Светодиоды что это такое: Светодиод — что это такое, принцип работы — Светал

Светодиод — что это такое, принцип работы — Светал

Светодиод — что это такое, принцип работы

Светодиод — это довольно простое изобретение с огромным потенциалом для изменения отрасли освещения в лучшую сторону. Светодиодные лампы отличаются от обычных ламп накаливания тем, как они излучают свет. Лампы накаливания пропускают электричество через тонкую проволочную нить, в то время как светодиоды излучают свет при помощи полупроводника, который излучает свет, когда через него проходит электрический ток (подробнее об этом чуть ниже).

Этот способ получения света отличается и от энергосберегающих лампочек, которые для создания ультрафиолетового излучения пропускают энергию через пары ртути (а, как известно, ртуть – это очень опасный химический элемент), которые затем поглощаются люминофорным покрытием внутри лампы, тем самым вызывая ее свечение.

Если вы не особо осведомлены о том, что такое светодиод, то в этой статье мы расскажем вам три важных аспекта, которые вы должны знать о нем знать! Приступим!

1.
Что такое светодиод?

LED = светодиод (СД, СИД; англ. light-emitting diode, LED). Диод — это электрическое устройство с двумя электродами (анодом и катодом), через которые проходит электричество. Диоды, как правило, изготавливаются из полупроводящих материалов, таких как кремний или селен, — веществ, которые при одних обстоятельствах проводят электричество, а при других — нет (например, при определенных напряжениях, уровнях тока или интенсивности света).

2. Что такое светодиодное освещение?

Светодиод представляет собой полупроводниковое устройство, которое излучает видимый свет, когда через него проходит электрический ток. По сути, это противоположность фотоэлектрохимической ячейке (устройство, которое преобразует видимый свет в электрический ток).

А вы знали, что устройство, похожее на светодиод, называется IRED (инфракрасный излучающий диод).

 Вместо видимого света IRED излучает инфракрасную энергию, когда через нее проходит электрический ток.

3. Чем хороши светодиодные светильники?

Светодиоды, хоть и являются самым дорогими лампами, тем не менее имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами ламп:

  1. Во-первых, они являются максимально энергосберегающими, так как потребляют на 90% меньше энергии, чем лампы накаливания, и могут окупить себя за счет экономии энергии всего за пару месяцев. Для сравнения, те же самые компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) потребляют на 60-80% меньше энергии, чем лампы накаливания, а галогены на 20-30% меньше.
  2. Во-вторых, светодиоды претендуют на сверхдлительный срок службы – 35 000-50 000 часов (около 6 лет).
  3. В-третьих, когда вы нажимаете на включатель, то светодиоды начинают излучать свет практически мгновенно. Те же самые люминесцентные лампы после включения начинают мигать и только после этого начинают ярко светить.
  4. В-четвертых, исследования показали, что светодиодные и галогенные лампы отлично работают даже в условиях низких температур, в то время как КЛЛ с этой задачей не справляется.

 


НПО «Светал» — это ведущий производитель светодиодных осветительных приборов, предлагающий высококачественные, инновационные, экологически чистые светодиодные светильники по конкурентоспособным ценам.

  1. О нас
  2. Объекты
  3. Отзывы
  4. Контакты

 

Всё о светодиоде

Что такое светодиод

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

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. Конструкция мощного современного светодиода схематически изображена на рисунке.

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, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти 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.

Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4В 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 140градусов. 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.

Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

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.

Чем определяется срок службы светодиода?

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. 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 50 — 100тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости.

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, 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.

Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники. 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.

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 сверхярких, 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.

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 светодиоды еще недостаточно распространены является пока еще высокая стоимость светодиодов.

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 газоразрядных 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%!

Работа при низких температурах

Благодаря полупроводниковой природе светодиодов их яркость обратно пропорциональна температуре окружающей среды, что делает их применение особенно актуальным в наших климатических условиях. Диапазон температуры эксплуатации светодиодов от -50…+60 град С.

Стойкость к механическим воздействиям

Отсутствие стеклянных деталей, нитей накаливание делает светодиоды устойчивыми к механическим воздействиям, ударам и вибрации.

