Cad é Dé-óid astaithe Solais: Ag Obair & A Feidhmchláir
Is foinse solais leathsheoltóra é an stiúir le dhá luaidhe. Cheap Nick Holonyak dé-óid astaithe solais i 1962 nuair a bhí sé fostaithe ag General Electric. Is cineál uathúil dé-óid é an stiúir le hairíonna leictreacha atá inchomparáide leo siúd atá ag dé-óid acomhal PN. Mar sin, ceadaíonn an stiúir leictreachas chun sreabhadh i dtreo amháin agus é a bhlocáil sa treo eile. Is lú ná 1 mm2 go léir a thógann an LED suas. Úsáidtear LEDs i dtionscadail leictreacha agus leictreonacha éagsúla. Clúdófar oibriú an LED agus a úsáidí san Airteagal seo.
Dé-óid astaithe Solais: Cad É?
Feidhmíonn dé-óid acomhal p-n mar an dé-óid astaithe solais. Is foirm uathúil leathsheoltóra é agus dé-óid go háirithe dópáilte. Is gléas é dé-óid astaithe solais a astaíonn solas nuair a bhíonn sé claonta chun tosaigh.
Déanann dhá shaighead bheag bídeach a léiríonn astú solais an tsiombail LED a idirdhealú ó shiombail dé-óid, agus is é sin an fáth a dtugtar LED (dé-óid astaithe solais- uirthi). Tá dhá chríochfort ag an LED: an chatóid (-), agus an anóid (+). (-).
An Tógáil Siombail LED Siombail LED
Tá tógáil LED sách simplí toisc go bhfuil sé deartha trí thaisceadh trí shraith ábhar leathsheoltóra thar fhoshraith. Cuirtear na trí shraith seo ar bharr an chinn eile, agus is ciseal cineál P é an ciseal barr, ciseal gníomhach atá sa lárchiseal, agus is ciseal de chineál N í an ciseal íochtair. Ceadaíonn an struchtúr ceann amháin chun na trí chrios d'ábhar leathsheoltóra a fheiceáil. Sa struchtúr, tá poill i láthair sa réigiún cineál P, tá toghcháin i láthair sa réigiún cineáil N, agus tá an dá pholl agus na leictreoin i láthair sa réigiún gníomhach.
Tá an stiúir seasta toisc nach bhfuil aon sreabhadh leictreon nó poill nuair nach gcuirtear aon voltas ar fáil. Éiríonn an LED claonta chun tosaigh chomh luath agus a sholáthraítear an voltas, rud a fhágann go dtéann na leictreoin sa réigiún N agus na poill sa réigiún P- isteach sa limistéar gníomhach. Ainm eile ar an limistéar seo is ea an réigiún ídithe. Is féidir solas a tháirgeadh trí mhuirir polaraíochta a athcheangal ós rud é go bhfuil lucht deimhneach ag na hiompróirí muirir, mar shampla poill, agus tá lucht diúltach ag leictreoin.
Cad é Próiseas an Dé-óid astaithe Solais?
Déanaimid tagairt go coitianta do dhé-óid astaithe solais mar dhé-óid. Tá na leictreoin agus na poill ag sileadh go tapa trasna an acomhal nuair a bhíonn an dé-óid claonta ar aghaidh, agus tá siad ag comhcheangal agus ag tiomáint a chéile go leanúnach as an mbealach. Nascann sé leis na poill díreach mar a bhíonn na leictreoin ag aistriú ó n-cineál go p-cineál sileacain, ansin imíonn sé as.
D'fhorbair Oleg Losev, aireagóir Rúiseach, an chéad LED i 1927 agus d'fhoilsigh sé cuid de bhuntáistí teoiriciúla a thaighde.
Thástáil an tOllamh Kurt Lechovec hipitéisí na gCailliúnaithe i 1952 agus thug sé míniú ar na chéad stiúir.
Chruthaigh Rubin Braunstein agus Egon Loebner an chéad LED glas i 1958.
