В этой статье мы расскажем вам об изготовлении светодиодных светильников на заказ. Светоизлучающие диоды (светодиоды) – небольшие цветные фонари, доступные в любом магазине электроники, – повсеместно распространены в современном обществе. Это световые индикаторы наших стереосистем, автомобильных приборных панелей и микроволновых печей. Цифровые дисплеи на радиочасах, цифровых часах и калькуляторах состоят из полос светодиодов. Светодиоды также находят применение в телекоммуникациях для передачи оптических сигналов на короткие расстояния, например, в пультах дистанционного управления телевизорами. Они даже нашли свой путь в ювелирных изделиях и одежде – свидетелями являются солнцезащитные козырьки с серией мигающих цветных огней, украшающих поля. Изобретатели светодиода понятия не имели, какой революционный предмет они создают. Они пытались сделать лазеры, но по ходу дела изобрели заменитель лампочки.
Лампочки – это просто провода, подключенные к источнику энергии. Они излучают свет, потому что провод нагревается и выделяет часть своей тепловой энергии в виде света. С другой стороны, светодиод излучает свет за счет электронного возбуждения, а не тепловыделения. Диоды – это электрические клапаны, которые пропускают электрический ток только в одном направлении, как односторонний клапан в водопроводной трубе. Когда клапан включен, электроны перемещаются из области с высокой электронной плотностью в область с низкой электронной плотностью. Это движение электронов сопровождается испусканием света. Чем больше электронов проходит через границу между слоями, известную как переход, тем ярче свет. Это явление, известное как электролюминесценция, наблюдалось еще в 1907 году. Однако до того, как начали работать светодиоды, необходимо было разработать более чистые и эффективные материалы.
Первые светодиоды не были такими надежными и полезными, как те, что продаются сегодня. Часто они могли работать только при температуре жидкого азота (-104 градуса по Фаренгейту или -77 градусов по Цельсию) или ниже и сгорали всего за несколько часов. Они поглощали энергию, потому что были очень неэффективны и давали очень мало света. Все эти проблемы можно объяснить отсутствием надежных технологий производства соответствующих материалов в 1950-х и 1960-х годах, и в результате устройства, изготовленные из них, были плохими. Когда материалы были улучшены, последовали и другие достижения в технологии: методы электронного подключения устройств, увеличение диодов, увеличение их яркости и создание большего количества цветов.
Технология все еще развивается сегодня, поскольку производители ищут способы сделать устройства более эффективными, менее дорогими и более цветочувствительными.
Диоды, как правило, сделаны из очень тонких слоев полупроводникового материала; один слой будет иметь избыток электронов, а следующий – недостаток электронов. Эта разница заставляет электроны переходить из одного слоя в другой, генерируя свет. Теперь производители могут делать эти слои толщиной от 0,5 микрона или меньше (1 микрон = 1 десятитысячная дюйма).
Примеси в полупроводнике используются для создания необходимой электронной плотности. Полупроводник – это кристаллический материал, который проводит электричество только при высокой плотности примесей в нем. Слой или пластина полупроводника представляет собой единый однородный кристалл, и примеси вводятся позже в процессе производства. Думайте о вафлях как о пироге, который смешивают и выпекают определенным образом, а о примесях – как о орехах, взвешенных в пироге. Конкретными полупроводниками, используемыми для производства светодиодов, являются арсенид галлия (GaAs), фосфид галлия (GaP) или фосфид арсенида галлия (GaAsP). Различные полупроводниковые материалы (называемые подложками) и разные примеси приводят к разным цветам света от светодиода.
Примеси, орехи в жмыхе, вводятся позже в процессе производства; в отличие от недостатков, они введены намеренно, чтобы светодиод работал правильно. Этот процесс называется допингом. Обычно добавляемыми примесями являются цинк или азот, но также использовались кремний, германий и теллур. Как упоминалось ранее, они заставят полупроводник проводить электричество и заставят светодиод работать как электронное устройство. Именно из-за примесей может создаваться слой с избытком или недостатком электронов.
Для комплектации устройства необходимо подвести к нему и от него электричество. Таким образом, провода необходимо прикрепить к подложке. Эти провода должны хорошо прилегать к полупроводнику и быть достаточно прочными, чтобы выдерживать последующие нагрузки.
Для этой цели чаще всего используются соединения золота и серебра, поскольку они образуют химическую связь с галлием на поверхности пластины.
Светодиоды заключены в прозрачный пластик, как и люцитовые пресс-папье, в которых подвешены предметы. Пластик может быть любого из множества разновидностей, и его точные оптические свойства будут определять, как будет выглядеть световой поток светодиода. Некоторые пластмассы являются диффузными, а это значит, что свет будет рассеиваться во многих направлениях. Некоторые из них прозрачны и могут иметь форму линз, которые будут направлять свет прямо от светодиода узким лучом. Пластик можно тонировать, что изменит цвет светодиода, пропуская больше или меньше света определенного цвета.