Принцип работы светодиода: как устроены и работают светодиоды простыми словами, из чего состоит элемент и в чем особенности строения разных диодов

Источник:
|
С момента открытия монохромных красных светодиодов в 1962 году началось активное развитие полупроводниковых источников света.
Открытие синего и белого диодов перевело технологию на новый уровень.
С тех пор постоянно меняется устройство светодиода, его хаpaктеристики и конструкция. Сейчас они широко используются в светотехнике, электронике и других областях.
Содержание
Что такое светодиод простыми словами
Светодиод – это полупроводниковое устройство, создающее излучение при прохождении через него электрического тока. Из чего состоит светодиод: из кристалла, заключенного в защитный корпус с выводами. Кристалл расположен на непроводящей подложке и излучает определенный цвет. Для получения нужного свечения используются химические составы из различных полупроводников и люминофоры.
Кристалл состоит из двух и более полупроводников разного типа проводимости. Принцип работы светодиода следующий – в прямом направлении через него пропускают электрический ток. В электронно-дырочном переходе на границе двух веществ происходит движение электронов и дырок, в результате чего выделяется энергия в виде кванта света и прибор начинает светить.
Преимущества:
Недостатки:
Применение:
Осветительный прибор на основе светодиодов состоит из:
Из крупных производителей светодиодов можно выделить японскую фирму Nichia Corporation и ее подразделение Nichia Chemical. Они являются лидерами по изготовлению сверхъярких диодов синего, белого и зеленого цвета. Также изготовлением излучающих диодов занимаются компании Phillips, Cree, Seoul Semiconduction из российских можно выделить Оптоган и Светлана-Оптоэлектроника.
В Nichia Chemical впервые разработали белый и синий светодиод.
Как устроены и чем отличаются светодиоды разных типов
Светодиоды можно классифицировать по разным критериям. Основное отличие – в технологии и электрических параметрах.
DIP
Сокращение DIP пошло от слов Direct In-line Package. Такие светодиоды известны еще с конца прошлого века. Устройство представляет собой стеклянную или пластиковую прозрачную колбу размером 3 или 5 мм, в которой находится полупроводниковый кристалл. Колба является линзой и формирует направленный пучок света. Кристалл закрепляется на катоде, который с помощью провода соединяется с анодом. Из корпуса выходят контакты в виде металлических ножек, через которые светодиод и включается в схему.
Читайте также Особенности и технические хаpaктеристики светодиодов АЛ307По форме бывают круглые, овальные, прямоугольные. Напряжение питания – до 5 В при 25 мА.
Обычно внутри линзы располагается один кристалл, но есть модели с двумя и более разных цветов. Такие модели могут оснащаться тремя и четырьмя выводами. Принцип работы светодиода подобного вида задает микрочип.
Dip светодиоды являются малоточными, они используются в гирляндах, для индикации, в подсветке, уличном освещении. По сравнению с SMD диодами они имеют следующие преимущества:
Основной недостаток – большой размер, от 3 мм.
Важно! С течением времени яркость свечения может уменьшаться. Это связано с деградацией кристалла и материалов, из чего делают светодиоды.
SMD
Светодиоды SMD – это приборы для крепления на поверхность. В настоящее время этот тип диодов является самым востребованным. С их появлением расширились возможности создания осветительных систем. Начали уменьшаться размеры светильника, монтаж автоматизирован.
Как устроен светодиод SMD – излучающий кристалл закреплен на подложке, от которой отводится тепло. К ней вмонтированы выходы. Внутри размещен управляющий чип. Защитой является овальная или сферическая линза из стекла или пластика.
Преимущества SMD:
SMD светодиоды в смеху включаются при помощи специального клея. Самые маленькие диоды имеют размер 0,6х0,3 мм. Максимальная яркость – 8000 кд/кв.м.
Существует технология, при которой кристалл наносится на проводящую подложку без использования корпуса. В качестве защиты используется специальный слой, который выбирается по назначению светодиодов.
Используются для подсветки интерьеров, уличных билбордов, рекламных экранов с широким разрешением.
COB
Chip On Board (COB) светодиоды имеют большое количество кристаллов на одной подложке. Также их называют светодиодной матрицей. Сверху заливается люминофором.
Основные преимущества:
Недостатки:
КОБы активно используются в создании ярких прожекторов и в других светильниках, где требуется акцентированная подсветка.
Важно! Из-за высокого нагрева требуется силиконовая оптика. Она устойчива к высоким температурам. Перед подключением ее нужно подготовить, иначе подложка деформируется и кристалл повредится.
Как работают светодиоды: принцип действия
Электрический ток преобразуется в свет в кристалле. Он состоит из двух полупроводников различного типа проводимости – n и p. N-проводимость обеспечивается легированием электронов в полупроводник, p – дырок.
