Где используются светодиоды: Светодиоды и их применение / Публикации / Элек.ру

Светодиоды и их применение / Публикации / Элек.ру

Светодиод это полупроводниковый прибор, который имеет электронно-дырочный переход, способный создавать оптическое излучение при пропускании через него в прямом направлении электрического тока. На английском светодиод (светоизлучающий диод) звучит как Light Emitting Diode, а в аббревиатуре, как LED.

Мощные и современные светодиоды, так не похожие на свои прототипы, сейчас активно применяются в большом количестве сфер, начиная с освещения жилых помещений, производственных, административных и заканчивая архитектурной, даже уличной подсветкой.

В течение последних лет область применения светоизлучающих диодов прилично расширилась. Если ранее светодиоды относились к индикаторам электронных приборов, то сегодня, где только их не увидишь, на дорожных знаках, на светофорах, на приборной панели машин и т.д. Отметим тот факт, что автопромышленность без светодиодов уже не обходится, их очень активно внедряют в сигнальные огни торможения, а также габаритные фонари.

Широкую область применения источников света LED можно легко объяснить технологическими достижениями в разработке мощных диодов, благодаря чему с каждым годом такое освещение все увереннее вытесняет уже привычные, но порядком устаревшие источники освещения, такие как, лампы накаливания (ЛОН), галогенные лампы накаливания, компактные люминесцентные лампы (ЛЛ) и т.д. Перечислять весь фронт, их применения можно бесконечно:

• освещение на промышленных/производственных предприятиях, рабочих мест,
• освещение подъездов и коридоров домов,
• освещение в магазинах прилавков и витрин.

Светодиоды, которые используют для подсветок, тоже являются мощными LED, по многим параметрам, а именно, световой поток, надежность в эксплуатации, отличный индекс цветопередачи, световая отдача и поэтому они совершенно не уступают и порой превосходят привычные для нас источники освещения, в осветительных приборах.

Если сравнивать с другими лампочками, то главные преимущества LED — это срок службы с номиналом до 50000 часов, а также направленное излучение. Светоизлучающие диоды не содержат ртути, как газоразрядные или люминесцентные лампочки, что значительно облегчает, уже наболевшую проблему с утилизацией.

Время выхода светового потока на максимальное значение, сразу после включения лампы, это всего доля секунды, благодаря чему вы можете подбирать освещение любого тона, начиная с желтого теплого и заканчивая белым дневным или голубым холодным.

Использование светодиодов, как источников света, помогает значительно уменьшить расходы на электроэнергию. Именно поэтому так важно и нужно рассматривать два самых основных фактора, где преимущества применения LED наиболее существенно. Такими факторами являются, отсутствие обслуживания приборов и экономия на электрической энергии.

Используя светодиодные источники вместо устаревших лампочек накаливания, экономия на электроэнергию составит 95%, а вместо люминесцентных около 50%.

В России периодически предпринимаются попытки полностью перевести весь город или определенные районы на полупроводниковое освещение. И это имеет большой смысл, поскольку светодиодные лампы сегодня это самые мощные и экономичные источники освещения.

Устройство светодиода принцип работы светодиода преимущества

Светодиод: устройство, принцип работы, преимущества

Интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели — все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов. Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь светодиодная тема у всех на слуху. Говорят, за ними будущее.

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. Особенно активно экспансия LED разворачивается в области интерьерного оформления и светодизайна.

Настоящая публикация не случайно построена в форме вопросов и ответов (FAQ, frequently asked questions — часто задаваемые вопросы). Именно так заинтересованный человек подходит к новому для него объекту, с тем чтобы «пощупать» его с разных сторон и уж потом решить: нужен — не нужен. А мне задавать правильные вопросы и находить на них верные ответы помогал профессор МГУ Александр Эммануилович Юнович, один из ведущих российских специалистов по светодиодам.

1. Что такое светодиод?

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

2. Из чего состоит светодиод?

Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.

Рис. 1. Конструкция светодиода Luxeon фирмы Lumileds lighting.

3. Как работает светодиод?

Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

4. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?

Разумеется, да. Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

5. Чем хорош светодиод?

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и, теоретически, это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы достигает 100 тысяч часов, что в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

6. Чем плох светодиод?

Только одним — ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближайшие 2-3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

7. Когда светодиоды начали применяться для освещения?

Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.

В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо — не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.

К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.

8. От чего зависит цвет светодиода?

Исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

9. Какие трудности пришлось преодолеть ученым, чтобы изготовить голубой светодиод?

Голубые светодиоды можно сделать на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. (Помните таблицу Менделеева?)

У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал КПД и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и служили недолго. Оставалась надежда на нитриды.

Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом равновесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; ясно, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения — нитрилы алюминия и индия — тоже полупроводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от состава, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но… проблему не удавалось решить до конца 80-х годов.

Первым, еще в 70-х, голубой светодиод на основе пленок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось получить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практических применений, однако руководство сказало: «Ну, это ж на сапфире — дорого и не так уж ярко, к тому же p-n-переход нехорош…» — и работы Панкова не поддержали.

Между тем группа Сапарина и Чукичева из МГУ обнаружила, что под действием электронного пучка GaN с примесью цинка становится ярким люминофором, и даже запатентовала устройство оптической памяти. Но тогда загадочное явление объяснить не удалось.

Это сделали японцы — профессор И. Акасаки и доктор X. Амано из университета Нагоя. Обработав пленку GaN с примесью магния электронным пучком со сканированием, они получили ярко люминесцирующий слой р-типа с высокой концентрацией дырок. Однако разработчики светодиодов не обратили должного внимания на их публикации.

Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, исследуя пленки нитридов элементов III группы, сумел воспользоваться результатами профессора Акасаки. Он так подобрал легирование (Мд, Zn) и термообработку, заменив ею электронное сканирование, что смог получить эффективно инжектирующие слои р-типа в GaN-гетероструктурах. Вот как был получен голубой светодиод.

Фирма Nichia запатентовала ключевые этапы технологии и к концу 1997 года выпускала уже 10-20 млн голубых и зеленых светодиодов в месяц, а в январе 1998 года приступила к выпуску белых светодиодов.

10. Что такое квантовый выход светодиода?

Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электроннодырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться). Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим теплоотводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а для синих — 35%.

Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.

11. Как получить белый свет с использованием светодиодов?

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

12. Какой из трех способов лучше?

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения — суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.

Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих — люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод. Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

13. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

14. Как реагирует светодиод на повышение температуры?

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

15. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

Как видно из рисунка 2, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

Рис. 2. Зависимость силы тока от напряжения питания светодиода.

16. Для чего светодиоду требуется конвертор?

Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.

17. Можно ли регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания — этого-то как раз делать нельзя, — а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

18. Чем определяется срок службы светодиода?

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20-50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

19. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени?

Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее время нет стандартов, которые позволили бы выразить количественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

20. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?

Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо — доподлинно не известно, потому что, насколько я знаю, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют.

Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально. Проблемой заинтересовался академик Михаил Аркадьевич Островский — крупный специалист в области цветного зрения. Тема, за решение которой он взялся, называется так: «Психофизическое восприятие светодиодного освещения системой зрения человека».

21. Когда и как сверхъяркие светодиоды появились в России?

Об этом лучше всех расскажет профессор Юнович.

Люминесценцию карбида кремния впервые наблюдал Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиотехнической лаборатории в 1923 г. и показал, что она возникает вблизи p-n-перехода. Первая научная статья о кристаллах нитрида галлия была опубликована профессором МГУ Г.С. Ждановым в 30-х гг. Люминесценцию в гетероструктурах на основе арсенида галлия впервые исследовали в лаборатории Ж.И. Алферова в 60-х гг. и показали, что можно создать структуры с внутренним квантовым выходом близким к 100%. Разработки структур и светодиодов на основе нитрида галлия велись в ленинградских Политехническом и Электротехническом институтах, в Калуге, в Зеленограде в 70-х гг., но они тогда не привели к созданию эффективных голубых светодиодов.

В 1995 году я прочел первые статьи Накамуры и понял, что «голубая проблема» в принципе решена. Тогда же я получил грант соросовского фонда. В декабре на эти деньги я смог поехать на конференцию в США, и там профессор Жак Панков познакомил меня с Ш. Накамурой. Я забросил наживку: мол, хочу приобщить студентов Московского университета к передовым достижениям в области голубых светодиодов и рассказать им о столь замечательном изобретении. Рыбка клюнула, и в феврале я получил от д-ра Ш. Накамуры из Японии бандеролью 10 светодиодов от фиолетового до зеленого. Все потом оказалось просто — фирма Nichia Chemical начинала выпуск светодиодов на рынок и была заинтересована в научной рекламе. В лаборатории МГУ мы их досконально исследовали, сняли все характеристики и получили новые научные результаты. Д-р Ш. Накамура дал любезное согласие на совместную публикацию наших первых статей.

Одновременно специалисты из группы Бориса Ферапонтовича Тринчука в Зеленограде продемонстрировали образцы зеленых светодиодов начальникам из ГАИ и получили положительный отзыв. Все дело в том, что эта группа сделала опытный образец светодиодного светофора, но у них не было хороших зеленых светодиодов. Светофоры с новыми сверхъяркими зелеными светодиодами намного превосходили светофоры с лампами, и московское правительство сделало заказ на 1000 светодиодных светофоров к 850-летию Москвы. Такое везение!

Как раз тогда у нас гостила киргизская скрипачка Райкан Карагулова — выпускница Московской консерватории, ученица моей жены, которая работала в Японии первым концертмейстером симфонического оркестра в Осаке. Выяснилось, что место ее работы находится неподалеку от фирмы Nichia Chemical! Б.Ф. Тринчук дал ей тысячу долларов и попросил купить на них и прислать на мой адрес 200 зеленых светодиодов. Из них были изготовлены первые светофоры из той юбилейной тысячи. Москва стала первым в мире городом с массовым применением светодиодных светофоров.

Наши ученые и инженеры в НИИ «Сапфир» пытались повторить достижение японцев и изготовить структуры на основе нитридов для голубых и зеленых светодиодов на старой эпитаксиальной установке, которую пришлось модернизировать, чтобы достичь более высоких температур и давлений. Но инициатива заглохла из-за отсутствия денег и интереса руководства.

22. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей?

Что касается выращивания кристаллов, то основная технология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок — в р-области.

Рис. 3. Схематическое представления светодиода.

За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6-12 подложках диаметром 50-75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5-2 млн долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это технология, требующая высокой культуры.

Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к n- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24 x 0,24 до 1 x 1 мм2/.

Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый светодиод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол. Около половины стоимости светодиода определяется этими этапами высокой технологии.

Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-технологии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.

Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора — в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, призванные им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на круглом массивном радиаторе.

Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.

23. Кто в мире сегодня производит светодиоды?