Chruthaigh Nicholas Holonyak stiúir dearg sa bhliain 1962. Mar sin, déantar an chéad LED.
Ba mhúnla IBM ó 1964 an chéad ríomhaire chun soilse a úsáid ar chlár ciorcad.
Thug Hewlett Packard (HP) LEDs isteach in áireamháin i 1968.
Chruthaigh Jacques Pankove agus Edward Miller LED gorm i 1971.
Chruthaigh an t-innealtóir leictreach M. George Crawford an LED buí sa bhliain 1972 .
Cruthaíodh stiúir gorm le maignéisiam agus caighdeáin sa todhchaí i 1986 ag Walden C. Rhines agus Herbert Maruska ó Ollscoil Stafford.
Chruthaigh Hiroshi Amano agus fisiceoir Isamu Akaski Nitride Gallium le soilse gorm den scoth sa bhliain 1993 .
Chruthaigh Shuji Nakamura, innealtóir leictreach, an chéad stiúir gorm le gile ard trí dhul chun cinn Amanos & Akaski, rud a chuir dlús le forbairt soilse dath bána.
Úsáideadh soilse ar dhathanna bána ar chostas idir £80 agus £100 an bolgán chun críocha cónaithe i 2002.
Fuair soilse stiúir go leor tóir i gcuideachtaí, ospidéil agus scoileanna sa bhliain 2008.
Is iad na príomhfhoinsí solais i 2019 faoi stiúir; is dul chun cinn suntasach é seo mar is féidir soilse LED a úsáid anois chun áiteanna éagsúla a shoilsiú, lena n-áirítear tithe, oifigí, ospidéil agus scoileanna.
Ciorcad Dé-óid Astaithe Solais Laofachta
Tá sonraíochtaí voltais idir 1 agus 3 volta ag an gcuid is mó de na soilse stiúir, ach tá rátaí réamhshrutha ag titim idir 200 agus 100 mA.
Claonadh LED
Feidhmíonn an stiúir i gceart má chuirtear voltas idir 1 agus 3 volta i bhfeidhm air ós rud é go léiríonn an sreabhadh reatha go bhfuil an voltas laistigh den raon feidhme. Mar an gcéanna, má tá voltas tugtha ag LED dó atá níos airde ná a voltas oibriúcháin, beidh an sreabhadh ard reatha ina chúis le teip ar an gcrios ídiú. Brisfidh an sruth ard seo nach rabhthas ag súil leis an giuirléid.
Trí fhriotóir i sraith a nascadh leis an bhfoinse voltais agus le stiúir, is féidir é seo a chosc. Tá leibhéil srutha sábháilte do na soilse sa raon ó 200 mA go 100 mA, agus raon rátálacha voltas sábháilte do LEDs ó 1V go 3V.
Anseo, tugtar an friotóir atá suite idir an fhoinse voltais agus an LED mar fhriotóir teorannaithe srutha toisc go rialaíonn an friotóir seo sreabhadh an tsrutha nó d'fhéadfadh an LED é a mharú. Mar sin, tá an friotóir seo riachtanach chun an stiúir a chosaint.
Is í an chothromóid do shreabhadh matamaitice an tsrutha tríd an LED
MÁ=vs – VD/Rs
Cá,
"MÁ" tá an sruth ar aghaidh
Foinse voltais 'Vs'
Is é "VD" an titim voltais ar fud an dé-óid astaithe solais.
Is friotóir é Rs a chuireann srian ar shreabhadh srutha.
an titim voltas a theastaíonn chun briseadh trí bhacainn an réigiúin ídiú. Nuair a bhíonn an titim voltas dé-óid Si nó Ge 0.3 V nó níos lú, beidh an titim voltas LED idir 2 agus 3 V.
I gcodarsnacht le dé-óid Si nó Ge, féadfar an stiúir a oibriú ag ardvoltas.
I gcomparáid le dé-óidí sileacain nó gearmáiniam, teastaíonn níos mó fuinnimh chun oibriú le dé-óidí astaithe solais.