Принцип действия светодиода заключается в появлении свечения при рекомбинации электронов и дырок в p-n переходе под действием тока, приложенного в прямом направлении. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой появляются фотоны.
Читайте также Светодиод 1 Вт: хаpaктеристика LED лампы на 1 WНе все полупроводниковые материалы способны давать свет при рекомбинации. Для создания светодиодов используются прямозонные полупроводники, в которых разрешен прямой оптический переход зона-зона. К таким материалам относятся A3B5 (InP, GaAs), A2B4 (CdTe). В зависимости от состава можно получать светодиоды от ультрафиолетовых до инфpaкрасных.
Как работает светодиод, зависит от электронно-дырочного перехода. Условия пропускания света p-n переходом:
Для реализации этих требований одного p-n перехода недостаточно. Нужно создавать многослойные структуры – гетероструктуры, состоящие из нескольких полупроводников.
Получение светодиода определенного цвета
Для получения светодиода того или иного цвета используется три технологии – покрытие люминофором, использование RGB светодиодов и применение разных полупроводниковых материалов.
Покрытие люминофором
Люминофором называется вещество, которое может преобразовать поглощаемую энергию в свет. Получение светодиодов путем нанесения люминофора на поверхность имеет свои преимущества:
К недостаткам относятся:
Люминофор используется в белых светодиодах. С помощью люминофорного покрытия создаются диоды с различной цветовой температурой.
RGB-технология
Смешивание цветов по RGB технологии также помогает получить светодиоды различного спектра (обычно используются для белого). На матрице устанавливаются 3 монокристалла, каждый из них дает свой спектр RGB. Путем конструирования оптической системы цвета смешиваются и дают нужный оттенок.
Преимущества:
Недостатки:
Отрицательные качества вызваны расположением кристаллов полупроводника на поверхности. Из-за этого качественно организовать RGB модель сложно.
Применение различных примесей и полупроводников
Работа светодиода напрямую зависит от материала, из которого он выполнен. Использование полупроводников с различной шириной запрещенной зоны можно добиться нужного света от диода. От ширины запрещенной зоны зависит длина волны.
Для получения приборов в инфpaкрасном и красном цветовом спектре используются твердые растворы на основе арсенида галлия. Оранжевые, желтые и зеленые цвета получаются при помощи фосфида галлия. Синие, фиолетовые и ультрафиолетовые изготавливаются на основе нитрида галлия.
Основные выводы
Светодиоды – это компоненты, которые активно используются во многих сферах деятельности. Их можно встретить в освещении улиц и домов, подсветке экранов мобильного телефона и компьютера, в качестве индикаторов. Строение элемента: полупроводниковый кристалл, подложка, линза и электроды.
Излучающие диоды бывают нескольких типов – SMD, DIP, COB, они различаются по конструкции и техническим хаpaктеристикам. Получить устройство нужного цвета можно с помощью RGB технологии, нанесения люминофора на поверхность и путем подбора полупроводников для кристалла. Производство светодиодов активно развивается, и появляются все новые приборы с улучшенными хаpaктеристиками.
СледующаяЛампы и светильникиКак сделать светильник из светодиодной ленты на 12 и 220 Вольт своими рукамиКомментарии:
Оранжевая революция в вашем доме. Мощные кустистые растения распускаются очень крупными цветками. Гербера прекрасно себя чувствует на недостаточно освещённом......
10 12 2025 22:20:42
Астра новоанглийская. Красивый, яркий куст с насыщенной пурпурно-розовой окраской соцветий. Последний подарок осени! АСТРА НОВОАНГЛИЙСКАЯ. Посадочный материал......
06 12 2025 2:41:27
Благородная, изысканная и элегантная. Соцветия крупные полумахровые ге opгиновидные неповторимых желтовато-оливковых и ванильно-белых оттенков. Высота 60 см.......
02 12 2025 8:42:48
Невероятной красоты вытянутые колокольчики начинают интенсивно покрывать побеги уже в мае! Обратите внимание на окраску листвы и цветов – у каждого сорта свое......
30 11 2025 0:34:59
Радостный, лучистый и весёлый, как играющий забавный тигрёнок, оранжево-полосатый, с лососевыми и розовыми оттенками. Газания — цветок, влюблённый в солнце. В......
28 11 2025 23:27:55
Семена дыни Карамель F1 дают плоды с большим вмещением витамина С. Снаружи плоды имеют зеленоватый оттенок с желтоватой паутинкой, а внутри — оранжевая мякоть с невероятным медовым вкусом. Успейте купить дыню по выгодной......
26 11 2025 22:57:15
Быстро и умело укроет любую опору плотным нежно-зелёным ковром удлинённо-овальных эллиптических листьев. Цветки с далеко выступающими тычинками собраны в пучки......
25 11 2025 17:37:57
Цена указана за 1 шт. Почтовая рассылка данного товара осуществляется ВