Ledien tyypit ja lajikkeet kasvavat näköjään joka päivä, mutta tänään palaamme perusasioihin. Olemme täällä tänään vastaamassa aina läsnä olevaan kysymykseen: ”Miten LEDit valmistetaan?”. Käymme lyhyesti läpi taustatiedot LED-valojen ja perinteisten valojen keskeisistä eroista, siitä, mitä materiaaleja käytetään valodiodin luomisessa, miten nämä materiaalit suunnitellaan ja lopuksi siitä, miten ne yhdistetään toisiinsa markkinoiden energiatehokkaimman valon luomiseksi!
Tausta: LEDit vs. perinteiset valot
LED-valaistusta sekä hehku- ja loisteputkivaloja ei ole ainoastaan suunniteltu eri tavalla, vaan ne myös tuottavat valoa eri tavalla. Perinteinen valaistus luo valoa kiinnittämällä johdot energialähteeseen. Kun johdot lämpenevät, ne säteilevät valoa. LEDit luovat valoa elektronisen herätteen avulla eikä lämmön avulla. Tämän vuoksi LEDit käyttävät vähemmän energiaa ja säteilevät vähemmän lämpöä, koska lämpö ei ole pääkomponentti valon luomisessa.
LED-materiaalit
LED tarkoittaa valoa säteilevää diodia. Siksi LED-valot koostuvat pienistä diodeista. Jokainen diodi on luotu puolijohdemateriaalista. Yhdessä puolijohdemateriaalin kerroksessa on liikaa elektroneja, toisessa kerroksessa elektronit ovat vähissä. Tämä elektronitasojen ero mahdollistaa elektronien siirtymisen kerroksesta toiseen, jolloin valoa syntyy edellä mainitun elektronisen herätteen avulla.
Hieman tarkemmin eriteltynä itse puolijohdemateriaali on kiteistä materiaalia ja tarvitsee epäpuhtauksia johtaakseen sähköä. Nämä epäpuhtaudet kuitenkin lisätään puolijohdemateriaaliin myöhemmin valmistusprosessin aikana.
Ei kuitenkaan pidä erehtyä pitämään näitä epäpuhtauksia puolijohdemateriaalin puutteina. Ne eivät vähennä diodin arvoa, vaan parantavat sitä! Näiden epäpuhtauksien lisäämistä puolijohteeseen kutsutaan dopingiksi, ja se on olennainen materiaali, jota käytetään ledien valmistuksessa. Yleisimpiä lisättyjä epäpuhtauksia ovat sinkki ja typpi.
Loppujen lopuksi diodien virransyöttöä varten on lisättävä sähköjohtoja. LED-johdoissa käytetään usein kulta- ja hopeayhdisteitä, koska ne kestävät hyvin juottamista ja kuumuutta. Viimeiseksi diodit koteloidaan läpinäkyvään muoviin, ei lasiin kuten perinteiset lamput, mikä tekee niistä kestäviä ja pitkäikäisiä.
LED-suunnittelu
LED-valoja suunniteltaessa sallitaan hieman enemmän luovuutta. Valon käyttötarkoituksesta riippuen värilämpötila, kirkkaus ja tehokkuus päätetään ennen valmistusta. Nämä ominaisuudet päätetään diodin koon, käytetyn puolijohdemateriaalin, lisättyjen epäpuhtauksien tyypin ja diodikerrosten paksuuden perusteella.
Valmistus: Kuinka LEDit valmistetaan
LEDien valmistus on herkkä ja monimutkainen asia, mutta yritämme parhaamme mukaan tiivistää sen. Ensinnäkin on valmistettava puolijohdemateriaali. Tätä kutsutaan puolijohdekiekoksi. Puolijohdemateriaali ”kasvatetaan” korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa olevassa kammiossa. Elementit, kuten gallium, arseeni ja/tai fosfori, puhdistetaan ja sekoitetaan keskenään kammiossa, joka sitten nesteytetään väkeväksi liuokseksi. Kun alkuaineet on sekoitettu, sauva asetetaan liuokseen ja vedetään hitaasti ulos. Liuos kiteytyy sauvan päähän, kun se vedetään ulos, jolloin syntyy pitkä, sylinterinmuotoinen kristalliharkko.
Tämä materiaali leikataan sitten puolijohdekiekkoiksi ja periaatteessa hiotaan pöydän hiomisen tapaan, kunnes pinta on sileä. Sitten se kastetaan erilaisista liuottimista koostuvaan liuokseen, jossa se puhdistetaan perusteellisesti lian, pölyn ja orgaanisen materiaalin poistamiseksi.
Prosessin seuraavassa vaiheessa kiekkoon lisätään lisää puolijohdemateriaalikerroksia. Tämä on yksi tapa lisätä epäpuhtauksia eli dopentteja.
Seuraavaksi puolijohteeseen määritellään metallikontaktit. Tämä määritetään suunnitteluvaiheessa, ja siinä otetaan huomioon, käytetäänkö diodia yksittäin vai yhdessä muiden kanssa.
Viimeiseksi diodit asennetaan sopivaan pakkaukseen, johdot kiinnitetään ja sitten kaikki koteloidaan muoviin. Näin LEDit valmistetaan!
Opi lisää LEDeistä Sitlerin avulla!
Jos sinulla on lisäkysymyksiä LEDeistä, käy katsomassa UKK-sivua tai blogiamme siitä, mikä on LED! Soita meille jo tänään numeroon (319)-519-0039 ja aloita LED-matkasi!
Posted in LED-valaistuksen perusteet