Cineálacha dé-óid -astaithe solais
Tagann dé-óidí -astaithe solais i gcineálacha éagsúla, agus tá cuid acu liostaithe thíos.
Infra{0}}Gallium Arsenide (GaAs) dearg agus dearg go infra-dearg, oráiste Gallium Arsenide Fosphide (GaAsP)
LEDanna ard-dearg, oráiste-dearg, oráiste, agus buí déanta as fosfar arsenide ghailliam alúmanaim (AlGaAsP)
Fosfáit ghailliam dearg, buí agus glas (GaP)
Is é glas an dath Fosfíd Alúmanam Gailliam (AlGaP), is é glas emerald an dath Nítríde Gailliam (GaN), agus is é gorm dath Nítríde Gallium Indium (GaInN).
Mar fhoshraith, chomhdhúile sileacain (SiC) i dath gorm
Seiléiníd Gorm Sinc (ZnSe) agus Nítríde Gailliam Alúmanam Ultraivialait (AlGaN)
Prionsabal Oibriúcháin LED
Feidhmíonn an teoiric chandamach mar bhunús d’oibríocht an dé-óid astaithe solais. De réir na teoirice candamach, scaoileann an fótón fuinneamh nuair a shíolraíonn an leictreon ó staid fuinnimh níos airde go dtí staid fuinnimh níos ísle. Tá an difríocht fuinnimh idir an dá leibhéal fuinnimh seo comhionann le fuinneamh an fhótóin. Nuair a shroichtear staid réamhchlaonta na dé-óid acomhal PN, téann an sruth tríd an dé-óid.
Prionsabal Oibriúcháin LED
Is é sreabhadh na bpoll sa treo eile den sruth agus sreabhadh na leictreon i dtreo an tsrutha is cúis leis an sruth a shreabhadh i leathsheoltóirí. Mar sin, tarlóidh athchumadh mar thoradh ar ghluaiseacht na n-iompróirí luchta seo.
Léimeann na leictreoin banna seolta síos go dtí an banna valence, de réir an recombination. Scaoileann na leictreoin an fuinneamh leictreamaighnéadach mar fhótóin nuair a bhogann siad ó bhanda amháin go banna eile, agus tá an fuinneamh fótóin cothrom leis an mbearna fuinnimh toirmiscthe.
Smaoinigh ar an teoiric chandamach mar shampla. De réir na teoirice seo, is ionann fuinneamh fótóin agus suim a mhinicíochta agus an tairiseach Planck. Taispeántar an fhoirmle matamaitice.
Eq=hf
áit ar a dtugtar tairiseach Planck, agus tá luas na radaíochta leictreamaighnéadacha, arna shonrú ag an tsiombail c, comhionann le luas an tsolais. Mar a=c /, an gaol idir minicíocht na radaíochta agus luas an tsolais. Beidh an chothromóid roimhe seo mar thoradh ar mar thonnfhad de radaíocht leictreamaighnéadach áit
Eq=sé / λ
Tá tonnfhad na radaíochta leictreamaighnéadacha comhréireach inbhéartach leis an mbearna toirmiscthe, de réir na cothromóide thuas. Go ginearálta, tá riocht agus bannaí valence leathsheoltóirí sileacain agus gearmáiniam den sórt sin go bhfuil radaíocht iomlán na dtonnta leictreamaighnéadacha le linn athcheangail i bhfoirm radaíochta infridhearg. Tá tonnfhaid an infridhearg dofheicthe againn toisc go bhfuil siad lasmuigh de raon an tsolais infheicthe.
Toisc gur leathsheoltóirí bearna indíreacha iad leathsheoltóirí sileacain agus gearmáiniam seachas leathsheoltóirí bearna díreach, is minic a dtugtar teas ar radaíocht infridhearg. Ní bhíonn an leibhéal fuinnimh is airde den bhanda valence agus íosleibhéal fuinnimh an bhanda seolta, áfach, nuair a bhíonn leictreoin i láthair i leathsheoltóirí bearna díreach. Mar thoradh air sin, athróidh móiminteam an bhanda leictreon le linn athmheascadh leictreon agus poill nó le linn aistriú leictreon ón mbanda seolta go dtí an banna valence.
