През последните няколко десетилетия осветителната индустрия претърпя революция благодарение на диодите, излъчващи светлина, или светодиодите. Те са много издръжливи, енергийно ефективни и достатъчно адаптивни, за да се използват в различни условия, включително жилища, автомобили, светофари и електрически джаджи. Процесът на луминесценция, който захранва светодиодите, е в основата на тяхната технология. В тази статия ще бъдат разгледани основите на процеса на луминесценция на LED светлините и как те генерират светлина.
Когато електрически ток протича през твърдотелни светодиоди, те произвеждат светлина. Те са съставени от полупроводници като силициев карбид, галиев арсенид или галиев нитрид. Когато се задвижват от електрически ток, специалните характеристики на тези материали им позволяват да произвеждат светлина. Фотоните, които са малки пакети от електромагнитна енергия, които хората усещат като видима светлина, се произвеждат като част от процеса на луминесценция на светодиодите.
Конструкцията на светодиода е доста проста. Преходът разделя областите от p-тип (носители на положителен заряд) и n-тип (носители на отрицателен заряд), които изграждат тази структура. Електроните и дупките (липса на електрони) могат да преминат през кръстовището, когато напрежението е поставено върху него, тъй като то създава електрическо поле. Електроните се смесват с дупките, докато преминават от n-тип към p-тип област, освобождавайки енергия под формата на фотони.
Светодиодите имат два различни вида механизми на луминесценция: стимулирани и спонтанни. Когато електрони в зоната на проводимост на n-тип област се рекомбинират с дупки във валентната лента на p-тип област, енергията се освобождава под формата на фотони, което води до спонтанно осветяване. Тъй като възниква спонтанно и без външен стимул, това явление е известно като спонтанно излъчване.
Обратно, външният стимул е необходим за възникване на стимулирана луминесценция. Това се случва, когато електрон в зоната на проводимост е стимулиран да мигрира към по-високо енергийно ниво от външен фотон, като светлинна частица или електрически ток. Ние наричаме този процес вълнение. Възбуденият електрон освобождава енергия под формата на фотон, когато достигне първоначалното си енергийно ниво. Тъй като се задейства от външен фотон, това явление е известно като стимулирано излъчване.
Светодиодите генерират светлина чрез комбинация от процеси на индуцирана и спонтанна луминесценция. Pn преходът на светодиода служи като място за рекомбинация на електрони и дупки, което позволява спонтанно излъчване. Вероятността от рекомбинация и спонтанно излъчване се увеличава, когато към светодиода се подаде напрежение, тъй като то създава преднапрежение, което позволява на електроните и дупките свободно да преминават през кръстовището.
В допълнение, светодиодът е направен да произвежда светлина в определен диапазон на дължина на вълната. Това се постига чрез внимателно избиране на полупроводниковия материал и добавянето му на примеси. Малък брой чужди атоми се добавят към полупроводниковия материал по време на процеса на допиране, променяйки неговите електрически и оптични характеристики. Енергийната разлика между валентната и проводимата зона, която от своя страна влияе върху дължината на вълната на излъчваната светлина, се определя от вида и концентрацията на примесите.
В сравнение с предишните технологии за осветление, процесът на луминесценция на светодиодите предлага редица предимства. Фактът, че светодиодите използват много малко енергия, е едно от най-големите им предимства. Те губят изключително малко енергия като топлина и трансформират по-голямата част от електрическата енергия в светлина. Това контрастира с крушките с нажежаема жичка, които произвеждат само 10% от електрическата енергия като светлина и до 90% като топлина.
Удълженият живот на LED технологията е допълнително предимство. За разлика от лампите с нажежаема жичка, които издържат само 1,000–2,000 часа, светодиодите могат да издържат до 50,000 часа или повече от пет години непрекъсната употреба. Това означава, че светодиодите се нуждаят от по-малко поддръжка и подмяна, което в крайна сметка спестява пари както за потребителите, така и за компаниите.
Освен това светодиодите са много адаптивни и имат голям брой приложения. Използват се в домашно осветление, светофари, улични светлини, компютърни дисплеи и телевизори. Освен това малкият им размер и енергийна ефективност ги правят полезни в медицинско оборудване и автомобилни светлини.
За да обобщим, интригуващият механизъм за осветеност на LED светлините ги прави перфектната опция за осветление за различни приложения. Светодиодите осигуряват енергийно ефективна, издръжлива и адаптивна светлина чрез комбиниране на спонтанни и стимулирани процеси на луминесценция. Можем да разберем физиката зад тази авангардна технология и нейния потенциал да революционизира осветлението в бъдеще, като разберем основите на процеса на луминесценция.
https://www.benweilighting.com/professional-lighting/sensor-led-tube-light/motion-sensor-detector-led-light.html
