag ang ibinubuga na ilaw sa tuktok ng LED.

Ang mga LED ay idinisenyo upang matiyak na ang karamihan sa recombination ng mga charge carrier ay nagaganap sa ibabaw ng PN junction para sa malinaw na mga kadahilanan, at iyon ay nakakamit sa ganitong paraan:

• Sa pamamagitan ng pagtaas ng doping concentration ng substrate, ang mga karagdagang minority charge carrier electron ay lumipat sa tuktok ng istraktura, muling pinagsama, at naglalabas ng liwanag sa ibabaw ng LED.
• Sa pamamagitan ng pagtaas ng haba ng diffusion ng mga carrier ng singil, iyon ay, L = √ Dτ, kung saan ang D ay ang diffusion coefficient at ang τ ay ang tagal ng buhay ng charge carrier. Kapag ito ay tumaas nang lampas sa kritikal na halaga, magkakaroon ng posibilidad ng reabsorption ng mga inilabas na photon sa device.

Kaya, kapag ang LED diode ay konektado sa forward bias, mga carrier ng kargamento nakakakuha sila ng sapat na enerhiya upang malampasan ang umiiral na potensyal na hadlang sa PN junction. Ang mga carrier ng minority charge sa parehong P-type at N-type na semiconductor ay ini-inject sa kabuuan ng junction at muling pinagsama sa karamihan ng mga carrier. Ang kumbinasyon ng mayorya at minorya na mga carrier ay maaaring nasa dalawang paraan:

• radiative: kapag ang liwanag ay ibinubuga sa panahon ng recombination.
• hindi radiative: sa panahon ng recombination walang ilaw na ibinubuga, init ay ginawa. Iyon ay, bahagi ng elektrikal na enerhiya na inilapat ay nawala sa anyo ng init at hindi liwanag. Depende sa porsyento ng enerhiya na ginamit upang makabuo ng liwanag o init, ito ang magiging kahusayan ng LED.

mga organikong semiconductor

Kamakailan ay nakapasok na rin sila sa merkado OLED o mga organikong light-emitting diode, na ginamit para sa mga display. Ang mga bagong organikong diode na ito ay binubuo ng isang materyal na likas na organiko, iyon ay, isang organikong semiconductor, kung saan ang pagpapadaloy ay pinapayagan sa bahagi o sa lahat ng organikong molekula.

Ang mga organikong materyales na ito ay maaaring nasa crystalline phase o sa polymeric molecules. Ito ay may bentahe ng pagkakaroon ng isang napaka manipis na istraktura, mababang gastos, kailangan nila ng napakababang boltahe upang gumana, mayroon silang mataas na liwanag, at ang maximum na kaibahan at intensity.

Mga Kulay ng LED

Hindi tulad ng mga normal na semiconductor diodes, ang mga LED ay naglalabas ng liwanag na iyon dahil sa mga compound na ginagamit nila, tulad ng nabanggit ko kanina. Ang mga normal na semiconductor diode ay ginawa mula sa silicon o germanium, ngunit mayroon itong mga light-emitting diode mga compound tulad ng:

• gallium arsenide
• gallium arsenide phosphide
• Silicium carbide
• indium gallium nitride

Ang paghahalo ng mga materyales na ito ay maaaring makabuo ng kakaiba at iba't ibang wavelength, upang makamit ang ninanais na kulay. Ang iba't ibang mga compound ng semiconductor ay naglalabas ng liwanag sa mga tinukoy na rehiyon ng nakikitang spectrum ng liwanag at samakatuwid ay gumagawa ng iba't ibang antas ng intensity ng liwanag. Ang pagpili ng materyal na semiconductor na ginamit sa paggawa ng LED ay tutukuyin ang wavelength ng mga photon emissions at ang nagreresultang kulay ng emitted light.

Pattern ng radiation

Ang pattern ng radiation ay tinukoy bilang anggulo ng paglabas ng liwanag na may paggalang sa naglalabas na ibabaw. Ang pinakamataas na dami ng kapangyarihan, intensity o enerhiya ay makukuha sa direksyon na patayo sa naglalabas na ibabaw. Ang anggulo ng paglabas ng liwanag ay depende sa kulay na ibinubuga at karaniwang nag-iiba sa pagitan ng mga 80° at 110°. Narito ang isang mesa na may iba't ibang kulay at materyales:

Ang kulay ng liwanag na ibinubuga ng isang LED ay hindi tinutukoy ng plastik na kulay ng katawan na nakapaloob sa LED. Dapat itong gawing napakalinaw. Tulad ng nabanggit ko kanina, ang epoxy resin ay ginagamit kapwa upang mapabuti ang liwanag na output at upang ipahiwatig ang kulay kapag naka-off ang LED.

Maraming kulay na LED

Sa merkado mayroong isang malawak na iba't ibang mga LED na magagamit, na may iba't ibang hugis, laki, kulay, intensity ng liwanag ng output, atbp. Gayunpaman, dapat sabihin na ang hindi mapag-aalinlanganan na hari para sa presyo nito ay ang gallium arsenide phosphide red LED, na may diameter na 5mm. Iyon ang pinakamaraming ginagamit sa mundo, kaya ito ang ginawa sa pinakamalaking dami.

