Imọ-ẹrọ Lẹhin Imọ-ẹrọ LED: Bawo ni Awọn LED Ṣiṣẹ?

[Ifihan]

Ni agbaye ode oni, imọ-ẹrọ LED wa ni ibi gbogbo. Ó ń tànmọ́lẹ̀ sí ilé wa, ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́, òpópónà, àti àwọn ẹ̀rọ abánáṣiṣẹ́ wa pàápàá. Ṣugbọn ṣe o ti ṣe iyalẹnu kini kini o jẹ ki Awọn LED ṣiṣẹ daradara ati pipẹ ni akawe si awọn orisun ina ibile? Idahun naa wa ninu imọ-jinlẹ fanimọra lẹhin awọn orisun ina kekere sibẹsibẹ ti o lagbara. Bọ sinu nkan yii lati ṣawari bi awọn LED ṣe n ṣiṣẹ ati idi ti wọn ṣe yipada ile-iṣẹ ina.

Awọn ipilẹ ti Imọ-ẹrọ LED

Awọn Diodes Emitting Light, ti a mọ nigbagbogbo bi Awọn LED, jẹ awọn ẹrọ semikondokito ti o ṣe ina nigbati lọwọlọwọ ina ba kọja wọn. Ko dabi awọn isusu incandescent ibile ti o ṣe ina ina nipasẹ alapapo filamenti, Awọn LED ṣẹda ina nipasẹ elekitiroluminescence — ilana kan ti o kan itujade ti awọn photon nigbati awọn elekitironi tun darapọ pẹlu awọn iho laarin ohun elo semikondokito. Iyatọ ipilẹ yii jẹ ohun ti o fun awọn LED ni ṣiṣe ti o ga julọ ati agbara wọn.

Awọn LED jẹ ti awọn fẹlẹfẹlẹ meji ti ohun elo semikondokito-p-type ati n-type. Irufẹ p-iru ni awọn gbigbe idiyele ti o dara (awọn iho), lakoko ti iru iru n ni awọn gbigbe idiyele odi (awọn elekitironi). Nigba ti a foliteji ti wa ni gbẹyin, elekitironi lati awọn n-Iru Layer gbe si ọna p-Iru Layer, ibi ti nwọn recombine pẹlu ihò. Atunṣe yii n tu agbara silẹ ni irisi awọn fọto, eyiti o jẹ ina ti a rii.

Iṣiṣẹ ti awọn LED jẹ lati inu agbara wọn lati yi iyipada gbogbo agbara itanna sinu ina, pẹlu agbara to kere ju ti o padanu bi ooru. Eyi jẹ anfani pataki lori awọn isusu ina, nibiti ipin nla ti agbara ti sọnu bi ooru. Pẹlupẹlu, Awọn LED ni igbesi aye gigun, nigbagbogbo ju 25,000 si awọn wakati 50,000, ni akawe si igbesi aye wakati 1,000 ti awọn isusu ina.

Ipa ti Semiconductors ni Awọn LED

Ni ọkan ti imọ-ẹrọ LED wa da ohun elo semikondokito, igbagbogbo ti o ni awọn eroja bii gallium, arsenic, ati irawọ owurọ. Awọn ohun elo wọnyi jẹ ilana ti a yan ati ifọwọyi lati ṣẹda awọ ti o fẹ ati ṣiṣe ti LED.

Nigbati doped pẹlu awọn aimọ, awọn ohun elo semikondokito le ṣe afihan awọn ohun-ini itanna alailẹgbẹ. Fun awọn LED, ilana doping yii ni a lo lati ṣẹda iru p-iru ati awọn fẹlẹfẹlẹ n-iru ti a mẹnuba tẹlẹ. Yiyan ohun elo semikondokito ati awọn eroja doping pinnu gigun gigun LED ati, nitoribẹẹ, awọ rẹ. Fun apẹẹrẹ, apapo gallium nitride (GaN) le ṣe awọn LED buluu tabi alawọ ewe, lakoko ti gallium arsenide (GaAs) ti lo fun awọn LED pupa.