Чтобы делать качественные светодиоды в нужном количестве, понадобилось слияние двух отраслей — электронной и светотехнической. Все западные гиганты, производящие светодиоды для светотехники по полному циклу, начиная с производства чипов и заканчивая различными светодиодными модулями и сборками, а также светильниками на их основе, идут по этому пути. General Electric заключила союз с производителем полупроводниковых приборов Emcore, создав компанию GEL Core. Philips Lighting совместно с Agilent, дочерней компанией Hewlett-Packard, создали предприятие LumiLeds. Osram объединяет усилия с полупроводниковыми предприятиями своей материнской компании Siemens. Как заметил Макаранд Чипалкатти, менеджер по маркетингу из подразделения Opto Semiconductors компании Osram Sylvania, специализирующемуся на устройствах LED, производители светотехники сами уничтожают свой бизнес. Но если сегодня не «наступить на горло собственной песне», то завтра придут другие и сделают это куда более жестко.

Впрочем, существуют компании, специализирующиеся только на производстве чипов. Это предприятия радиоэлектронной промышленности, и они не занимаются светотехникой. К их числу относится Nichia Corporation.

24. Каковы основные производители светодиодных модулей и сборок и представленные ими модельные ряды?

Чипы и отдельные светодиоды производят компании Nichia Corporation, Сгее, LumiLeds Lighting, Opto Technology, Osram Opto Semiconductors, GEL Core. Массовое производство структур и чипов для светодиодов ведут тайваньские фирмы Lite-On, Taiwan Oasis и др.

В России светодиоды производят компании Корвет Лайт, Светлана Оптоэлектроника, Оптэл, Оптоника. По конструкции и технологическому исполнению наши светодиоды не уступают зарубежным, специалисты перечисленных компаний имеют соответствующие патенты. В Москве и Санкт-Петербурге есть возможность выращивать собственные чипы — например, эпитаксиальная установка имеется в Санкт-Петербургском физтехе, — но для промышленного производства необходимо крупное финансирование, и пока наши компании используют зарубежные чипы.

25. Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию, и где высоки требования по электробезопасности.

26. Возможности и применение

Изобретение первых светодиодов — полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку — относится к 1960-м годам. Однако до 1980-х низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.

Появление сверх ярких, а также синих (в середине 1990-х годов) и белых диодов (в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе — мобильных телефонов и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного, синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков, а также конструировать из них дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации.

Светодиоды, за счет их малой потребности в электроэнергии, — оптимальный выбор декоративного освещения в местах, где существуют проблемы с энергетикой.

Срок службы светодиодов, превышающий в 6-8 раз долговечность люминесцентных ламп, относительная простота в работе с ними на этапе сборки изделий, отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания. Одним из немногих и существенных аспектов, за счет которого неон удерживает свои позиции в сегменте подсветки вывесок, является пока еще более высокая стоимость светодиодов.

27. Преимущества

Экономично…

Одним из достоинств светодиодов является их долговечность. Данные источники света обладают ресурсом использования 100 000 часов, а ведь это 10-12 лет непрерывной работы. Для сравнения — максимальный срок работы неоновых и люминесцентных ламп составляет 10 тыс. часов.

За это же время в световом модуле, использующем люминесцентные лампы, их нужно будет сменить 8-10 раз, а лампы накаливания придется заново «вкручивать» от 30 до 40 раз. Использование светодиодных модулей позволяет снизить затраты на электроэнергию до 87%!

Удобно…

Светодиодный модуль — многокомпонентная структура с неприхотливой схемой подключения. В цепочке, скажем, из полусотни светодиодов один-два неисправных не только не выводят рекламный фрагмент из строя, но даже не влияют на суммарное световое излучение. Гигантский ресурс работы светодиодов практически решает проблемы, связанные с необходимостью их замены. Кроме того, светоизлучающие диоды способны надежно функционировать в самом широком диапазоне рабочих температур.

Надежно…

Есть надежность совершенно особого рода — та, от которой порою зависят человеческие жизни. Применение светодиодов в устройствах отображения информации (дорожные знаки, светофоры, информационные табло и т.д.) ведет к значительному увеличению расстояния их восприятия человеческим глазом. Неслучайно во многих крупных городах развитых стран уже нет обычных светофоров, а светодиодные схемы используются в воздушных и надводных навигационных системах.

Другим аспектом, благодаря которому светодиодам некоторыми заказчиками отдается предпочтение, являются их прочность и антивандальные качества. В отличие от стеклянных трубок данные источники света изготовлены из пластика. За счет этого их нелегко вывести из строя посредством механических повреждений. Характерное напряжение, необходимое для работы одного светодиода, — 3-4 вольта. Поэтому в условиях, когда требуется соблюдение повышенных мер безопасности или нет возможности использовать высокие напряжения, светодиоды являются оптимальным выбором. Рабочее напряжение светодиодных модулей, как упоминалось ранее, составляет 10-12 В. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Это также облегчает подключение светодиодов к электросети. У газоразрядных трубок, в отличие от светодиодов, есть порог срабатывания: чтобы источник света загорелся, в начале необходимо подать на разряд необходимое напряжение. Светодиоды же начинают излучать свет сразу при подключении к электросети, и их яркость легко регулировать наращиванием или снижением напряжения практически сразу после включения. Одним из важных преимуществ светодиодов является устойчивость к воздействию низких температур. Известно, что на морозе внутри газоразрядных источников света происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов.

Красиво…

Если бы LED-технологии не изобрели светотехники, их бы создали дизайнеры. Светодиоды, в отличие от ламп с неоном, имеют практически неограниченные возможности для «игры» со спектрами, цепочки которых можно выстроить таким образом, чтобы световые акценты точно работали на образ. Плавные, почти незаметные для глаза световые переходы от пика к пику в плане выразительности, конечно, уступают живописи, но оставляют далеко позади другие источники света. Изощренная цветодинамика, характерная для светодиодных модулей, способна удовлетворить требования самого требовательного дизайнера. Интересно, что игра со спектрами имеет и экологическое значение. Ведь кривые чувствительности, скажем, растений и человеческого глаза не совпадают: те спектры, которые комфортны для нашего глаза, часто дискомфортны для растений, и наоборот. Зональное использование различных светодиодных «цепочек» в тех интерьерах, где одновременно пребывают и растения, и человек, снимают эту проблему.

Представительно…

Светодиодные модули необычайно компактны. Различные сувениры, миниатюрные стенды и компактные табло, украшенные светодиодной символикой компании, смотрятся на удивление выразительно и необычно. Доля рынка светотехнических изделий, занимаемая светодиодами, составляет ничтожную долю. В развитых странах, особенно в крупных городах и столицах, она медленно, но верно возрастает. Своеобразным символом этой нежной и неизбежной революции стало гигантское 500-метровое полотно из светодиодов, непрерывно протянувшееся над главной улицей Лас-Вегаса.

Применение светодиодов сегодня. Область применения светодиодов.

LED – яркие и экономичные светодиоды. Что это такое, где применяются светодиоды? Это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.
В настоящее время светодиоды считаются передовой технологией. Именно их изобретение и дальнейшее использование позволило воплотить в жизнь множество дизайнерских идей — применение светодиодов в закрытых помещениях, насыщенность и устойчивость цвета, и многое другое. Очень долго светодиоды применялись только лишь как маломощные красные или зеленые индикаторы в разных электрических устройствах. В настоящий момент они составляют серьезную конкуренцию лампам накаливания и люминесцентным лампам. И действительно, LED дает отдачу в десятки раз больше чем лампы накаливания. Кроме того, это крайне экономичный прибор. При соблюдении оптимальной температуры он может работать непрерывно в течение долгого времени. Это объясняется тем, что излучение светодиода имеет нетепловую природу. Светодиод является надежным и прочным в эксплуатации. Ведь он не требует стеклянной колбы. Вместе с тем, он располагает богатой цветовой гаммой и отсутствием инертности.
При использовании светодиода у вас есть возможность регулировать яркость и цвет, ранее такое было практически невозможно. Яркость и мощность светодиода зависит от области его применения. И, пожалуй, самое главное преимущества светодиода — это отсутствие инфракрасного и ультрафиолетового излучения и отсутствие ртути в составе. Именно эти факторы могут гарантировать безопасность для здоровья человека и экологическую безопасность.
Сфера использования LED очень широка. Они могут полностью обеспечить световую рекламу, светофоры, взамен привычных неоновых ламп. Например, освещение стен и скользящая подсветка могут стать отличными решениями вашей рекламной кампании.
Светодиоды можно применять в дизайне интерьеров, декоративной подсветке зданий. Отличным применением LED будет и освещение автомобилей, их разнообразная подсветка как внешняя, так и внутренняя. Достаточно необыкновенное решение — подсветка телефонов, фотоаппаратов и камер. Самое интересное, что подобная технология идеально подходит для полноцветного освещения с самой высокой яркостью. Теперь можно наслаждаться всевозможными цветами и красками сидя дома перед экраном телевизора. Итак, LED все больше и больше проникает во все сферы нашей жизни, упрощает и делает ее намного ярче.

Светодиоды. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Светодиоды для человечества стали одним из наиболее распространенных источников света для промышленных и бытовых нужд. Этот полупроводниковый прибор имеет один электрический переход, он преобразует электроэнергию в энергию видимого светового излучения. Явление открыто Генри Джозефом Раундом в 1907 году. Первые эксперименты были поставлены советским физиком-экспериментатором О.В. Лосевым, которому в 1929 году удалось получить рабочий прототип современного светодиода.

Первые современные светодиоды (СД, СИД, LED) были созданы в начале шестидесятых годов. У них было слабое красное свечение, их применяли в качестве индикаторов включения в самых разных приборах. В 90-х появились синие, желтые, зеленые и белые светодиоды. Их стали выпускать в промышленных масштабах многие компании. Сегодня LED-диоды применяются повсеместно: в светофорах, лампочках, автомобилях и т.д.

Устройство

Светодиод представляет полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, который создает оптическое излучение при прохождении через него тока в прямом направлении.

Стандартный индикаторный светодиод выполнен из следующих частей:

 

1 — Эпоксидная линза
2 — Проволочный контакт
3 — Отражатель
4 — Полупроводник (Определяет цвет свечения)
5 и 6 — Электроды
7 — Плоский срез

В основании светодиода закрепляются катод и анод. Все устройство сверху герметично закрыто линзой. На катоде установлен кристалл. На контактах имеются проводники, которые подсоединены к кристаллу p-n-переходом (проволока соединения для объединения двух проводников с различными типами проводимости). Для создания стабильной работы светодиода применяется теплоотвод, который необходим для осветительных приборов. В индикаторных приборах тепло не имеет решающего значения.

DIP-диоды имеют выводы, которые монтируются в отверстия печатной платы, они при помощи пайки подсоединяются на электрический контакт. Имеются модели с несколькими кристаллами различного цвета в одном корпусе.

SMD-светодиоды сегодня являются наиболее востребованными источниками света любых форматов.

• Основа корпуса, куда крепится кристалл, является отличным проводником тепла. Благодаря этому в разы улучшился отвод тепла от кристалла.
• В структуре белых светодиодов между линзой и полупроводником имеется слой люминофора, который нейтрализует ультрафиолет и задает необходимую цветовую температуру.
• В SMD-компонентах, имеющих широкий угол излучения, линза отсутствует. При этом сам светодиод выделяется формой параллелепипеда.

