Điốt phát sáng (LED): Nó là gì và nó hoạt động như thế nào?
Diode phát sáng (LED) là gì?
Các công nghệ LED cũ hơn đã sử dụng gallium arsenide phosphide (GaAsP), gallium phosphide (GaP) và nhôm gallium arsenide (AlGaAs). Đèn LED tạo ra bức xạ nhìn thấy được bằng hiện tượng điện phát quang khi một dòng điện áp thấp được đặt vào một tinh thể pha tạp phù hợp có chứa một điểm nối pn, như trong sơ đồ dưới đây.
Việc pha tạp thường được thực hiện với các yếu tố từ cột III và V của bảng tuần hoàn. Khi một dòng điện phân cực thuận, I F , cung cấp năng lượng cho tiếp giáp pn, nó phát ra ánh sáng ở bước sóng được xác định bởi khoảng cách năng lượng của vùng hoạt động, E g .
Làm thế nào để một điốt phát sáng (LED) hoạt động?
Khi dòng điện phân cực thuận I F được đặt qua tiếp giáp pn của diode , các electron mang điện cực thiểu số được đưa vào vùng p và các electron mang điện cực thiểu số tương ứng được đưa vào vùng n. Sự phát xạ photon xảy ra do sự tái hợp lỗ electron trong vùng p.
Sự chuyển đổi năng lượng điện tử qua khoảng cách năng lượng, được gọi là tái hợp bức xạ, tạo ra các photon (tức là ánh sáng), trong khi sự chuyển đổi năng lượng shunt, được gọi là tái hợp không bức xạ, tạo ra các phonon (tức là nhiệt). Hiệu quả phát sáng của đèn LED AlInGaP điển hình và đèn LED InGaN cho các bước sóng cực đại khác nhau được thể hiện trong bảng dưới đây.
Hiệu quả phụ thuộc vào năng lượng ánh sáng được tạo ra tại điểm nối và tổn thất do sự hấp thụ lại khi ánh sáng cố gắng thoát qua tinh thể. Chỉ số khúc xạ cao của hầu hết các chất bán dẫn làm cho ánh sáng phản xạ lại từ bề mặt vào tinh thể và bị suy giảm rất nhiều trước khi thoát ra. Hiệu quả thể hiện dưới dạng năng lượng hữu hình có thể đo lường được này được gọi là hiệu quả bên ngoài.
Hiện tượng điện phát quang đã được quan sát vào năm 1923 trong các mối nối xảy ra tự nhiên, nhưng nó không thực tế vào thời điểm đó do hiệu quả phát sáng thấp trong việc chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng. Nhưng, ngày nay hiệu quả đã tăng lên đáng kể và đèn LED được sử dụng không chỉ trong các tín hiệu, chỉ báo, biển báo và màn hình mà còn trong các ứng dụng chiếu sáng trong nhà và các ứng dụng chiếu sáng đường.
Màu của đèn LED
Màu sắc của thiết bị LED được biểu thị theo các bước sóng chiếm ưu thế phát ra, λd (tính bằng nm). Đèn LED AlInGaP tạo ra các màu đỏ (626 đến 630nm), đỏ cam (615 đến 621nm), cam (605nm) và hổ phách (590 đến 592nm). Đèn LED InGaN tạo ra các màu xanh lục (525nm), xanh lam (498 đến 505 nm) và xanh lam (470nm). Màu sắc và điện áp chuyển tiếp của đèn LED AlInGaP phụ thuộc vào nhiệt độ của đường nối pn LED.
Khi nhiệt độ của tiếp giáp pn LED tăng, cường độ sáng giảm, bước sóng trội sẽ dịch chuyển sang bước sóng dài hơn và điện áp chuyển tiếp giảm. Sự thay đổi cường độ sáng của đèn LED InGaN với nhiệt độ môi trường hoạt động là nhỏ (khoảng 10%) từ - 20 ° C đến 80 ° C. Tuy nhiên, bước sóng vượt trội của đèn LED InGaN không thay đổi theo dòng ổ LED; khi dòng ổ LED tăng, bước sóng chiếm ưu thế di chuyển về phía bước sóng ngắn hơn.
Nếu bạn đang muốn sử dụng đèn LED màu cho một dự án điện tử, bộ dụng cụ khởi động Arduino tốt nhất bao gồm nhiều loại đèn LED màu.
Làm mờ
Đèn LED có thể được làm mờ để cung cấp 10% sản lượng ánh sáng định mức của chúng bằng cách giảm dòng điện. Đèn LED thường được làm mờ bằng cách sử dụng các kỹ thuật điều chế độ rộng xung.
độ tin cậy
Nhiệt độ tiếp giáp tối đa được xếp hạng (TJMAX) là thông số quan trọng nhất đối với đèn LED. Nhiệt độ vượt quá giá trị này thường dẫn đến hư hỏng thiết bị LED bọc nhựa. Thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc (MTBF) được sử dụng để tìm ra tuổi thọ trung bình cho đèn LED. MTBF được xác định bằng cách vận hành một lượng thiết bị LED ở dòng định mức ở nhiệt độ môi trường 55 ° C và ghi lại khi một nửa thiết bị bị hỏng.
Đèn LED trắng
Đèn LED trắng hiện đang được sản xuất bằng hai phương pháp: Trong phương pháp đầu tiên, các chip LED đỏ, lục và lam được kết hợp trong cùng một gói để tạo ra ánh sáng trắng; Trong phương pháp thứ hai lân quang được sử dụng. Sự phát huỳnh quang trong phốt pho được gói gọn trong epoxy bao quanh chip LED được kích hoạt bằng năng lượng bước sóng ngắn từ thiết bị LED InGaN.
Hiệu quả chiếu sáng
Hiệu suất phát sáng của LED được định nghĩa là quang thông phát ra (tính bằng lm) trên mỗi đơn vị năng lượng điện tiêu thụ (tính bằng W). Đèn LED màu xanh có hiệu suất bên trong được xếp hạng theo thứ tự 75 lm / W; đèn LED màu đỏ, khoảng 155 lm / W; và đèn LED màu hổ phách, 500 lm / W. Cân nhắc tổn thất do tái hấp thụ bên trong, hiệu suất phát sáng nằm ở mức 20 đến 25 lm / W đối với đèn LED màu hổ phách và màu xanh lá cây. Định nghĩa về hiệu quả này được gọi là hiệu quả bên ngoài và tương tự như định nghĩa về hiệu quả thường được sử dụng cho các loại nguồn sáng khác.
About Blog Tin Tức
Không có nhận xét nào