Высокая светоотдача

Яркость светодиодов сравнима с неоном. Для сравнения: обычная лампа накаливания дает до 10 люмен на 1 Вт потребленной энергии, светодиоды — 70 люмен и выше.Сверхяркие светодиоды обеспечивают сильный световой поток для изделий такого класса.

Чистота цвета

Возможность получения любого цвета и оттенка излучения светодиодов: например,чистый синий, чистый белый, оранжевый, сине-зеленый и десятки других чистых цветов и оттенков — чего нельзя получить, используя лампы накаливания.

Высокий уровень безопасности

Обеспечивается малым тепловыделением светодиодов и низким питающим напряжением.

Простой электромонтаж

А также легкое крепление к любой поверхности существенно облегчают монтаж и ремонт, и соответственно расходы связанные с ними.

Безинерционность

Возможность управления через контроллеры, диммеры, в том числе с плавным изменением яркости и цвета свечения. Управляя интенсивностью и режимом свечения можно достичь фантастического эффекта «живого света».

Замена существующих источников света

Светотехнические и электрические параметры модулей позволяют легко заменить любые ранее установленные источники света и значительно сократить расходы на эксплуатацию и обслуживание.

Экологическая и пожарная безопасность

Не содержат вредных веществ, побочного ультрафиолетового или инфракрасного излучения и почти не нагреваются.

Недостатки

Поверхностный взгляд на использование светодиодов сразу отмечает их высокую стоимость — главный недостаток по сравнению с лампами накаливания и газоразрядными лампами различных типов. Если говорить о цене изделия как таковой, то LED-изделия действительно «не каждому по карману». Однако производители по всему миру продолжают наращивать мощности по изготовлению светодиодов, и цены на данные источники света неуклонно понижаются. Практика показывает, что совокупные затраты на приобретение и эксплуатацию светодиодных изделий, в конечном итоге оказываются в 2 — 2,5 раза ниже затрат на обычные светильники.

Ник Холоньяк-младший | Биография, LED и факты

Год рождения:
3 ноября 1928 г. Иллинойс
Умер:
18 сентября 2022 г. (93 года) Урбана Иллинойс
Предметы изучения:
ВЕЛ диод

Просмотреть весь связанный контент →

Ник Холоньяк-младший , (род. 3 ноября 19 г.28, Зейглер, Иллинойс, США — умер 18 сентября 2022, Урбана, Иллинойс), американский инженер, который был известен своей новаторской работой со светоизлучающими диодами (СИД), в частности, созданием первого светодиода видимого диапазона.

Холоньяк был сыном иммигрантов с территории нынешней Украины. Он изучал электротехнику в Иллинойском университете в Урбана-Шампейн, где получил степень бакалавра наук. (1950), М.С. (1951) и доктор философии. (1954) градусов. Он был первым аспирантом двукратного лауреата Нобелевской премии Джона Бардина, соавтора транзистора.

После того, как Холоньяк проработал год (1954–55) в Bell Telephone Laboratories и два года (1955–57) в армии, он присоединился к лаборатории электроники General Electric (GE) в Сиракузах, штат Нью-Йорк. Несколько групп GE работали в области оптоэлектроники, преобразования электрического тока в свет. Коллега из GE Роберт Н. Холл разработал лазер с использованием полупроводникового диода (полупроводникового устройства с положительным и отрицательным электродами, которое может служить выпрямителем, то есть преобразователем переменного тока в постоянный). Лазер Холла излучал только инфракрасное излучение, лежащее за пределами человеческого зрения. Холоньяк решил сделать диодный прибор, излучающий видимый свет. Используя полупроводниковый материал фосфид арсенида галлия (GaAsP) и метод стимулированного излучения, в 1962 Холоньяку удалось запустить первое практическое светодиодное устройство видимого диапазона. Устройство Холоньяка излучало красный свет. После того, как были разработаны светодиоды, излучающие зеленый и синий свет (в 1970-х и 90-х годах соответственно), стали возможными светодиоды, излучающие белый свет, что произвело революцию в индустрии освещения. Среди других его работ для GE в 1959 году Холоньяк первым изготовил кремниевые туннельные диоды и первым наблюдал туннелирование с помощью фононов.