Chip-On-Board (COB) представляют новейшее практическое достижение, которое должно занять в искусственном освещении лидерство в создании белых светодиодов.

 

Устройство светодиодов по технологии COB предполагает следующее:

• На алюминиевую основу посредством диэлектрического клея крепят десятки кристаллов без подложки и корпуса.
• Полученная матрица покрывается общим слоем люминофора. В итоге получается источник света, который имеет равномерное распределение светового потока без возможности появления теней.

Разновидностью Chip-On-Board является Chip-On-Glass (COG) технология, предусматривающая размещение на поверхности из стекла множества мелких кристаллов. К примеру, это филаментные лампы, где излучающим элементом является стеклянный стержень со светодиодами, которые покрыты люминофором.

Принцип действия

Несмотря на технологические особенности и разновидности, работа всех светодиодов основывается на общем принципе функционирования излучающего элемента:

• Преобразование электроэнергии в световой поток осуществляется в кристалле, который выполнен из полупроводников с самым разным типом проводимости.
• Материал с n­-проводимостью обеспечивают путем легирования его электронами, а материал с p-проводимостью при помощи дырок. В результате в сопредельных слоях появляются дополнительные носители заряда разной направленности.
• При подаче прямого напряжения стартует движение электронов, а также дырок к p-n-переходу.
• Заряженные частицы проходят барьер и начинают рекомбинировать, вследствие этого протекает электрический ток.
• Процесс рекомбинации электрона и дырки в зоне p-n-перехода идет выделением энергии в качестве фотона.

В целом, указанное физическое явление свойственно всем полупроводниковым диодам. Однако длина волны фотона в большинстве случаев располагается за пределами видимого спектра излучения. Чтобы элементарная частица двигалась в диапазоне 400-700 нм, ученые проводили множество опытов и экспериментов с разными химическими элементами. В итоге появились новые соединения: фосфид галлия, арсенид галлия и более сложные формы. У каждой из них своя длина волны, то есть свой цвет излучения.
К тому же, кроме полезного света, который испускает светодиод, на p-n-переходе образуется некоторое количество теплоты, которое уменьшает эффективность полупроводникового прибора. Именно поэтому в конструкции мощных светодиодов предусматривается эффективный отвод тепла.

Разновидности

На текущий момент LED-диоды могут быть следующих видов:

• Осветительные, то есть с большой мощностью. Их уровень освещенности равен вольфрамовым и люминесцентным источникам света.
• Индикаторные – с небольшой мощностью, их применяют для подсветки в приборах.

Индикаторные LED-диоды по типу соединения делятся на:

• Двойные GaP (галлий, фосфор) – имеют зеленый и оранжевый свет в структуре видимого спектра.
• Тройные AIGaAs (алюминий, мышьяк, галлий) – имеют желтый и оранжевый свет в структуре видимого спектра.
• Тройные GaAsP (мышьяк, галлий, фосфор) – имеют красный и желто-зеленый свет в структуре видимого спектра.

По типу корпуса светодиодные элементы могут быть:

• DIP — устаревшая модель низкой мощности, их применяют для подсветки световых табло и игрушек.
• «пиранья» или Superflux – аналоги DIP, но с четырьмя контактами. Они применяются для подсветки в автомобилях, меньше нагреваются и лучше крепятся.
• SMD – самый распространенный тип, применяются во множестве источников света.

• COB – это усовершенствованные светодиоды SMD.

Применение

Область применений светодиодов условно можно разделить на две широкие категории:

1. Освещение.
2. С использованием прямого света.

Светодиод в освещении применяется для освещения объекта, пространства или поверхности, вместо того, чтобы быть непосредственно видимым. Это интерьерная подсветка, фонарики, освещение фасадов зданий, освещение в автомобилях, подсветка клавиш мобильных телефонов и дисплеев и так далее. Широкое применение LED-диоды находят в коммуникаторах и сотовых телефонах.

Прямой светодиодный свет применяется для передачи информации, к примеру, в полноцветных видео дисплеях, в которых LED-диоды формируют пиксели дисплея, а также в алфавитно-цифровых табло. Прямой свет также применяется сигнальных устройствах. К примеру, это индикаторы поворота и стоп-сигналы автомобилей, светофоры и знаки.

Будущее светодиодов

Ученые создают светодиоды нового поколения, к примеру, на основе нано-кристаллических тонких пленок из перовскита. Они дешевые, эффективные и долговечные. Исследователи надеются, что такие LED-диоды будут применяться вместо обычных экранов ноутбуков и смартфонов, в том числе в бытовом и уличном освещении.

Создаются и волоконные LED-диоды, которые предназначены для создания носимых дисплеев. Ученые считают, что создаваемый метод производства волоконных светодиодов позволит наладить массовый выпуск и сделать интеграцию носимой электроники в одежду и текстиль совершенно недорогой.

Типичные характеристики

Светодиоды характеризуются следующими параметрами:

• Цветовая характеристика.
• Длина волны.
• Сила тока.
• Напряжение (тип применяемого напряжения).
• Яркость (интенсивность светового потока).

Светодиодная яркость пропорциональна протекающему через него току, то есть чем напряжение будет выше, тем будет больше яркость. Единицей силы света служит люмен на стерадиан, она также измеряется в милликанделах. Бывают яркие (20-50 мкд.), а также сверх яркие (20000 мкд. и более) LED-диоды белого свечения.

Величина падения напряжения – характеристика допустимых значений прямого и обратного включений. Если подача напряжений выше этих значений, то наблюдается электрический пробой.

Сила тока определяет яркость свечения. Сила тока осветительных элементов обычно равняется 20 мА, для индикаторных светодиодов она составляет 20-40 мА.

Цвет излучения светодиода зависит от активных веществ, внесенных в полупроводниковый материал.

Длина волны света определяется разностью энергий при переходе электронов на этапе рекомбинации. Она определяется легирующими примесями и исходным полупроводниковым материалом.

Достоинства и недостатки

Среди достоинств светодиодов можно отметить:

• Малое потребление электроэнергии.
• Долгий срок службы, измеряемый 30-100 тысячами часов.
• Высокая светоотдача. Светодиоды дают 10-250250 люменов светового потока на ватт мощности.
• Нет ядовитых паров ртути.
• Широкое применение.

Недостатки:

• Низкие характеристики у некачественных светодиодов, созданных неизвестными производителями.
• Сравнительно высокая цена качественных светодиодов.
• Необходимость качественных источников питания.

Похожие темы:

Светодиоды. Характеристики. Достоинства и недостатки.

Светодиоды – это кристаллы, изготовленные или «выращенные» из химических элементов на основе полупроводников. После выращивания помещаются в специальный для каждого вида светодиодов корпус

Что такое светодиоды

Светодиоды – это приборы, излучающие свет, изготовленные с применением полупроводниковых материалов. Они превращают электрический ток, по ним протекающий, в свет, без дополнительных преобразований. Происходит это в результате работы механизма полупроводимости и сопутствующей ему рекомбинации. Полупроводимость и рекомбинация образуются в месте контакта двух полупроводников с разными типами проводимости. Термин «рекомбинация» по отношению к физике полупроводников означает исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда. Разумеется, что это происходит с выделением энергии.

Светодиоды — обозначение на схеме

Светодиоды обозначаются короткой аббревиатурой буквами кириллицы – СД (светодиод). А также СИД (светоизлучающий диод). Или же латинскими буквами LED (Light Emitting Diode – с английского «светоизлучающий диод»).

Как делают светодиоды

Светодиоды – это кристаллы, выращенные или наращенные из химических элементов на основе полупроводников. Они помещаются в специальный для каждого вида светодиодов корпус. Технологии изготовления светодиодов разнятся в зависимости от вида светодиода. Изготавливают светодиоды с добавлением различных химических элементов. Среди них полупроводники и не полупроводниковые металлы и их соединения. А также легирующие, то есть придающие составу определенные характеристики, примеси.

Изготовление светодиодов

Процесс изготовления светодиодов выглядит, примерно, следующим образом:

Пластины, служащие в качестве подложки будущих кристаллов светодиодов, помещают в специальную герметичную камеру. Такие пластины изготавливают из удобных для наращивания светодиодов материалов. Например, из искусственного сапфира, у которого подходящая для этого кристаллическая решетка. Прежде всего камеру заполняют смесью газообразных химических веществ на основе полупроводников и легирующих добавок. Затем внутренность такой камеры начинают нагревать. В процессе этого нагрева химические элементы, находящиеся до этого в газообразном состоянии, осаждаются на пластинах.

Процесс длится несколько часов. В итоге на подложке наращивается несколько десятков слоев общей толщиной лишь несколько микрон. Отличие в толщине пластины до и после наращивания не различимо на глаз.

Затем с помощью трафарета на пластину напыляются золотые контакты. После чего ее разрезают на мельчайшие части. Каждая такая часть – это отдельный кристалл светодиода со своими контактами. Размеры ее очень малы. По крайней мере, разглядеть ее в деталях можно лишь под микроскопом.

На следующем этапе готовые кристаллы вставляют в корпус. После того, по необходимости покрывают слоем люминофора. Тип корпуса и количество кристаллов зависят от того, где и как данный светодиод будет использоваться.

Все светодиоды отличаются друг от друга как отпечатки пальцев. То есть нет двух идентичных по своим характеристикам светодиодов. Потому на следующем этапе и происходит сортировка светодиодов по двум-трем сотням параметров. Чтобы отобрать наиболее близкие друг другу по мощности, цветовой температуре и другим характеристикам светодиоды.

В конце концов светодиоды проверяют на работоспособность на испытательных стендах. И лишь затем из них изготавливают светодиодные лампы, ленты или используют в других сферах применения.

Виды светодиодов

Существует много видов светодиодов. Прежде всего светодиоды разделяются по применению. В основном по применению светодиоды подразделяются на два вида – индикаторные светодиоды и осветительные светодиоды. Еще светодиоды подразделяются по способу монтажа на монтажную плату. Осветительные и индикаторные светодиоды монтируются разными способами.

Индикаторные светодиоды

Безусловно, индикаторные светодиоды обычно относятся к DIP типу светодиодов (Dual In-line Package). А также другое  название этого типа – DIL (Dual In-Line – англ. двойное размещение в линию). Также этот способ монтажа именуется PHT (Plating Through Holes – англ. через отверстие платы).

Катод (-) короткий вывод, анод (+) длинный вывод двухпинового индикаторного светодиода.

Индикаторные светодиоды

 

К индикаторным можно отнести и светодиоды типа – Super Flux (обычно переводят как сверхяркие),называемые также – пиранья. Это светодиоды различных цветов в квадратном прозрачном корпусе с четырьмя выводами. Используются такие светодиоды в автомобилях, световой рекламе, декоративной подсветке. Цены на светодиоды пиранья по ссылке.