Soilse geala
Tá dhá mhodh ann ar féidir iad a úsáid chun stiúir a tháirgeadh. Ar an gcéad mhodh, cuirtear sliseanna stiúir dearg, glas agus gorm le chéile i bpacáiste amháin chun solas bán a tháirgeadh, ach úsáidtear fosfarascence sa dara modh. Is féidir an t-eapocsa timpeall ar fhluaraiseacht an fhosfair a achoimriú, agus ansin gníomhóidh gléas InGaN LED an LED ag baint úsáide as radaíocht tonnfhad gearr.
Chun mothúcháin il-dath a chruthú, ar a dtugtar dathanna breiseán príomhúla, cuirtear soilse dathanna éagsúla, mar shampla soilse gorm, glas agus dearg, le chéile i gcainníochtaí éagsúla. Cruthaítear an solas bán trí na trí dhéine solais seo a chomhcheangal go cothrom.
Mar sin féin, chun an teaglaim seo a bhaint amach trí úsáid a bhaint as teaglaim de stiúir ghlasa, ghorma agus dhearga, tá gá le hailtireacht leictrialach dúshlánach chun teaglaim & idirleathadh dathanna éagsúla a bhainistiú. Ina theannta sin, d'fhéadfadh an modh seo a bheith dúshlánach mar gheall ar na héagsúlachtaí i lí LED.
Cumhachtaíonn sliseanna stiúir amháin le sciath fosfair an chuid is mó den líne táirge bán faoi stiúir. Nuair a bhíonn an sciath seo nochta do radaíocht ultraivialait in ionad na bhfótóin ghorma, déantar solas bán a tháirgeadh. Baineann an teoiric chéanna freisin le lampaí fluaraiseacha; scaoilfidh urscaoileadh leictreach taobh istigh den fheadán UV, rud a fhágann go bhfanfaidh an fosfar bán.
Cé gur féidir le teicníocht an LED seo dathanna éagsúla a thabhairt, is féidir athraithis a rialú trí scagadh. Trí úsáid a bhaint as ceithre chomhordanáidí crómatachta bheachta atá gar do lár na léaráide CIE, scrúdaítear gairis bhána LED.
Taispeántar na comhordanáidí datha ar fad laistigh de chuar an chrú capaill sa léaráid CIE. Tá dathanna glan an stua scaipthe amach, ach tá an pointe bán sa lár. Is féidir ceithre phointe a thaispeántar i lár an ghraif a úsáid chun an dath aschuir LED bán a léiriú. Tá na ceithre chomhordanáidí graf beagnach bán íon, ach de ghnáth ní oibríonn na soilse seo chomh maith le foinse solais chaighdeánach chun lionsaí daite a shoilsiú.
Is iad na soilse seo is tairbhí do lionsaí bána, ar shlí eile trédhearcach le backlight teimhneach. Is cinnte go n-éireoidh soilse bána níos mó tóir mar fhoinse soilsithe agus mar tháscaire chomh fada agus a leanann an teicneolaíocht seo ag forbairt.
Éifeachtúlacht Brilliant
Déantar an flosc lonrúil a tháirgtear do gach aonad de na soilse a thomhas i lm, agus déantar an tomhaltas cumhachta leictreachais a thomhas i W. Tá 155 lm/W ag Soilse Dearga, tá soilse ómra 500 lm/W, agus tá ord éifeachtúlachta inmheánach rátáilte de 75 lm/W ag soilse gorma. Is féidir na caillteanais a mheas mar gheall ar ath-ionsú inmheánach; tá an éifeachtúlacht lonrúil do soilse glasa agus ómra idir 20 agus 25 lm/W. Tá coincheap na héifeachtúlachta seo, ar a dtugtar éifeachtúlacht sheachtrach freisin, inchomparáide le coincheap na héifeachtúlachta a úsáidtear go hiondúil le haghaidh cineálacha eile foinsí solais, mar stiúir ildaite.