Apa pataki kan ti awọn ohun elo semikondokito ni Awọn LED jẹ agbara bandgap — iyatọ agbara laarin ẹgbẹ valence ati ẹgbẹ idari. Agbara bandgap n ṣalaye awọ ti ina ti a jade. Iwọn bandgap ti o kere ju ni abajade awọn igbi gigun gigun (ina pupa), lakoko ti bandgap ti o tobi julọ ṣe agbejade awọn igbi gigun kukuru (ina bulu tabi ina ultraviolet). Nipa ṣiṣakoso deede agbara bandgap nipasẹ yiyan ohun elo ati doping, awọn aṣelọpọ le gbe awọn LED ti awọn awọ oriṣiriṣi ati paapaa ina funfun.

Iṣiṣẹ ati iṣẹ ti awọn LED tun dale lori didara ohun elo semikondokito. Awọn ohun elo mimọ-giga pẹlu awọn abawọn to kere julọ jẹ ki isọdọtun-iho elekitironi to dara julọ, ti o yori si imọlẹ ati imujade ina daradara diẹ sii. Awọn ilọsiwaju ninu awọn ilana iṣelọpọ semikondokito ti tẹsiwaju lati mu iṣẹ ṣiṣe ati ifarada ti Awọn LED jẹ ki wọn wa fun ọpọlọpọ awọn ohun elo.

Bawo ni Awọn LED Ṣe Awọn Awọ oriṣiriṣi

Ọkan ninu awọn ẹya iyalẹnu julọ ti awọn LED ni agbara wọn lati ṣe agbejade awọn awọ-awọ jakejado. Agbara yii jẹ abajade lati iru awọn ohun elo semikondokito ti a lo ati awọn ilana kan pato ti a lo ninu iṣelọpọ wọn.

Gẹgẹbi a ti sọ tẹlẹ, agbara bandgap ti ohun elo semikondokito ṣe ipa pataki ni ṣiṣe ipinnu awọ ti ina ti o jade. Nipa yiyan oriṣiriṣi awọn agbo ogun semikondokito ati awọn eroja doping, awọn aṣelọpọ le ṣẹda awọn LED ti o tan ina ti ọpọlọpọ awọn gigun gigun kọja iwoye ti o han. Fun apere:

Awọn LED pupa: Ṣe lati awọn ohun elo bii gallium arsenide (GaAs) tabi gallium arsenide aluminiomu (AlGaAs).

- Awọn LED alawọ ewe: Nigbagbogbo lo indium gallium nitride (InGaN) tabi gallium phosphide (GaP).

- Awọn LED buluu: Nigbagbogbo ti a ṣe pẹlu gallium nitride (GaN) tabi indium gallium nitride (InGaN).

Ni afikun si awọn LED awọ ẹyọkan, awọn LED funfun ni a ṣẹda nipasẹ awọn ọna oriṣiriṣi. Ọna ti o wọpọ jẹ lilo LED buluu ti a bo pẹlu ohun elo phosphor kan. Ina bulu ti o jade nipasẹ LED ṣe itara phosphor, ti o mu ki o tan ina ofeefee. Ijọpọ ti bulu ati ina ofeefee ni imọran ti ina funfun. Ọna miiran ni lati darapo awọn LED pupa, alawọ ewe, ati buluu (RGB) ni apo kan, gbigba fun iṣakoso deede ti awọ kọọkan lati ṣe ina funfun ti awọn iwọn otutu ati awọn awọ oriṣiriṣi.

Pẹlupẹlu, awọn ilọsiwaju aipẹ ni imọ-ẹrọ dot kuatomu ti pọ si awọn agbara awọ ti awọn LED. Awọn aami kuatomu jẹ awọn patikulu semikondokito nanoscale ti o le tan ina ti awọn iwọn gigun kan pato nigbati itara nipasẹ orisun ina. Nipa sisọpọ awọn aami kuatomu sinu awọn LED, awọn aṣelọpọ le ṣaṣeyọri iṣedede awọ ti o ga julọ ati ṣiṣe, ṣiṣe awọn LED paapaa diẹ sii fun awọn ohun elo bii awọn iboju iboju ati ina.

Awọn anfani ti Imọlẹ LED

Ina LED ti ni olokiki olokiki nitori ọpọlọpọ awọn anfani rẹ lori awọn imọ-ẹrọ ina ibile. Awọn anfani wọnyi ni ṣiṣe ṣiṣe agbara, igbesi aye gigun, ipa ayika, ati iyipada.