Светодиоды «Super Flux» — Пиранья

Индикаторные светодиоды, как понятно из их названия, используются для индикации работы различных приборов и аппаратов. К примеру, огонек на панели телевизора – это работа индикаторного светодиода.

Индикаторные светодиоды, излучающие невидимый глазу инфракрасный свет, применяются в пультах дистанционного управления. Также индикаторные светодиоды применяются в автомобилях. светофорах, для подсветки LED мониторов и экранов. Отдельно выделяются OLED (Organic Light Emitting Diode), так называемые органические светодиоды. На их основе осуществляется не просто подсветка экранов, а полностью работа OLED мониторов и телевизоров. Посмотреть примерную цену на индикаторные светодиоды можно по ссылке.

Осветительные светодиоды

Для освещения применяют светодиоды, излучающие белый свет. Обычно они подразделяются на излучающие холодный белый, просто белый и теплый белый цвета. Для получения излучения белого света применяется RGB технология (см. Цветовая температура цветодиодов). Пожалуй, это наиболее дешевый и распространенный метод. Однако, при его использовании ухудшается индекс цветопередачи светильников. То есть при таком освещении изменяются для зрительного восприятия цвета освещаемых предметов.

А также существует другой метод получения белого света. Он заключается в том, что светодиод, излучающий невидимый глазу ультрафиолет, покрывается тремя видами люминофора. При прохождении через них ультрафиолета они излучают голубой, зеленый и красный цвета. При смешении этих цветов опять-таки получается излучение белого света.

В-третьих, на голубой светодиод наносят два вида люминофора. Они излучают желтый и зеленый или же красный и зеленый цвет. В результате чего и получают белый свет. Во втором и в третьем вариантах получается эдакая модификация люминесцентной лампы.

SMD Светодиоды

По способу монтажа осветительные светодиоды бывают SMD типа. Surface Mounted Device – англ. прибор. монтируемый на поверхность. Значительную часть SMD светодиода занимает подложка. Она может играть роль теплоотвода, если изготавливается из соответствующих материалов. Например, алюминия или меди. А также подложка играет роль монтажной платы. Контакты светодиода припаиваются к контактным площадкам, которые располагаются на подложке.

SMD светодиоды

Сверху кристалл закрывается линзой или заливается люминофором. Разумеется все зависит от сферы применения светодиода. И уже на контакты корпуса подается напряжение, когда SMD светодиод вмонтирован в прожектор, в потолочный светильник, на светодиодную лампу или светодиодную ленту. На подложке могут располагаться один, два или три светодиода. А также соответственное количество выводов контактов. Опять-таки в зависимости от того, как светодиод будет применяться. Цены на SMD светодиоды в данный момент можно посмотреть по ссылке.

Светодиоды COB типа

Кроме SMD типа существуют светодиоды COB типа (Chip On Board – англ. чип на плате). На одной плате-подложке, служащей теплоотводом, припаивается большое количество кристаллов. Все они покрываются сплошным слоем люминофора соответствующего состава. Получается один большой светодиод с соответствующей яркостью. Такая технология позволяет упростить и удешевить изготовление светодиодных ламп, а также получить больший световой поток с меньшей площади по сравнению с SMD светодиодами.

COB светодиоды

Светодиоды COB удобно использовать для освещения, для чего они практически и так используются. SMD же светодиоды могут применяться не только для освещения, но и как индикаторные или декоративные. Лампа на SMD светодиодах более пригодна для ремонтна. Можно заменить один перегоревший светодиод. А к примеру в лампе на COB светодиодах придется заменить всю плату-подложку. К тому же лампы на COB светодиодах дают простор для действий недобросовестных производителей. Ведь покупатель не может визуально определить количество кристаллов светодиодов в лампе. А также соотнести их с заявленными характеристиками лампы. Приобрести или посмотреть актуальную цену на COB светодиоды можно перейдя по ссылке.

Характеристики светодиодов

Основные характеристики светодиодов подразделяются на электрические и световые. С одной стороны, электрические – это рабочий ток, напряжение, мощность. С другой стороны, световые характеристики светодиодов — световой поток, сила света (эффективность). А также цветовая температура, габариты и угол рассеивания.

Рабочий ток светодиодов

Светодиоды работают только от определенной силы тока. Эта характеристика наиболее важна для работоспособности светодиода. Даже небольшое превышение рабочей силы тока приведет к быстрой деградации светодиода. А в результате выходу его из строя. Чуть более высокое превышение силы тока ведет к мгновенному перегоранию светодиода.

Ток светодиодов, несомненно, зависит от их мощности. Более мощные светодиоды работают на более высоком токе. В светодиодных лампах и светильниках устанавливаются драйвера. Они ограничивают ток именно до тех параметров, которые нужны для светодиодов, установленных в этих приборах. Часто требуется подключить светодиод отдельно. В этом случае необходимо знать его характеристики. Для того чтобы ограничить ток соответствующим драйвером, токоограничивающим резистором или конденсатором.

Напряжение светодиодов

Рабочее напряжение светодиодов зависит от полупроводников и других химических элементов, использованных при изготовлении этих светодиодов. Применение разных типов материалов для изготовления существующих видов светодиодов ведет к излучению света различных цветов. То есть рабочее напряжение можно определить по цвету светодиода. Иначе говоря, светодиоды разных цветов имеют разное рабочее напряжение.

Для питания светодиодных лент и светильников обычно используются драйвера или блоки питания. Как правило у них на выходе 12 вольт постоянного тока. К примеру. От такого источника можно запитать цепочку из последовательно соединенных светодиодов с рабочим напряжением 3 вольта. Исключим в этом примере падение напряжения на токоограничивающем резисторе. Безусловно, такая последовательная цепь может состоять только из четырех светодиодов. Пятый светодиод, если включить его в эту цепь, работать не будет. Каждый из светодиодов, грубо говоря, забирает из 12 вольт питания по 3 вольта.

Эту характеристику светодиода называют напряжением падения. В данном случае у каждого из светодиодов напряжение падения составляет 3 вольта. Другими словами. Падение напряжения – это напряжение, возникающее на выводах светодиода при протекании через него прямого рабочего тока. Эту характеристику иногда и называют рабочим напряжением светодиода. Хотя, строго говоря, таких характеристик, как напряжения питания или рабочее напряжение, у светодиода нет. Как впрочем и у любого диода.

Мощность светодиодов

Мощность светодиода зависит от его рабочего тока и падения напряжения на нем. Падение напряжения разных светодиодов колеблется в диапазоне, примерно, 1,5 – 4 вольта. Рабочий ток индикаторных и маломощных светодиодов обычно составляет 15 – 20 мА. Ток мощных осветительных светодиодов может быть 150, 350, 750 мА и доходить до 1А.

Часто для повышения яркости светодиода используют повышение его рабочего тока до очень больших величин. При этом необходимо помнить.  Применение для светодиодов такого большого тока ведет к их чрезмерному нагреву. А также быстрой деградации и выходу из строя. Хотя этого можно избежать. При условии, что питании светодиодов большим током, для повышения их яркости, использоваться система охлаждения. Для этого применяются достаточно массивные радиаторы из алюминия или даже меди. Более того, в некоторых случаях применяется принудительный обдув воздухом с помощью вентилятора-кулера. Хорошее охлаждение светодиодов при их работе на большом токе снижает риск потери их работоспособности. Однако, но не исключает его совсем.

P=U×I

Чтобы определить мощность (P) светодиода необходимо умножить напряжении (U) на силу тока (I). К примеру, мы возмем максимальные для светодиодов 4 вольта и 1 ампер. В результате мы получим самый мощный светодиод мощностью 4 Ватта. Безусловно, это будет осветительный светодиод. Несомненно, работающий от тока с не характерной, искусственно завышенной для светодиодов, силой.

Поэтому нужно понимать. Если разговор идет о 10 ваттном или даже 100 ваттном светодиоде. Несомненно, имеется в виду лампа или светильник. Они состоят из нескольких штук или десятков штук светодиодов. Или же речь идет о светодиодной сборке, например, COB типа. Иными словами, 100 кристаллов-светодиодов, каждый мощностью 1 Ватт, припаиваются на единую плату. И все это заливается слоем люминофора. Так и получается светодиод мощностью 100 Ватт.

Световые характеристики светодиодов — световой поток, освещенность, световая отдача и угол рассеивания

Осветительные светодиоды испускают более мощный световой поток чем другие источники освещения. Несомненно имеется в виду тоже или меньшее потреблении электрической энергии. В итоге освещенность лампами и светильниками на светодиодах какого-либо пространства выше. Разумеется по сравнению с освещенностью лампами накаливания. А также люминесцентными и другими, такой же или большей мощности. Естественно и световая отдача осветительных светодиодов лучше. То есть они дают большее количество люмен (единиц светового потока) на каждый ватт своей мощности.

С этими характеристиками светодиодных ламп и светильников могут поспорить немногие осветительные приборы.  Несомненно, к ним относятся натриевые газоразрядные лампы низкого и высокого давления. А также в какой-то мере, люминесцентные лампы. Но надо понимать, что все эти отличные качества имеют не все светодиоды. Поскольку все зависит от типа светодиодов и качества их изготовления.

К тому же существует такая характеристика светодиодов, как угол рассеивания света. Например, светодиоды, в отличии от других источников света, характеризуются меньшей величиной этого угла. Угол рассеивания различных ламп без отражателя – 360°. То есть они освещают окружающее пространство во все стороны более или менее равномерно. Угол же рассеивания одного осветительного светодиода может составлять всего 15-120°. Для расширения угла рассеивания применяется рассеивающая линза. С другой стороны, иногда требуется узкий угол рассеивания светодиода. К примеру, для точечного – акцентного освещения. Тогда, в свою очередь, применяется линза собирательная – сужающая луч света.

Пучок света, испускаемый светодиодом, неравномерен по яркости в пределах угла рассеивания. Он наиболее ярок в центре и снижает яркость, по мере приближения к краям этого угла. Для достижения угла рассеивания в 360°, делаются светодиодные сборки из множества светодиодов. Они равномерно светят во все стороны. К примеру, такие как светодиодные лампы типа «кукуруза».

Цвета светодиодов. Цветовая температура светодиодов

Цвета светодиодов могут быть самыми разнообразными – от основных цветов до их оттенков. Цветовая температура индикаторных DIP светодиодов не зависит от цвета корпуса светодиода. Цвет корпуса светодиода лишь показывает каким цветом будет светить данный светодиод. Цвет свечения, то есть цветовая температура, зависит от материалов, из которых изготовлен светодиод. При изготовлении светодиодов применяются различные полупроводники, легирующие добавки и другие химические элементы. А также используются разнообразные технологии производства. Это позволяет получить светодиоды с различной цветовой температурой. Есть множество видов светодиодов в прозрачном корпусе, цвет свечения которых можно определить, лишь включив светодиод.