Foinse Solais Dé-óid i go leor Dathanna
Is dé-óidí astaithe solais iad soilse ildathanna a chruthaíonn, nuair a bhíonn siad nasctha i gclaofacht chun tosaigh, lí amháin agus, nuair a nasctar iad i gclaofacht droim ar ais, a tháirgeann dath eile.
I ndáiríre tá dhá acomhal PN ag na LEDanna seo, agus is féidir iad a nascadh go comhthreomhar trí chatóid ceann amháin a nascadh le anóid an chinn eile.
Nuair a bhíonn siad claonta i dtreo amháin, is gnách go mbíonn soilse ildaite dearg, agus nuair a bhíonn siad claonta sa treo eile, bíonn siad glas. Beidh an LED seo a tháirgeadh tríú dath má tá sé casta ON go han-tapa idir dhá polarities. Nuair a aistrítear go tapa idir na polaraíochtaí claonta, déanfaidh LED glas nó dearg solas dath buí.
Cad iad an dá shocrú éagsúla le haghaidh LED?
Is iad dhá astaír agus COBanna comhchosúla na socruithe bunúsacha LED.
Dísle aonair é an t-astaitheoir atá ceangailte de doirteal teasa sula gcuirtear i dtreo clár ciorcad é. Tarraingíonn an bord ciorcaid seo teas ón astaitheoir agus é ag soláthar cumhacht leictreach ag an am céanna.
Chinn imscrúdaitheoirí gur féidir an tsubstráit stiúir a bhaint agus an bás aonair a chur go saor chuig an mbord ciorcad, ag cabhrú le costais a laghdú agus aonfhoirmeacht solais a fheabhsú. Mar sin, tugtar COB (eagar sliseanna-ar-chláir) ar an dearadh seo.
Buntáistí agus Míbhuntáistí na stiúir
Seo a leanas roinnt buntáistí a bhaineann le dé-óidí -astaithe solais.
Tá soilse stiúir beag agus tá praghas níos ísle acu.
Tá leictreachas á rialú trí úsáid a bhaint as stiúir.
Le cabhair ón microprocessor, is féidir le déine an LED a bheith éagsúil.
ar feadh i bhfad
éifeachtach maidir le fuinneamh
Gan{0}}téamh roimh{0}}cluiche
garbh
nach bhfuil tionchar ag teochtaí frigid
Rindreáil Dath Treo Mhór
Inrialaithe agus cairdiúil don chomhshaol
Seo a leanas cuid de na míbhuntáistí a bhaineann le teicneolaíocht LED.
Praghas
íogaireacht le teocht
íogaireacht teochta
Polaracht leictreach agus cáilíocht soilsithe
Íogaireacht leictreach
Titeann éifeachtúlacht
Toradh feithidí
Úsáidí le haghaidh dé-óidí -astaithe solais
Tá go leor úsáidí le haghaidh LED, a bhfuil cur síos orthu thíos.
I dteaghlaigh agus i ngnólachtaí araon, úsáidtear stiúir mar bholgáin.
Úsáidtear dé-óidí astaithe solais i ngluaisteáin agus i ngluaisrothair.
Taispeántar an teachtaireacht agus iad seo á n-úsáid ar fhóin phóca.
Úsáidtear soilse ag na comharthaí soilse tráchta.
Mar thoradh air sin, tugann an t-alt seo forbhreathnú ar fheidhmiú agus ar theoiric oibre na gciorcad dé-óid astaithe solais. Tá súil agam go bhfuil roinnt fíricí bunúsacha praiticiúla foghlamtha agat faoin dé-óid astaithe solais tríd an alt seo a léamh.
Le haghaidh tuilleadh faisnéise, tabhair aird arLáithreán gréasáin oifigiúil BENWEI