Gayunpaman, tulad ng nakita mo, sa kasalukuyan ay maraming iba't ibang kulay, at ilang mga kulay ang pinagsasama-sama pa upang makabuo ng a Maraming kulay na LED tulad ng makikita natin sa seksyong ito...

Bicolor

Ang isang bicolor na LED, gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan nito, ay a LED na may kakayahang magpalabas sa dalawang magkaibang kulay. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng dalawang magkakaibang kulay na LED sa parehong pakete. Sa ganitong paraan, maaari kang magbago mula sa isang kulay patungo sa isa pa. Halimbawa, tulad ng mga LED na iyon na nakikita mo sa ilang device upang isaad ang estado ng charge ng baterya na nagiging pula kapag nagcha-charge at berde kapag na-charge na ito.

Upang mabuo ang mga LED na ito ay konektado sa parallel, na may anode ng isang LED na konektado sa cathode ng isa pang LED at vice versa. Sa ganitong paraan, kapag ang kapangyarihan ay ibinibigay sa alinman sa mga anod, isang LED lamang ang sisindi, ang isa na tumatanggap ng kapangyarihan sa pamamagitan ng anode nito. Kung ang parehong mga anode ay pinapagana nang sabay, posible ring i-on ang pareho sa parehong oras gamit ang dynamic na paglipat.

Tatlong kulay

Mayroon din kaming tricolor LEDs, iyon ay, sila maaaring maglabas ng tatlong magkakaibang kulay sa halip na dalawa. Pinagsasama ng mga ito ang tatlong LED na may isang karaniwang cathode sa parehong pakete, at upang sindihan ang isa o dalawang kulay, kailangan mong ikonekta ang cathode sa lupa. At ang kasalukuyang ibinibigay ng anode ng kulay na gusto mong kontrolin o i-on.

Iyon ay, para sa isa o dalawang-kulay na LED lighting, kinakailangan upang ikonekta ang supply ng kuryente sa alinmang anode isa-isa o sabay-sabay. Ang mga tricolor na LED na ito ay madalas ding ginagamit sa maraming device, tulad ng mga mobile phone, upang magpahiwatig ng mga notification, atbp. Gayundin, ang ganitong uri ng diode ay bumubuo ng mga karagdagang kulay ng mga pangunahing kulay sa pamamagitan ng pag-on sa dalawang LED sa magkaibang ratios ng forward current.

RGB LED

Ito ay karaniwang isang uri ng tricolor LED, sa kasong ito na kilala bilang RGB (Red Green Blue), dahil naglalabas ito ng tatlong kulay na ilaw. Ang mga ito ay naging napakasikat sa mga colored trim strips at gaming gear, gaya ng alam mo. Gayunpaman, kahit na mayroon kang mga pangunahing kulay, hindi posible na bumuo ng lahat ng mga kulay at mga kulay. Ang ilang mga kulay ay nasa labas ng RGB triangle, at ang mga kulay tulad ng pink, brown, atbp. ay mahirap makuha sa RGB.

Mga Kalamangan at Kahinaan ng LED

Ngayon ay oras na upang makita kung ano ang mga pangunahing pakinabang at disadvantages ng mga LED diode na ito:

Kalamangan

• Maliit na sukat
• Mababang gastos sa produksyon
• Mahaba ang shelf life (hindi matutunaw)*
• Mataas na kahusayan ng enerhiya / mababang pagkonsumo
• Mababang temperatura / mas kaunting init
• Kakayahang umangkop sa disenyo
• Maaari silang gumawa ng maraming iba't ibang kulay, at kahit na puting liwanag.
• Mataas na bilis ng paglipat
• mataas na intensity ng liwanag
• Maaaring idisenyo upang ituon ang liwanag sa isang direksyon
• Ang mga ito ay solid-state na semiconductor device, kaya mas matatag ang mga ito: mas lumalaban sa thermal shock at vibrations
• Walang pagkakaroon ng UV rays

Disadvantages

• Ambient temperature dependence ng radiant output power at ang wavelength ng LED.
• Sensitibo sa pinsala dahil sa labis na boltahe at/o sobrang kasalukuyang.
• Ang teoretikal na pangkalahatang kahusayan ay nakakamit lamang sa ilalim ng mga espesyal na malamig o pulsed na kondisyon.

aplikasyon

Panghuli ngunit hindi bababa sa, ito ay kinakailangan upang ipakita kung ano ang posibleng mga aplikasyon kung saan nilalayon ang mga kulay na LED na ito:

• para sa mga ilaw ng sasakyan
• Signage: mga tagapagpahiwatig, mga palatandaan, mga ilaw ng trapiko
• Ipakita ang visual na impormasyon sa mga dashboard
• Para sa mga display kung saan ang mga pixel ay binubuo ng mga LED
• Mga aplikasyon sa medisina
• Mga Laruan
• Iluminación
• Mga remote control (IR LEDs)
• etc