Существуют также двухцветные светодиоды, с двумя контактами, как и у одноцветного светодиода – анодом и катодом. Смена цветов в них происходит при смене полярности питания. Трехцветные с двумя анодами и общим катодом объединяют в себя два кристалла разных цветов. В зависимости от того, на какие контакты подается питание, светодиод горит одним или другим цветом. А при включении обоих цветов от их смешения получается третий цвет. Чаще всего объединяют красный и зеленый кристаллы светодиодов. При смешении они дают желтый цвет.

Светодиоды RGB типа (Red – красный, Green – зеленый, Blue – синий) состоят из трех кристаллов. По отдельности кристаллы дают красный. зеленый и синий цвета. При смешении этих цветов через линзу, получают белый свет, применяемый для освещения. Такие светодиоды могут, при управлении через контроллер, светит каждым цветом по отдельности. Или же, при смешении цветов, давать все другие оттенки спектра. К примеру, четырех-пиновый индикаторный светодиод. У него три катода отдельно для каждого кристалла и один общий плюсовой вывод – анодом. Такой светодиод работает именно по такому принципу.

Достоинства и недостатки светодиодов как источников освещения

Достоинства осветительных светодиодов

1. Главное и наиболее широко озвученное достоинство светодиодов — низкое энергопотребление. Такой же световой поток при меньших энергозатратах, чем у других источников света.
2. Соответственно высокая светоотдача.
3. Длительный срок службы.
4. Отсутствие ядовитых паров.

Недостатки осветительных светодиодов

1. Очень высокая цена у качественных светодиодов от известных производителей. Низкие фактические характеристики у некачественных светодиодов от неизвестных производителей и при этом недостаточно низкая цена по сравнению с лампой накаливания.
2. Гарантия известных производителей на качественные светодиоды от 3 до 5 лет. Заявленный срок службы – до 11 лет при постоянной работе. Срок же окупаемости качественной светодиодной лампы – 5 лет.
3. Эффект высокочастотного мерцания при использовании дешевых светодиодных сборок за счет экономии на системе электропитания.
   
4. Для питания светодиодов необходимо применять драйвера или другие источники питания. А для стабильной и долгой службы светодиодов необходимо применять качественные, а значит дорогие источники питания. Гарантийный срок службы этих источников питания может быть и ниже, чем срок службы светодиодов. В результате это значительно удорожает их обслуживание.
5. Применение диммеров -регуляторов для изменения освещенности возможно не для всех видов светодиодных ламп. Устройство этих регуляторов более сложно, чем устройство регуляторов для ламп накаливания. В итоге они более дорогие. Иногда значительно более дорогие.
6. Существуют светодиоды, излучающие белый свет с разной цветовой температурой. Например, от 3 500 – до 7 000 К. Маркетинговые названия – теплый белый свет, белый свет, холодный белый свет. Это не всегда точно соответствуют фактическим характеристикам. Поэтому многим людям реальный свет светодиодной лампы может быть неприятен и действует на них раздражающе.
7. Малый угол рассеивания. Светодиоды дают направленный свет и для получения привычной освещенности может понадобиться большее количество светильников.

Еще о недостатках светодиодов

8. Не существует двух одинаковых светодиодов, с одинаковыми характеристиками. Несколько десятков или даже сотен однотипных ламп накаливания при включении будут светить совершенно одинаково. В то время как, со светодиодными лампами все совсем не так. Все световые характеристики одинаковых светодиодов чуть-чуть различаются, соответственно различаются и собранные из них светодиодные лампы. В частности, характеристики света каждой отдельной лампы будут отличатся от остальных однотипных светодиодных ламп. Световой поток, освещенность, цветовая температура и другие характеристики будут немного различны. Безусловно, даже в одной партии ламп и одного производителя. Скорее всего, при замене будут использоваться лампы другой партии, а может и другого производителя. По всей вероятности, различия в их свечении будут еще более бросаться в глаза. Получается что добиться равномерного и одинакового освещения с помощью светодиодов очень проблематично.

9. По поводу нашумевшего отказа от ламп накаливания в пользу светодиодов можно заметить следующее. Что если повсеместно запретить лампы накаливания? То есть применять для освещения только светодиоды для экономии электроэнергии.  В этом случае электрокомпании просто повысят цену на электроэнергию, чтобы не терять прибыли. А мы будем потреблять меньше, и платить больше. А также покупать дорогие светодиодные лампы.

Светодиоды – чрезвычайно полезные и интересные источники света. Их применение в большинстве случаев оправданно, а в некоторых случаях просто необходимо. Но заменить все остальные осветительные устройства они не в состоянии. И несомненно, должны применяться в наших домах наряду с ними.

А вот и такое мнение существует о светодиодах.

Видео о светодиодах

Похожие записи

Светодиодные лампы для дома

Установка настенного светильника самостоятельно

Виды ламп для освещения помещений

Вы можете прочитать записи на похожие темы в рубрике – Освещение

Ваш Удобный дом

Также рекомендуем прочитать

принцип действия, схемы, примеры и т.д.

Светодиод — диод с простым P-N переходом, главной особенностью которого является то, что он испускает свет, когда через него проходит ток. Используется во многих цифровых дисплеях, а также в других типах индикаторных устройств.

Светодиод

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип работы светодиода

Основные рабочие характеристики любого светоизлучающего диода сходны с характеристиками обычного диода. Когда подается напряжение, то электроны двигаются от материала N-типа через P-N переход и соединяются с отверстиями в материале P-типа. В обычных диодах энергия, которая возникает в результате соединения электронов с отверстиями, выделяется в виде тепла. Однако, когда речь идет о светодиодах, то энергия в них выделяется в первую очередь в виде света.

Схема светодиода

Светодиоды могут изготавливаться таким образом, что будут испускать красный, зеленый, голубой, инфракрасный или ультрафиолетовый свет. Это достигается путем изменения количества и типа материалов, которые используются в качестве присадки. Яркость света также может изменяться, что осуществляется с помощью управления количеством тока, проходящего через светодиод. Однако, как и любой другой диод, СИД имеет предельные значения тока, которые он может выдержать.

Где используются светодиоды

Одной из основных областей применения светодиодов является использование их в качестве сигнальных лампочек. Например, этот прибор может использоваться для того, чтобы проконтролировать идет ли по цепи ток или она обесточена.

Цепь с сигнальной лампочкой представляет собой ряд приборов, последовательно соединенных между собой: светодиод, резистор, выключатель и источник постоянного тока.

Схема типичной цепи с сигнальной лампочкой

Когда выключатель цепи с сигнальной лампочкой замкнут, то напряжение прямого смещения от источника тока подается на светодиод (который разработан таким образом, чтобы срабатывать только, когда имеется прямое смещение). Электроны, которые прорываются через P-N переход, соединяются с отверстиями, в результате чего энергия высвобождается в виде света. Резистор, установленный в этой цепи, ограничивает протекание тока по ней, с тем, чтобы защитить светодиод от повреждений, которые может вызвать чрезмерный ток.

Светодиоды могут также использоваться в цифровых дисплеях, например, в наручных часах или калькуляторах.

С помощью высвечивания различных комбинаций из семи элементов на дисплее можно отображать любую цифру от нуля до девяти.

Цифровой дисплей на калькуляторе из семи элементов

Каждый светодиод соединен последовательно с резистором и выключателем, где каждый выключатель представляет собой внешнюю управляющую цепь. Выключатели имеют обозначения от А до G, чтобы соответствовать элементам дисплея. Семь последовательных проводов соединены параллельно с источником постоянного тока. Для того, чтобы подать питание на какой-либо светодиод, замыкается соответствующий выключатель. Каждый последовательно включенный в цепь резистор ограничивает ток, проходящий по проводу, и, тем самым, предотвращает повреждение светодиодов от чрезмерно большого тока.

Схема внешней цепи управления для цифрового дисплея калькулятора

Цифры появляются на цифровом дисплее в результате различных сочетаний семи выключателей. Например, если выключатели А и В замкнуты, то соответствующие элементы на дисплее загорятся и образуют цифру 1. Подобным же образом цифра 2 может быть образована с помощью выключателей A, C, D, F и G, которые будут замкнуты одновременно.

Замыкая соответствующие выключатели в определенных комбинациях, на дисплее можно получать цифры от 0 до 9. Если элементы расположить несколько иным образом, то на дисплее можно получить знак плюса, минуса, десятичные точки или же буквы алфавита.

Светодиоды могут использоваться даже для обеспечения искусственного освещения для роста растений. Основными преимуществами светодиодов в этом случае являются: низкое потребление электричества и тепловыделения, а также возможность настройки необходимого спектра излучения.

Светодиодное освещение — что нужно знать о технологии LED

Содержание:

Появление LED-элементов (light-emitting diode) ознаменовало эволюционный виток в развитии светотехнической продукции. Технология инфракрасного диода была запатентована в 1961 году, но применимый на практике светодиод появился только год спустя. Первые LED-лампы стоили до $200, падение цены на них началось спустя тридцать лет – в начале 90-х, когда создали дешевый диод синего цвета.

В течение последнего десятилетия частные лица и владельцы бизнеса все чаще выбирают доступное светодиодное освещение. Серийный выпуск LED-элементов, демонстрирующий высокие темпы роста, отражает оживленный спрос на них.

Что такое светодиодное освещение? Принцип работы светодиода

Светодиод представляет собой прибор на основе полупроводниковых кристаллов с электронно-дырочным переходом. Он создает оптическое излучение в узком диапазоне спектра при пропускании через него электрического тока. Под действием последнего каждый кристалл начинает излучать лучи в спектре RGB, а белый цвет является результатом их смешения. При изменении соотношения цветов получают оттенки белого света от теплого до холодного.

Если говорить о современных светодиодных лампах, то они состоят из следующих элементов:

• Плата с диодами
• Драйвер для выпрямления тока
• Радиатор для отвода тепла
• Цоколь (Е27, Е14, Е40, GU10, GU5.3 и др.)
• Колба (традиционной формы, в виде свечи, шара, эллипса, «кукурузы»)
• Держатели (нижний и верхний)

Преимущества и недостатки светодиодного освещения

Как и другие популярные источники освещения – традиционные и люминесцентные – они тоже имеют достоинства и недостатки. К преимуществам LED светильников относят следующие характеристики:

• Срок службы. Они способны работать до 100 000 ч. У лампы накаливания этот показатель составляет до 1 000 ч, у галогенной – до 4 000 ч, у люминесцентной – до 10 000 ч.
• Экономное потребление энергии. Они расходуют в среднем в 7 раз меньше электричества, чем лампа накаливания, в 2 раза меньше люминесцентной и в 4 раза меньше галогенной при условии, что они дают одинаковую по освещенность помещения.
• Параметры светоотдачи. Мощность светового потока в них составляет 50-100 лм на 1 Вт. У галогенных эта характеристика составляет до 22 лм, у люминесцентных – до 60 Вт, у ламп накаливания – до 17 лм. В трех последних 40-90 % мощности тратится на нагрев корпуса.
• Экологичность. В составе LED-лампы отсутствуют токсичные компоненты. Лампы накаливания и галогенные не претендуют на экологичность из-за того объема энергопотребления, которое тратится «впустую». Люминесцентные содержат пары ртути и требуют соблюдения выполнения строгих правил утилизации, утвержденных на законодательном уровне.
• Запас прочности конструкции. Лампы накаливания и галогенные легко разбиваются при падении с высоты до 1 м и легком механическом воздействии. А сильная вибрация приведет к тому, что в них порвутся нити накаливания. Колбы люминесцентных лампы более прочные, но разбивать их нежелательно из-за потенциального вреда для здоровья. Самый прочный корпус у LED-ламп, так как колба – самый хрупкий элемент конструкции – изготовлена из пластика.
• Естественный свет. Ближайший к нему спектр дают светодиоды. Их индекс цветопередачи составляет 80-85 единиц, в то время как у естественного солнечного освещения – 100 единиц (абсолютное значение). Среди остальных решений к этой характеристике приближаются только люминесцентные лампы с их 60-65 единицами.

