Diodna žarnica je napačno in poenostavljeno ime, ki se uporablja predvsem v vsakdanjem življenju za označevanje električnih polprevodniških svetlobnih naprav. Načelo delovanja temelji na pojavu elektroluminiscence polprevodnikov.
Polprevodniške naprave kot viri svetlobe
Po seznanitvi z drugimi informacijami na spletnem mestu že vemo, da je vrh razvoja LED padel na izum rubinskega laserja. Potem je hladna vojna razkrila seme lokalnih konfliktov in danes se interesi držav pogosto nasprotujejo. Pojasnimo: zamisel o ustvarjanju laserskega orožja je prevladovala že prej, vendar številne težave niso omogočile učinkovitega delovanja z sevanjem:
- Ruby laser, kot tudi plin, zahteva intenzivno hlajenje. Takšnih enot ni mogoče namestiti na letalstvo ali vesoljska plovila: težka, voluminozna in zahtevajo veliko energije za delo. Besedilo je že obravnavalo argumente o tej oceni akademika Ioffeja. Slednji je bil mnenja, da so termoelementi obetavni v tem kontekstu.
Akademik Ioffe
- Sevalna moč, koncentrirana v ozkem razponu, se hitro zmanjša v ozračju. Tudi v oknih preglednosti je uporaba teh tehnologij nedonosna. Vendar pa so se laserji aktivno uporabljali v satelitskih komunikacijah. Ugotovili bomo, da so viri postali običajen za vojsko že od zgodnjih 70. let 20. stoletja. Seveda, na primeru ameriških oboroženih sil.
- Moč polprevodniških laserjev ni bila prevelika. In ne samo zaradi nizke učinkovitosti( komaj 1% za prve naprave).Zdaj obstajajo napredni izdelki, ki pretvarjajo polovico energije v fotone. Velja tehnološki faktor praktične neizvedljivosti ustvarjanja velikega pn-križišča.
Za potrebe prenosa informacij je koristno uporabiti sevanje optičnih in sosednjih območij - to so danes najboljše frekvence. Zaradi majhne valovne dolžine( po Kotelnikovem teoremu) je možno v kratkem območju postaviti veliko količino podatkov. Kaj poveča hitrost prenosa. Danes večina visokokakovostnih računalniških omrežij deluje v optičnem obsegu z metodami, podobnimi tistim, ki jih opazimo pri LED-sijalkah.
Zgodovina ustvarjanja naprav je opisana v zgoraj omenjenem razdelku, obravnavali bomo razvoj tehnologije. Znano je, da so se v šestdesetih letih 20. stoletja aktivno razvijale svetleče diode, vendar so bile ugotovljene številne težave. Na primer, učinkovitost modrega sevanja se je izkazala za tako majhno, da tehnologije ni bilo smiselno uporabljati v praksi. Pri preučevanju lastnosti novih materialov, njihovi izdelavi so bile težave. Elektroluminiscenca poteka v treh stopnjah:
- Vzbujanje parov nosilcev obeh znakov zaradi uporabljene napetosti.
- Termalizacija nosilcev, izenačevanje energije za dano temperaturo.
- Rekombinacija z emisijo fotonov zunaj.
LED žarnica
LED Kemična sestava
Kristalni anorganski polprevodniki Iz angleščine kratica LED pomeni Light-emitting Diode. Prevajanje v ruščino je preveč zapleteno, o čemer neposredno govori profesor Politehničnega inštituta v Troy Schubertu, zato se uporablja poenostavitev - LED.Da bi dobili idejo o načelih pn-strukture, se je treba naučiti osnovnih stvari. V fiziki polprevodnikov so materiali običajno razvrščeni po periodni tabeli iz osme skupine in sedmega obdobja. Obstajajo tudi druge grafične oblike zapisovanja zakona periodičnosti, vendar ne v tem kontekstu. Za določitev kristala izberite prvo številko.Če je polprevodnik sestavljen iz dveh elementov, se skupine navedejo zaporedno.
Na primer, kadmijev telurid, ki se hitro uporablja kot oddajnik fotonov in kot sprejemnik optičnega sevanja, spada v skupino materialov AIIBVI.Zaporedje ustreza kemijski formuli. V zvezi s tem izgleda kadmijev telurid podoben CdTe. Enostavno je slediti, da je element A v drugi skupini, B pa v šestem. Silicijev karbid( karborund), na podlagi katerega so bili prvič prikazani učinki fotonskih emisij, spada v redko skupino AIVBIV in je postal edini predstavnik.
Po lastnostih je najtežja ruda na planetu postala analog enostavnih elementov: diamant, silicij, germanij. Zadnji dve se pogosto uporabljata v čisti in dopirani obliki. Značilnosti polprevodnikov so v celoti odvisne od energetskih stanj elektronov, širine prepovedanega pasu. Z vstopom v čisti kristal nečistoče poskušajo prejeti nove kvalitete. Na primer, pri dopingu germanija z arzenom, material pridobi n-tip prevodnosti zaradi prisotnosti prostih elektronov v območju nehomogenosti, ki jih tvorijo nečistoče. Torej, upoštevamo polprevodnike:
Diode svetilke
- Po številu osnovnih generatorjev:
- Enostavno. Sestavljen je iz enega samega elementa periodičnega sistema.
- Zapleten. Sestavljen je iz dveh( ali več) kemičnih elementov.
- Z virom pridobitve potrebnih lastnosti:
- Clean. Brez nečistoč.
- Alloyed. Z dodatkom drugih kemijskih elementov v kristalni rešetki. Zgoraj navedeni znaki so označeni s kristaliničnimi anorganskimi polprevodniškimi materiali. Med njimi so najbolj razširjene, poleg enostavnih, prejete spojine: AIIIBV, AIIBIVCV2( npr. CdSnAs2, blizu analog indijskega arzenida).Slednja skupina ima kristalno rešetko s kalkopiritom, čeprav ta material ni vključen v to družino. Kompleksne snovi nastanejo z zlitjem prvotnih snovi v pravem razmerju, ki pogosto tvorijo elektronsko ali luknjasto prevodnost brez vnosa nečistoč.Spomnimo se, da je velikost kvantnih prehodov v materialu bistvenega pomena.
Ločeno od binarnih polprevodnikov je običajno razvrščanje oksidov. Nekateri materiali( cuprite) so v naravi. Rastni procesi trenutno niso dobro razumljeni, vendar se v inženirstvu uporablja bakrov oksid( AIIBVI).Oksidi so omenjeni ločeno zaradi prisotnosti izbranih materialov skupine( npr. La2CuO4) superprevodnosti pri relativno visokih temperaturah - 130 K. Za kristalne strukture številnih polprevodnikov je značilna plast, izrazite lastnosti v dveh dimenzijah( film).
Nekristalinični anorganski polprevodniki
S spremembo tehnologije lahko naredimo posamezne enostavne in kompleksne polprevodnike amorfne( steklaste).Nato kristalna struktura materiala ni vidna. Vsi polprevodniki skupine imajo n-tip prevodnosti, ki kažejo svetel odziv na fotone, kar jim omogoča uporabo kot del sončnih celic. Torej prisotnost določenih nivojev nakazuje možnost ustvarjanja in LED na določeni osnovi.
Globalno, amorfni polprevodniki so razdeljeni v skupine:
- Oksidna stekla nastanejo s fuzijo. Postopek vključuje okside elementov s spremenljivo valenco( prehodno), okside formirajoče snovi( bor, fosfor), okside modifikatorjev( kalcij, svinec, barij).Poleg tega je prehodni element vsebovan v vsaj dveh stanjem valence, ki določa prisotnost posebnih lastnosti.