Ṣiṣe Agbara: Awọn LED jẹ olokiki fun ṣiṣe agbara iyasọtọ wọn. Wọn ṣe iyipada ipin ti o ga pupọ ti agbara itanna sinu ina akawe si awọn gilobu ina, eyiti o padanu ipin idaran ti agbara bi ooru. Imudara yii tumọ si lilo agbara kekere ati dinku awọn owo ina mọnamọna fun awọn olumulo. Fun apẹẹrẹ, boolubu LED le ṣe agbejade iye ina kanna bi boolubu ojiji nigba lilo ida kan ti agbara naa.

Igbesi aye gigun: Igbesi aye gigun ti awọn LED jẹ ẹya iduro miiran. Lakoko ti awọn isusu incandescent maa n ṣiṣe ni ayika awọn wakati 1,000 ati awọn atupa fluorescent iwapọ (CFLs) ni ayika awọn wakati 8,000, Awọn LED le ṣiṣe ni 25,000 si awọn wakati 50,000 tabi diẹ sii. Ipari gigun yii dinku igbohunsafẹfẹ ti awọn rirọpo boolubu, ṣiṣe awọn LED ni ojutu ina ti o munadoko-owo ni ṣiṣe pipẹ.

Ipa Ayika: Awọn LED jẹ ore ayika fun awọn idi pupọ. Ni akọkọ, wọn ko ni awọn ohun elo ti o lewu bii makiuri ti a rii ni awọn CFLs. Ni ẹẹkeji, ṣiṣe ṣiṣe agbara wọn ni awọn itujade gaasi eefin kekere, ti n ṣe idasi si ifẹsẹtẹ erogba dinku ati ipa ayika. Kẹta, igbesi aye gigun ti awọn LED yori si awọn isusu ti a danu diẹ, idinku egbin itanna.

Iwapọ: Awọn LED ni o wapọ pupọ ati pe o le ṣee lo ni ọpọlọpọ awọn ohun elo, lati ibugbe ati ina iṣowo si ọkọ ayọkẹlẹ, ile-iṣẹ, ati ina ita gbangba. Wọn ti wa ni orisirisi awọn nitobi, titobi, ati awọn awọ, Ile ounjẹ si Oniruuru aini. Pẹlupẹlu, Awọn LED le dimmed ni irọrun ati funni ni imọlẹ lẹsẹkẹsẹ, ko dabi diẹ ninu awọn imọ-ẹrọ ina miiran ti o nilo akoko igbona.

Agbara: Awọn LED jẹ awọn ẹrọ ina-ipinlẹ ti o lagbara ti ko si awọn paati ẹlẹgẹ bi filaments tabi gilasi. Itọju yii jẹ ki wọn ni itosi diẹ sii si awọn ipaya, awọn gbigbọn, ati awọn ipa ita, ṣiṣe wọn dara fun awọn agbegbe gaungaun ati awọn ohun elo ita gbangba.

Iṣakoso: Imọlẹ LED le ni iṣakoso ni rọọrun nipa lilo awọn imọ-ẹrọ to ti ni ilọsiwaju bii dimming, yiyi awọ, ati awọn eto ina ti o gbọn. Ipele iṣakoso yii ngbanilaaye awọn olumulo lati ṣe akanṣe ina lati pade awọn ibeere wọn pato, imudara itunu ati iṣelọpọ.

Awọn aṣa iwaju ati awọn imotuntun ni Imọ-ẹrọ LED

Bi imọ-ẹrọ LED ti n tẹsiwaju lati dagbasoke, awọn aṣa moriwu ati awọn imotuntun n ṣe apẹrẹ ọjọ iwaju ti ina. Awọn ilọsiwaju wọnyi ṣe ileri iṣẹ ṣiṣe ti o ga julọ, iṣiṣẹpọ, ati isọpọ pẹlu awọn imọ-ẹrọ ode oni.