Светодиодные источники света не нуждаются в регулярном техническом обслуживании и подходят для освещения влажных и пыльных помещений. На их срок службы не влияет частое включение и отключение питания, в отличие от галогенных, люминесцентных и ламп накаливания.

С момента появления на рынке источники света на основе светодиодов непрерывно дешевеют, но до сих пор остаются дорогими на фоне альтернативных решений. Это является их главным и единственным недостатком. Но если учитывать срок службы и уменьшенное потребление энергии, установка LED-освещения будет предпочтительнее с экономической точки зрения.

Характеристики светодиодов

Рабочий ток (мА, миллиамперы)

Светодиодные элементы работают от 10-100 мA и более. Чем мощнее диод, тем выше сила тока ему требуется, но тем больше вероятность перегорания светодиода. Для выпрямления характеристики силы тока используют драйверы. Чем более точно они работают, тем дольше прослужит диод.

Напряжение (В, вольты)

Зависит от полупроводников и других химических элементов, использованных при изготовлении LED-элемента. Их качественные и количественные характеристики напрямую влияют на цвет свечения.

Мощность (Вт, ватты)

Определяется силой тока и напряжением. Чем выше мощность, тем сильнее нагревается светодиод, но тем быстрее он выходит из строя. Чтобы не допустить подобного развития событий, их принудительно охлаждают, устанавливая радиаторы из алюминия или других материалов с похожими характеристиками.

Цветовая температура (К, Кельвин)

Она зависит от материалов изготовления диода. Температура определяет оттенок свечения светодиода. Он может теплым желтым (1 800 – 3 500 К), нейтрально белым (3 600 – 5 000 К) или голубовато-холодным (5 100 К и выше).

Световой поток (лк, люксы)

Определяет интенсивность освещения. Означает, какое количество люмен (единиц светового потока) приходится на единицу мощности, равную 1 Вт.

Угол рассеивания (°, градус)

Он зависит от характеристик рассеивающей линзы. Для одного диода угол рассеивания составляет от 50 до 120 °. Если требуется акцентное (точечное) освещение, используют собирательную линзу. Если угол рассеивания требуется увеличить до 270-360°, изготавливают модульные конструкции.

Как светодиодное освещение помогает экономить?

Мы рассмотрели, насколько выгоднее светодиодные решения на фоне галогенных, люминесцентных и ламп накаливания. Главные плюсы LED в экономическом плане определяются их сроком службы и уменьшенным потреблением энергии. Предлагаем убедиться в этом на примере.

Световой поток	Светодиодная лампа	Энергосберегающая лампа	Лампа накаливания
50 лм.	1 вт.	4 вт.	20 вт.
100 лм.	2 вт.	5 вт.	25 вт.
100-200 лм.	2,5-3 вт.	6-7 вт.	30-35 вт.
300 лм.	4 вт.	8-9 вт.	40 вт.
400 лм.	5 вт.	10 вт.	50 вт.

Возьмем популярную лампу накаливания на 60 Вт. Ближайшей к ней по характеристикам мощности будет светодиодная лампа на 9 Вт. Здесь видна семикратная экономия потребляемой энергии, что отразится на счетах за потребленное электричество. Добавляем к этому преимущество в светоотдаче (78 лм/Вт против 13 лм/Вт) и срок службы, который отличается в 50-100 раз (до 100 000 часов непрерывной работы против 1 000 часов). Отнимаем необходимость в специальной утилизации (для предприятий это не бесплатная услуга) и потребность в замене ламп в результате повреждения – и на выходе получаем экономически обоснованное решение.

Виды светодиодного освещения

Квартирное

Такие лампы устанавливают в люстры, настольные светильники, бра и точечные источники освещения. Их покупают в комплекте со светильниками или отдельно, с целью перейти на экономное потребление электроэнергии.

Офисное

Для офисов и кабинетов светодиоды используются в составе встраиваемых или потолочных накладных светильников. Они дают равномерный рассеянный световой поток со схожими характеристиками на каждом рабочем месте.

Торговое

В этом случае светодиодное освещение играет важную роль в получении прибыли от продаж, так как представляет товар в удачном ракурсе. С этой целью устанавливают светильники-даунлайты, карданные и модульные модели, трековые на шинопроводе и другие виды.

Промышленное

Светодиоды используют в производственных цехах, на складских комплексах, животноводческих фермах. Такие источники света способны выдерживать агрессивные условия эксплуатации: температуру более 35 ° и влажность более 80 %, чрезмерное запыление, регулярное механическое воздействие.

Аварийное

Как запасной вариант, при отключении основного освещения, используют светодиодные светильники на промышленных объектах, в медицинских и развлекательных учреждениях, в торговых сетях. Есть полностью автономные модели и те, которые предназначены для подключения к централизованному электропитанию. Также выделяют категорию эвакуационных аварийных светильников, которые указывают выходные пути в экстренных ситуациях (например, при срабатывании пожарной сигнализации).

Консольное (уличное) и архитектурное

Уличные и архитектурные светильники со светодиодами устанавливают на трассах и городских улицах, парках и вдоль пешеходных дорожек.

LED-элементы в составе лент и отдельных источников освещения используют для подсветки фасадов зданий и скульптур. Для получения различных эффектов применяют оптические системы, отражатели, светильники с углом рассеивания до 180 °. Для выделения архитектурных объектов прибегают к гирляндам, а медиафасады, изготовленные на основе модульных сеток, используют для трансляции рекламы и другого контента.

Прожекторное

Светодиоды являются составными элементами современных прожекторов – приборов дальнего действия с большим охватом: спорткомплексов, паркингов, вокзалов. Количество LED-элементов в них составляет от 30 и более, а мощность варьируется от 20 до 100 Вт. Так достигается высокая концентрация светового потока, позволяющая визуально выделить объекты, расположенные на расстоянии в десятках метров.

Выводы: какое оно, светодиодное освещение?

По основным характеристикам – сроку службы, экономичности, экологичности и параметрам светоотдачи – светодиодное освещение превосходит люминесцентное, галогенное и накаливания. Диоды становятся дешевле в производстве, совершенствуются их конструктивные элементы и одновременно с этим увеличивается популярность. Можно уверенно утверждать: за светодиодными источниками – будущее.

LED | электроника | Britannica

Узнайте, как работают различные типы электрического освещения — лампы накаливания, галогенные, люминесцентные и светодиодные

Обзор различных типов электрического света, включая лампы накаливания, галогенные, люминесцентные и светодиодные.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц Посмотреть все видео по этой статье

Светодиод , полностью светоизлучающий диод , в электронике, полупроводниковое устройство, которое излучает инфракрасный или видимый свет при зарядке электрическим током.Видимые светодиоды используются во многих электронных устройствах в качестве сигнальных ламп, в автомобилях в качестве фонарей заднего стекла и стоп-сигналов, а также на рекламных щитах и ​​знаках в виде буквенно-цифровых дисплеев или даже полноцветных плакатов. Инфракрасные светодиоды используются в автофокусных камерах и телевизионных пультах дистанционного управления, а также в качестве источников света в волоконно-оптических телекоммуникационных системах.

Светодиоды.

© Gussisaurio

Знакомая лампочка излучает свет за счет накала, явления, при котором нагрев проволочной нити электрическим током заставляет проволоку излучать фотоны, основные энергетические пакеты света.Светодиоды работают за счет электролюминесценции — явления, при котором испускание фотонов вызывается электронным возбуждением материала. Чаще всего в светодиодах используется арсенид галлия, хотя есть много вариантов этого основного соединения, например, арсенид алюминия-галлия или фосфид алюминия-галлия-индия. Эти соединения являются членами так называемой группы полупроводников III-V, то есть соединений, состоящих из элементов, перечисленных в столбцах III и V периодической таблицы. Изменяя точный состав полупроводника, можно изменить длину волны (и, следовательно, цвет) излучаемого света.Излучение светодиода обычно находится в видимой части спектра (т.е. с длинами волн от 0,4 до 0,7 микрометра) или в ближнем инфракрасном диапазоне (с длинами волн от 0,7 до 2,0 микрометров). Яркость света, наблюдаемого от светодиода, зависит от мощности, излучаемой светодиодом, и от относительной чувствительности глаза на излучаемой длине волны. Максимальная чувствительность достигается при 0,555 мкм, что находится в желто-оранжевой и зеленой области. Приложенное напряжение в большинстве светодиодов довольно низкое, в районе 2.0 вольт; ток зависит от области применения и колеблется от нескольких миллиампер до нескольких сотен миллиампер.

Термин диод относится к двухполюсной структуре светоизлучающего устройства. В фонарике, например, проволочная нить накала подключена к батарее через две клеммы: одна (анод) несет отрицательный электрический заряд, а другая (катод) — положительный. В светодиодах, как и в других полупроводниковых устройствах, таких как транзисторы, «выводы» на самом деле представляют собой два полупроводниковых материала разного состава и электронных свойств, соединенных вместе, чтобы сформировать переход.В одном материале (отрицательный, или полупроводник типа n ) носителями заряда являются электроны, а в другом (положительный, или полупроводник типа p ) носителями заряда являются «дырки», созданные отсутствием электронов. Под действием электрического поля (питаемого батареей, например, когда светодиод включен), ток может протекать через переход p — n , обеспечивая электронное возбуждение, которое заставляет материал люминесценция.

