Viime vuosikymmeninä valaistusteollisuus on kokenut vallankumouksen Light Emitting Diodien eli LEDien ansiosta. Ne ovat erittäin kestäviä, energiatehokkaita ja riittävän mukautuvia käytettäväksi erilaisissa ympäristöissä, mukaan lukien asunnot, autot, liikennevalot ja sähkölaitteet. LEDien voimanlähteenä toimiva luminesenssiprosessi on niiden tekniikan ydin. Tässä artikkelissa käsitellään LED-valojen luminesenssiprosessin perusteita ja sitä, kuinka ne tuottavat valoa.
Kun sähkövirta kulkee puolijohde-LEDien läpi, ne tuottavat valoa. Ne koostuvat puolijohteista, kuten piikarbidista, galliumarsenidista tai galliumnitridistä. Sähkövirralla käytettäessä näiden materiaalien erityisominaisuudet mahdollistavat valon tuottamisen. Fotoneja, jotka ovat pieniä sähkömagneettisen energian paketteja, jotka ihmiset havaitsevat näkyvänä valona, tuotetaan osana LEDien luminesenssiprosessia.
LEDin rakenne on melko yksinkertainen. Liitoskohta erottaa p-tyypin (positiiviset varauksenkantajat) ja n-tyypin (negatiiviset varauksenkantajat) alueet, jotka muodostavat tämän rakenteen. Elektronit ja reiät (elektronien puute) voivat kulkea liitoksen yli, kun sen yli saatetaan jännite, koska se tuottaa sähkökentän. Elektronit sekoittuvat reikien kanssa siirtyessään n-tyypistä p-tyypin alueelle vapauttaen energiaa fotonien muodossa.
LEDeillä on kaksi erilaista luminesenssimekanismia: stimuloitu ja spontaani. Kun n-tyypin alueen johtavuusvyöhykkeen elektronit yhdistyvät uudelleen p-tyypin alueen valenssikaistan reikiin, vapautuu energiaa fotonien muodossa, mikä johtaa spontaaniin valaistukseen. Koska se tapahtuu spontaanisti ja ilman ulkopuolista ärsykettä, tämä ilmiö tunnetaan spontaanina emissiona.
Sitä vastoin ulkoinen ärsyke on välttämätön stimuloidun luminesenssin esiintymiseksi. Se tapahtuu, kun johtavuuskaistalla oleva elektroni stimuloidaan siirtymään korkeammalle energiatasolle ulkoisen fotonin, kuten valohiukkasen tai sähkövirran, vaikutuksesta. Kutsumme tätä prosessia jännitykseksi. Herätetty elektroni vapauttaa energiaa fotonin muodossa saavuttaessaan alkuenergiatasonsa. Koska sen laukaisee ulkoinen fotoni, tätä ilmiötä kutsutaan stimuloiduksi emissioksi.
LEDit tuottavat valoa indusoitujen ja spontaanien luminesenssiprosessien yhdistelmällä. LEDin pn-liitos toimii paikkana elektronien ja aukkojen rekombinaatiolle, mikä mahdollistaa spontaanin emission. Rekombinaation ja spontaanin emission todennäköisyys kasvaa, kun LEDiin syötetään jännite, koska se tuottaa eteenpäin suuntautuvan biasin, joka sallii elektronien ja reikien vapaan virtauksen liitoksen poikki.
Lisäksi LED on tehty tuottamaan valoa tietyllä aallonpituusalueella. Tämä saavutetaan valitsemalla puolijohdemateriaali huolellisesti ja seosttamalla se epäpuhtauksilla. Pieni määrä vieraita atomeja lisätään puolijohdemateriaaliin seostusprosessin aikana, mikä muuttaa sen sähköisiä ja optisia ominaisuuksia. Valenssi- ja johtavuuskaistan välinen energiarako, joka puolestaan vaikuttaa säteilevän valon aallonpituuteen, määräytyy epäpuhtauksien laadusta ja pitoisuudesta.
Aiempiin valaistustekniikoihin verrattuna LEDien luminesenssiprosessi tarjoaa useita etuja. Se, että LEDit käyttävät hyvin vähän energiaa, on yksi sen suurimmista eduista. Ne menettävät erittäin vähän energiaa lämpönä ja muuttavat suurimman osan sähköenergiasta valoksi. Tämä eroaa hehkulampuista, jotka tuottavat vain 10 % sähköenergiasta valona ja jopa 90 % lämpönä.
LED-tekniikan pidennetty käyttöikä on lisäetu. Toisin kuin hehkulamput, jotka kestävät vain 1,000–2,000 tuntia, LEDit voivat kestää jopa 50,000 tuntia tai yli viisi vuotta jatkuvassa käytössä. Tämä tarkoittaa, että LEDit tarvitsevat vähemmän huoltoa ja vaihtoa, mikä säästää lopulta sekä kuluttajien että yritysten rahaa.
Lisäksi LEDit ovat erittäin mukautuvia ja niillä on monia käyttötarkoituksia. Niitä käytetään talon valaistuksessa, liikennevaloissa, katuvaloissa, tietokonenäytöissä ja televisioissa. Lisäksi niiden pieni koko ja energiatehokkuus tekevät niistä hyödyllisiä lääketieteellisissä laitteissa ja autojen valoissa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että LED-valaisimien kiehtova kirkkausmekanismi tekee niistä täydellisen valaistusvaihtoehdon erilaisiin sovelluksiin. LEDit tarjoavat energiatehokasta, kestävää ja mukautuvaa valoa yhdistämällä spontaaneja ja stimuloituja luminesenssiprosesseja. Pystymme ymmärtämään tämän huipputeknologian taustalla olevan fysiikan ja sen mahdollisuudet mullistaa valaistus tulevaisuudessa ymmärtämällä luminesenssiprosessin perusteet.
https://www.benweilighting.com/professional-lighting/sensor-led-tube-light/motion-sensor-detector-led-light.html
