Es scheint, dass die Arten und Sorten von LEDs jeden Tag wachsen, aber heute wollen wir uns auf die Grundlagen zurückbesinnen. Wir sind heute hier, um die allgegenwärtige Frage zu beantworten: „Wie werden LEDs hergestellt?“ Wir geben Ihnen einen kurzen Überblick über die wichtigsten Unterschiede zwischen LED-Leuchten und herkömmlichen Leuchten, welche Materialien für die Herstellung von Leuchtdioden verwendet werden, wie diese Materialien konstruiert sind und schließlich, wie sie miteinander verbunden werden, um das energieeffizienteste Licht auf dem Markt zu erzeugen!
Hintergrund: LEDs und herkömmliche Leuchtmittel
LED-Beleuchtung und Glüh- und Leuchtstofflampen sind nicht nur unterschiedlich konstruiert, sie erzeugen auch unterschiedliches Licht. Herkömmliche Beleuchtung erzeugt Licht, indem Drähte an eine Energiequelle angeschlossen werden. Wenn sich die Drähte erhitzen, geben sie Licht ab. LEDs erzeugen Licht durch elektronische Erregung und nicht durch Wärme. Deshalb verbrauchen LEDs weniger Energie und geben weniger Wärme ab, da Wärme keine Hauptkomponente bei der Lichterzeugung ist.
LED-Materialien
LED steht für Licht emittierende Diode. Deshalb bestehen LED-Leuchten aus kleinen Dioden. Jede Diode wird aus Halbleitermaterial hergestellt. Eine der Schichten des Halbleitermaterials hat einen Überschuss an Elektronen, die andere Schicht einen Mangel an Elektronen. Dieser Unterschied in den Elektronenniveaus ermöglicht es den Elektronen, sich von einer Schicht zur nächsten zu bewegen und durch die oben erwähnte elektronische Anregung Licht zu erzeugen.
Um das Ganze noch ein wenig weiter aufzuschlüsseln, besteht das Halbleitermaterial selbst aus kristallinem Material und benötigt Verunreinigungen, um Elektrizität zu leiten. Diese Verunreinigungen werden dem Halbleitermaterial jedoch später im Herstellungsprozess hinzugefügt.
Diese Verunreinigungen sind jedoch nicht als Unvollkommenheiten des Halbleitermaterials zu verstehen. Sie vermindern nicht den Wert der Diode, sie erhöhen ihn! Das Hinzufügen dieser Verunreinigungen zum Halbleiter wird als Dotierung bezeichnet und ist ein wesentliches Material für die Herstellung von LEDs. Die häufigsten Verunreinigungen sind Zink und Stickstoff.
Um die Dioden mit Strom zu versorgen, müssen schließlich elektrische Drähte hinzugefügt werden. Für LED-Drähte werden häufig Gold- und Silberverbindungen verwendet, da sie gut gelötet werden können und der Hitze standhalten. Zum Schluss werden die Dioden von einem transparenten Kunststoff umhüllt, nicht von Glas wie bei herkömmlichen Glühbirnen, was sie haltbar und langlebig macht.
LED-Design
Bei der Gestaltung von LED-Leuchten ist ein bisschen mehr Kreativität erlaubt. Je nach Anwendung des Lichts werden Farbtemperatur, Helligkeit und Effizienz festgelegt, bevor die Herstellung erfolgt. Diese Eigenschaften werden durch die Größe der Diode, das verwendete Halbleitermaterial, die Art der Verunreinigungen und die Dicke der Diodenschichten bestimmt.
Herstellung: Wie LEDs hergestellt werden
Die Herstellung von LEDs ist eine heikle und komplexe Angelegenheit, aber wir werden unser Bestes tun, um sie zusammenzufassen. Zuallererst muss das Halbleitermaterial hergestellt werden. Dies wird als Halbleiterscheibe bezeichnet. Das Halbleitermaterial wird in einer Kammer mit hoher Temperatur und hohem Druck „gezüchtet“. Elemente wie Gallium, Arsen und/oder Phosphor werden gereinigt und in der Kammer miteinander vermischt, die sich dann zu einer konzentrierten Lösung verflüssigt. Sobald die Elemente vermischt sind, wird ein Stab in die Lösung gesteckt und langsam herausgezogen. Die Lösung kristallisiert am Ende des Stabs, während er herausgezogen wird, und es entsteht ein langer, zylindrischer Kristallblock.
Dieses Material wird dann in Halbleiterplättchen geschnitten und im Wesentlichen abgeschliffen, ähnlich wie man einen Tisch abschleifen würde, bis die Oberfläche glatt ist. Dann wird es in eine Lösung aus verschiedenen Lösungsmitteln getaucht und gründlich gereinigt, um es von Schmutz, Staub und organischem Material zu befreien.
Im nächsten Schritt des Prozesses werden zusätzliche Schichten aus Halbleitermaterial auf den Wafer aufgebracht. Dies ist eine Möglichkeit, Verunreinigungen oder Dotierungen hinzuzufügen.
Als Nächstes werden Metallkontakte auf dem Halbleiter definiert. Dies wird in der Entwurfsphase festgelegt und berücksichtigt, ob die Diode einzeln oder zusammen mit anderen verwendet werden soll.
Schließlich werden die Dioden auf das entsprechende Gehäuse montiert, Drähte angebracht und alles mit Kunststoff umhüllt. So werden LEDs hergestellt!
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Gepostet in Grundlagen der LED-Beleuchtung