В типичной светодиодной структуре прозрачный эпоксидный купол служит структурным элементом, удерживающим вместе выводную рамку, линзой для фокусировки света и согласованием показателя преломления, позволяющим большему количеству света выходить из светодиодного кристалла. Чип, обычно размером 250 × 250 × 250 микрометров, устанавливается в отражающий стакан, сформированный в выводной рамке. Слои GaP: N типа p — n представляют собой азот, добавленный к фосфиду галлия для получения зеленого излучения; слои GaAsP: N типа p — n представляют азот, добавленный к фосфиду арсенида галлия для получения оранжевого и желтого излучения; и слой GaP: Zn, O типа p представляет собой цинк и кислород, добавленные к фосфиду галлия для получения красного излучения.Еще два усовершенствования, разработанные в 1990-х годах, — это светодиоды на основе фосфида алюминия, галлия и индия, которые эффективно излучают свет от зеленого до красно-оранжевого, а также светодиоды с синим светом на основе карбида кремния или нитрида галлия. Синие светодиоды можно комбинировать в кластере с другими светодиодами для получения всех цветов, включая белый, для полноцветных движущихся дисплеев.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Любой светодиод может использоваться в качестве источника света для волоконно-оптической системы передачи на короткие расстояния, то есть на расстоянии менее 100 метров (330 футов).Однако для оптоволоконной оптики дальнего действия характеристики излучения источника света выбираются таким образом, чтобы соответствовать свойствам передачи оптического волокна, и в этом случае инфракрасные светодиоды лучше подходят, чем светодиоды видимого света. Стеклянные оптические волокна имеют самые низкие потери при передаче в инфракрасной области на длинах волн 1,3 и 1,55 мкм. Чтобы соответствовать этим свойствам пропускания, используются светодиоды, которые изготовлены из фосфида арсенида индия галлия, нанесенного слоем на подложку из фосфида индия.Точный состав материала может быть отрегулирован для излучения энергии с точностью 1,3 или 1,55 микрометра.

цифровые часы

Светодиодные цифровые часы.

© Данило Калилунг / Корбис РФ

Применение светодиодов | Fabrico, подразделение EIS, Inc.

Преобразование теплопроводных материалов для решения проблем, связанных с производительностью светодиодов.

Светодиоды

(светоизлучающие диоды) — новейшая разработка в осветительной отрасли. Светодиодные фонари, ставшие популярными благодаря своей эффективности, разнообразию цветов и длительному сроку службы, идеально подходят для множества применений, включая ночное освещение, художественное освещение и наружное освещение.Эти фонари также широко используются в электронной и автомобильной промышленности, а также для вывесок и многих других целей.

Обеспечивая эффективное преобразование энергии и увеличивая срок службы, эти лампы помогают сэкономить деньги на замене ламп и потреблении электроэнергии. Светодиодные лампы предназначены для преобразования электрической энергии в свет через микрочип, который затем освещает крошечные источники света, излучающие видимый свет. Этот процесс потребляет до 90% меньше энергии, чем традиционные лампы накаливания и люминесцентные лампы.

Светодиодные фонари — это источники направленного света. Это означает, что лампы излучают свет в определенных направлениях, в отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп, которые излучают свет во всех направлениях. Указанное направленное освещение и электрическое преобразование микрочипа помогают повысить эффективность и качество света.

Преобразование теплопроводных материалов для решения проблем, связанных с производительностью светодиодов

Светодиоды

предоставляют инженерам-разработчикам широкий спектр преимуществ:

• Высокая энергоэффективность: светодиодные лампы более эффективны, чем стандартные люминесцентные лампы и лампы накаливания.Светодиодные лампы потребляют меньше энергии и более эффективно преобразовывают эту энергию в свет, чем традиционные люминесцентные лампы и лампы накаливания.
• Обеспечивают долгий срок службы: светодиодные лампы рассчитаны на срок службы до 6 раз дольше, чем другие типы освещения. Это помогает сэкономить деньги и не тратить деньги на замену лампочек. Светодиодные фонари также не изнашиваются из-за быстрого и повторяющегося включения и выключения, как это могут быть другие типы лампочек.
• Работа при низких температурах: В то время как другие типы фонарей требуют более высокого напряжения для работы при низких температурах, светодиодные фонари остаются работоспособными и надежными в более холодных местах.Это делает их идеальными для освещения холодильников и складских помещений.
• Доступен в широкой цветовой гамме: Светодиодные лампы выпускаются с более теплым или более холодным освещением, обеспечивая идеальный оттенок света для любого помещения.
• Управляемость: Светодиодные лампы — это полупроводниковые устройства, яркость которых можно регулировать с помощью контроллеров. Светодиодные фонари обеспечивают возможность непрерывного затемнения, в то время как другие типы освещения могут обеспечивать только ступенчатое затемнение.
• Мгновенное включение: Некоторым другим типам ламп требуется время, чтобы достичь полной яркости.Светодиодные фонари, с другой стороны, включаются на полную мощность, как только переключатель щелкает.
• Прочный и долговечный: Благодаря отсутствию стеклянных корпусов, светодиодные фонари могут похвастаться повышенной прочностью и устойчивостью к поломке. Светодиодные фонари обычно устанавливаются на печатных платах и ​​соединяются припаянными выводами. Это увеличивает устойчивость светодиодных светильников к вибрации и другим видам помех.
• Нет УФ-излучения / очень мало инфракрасного: Светодиодное освещение помогает защитить ковры, произведения искусства, оконные покрытия и окрашенные поверхности от любого потенциального повреждения инфракрасным или УФ-излучением.
• Малый размер обеспечивает гибкость дизайна: светодиодные лампы выпускаются в широком диапазоне размеров, что обеспечивает большую свободу при проектировании.

Все преимущества светодиодов связаны с одной проблемой — они нагреваются. Диоды высокой яркости, особенно в светодиодных кластерах, могут вызвать значительные тепловые проблемы, которые повлияют на характеристики светодиодов.

Светодиодные диоды

состоят из полупроводникового материала кристалла, пропитанного или легированного примесями для образования p-n-перехода. Свет проецируется вверх в светодиоде и нагревается вниз в основание.По мере повышения температуры внутри светодиода световой поток уменьшается. Правильное управление температурой при проектировании модулей для светодиодов, будь то на печатной плате или внутри корпуса, требует оценки материалов и методов рассеивания тепла. Fabrico может порекомендовать подходящие материалы и конструкции для обеспечения необходимой теплопроводности и электроизоляции.

Материалы с тепловыми помехами (TIM) являются жизненно важными компонентами всех светодиодных ламп. TIM помогают сохранить светодиодные фонари и работать с максимальной мощностью, управляя теплом, выделяемым лампами.Fabrico комбинирует и адаптирует эти материалы в соответствии с индивидуальными потребностями любого применения светодиодов.

TIM находятся между светодиодом и радиатором. Там они обеспечивают высокую теплопроводность для эффективной передачи тепла, излучаемого от источника света, к радиатору. Это достигается за счет вытеснения воздуха внутри светодиода. Без TIM тепло не передается эффективно, и производительность светодиодов страдает.

Предлагаемые материалы и клеи могут включать:

• Проводящие клеи и смазки: включая материалы с фазовым переходом, клеи и смазки, которые находятся между теплогенераторами и радиатором, чувствительные к давлению ленты, которые крепятся к радиаторам, термоткани и ленты, обеспечивающие теплопроводность, и силиконовые губчатые материалы для поглощения тепла .Электропроводящие клеи и смазки от ведущих поставщиков, таких как 3M, DuPont, Von Roll и Saint-Gobain.
• Ленты: Клейкие ленты доступны для множества применений, включая склеивание, соединение, маркировку и покрытие для использования в таких отраслях, как электротехника, автомобилестроение, производство и многое другое. Эти ленты устраняют необходимость в механических крепежах, экономя как материалы, так и технологические затраты. Предлагается широкий выбор лент, в том числе изолента, лента для гашения вибраций, лента из пенопласта, переносная лента и многое другое.
• Керамические и наполненные металлом эластомерные заполнители зазоров : заполнители зазоров помогают создавать пути для эффективной теплопередачи между тепловыделяющими механизмами, радиаторами, распределителями тепла и другими охлаждающими устройствами. Интерфейсная площадка 3M 5595 обеспечивает отличную теплопроводность.
• Ткани с покрытием: специальные переработанные ткани с покрытием доступны в различных вариантах в Fabrico. Ламинированные, прорезанные или высеченные ткани с покрытием предлагаются для таких применений, как изоляция, защита поверхности, химическая стойкость и терморегулирование.Ткани могут быть ламинированы с помощью чувствительных к давлению клеев, токопроводящих клеев и могут быть высечены для соответствия требованиям экранирования EMI / RFI и структурным требованиям. Специальные переработанные тканевые материалы с покрытием доступны от ведущих поставщиков DuPont, Isovolta, Saint-Gobain и Von Roll.
• Материалы с фазовым переходом: Материалы с фазовым переходом (PCM) — это материалы, которые плавятся и затвердевают при определенных температурах, но при этом могут вызывать повреждение и выделять большое количество энергии.PCM, например 3M 8926-02 и Nitto-Denko TR-5925.

Помимо материалов для управления температурным режимом, требующихся разнообразных преобразованных материалов, критически важных для производительности, надежности и безопасности светодиодного освещения. Материалы, используемые для электробезопасности и пожарной безопасности, имеют решающее значение для работы светодиодов, поскольку устраняют риск поражения электрическим током и возгорания, вызванный выделяющимся теплом.

После того, как были выбраны лучшие материалы, Fabrico также предоставляет готовый компонент терморегулирования после высечки.

Интегрированные светодиодные светильники с прямым подключением идеально подходят для обеспечения максимальной рентабельности освещения. Огнезащитные изделия (FRB) используются в дополнение к радиаторам и материалам термоинтерфейса на уровне корпуса и корпуса светильника. FRB — это тонкие изоляционные устройства из неорганических материалов. Эти изоляционные материалы FRB обеспечивают чрезвычайно высокую огнестойкость и термостойкость в таких областях, как:

• Светильники осветительные общего назначения (в том числе светодиодные)
• Электрические и гибридные электромобили
• Приборы
• Электрооборудование

Наряду с отличной термостойкостью и огнестойкостью, FRB обладают дуговой и трековой стойкостью, диэлектрической прочностью, гибкостью и возможностью преобразования.

Fabrico также предлагает решения по экранированию EMI / RFI для снижения магнитных или радиочастотных помех. Хотя светодиоды работают с постоянным током, существуют элементы управления освещением и схемы регулирования яркости с утроением высоких частот. Управление EMI ​​/ RFI может принимать несколько различных форм, например:

Правильный выбор электрической изоляции, экранирования EMI / RFI и огнестойкой барьерной защиты имеет важное значение для правильного управления температурой и выбора материала, чтобы сделать ваши светодиодные фонари максимально функциональными и эффективными.Чтобы получить более подробную информацию по этим темам, посетите наш веб-семинар.

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о продуктах или услугах Fabrico.

Для чего используются светодиоды?

