Čo je to laserová dióda vyžarujúca svetlo?

Foto laserová dióda LED je polovodič, ktorý premieňa elektrickú energiu na svetelnú energiu. Farba vyžarovaného svetla závisí od materiálu a zloženia polovodiča. LED diódy sa zvyčajne delia na tri vlnové dĺžky: ultrafialové, viditeľné a infračervené. Komerčné LED diódy majú výstup jedného pixelu najmenej 5 mW a rozsah vlnových dĺžok 360 nm až 950 nm, pričom každá je vyrobená zo špecifického polovodičového materiálu.

UV LED: 320-360 nm

UV LED diódy sa rýchlo komercializujú, najmä pre priemyselné aplikácie vytvrdzovania a lekárske/biomedicínske použitie. Až donedávna sa limit vysokoúčinných čipov s nižšou vlnovou dĺžkou posunul z 390nm na 360nm a vývoj v priebehu niekoľkých nasledujúcich rokov môže viesť k komercializácii 320nm vysokoúčinných čipov v regióne.

Blízka ultrafialová až zelená LED: 395nm-530nm

Materiálom pre produkt v rozsahu vlnových dĺžok je nitrid india a gália InGaN, ktorý je technicky schopný dosahovať vlnovú dĺžku medzi 395 nm a 530 nm. Väčšina veľkých dodávateľov sa však zameriava na výrobu modrých 450nm-475NM LED, ktoré sa používajú na výrobu bieleho svetla s fosforom, a zelených LED v rozsahu 520nm-530nm na zelené osvetlenie dopravnými signálmi.

Rýchly pokrok a zvýšená účinnosť sa zaznamenávajú v rozsahu modrých vlnových dĺžok, najmä keď preteky o vytvorenie jasnejších a jasnejších zdrojov bieleho svetla pokračujú.

Tmavočervené až blízke infračervené (IRLED): 660nm-900 nm

V tejto oblasti existuje veľa variácií v štruktúre zariadenia, ale všetky používajú materiály AlGaAs alebo GaAs arzenidu hliníka a gália. Stále existuje tlak na zefektívnenie týchto zariadení, ale tieto vylepšenia sú postupné. Aplikácie zahŕňajú infračervené IR diaľkové ovládanie, osvetlenie nočného videnia, priemyselné ovládanie osvetlenia a rôzne medicínske aplikácie (660nm-680nm).

Ako fungujú LED diódy

LED diódy sú polovodičové diódy, ktoré vyžarujú svetlo, keď je elektrický prúd aplikovaný v smere dopredu zariadenia. Musí sa použiť dostatočné napätie, aby elektróny prešli stratovou zónou a spojili sa s otvorom na druhej strane a vytvorili pár elektrón-diera. Keď sa to stane, elektrón uvoľní svoju energiu vo forme svetla a výsledkom je emisia fotónov. Pásmová medzera polovodiča určuje vlnovú dĺžku vyžarovaného svetla a kratšia vlnová dĺžka sa rovná väčšej energii, takže materiál s väčšou medzerou vyžaruje kratšiu vlnovú dĺžku. Materiál s väčšou šírkou pásma tiež vyžaduje vyššie vodivé napätie. Krátkovlnná UV modrá LED má dopredné napätie 3,5 voltu, zatiaľ čo blízkoinfračervená LED má dopredné napätie 1.5-2.0 volt.

Dostupnosť a účinnosť vlnovej dĺžky

Vysokoúčinné LED je možné vyrábať v akomkoľvek rozsahu vlnových dĺžok, iba rozsah 535nm až 560nm nedokáže produkovať vysokoúčinné LED svetlá. Najdôležitejšie faktory pri komercializácii konkrétnej vlnovej dĺžky súvisia s trhovým potenciálom, dopytom a štandardnými vlnovými dĺžkami. Toto je obzvlášť evidentné v oblastiach 420nm-460nm, 480nm{8}}nm a 680nm{10}}nm, pretože tieto rozsahy vlnových dĺžok sa veľmi nepoužívajú. Nie je veľký počet výrobcov, ktorí ponúkajú produkty LED pre tieto rozsahy vlnových dĺžok. Napriek tomu je možné nájsť malých a stredných dodávateľov, ktorí vedia ponúknuť tieto špecifické vlnové dĺžky na základe dopytu zákazníkov. Každá materiálová technika má rozsah vlnových dĺžok, v ktorých je škvrna najúčinnejšia. Tento bod je veľmi blízko stredu každého rozsahu. Keď sa úroveň dopingu polovodičov zvyšuje alebo znižuje z optimálneho množstva, účinnosť klesá, čo je dôvod, prečo modré LED diódy majú väčší výkon ako zelené alebo blízke UV svetlo, jantárová má väčší výkon ako žltozelená a blízke infračervené žiarenie je lepšie ako 660 nm . Ak existuje možnosť výberu, je najlepšie navrhnúť skôr stred sortimentu ako okraj, je jednoduchšie získať produkt, ak nepracujete na hranici materiálovej technológie.

Obrázok 1 - Ak chcete nájsť aktuálnu hodnotu, použite rovnicu I=(Vcc-Vf)/RL. Aby bolo možné absolútne určiť tok prúdu v obvode, musí sa zmerať každá LED VF a musí sa špecifikovať vhodný odpor záťaže. V praktických komerčných aplikáciách je Vcc navrhnutý tak, aby bol oveľa väčší ako VF, takže malé zmeny vo VF nemajú veľký vplyv na celkový prúd. Nevýhodou tohto obvodu je veľká strata výkonu cez RL. V aplikáciách, kde je rozsah prevádzkovej teploty veľmi úzky (menej ako 30 stupňov) alebo kde výstup LED nie je kritický, možno použiť jednoduchý obvod, ktorý využíva odpor obmedzujúci prúd, ako je znázornené na obrázku: Lepší spôsob pohonu LED má používať zdroj konštantného prúdu (pozri obrázok 2). Obvod bude poskytovať rovnaký prúd zo zariadenia do zariadenia a pri zmenách teploty. Má tiež nižšiu spotrebu energie ako použitie jednoduchých odporov obmedzujúcich prúd. Komerčné, bežne dostupné LED ovládače sú dostupné z mnohých rôznych zdrojov. Typicky tieto operácie využívajú princíp pulznej šírkovej modulácie (PWM) riadenia jasu.

Priveďte prúd a napätie do LED

Hoci LED diódy sú polovodiče a vyžadujú minimálne napätie, aby fungovali, stále sú to diódy a musia pracovať v prúdovom režime. V režime DC fungujú LED diódy dvoma hlavnými spôsobmi. Najjednoduchšie a najbežnejšie je použiť odpor obmedzujúci prúd (pozri obrázok 1). Nevýhodou tejto metódy sú vysoké tepelné a výkonové straty v odpore. Aby prúd zostal stabilný medzi zmenami teploty a zariadeniami, napájacie napätie by malo byť oveľa väčšie ako predné napätie LED.

Obrázok 2 - Príklad presného stabilného obvodu. Tento obvod sa často označuje ako zdroj konštantného prúdu. Všimnite si, že napájací prúd je určený napájacím napätím (Vcc) mínus Vin delené R1, (Vcc-VIN)/R1.

Kontaktné informácie:

Ak máte nejaké nápady, neváhajte sa s nami porozprávať. Bez ohľadu na to, kde sú naši zákazníci a aké sú naše požiadavky, budeme nasledovať náš cieľ poskytovať našim zákazníkom vysokú kvalitu, nízke ceny a najlepšie služby.