Imọlẹ Smart: Isopọpọ ti Awọn LED pẹlu imọ-ẹrọ ọlọgbọn n ṣe iyipada ọna ti a nlo pẹlu awọn eto ina. Awọn LED Smart le jẹ iṣakoso latọna jijin nipasẹ awọn fonutologbolori, awọn oluranlọwọ ohun, ati awọn iru ẹrọ adaṣe. Awọn olumulo le ṣatunṣe imọlẹ, awọ, ati awọn iṣeto lati ṣẹda awọn agbegbe ina ti ara ẹni. Awọn ọna ina Smart tun funni ni awọn ẹya fifipamọ agbara, gẹgẹbi awọn sensọ iṣipopada ati ina adaṣe, eyiti o ṣatunṣe da lori gbigbe ati awọn ipele ina adayeba.

Imọlẹ-Centric Eda eniyan: Imọlẹ-centric ti eniyan fojusi lori ṣiṣefarawe awọn ilana if’oju-ọjọ adayeba lati jẹki alafia ati iṣelọpọ. Awọn LED le ṣe eto lati yi iwọn otutu awọ pada ati kikankikan jakejado ọjọ, ni ibamu pẹlu awọn rhythmu ti circadian wa. Ọna yii jẹ anfani paapaa ni awọn aaye ọfiisi, awọn ohun elo ilera, ati awọn eto ibugbe, nibiti ina le ni ipa iṣesi, oorun, ati ilera gbogbogbo.

Micro-LEDs: Imọ-ẹrọ Micro-LED jẹ aṣa ti o nwaye ti o ṣe ileri lati yi iyipada awọn ifihan ati ina. Awọn LED Micro jẹ kekere, daradara, ati funni ni imọlẹ to gaju ati deede awọ. Wọn n ṣawari fun awọn ohun elo ni awọn ifihan ti o ga-giga, awọn ẹrọ ti o daju (AR) ti a ṣe afikun, ati awọn iṣeduro ina to ti ni ilọsiwaju.

Awọn LED Dot Quantum (QLEDs): Imọ-ẹrọ dot kuatomu n ṣe alekun iṣẹ awọ ti awọn LED. Awọn QLEDs lo awọn aami kuatomu lati ṣe agbejade kongẹ ati awọn awọ larinrin, ṣiṣe wọn jẹ apẹrẹ fun awọn ifihan asọye giga ati awọn ohun elo ina ti o nilo imupadabọ awọ deede.

Iduroṣinṣin: Iduroṣinṣin jẹ awakọ bọtini ni isọdọtun LED. Awọn oniwadi n ṣiṣẹ lori idagbasoke awọn ohun elo ore-aye diẹ sii ati awọn ilana iṣelọpọ lati dinku ifẹsẹtẹ ayika ti Awọn LED. Eyi pẹlu ṣawari imọ-ẹrọ LED Organic (OLED), eyiti o nlo awọn agbo ogun Organic lati tan ina.

Sensọ Integration: Awọn LED ti o ni ipese pẹlu awọn sensọ le ṣajọ data nipa agbegbe wọn. Agbara yii ṣii awọn aye fun awọn ohun elo bii awọn ilu ọlọgbọn, nibiti awọn ina opopona le ṣatunṣe imọlẹ ti o da lori awọn ipo ijabọ, ati awọn eto ile-iṣẹ, nibiti ina le jẹ ki lilo agbara da lori gbigbe ati awọn iṣẹ ṣiṣe.

[Ipari]

Ni ipari, imọ-ẹrọ ti o wa lẹhin imọ-ẹrọ LED jẹ ẹri si ọgbọn eniyan ati isọdọtun. Lati awọn ipilẹ awọn ipilẹ ti awọn semikondokito si ṣiṣẹda awọn awọ larinrin ati ọpọlọpọ awọn anfani LED ti nfunni, imọ-ẹrọ yii ti yipada ọna ti a tan imọlẹ agbaye wa. Bi a ṣe n wo ọjọ iwaju, awọn ilọsiwaju lemọlemọfún ni imọ-ẹrọ LED ṣe ileri paapaa awọn aye moriwu diẹ sii, lati ina ọlọgbọn si awọn solusan alagbero.

Boya o n gbooro igbesi aye ti awọn ọna ina, idinku agbara agbara, tabi imudara didara igbesi aye wa nipasẹ ina-centric ti eniyan, Awọn LED wa ni iwaju iwaju ti Iyika ina ti ko fihan awọn ami ti fa fifalẹ.