В 1963 году Холоньяк покинул GE, чтобы стать профессором Иллинойского университета, где в 19В 93 году он был назначен на кафедру электротехники, вычислительной техники и физики Джона Бардина. В Иллинойсе Холоньяк впервые применил ряд сплавов в диодах, а в 1977 году он и его студент изготовили первый лазерный диод с квантовыми ямами. Холоньяк ушел в отставку с должности почетного профессора в 2013 году.

Холоньяк был членом Национальной инженерной академии и Национальной академии наук, членом Американской академии искусств и наук, членом Американского физического общества, иностранным членом Российской академии наук и пожизненным членом Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Его многочисленные награды включали медаль Эдисона IEEE (1989), Национальная медаль науки (1990 г.), Премия Японии (1995 г.), Медаль третьего тысячелетия IEEE (2000 г.), Почетная медаль IEEE (2003 г.) и Премия Лемельсона-MIT (2004 г.). В 2015 году Холоньяк был одним из пяти инженеров, удостоенных премии Чарльза Старка Дрейпера, проводимой Национальной инженерной академией; двое других лауреатов, Джордж Крафорд и Рассел Дюпюи, были бывшими аспирантами Холоньяка.

Мартин Л. Уайт

Сюдзи Накамура | Американский материаловед

Накамура, Сюдзи

Смотреть все СМИ

Дата рождения:
22 мая 1954 г. (68 лет) Япония
Награды и награды:
Нобелевская премия (2014)
Предметы изучения:
светодиод

Посмотреть весь связанный контент →

Сюдзи Накамура (родился 22 мая 1954 г., Эхиме, Япония), американский материаловед японского происхождения, лауреат Нобелевской премии по физике 2014 г. за изобретение синих светодиодов (СИД). Он разделил приз с японскими учеными-материаловедами Акасаки Исаму и Амано Хироси.

Накамура получил степень бакалавра (1977 г.) и магистра (1979 г.) в области электронной инженерии в Университете Токусима. В 1979 году он пошел работать в небольшую компанию Nichia Chemical в Токусиме. Первоначально он работал над выращиванием кристаллов фосфида и арсенида галлия для светодиодов. Однако продажи этих продуктов оказались разочаровывающими, поскольку Nichia конкурировала с гораздо более крупными конкурентами. В середине 1980-х Nichia решила производить комплектные светодиоды. Накамура самостоятельно изучил необходимые методы производства высококачественных красных и инфракрасных светодиодов, но они также не имели коммерческого успеха.

Накамура считал, что Nichia должна разработать продукт, который не будет конкурировать с продуктами других, более крупных компаний. Этим продуктом будет синий светодиод. Ученые создали светодиоды, излучающие красный или зеленый свет, но попытки создать синие светодиоды не увенчались успехом. Если бы синий светодиод был разработан, его можно было бы комбинировать с красным и зеленым светодиодами для получения белого света за небольшую часть стоимости ламп накаливания и люминесцентных ламп. Руководитель Накамуры обескуражил его, отметив, что синий светодиод десятилетиями искали исследователи с гораздо лучшим финансированием. В 1988 Накамура обратился прямо к генеральному директору Nichia Огаве Нобуо, требуя более 3 миллионов долларов (долларов США) в качестве финансирования и год в Университете Флориды в Гейнсвилле, чтобы изучить химическое осаждение металлоорганических паров для производства полупроводников для синего светодиода.

К удивлению Накамуры, Огава принял его требования.

Вернувшись из Флориды в 1989 году, Накамура выбрал нитрид галлия (GaN) в качестве материала для синего светодиода, главным образом потому, что большинство других исследователей использовали селенид цинка, с которым было легче работать. Выращивать высококачественные кристаллы GaN было очень сложно. Кроме того, в светодиоде свет излучается, когда ток течет через p n , интерфейс между полупроводником p и n , и никто не смог произвести GaN p . Накамура решил первую проблему в 1990 году, вырастив слой кристалла GaN при низких температурах, а затем дополнительные слои GaN поверх слоя при более высоких температурах. В 1992 году он успешно вырастил p типа GaN. (Работая одновременно независимо друг от друга, Акасаки и Амано разработали синие светодиоды, используя разные методы.)

В 1994 году Накамура получил степень доктора технических наук в Университете Токусима.