Скорее всего, вы видели использование светодиодных фонарей, даже если вы этого не знаете. Светодиод — это технология, которая относится к маленьким диодам, которые преобразуют электричество в свет (LED означает «светоизлучающий диод»). Технология существует около полувека, но только в течение последних 15 лет они стали широко использоваться в повседневных приложениях.Давайте посмотрим, как используется светодиодная технология. Исходное использование Из-за небольшого размера светодиода (около четверти дюйма) и небольшого количества энергии, необходимого для их питания, светодиодные фонари изначально использовались для «небольших целей». Это включало предоставление цифрового дисплея для таких вещей, как калькуляторы, часы и световые индикаторы. Сегодня их продолжают использовать для этих целей. Если вы хотите увидеть пример светодиодной лампы, которая все еще используется для одного из этих предыдущих применений, взгляните на клавиатуру вашего компьютера.Любой свет, который вы видите, — это светодиодный свет. Другие ранние применения, для которых светодиоды все еще используются, включают фонари и светофоры. Более современные способы использования По мере развития технологии меняется и использование светодиодной технологии. Теперь вы можете увидеть, как они используются в качестве индикаторов для новых устройств, таких как DVD-плееры, MP3-плееры и портативные игровые системы. Многие флеш-накопители (те небольшие накопители, которые вы подключаете к портам компьютера для облегчения доступа к файлам) также имеют светодиодные индикаторы. За показателем Также в последнее время светодиодная технология начала расширяться за пределы мира индикаторных ламп. Сейчас нередко их использовать в качестве осветительных приборов, поскольку они более энергоэффективны, чем стандартные люминесцентные лампы и лампы накаливания. Они также почти не выделяют тепла. Сейчас они также используются для видеоприложений. Например, вы можете увидеть их использование на телеэкранах под открытым небом, например, на концертах под открытым небом.Или для небольшого современного приложения взгляните на пульт дистанционного управления вашего телевизора. Он работает через инфракрасный светодиод, передавая сигнал от пульта управления на телевизор. Почему повсеместное использование? Чем же обязаны светодиодной технологии такое безудержное распространение этой технологии? Все очень просто, потому что работает хорошо, качественно и дешево. Как уже отмечалось, светодиод потребляет очень мало электроэнергии. Это означает, что они служат дольше стандартных лампочек. Они также служат дольше, чем лампы в старых телевизорах и компьютерных мониторах.Это означает экономию для потребителя. Дело не только в стоимости. Светодиоды могут делать то, на что другие источники света просто не способны. Из-за своего небольшого размера такие устройства, как мониторы и телевизоры, могут одновременно включать несколько источников света и выключать другие. Вот почему светодиоды являются предпочтительной технологией для вывесок. Эта функция упрощает настройку ваших собственных сообщений. С более низкой стоимостью и большей функциональностью, добавленной к тому факту, что светодиоды более безопасны для окружающей среды, неудивительно, что все больше предприятий и потребителей выбирают светодиоды.Это те же самые причины, по которым вам тоже стоит приобщиться к чуду светодиодов.

Что такое светодиод? | LEDs Magazine

Проще говоря, светоизлучающий диод (LED) — это полупроводниковое устройство, которое излучает свет, когда через него проходит электрический ток. Свет образуется, когда частицы, переносящие ток (известные как электроны и дырки), объединяются в полупроводниковом материале.

Поскольку свет генерируется внутри твердого полупроводникового материала, светодиоды описываются как твердотельные устройства.Термин твердотельное освещение, которое также включает в себя органические светодиоды (OLED), отличает эту технологию освещения от других источников, в которых используются нагретые нити накала (лампы накаливания и вольфрамовые галогенные лампы) или газовый разряд (люминесцентные лампы).

Разные цвета
Внутри полупроводникового материала светодиода электроны и дырки находятся внутри энергетических зон. Разделение полос (то есть запрещенная зона) определяет энергию фотонов (световых частиц), излучаемых светодиодом.

Энергия фотона определяет длину волны излучаемого света и, следовательно, его цвет. Различные полупроводниковые материалы с разной шириной запрещенной зоны производят свет разного цвета. Точную длину волны (цвет) можно настроить, изменив состав светоизлучающей или активной области.

Светодиоды состоят из сложных полупроводниковых материалов, которые состоят из элементов из группы III и группы V периодической таблицы (они известны как материалы III-V). Примерами материалов III-V, обычно используемых для изготовления светодиодов, являются арсенид галлия (GaAs) и фосфид галлия (GaP).

До середины 90-х светодиоды имели ограниченный диапазон цветов, и, в частности, не существовало коммерческих синих и белых светодиодов. Разработка светодиодов на основе системы материалов из нитрида галлия (GaN) дополнила цветовую палитру и открыла множество новых применений.

Основные материалы светодиодов
Основными полупроводниковыми материалами, используемыми для производства светодиодов, являются:

• Нитрид индия-галлия (InGaN): синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости
• Алюминий, галлий, фосфид индия (AlGaInP): желтых, оранжевых и красных светодиода высокой яркости
• Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs): красных и инфракрасных светодиода
• Фосфид галлия (GaP): желтых и зеленых светодиода

Светоизлучающий диод ＜ Что такое светодиоды и Как они работают? ＞ | Основы электроники

Что такое светодиоды?

Светодиоды

— это полупроводники, называемые «светоизлучающими диодами».Белые светодиоды, которые получили практическую реализацию благодаря использованию синих светодиодов высокой яркости, разработанных в 1993 году на основе нитрида галлия, привлекают повышенное внимание как 4-й тип источника света.

Как светодиоды излучают свет?

Светодиоды

(светоизлучающие диоды) представляют собой полупроводниковые источники света, которые объединяют полупроводник P-типа (большая концентрация дырок) с полупроводником N-типа (большая концентрация электронов). Приложение достаточного прямого напряжения заставит электроны и дырки рекомбинировать в P-N переходе, высвобождая энергию в виде света.

По сравнению с обычными источниками света, которые сначала преобразуют электрическую энергию в тепло, а затем в свет, светодиоды (светоизлучающие диоды) преобразуют электрическую энергию непосредственно в свет, обеспечивая эффективное производство света с небольшими потерями электроэнергии.

Типы светодиодов

Доступны светодиоды двух типов: ламповые (с выводами) и микросхемы (для поверхностного монтажа). Пользователи могут выбрать идеальный тип на основе установленных требований.

Длина волны и цвет

Цвет светодиода (длина волны излучения) будет меняться в зависимости от используемых материалов.Это позволяет настроить цвет в соответствии с определенными спецификациями длины волны, необходимыми для приложений, которые используют традиционные лампы в качестве источников света (для которых существуют стандарты), таких как светофоры и автомобильные лампы.

Для обозначения цвета используются две спецификации длины волны: λP (пиковая длина волны) и λD (доминирующая длина волны), при этом λD соответствует цвету, фактически наблюдаемому человеческим глазом.

Как создается белый свет?

Есть несколько методов получения белого света с помощью светодиодов.Ниже приведены 2 типичных метода эмиссии.

Синий светодиод ＋ Желтый люминофор

Комбинация синего светодиода с желтым люминофором, который является дополнительным цветом, дает белый свет. Этот метод проще других решений и обеспечивает высокую эффективность, что делает его наиболее популярным выбором на рынке.

Красный светодиод ＋ Зеленый светодиод ＋ Синий светодиод

Сочетание трех основных цветов приведет к белому свету. Обычно этот метод используется не для освещения, а для полноцветных светодиодных устройств.

Светоизлучающий диод
LED К странице продукта

Линейка светоизлучающих диодов

ROHM включает в себя светоизлучающие диоды с боковым излучением, с задним креплением и тип лампы в дополнение к стандартным типам SMD.

Как работают светодиоды

Диод — это простейший полупроводниковый прибор. Вообще говоря, полупроводник — это материал с различной способностью проводить электрический ток. Большинство полупроводников сделано из плохого проводника, в который были добавлены примеси (атомы другого материала).Процесс добавления примесей называется легированием .

В случае светодиодов материалом проводника обычно является арсенид алюминия-галлия (AlGaAs). В чистом арсениде алюминия-галлия все атомы идеально связаны со своими соседями, не оставляя свободных электронов (отрицательно заряженных частиц) для проведения электрического тока. В легированном материале дополнительные атомы изменяют баланс, либо добавляя свободные электроны, либо создавая дыры, по которым электроны могут уходить. Любое из этих изменений делает материал более проводящим.

Полупроводник с дополнительными электронами называется материалом N-типа , так как он содержит дополнительные отрицательно заряженные частицы. В материале N-типа свободные электроны перемещаются из отрицательно заряженной области в положительно заряженную.

Полупроводник с дополнительными отверстиями называется материалом P-типа , поскольку он фактически содержит дополнительные положительно заряженные частицы. Электроны могут прыгать от отверстия к отверстию, перемещаясь из отрицательно заряженной области в положительно заряженную. В результате кажется, что сами отверстия перемещаются из положительно заряженной области в отрицательно заряженную.

Диод состоит из секции материала N-типа, прикрепленной к секции материала P-типа, с электродами на каждом конце. Это устройство проводит электричество только в одном направлении. Когда на диод не подается напряжение, электроны из материала N-типа заполняют отверстия из материала P-типа вдоль стыка между слоями, образуя зону обеднения. В зоне истощения полупроводниковый материал возвращается в свое исходное изолирующее состояние — все отверстия заполнены, поэтому нет свободных электронов или пустых пространств для электронов, и электричество не может течь.

Чтобы избавиться от зоны истощения, вы должны заставить электроны перемещаться из области N-типа в область P-типа, а дырки — в обратном направлении. Для этого вы подключаете сторону N-типа диода к отрицательному концу цепи, а сторону P-типа — к положительному концу. Свободные электроны в материале N-типа отталкиваются отрицательным электродом и притягиваются к положительному электроду. Отверстия в материале P-типа перемещаются в другую сторону. Когда разность напряжений между электродами достаточно высока, электроны в зоне обеднения выталкиваются из своих отверстий и снова начинают свободно перемещаться.Зона обеднения исчезает, и заряд перемещается по диоду.

Если вы попытаетесь пропустить ток другим путем, когда сторона P-типа подключена к отрицательному концу цепи, а сторона N-типа подключена к положительному концу, ток не будет течь. Отрицательные электроны в материале N-типа притягиваются к положительному электроду. Положительные отверстия в материале P-типа притягиваются к отрицательному электроду. Через переход не протекает ток, потому что дырки и электроны движутся в неправильном направлении.Зона истощения увеличивается. (См. «Как работают полупроводники» для получения дополнительной информации обо всем процессе.)

Взаимодействие между электронами и дырками в этой установке имеет интересный побочный эффект — оно генерирует свет!

Различные способы использования светодиодных ламп в вашем доме

Светодиоды или светодиоды впервые были произведены в 1968 году и являются полупроводниковыми источниками света. Они обычно используются в качестве индикаторных ламп во многих устройствах, но также все чаще используются и для других целей.Светодиодные фонари можно использовать по всему дому в качестве акцентных деталей для освещения бухты или для выделения определенных элементов декора или архитектуры.

Современная гостиная с настенным телевизором на выделенной комбинации панелей.

Светодиоды обладают рядом преимуществ. Например, они очень эффективны, поскольку излучают больше света на ватт, чем лампы накаливания. Также на эффективность светодиодных светильников не влияют форма и размер. Светодиоды также могут излучать свет определенного цвета без использования цветных фильтров.Они могут быть очень маленькими и легко крепятся к печатным платам. Они также загораются очень быстро и идеально подходят для частого включения / выключения на велосипеде. Еще одним большим преимуществом является то, что светодиоды трудно повредить внешним ударом.

Современный сад на крыше с очень ярким светодиодным освещением Плавающий шкафчик для шикарной ванной комнаты с тонким светодиодным освещением под шкафчиком под раковиной.