- Halkogenidi - spojine elementov šeste skupine periodičnega sistema( selen, telur, žveplo) s kovinami. Ime materialov, prejetih za pogosto vključitev v rudo. Pogosto se uporablja v optiki, v 60. letih pa je opisana možnost uporabe za ustvarjanje naprav za shranjevanje( vključno z neobstojno).Slabosti vključujejo slabo kemično odpornost in nagnjenost k kristalizaciji.
- Organski polprevodniki se uporabljajo za izdelavo LED.Pretežno polimerna struktura. Prvič je prikazan učinek luminiscence na kristalih akrike in akridina. Med organskimi materiali sta dve skupini:
- Z modelom, ki temelji na prenosu naboja.
- S sistemom razvitih konjugiranih dvojnih in trojnih vezi.
- V kristalni rešetki silicijevega karbida, germanija so silicijevi atomi nameščeni v kotih tetraedra. Za amorfno strukturo je značilno pomanjkanje urejenosti posameznih kubičnih sestavin snovi.
Sobna razsvetljava
Organski polprevodniki
Organski polprevodniki so kristali, polimeri ali amorfne snovi. Narava porekla, določena v naslovu. Učinek elektroluminiscence na osnovi organskih polprevodnikov je leta 1953 odkril Andre Bernanoz. Eksperimenti na preučevanju kemiluminescence naravnost so znanstvenika pripeljali do odkritja osvetlitve akrihina in akridina. Era ekoloških LED se je začela leta 1987, zahvaljujoč Codecu. Dr. Tang je odkril sijaj polimernega filma Alq3( tri-8-hidroksikinolat aluminij).Nova zelena LED je imela edinstvene lastnosti in se še vedno uporablja v tehnologiji.
Podobno so kristalne strukture elementov periodnega sistema pokazale lastnost elektroluminiscence. Posebne značilnosti veljajo za visoko učinkovitost in nizko ceno. Leta 1989 se je laboratorij na Univerzi v Cambridgeu naučil proizvajati organske polimere. Odkritje Richarda Frienda, Donala Bradleya in Jeremyja Barrowa je leta 1992 privedlo do ustanovitve Cambridge Display Technology( divizije Sumitomo Chemical) s prometom v višini 285 milijonov USD za leto 2007.Laboratoriji podjetja in danes se ukvarjajo z iskanjem novih polimernih materialov, preučevanjem njihovih lastnosti.
Pioneer je leta 1996 izdal prvi črno-beli zaslon s pasivnim nizom organskih LED diod. Ločljivost zaslona je bila samo 256x64 slikovnih pik. Istega leta CDT predstavlja svoje delo na omenjenem področju. Leta 2000 so se po zaslugi družbe LG pojavili prvi modeli mobilnih naprav. V času 2016 je Samsung vložil 325 milijonov dolarjev v tehnologijo na fleksibilnih zaslonih OLED s hkratnim podvajanjem proizvodnje, novi Mercedes pa naj bi bil opremljen z zasloni z diagonalo 12,3 palca.
Danes se v osvetlitvi matrike že uporabljajo organske LED diode. LG je razvil in izdelal posebne tiskalnike, ki so sposobni tiskati za izdelavo plošč za razsvetljavo. To rešuje vprašanje cene ekoloških LED.Velika prednost je bila možnost prilagajanja svetlosti. Ne daleč je dan, ko diodne žarnice začnejo delovati na račun organskih snovi.
Prednosti LED svetilk
Kljub nizki učinkovitosti LED svetilk, ki temeljijo na njih, imajo izjemne značilnosti. Poraba energije, pri čemer so vse ostale enake, se zmanjša za red velikosti. To vam omogoča, da povrne stroške naprav med letom, proizvajalec ponavadi daje garancijo 3 ali več.Vendar pa je težko pridobiti kitajske izdelke, ki se prodajajo pod različnimi evropskimi znamkami. Preprosti proizvajalec v navodilih navaja potrebo po vrnitvi izdelkov s strani prodajalca, ki pa ni vedno pripravljen na to.
Glavna stvar - segment je danes v razcvetu. LED luči jutri bodo postale de facto standard za potrebe razsvetljave.
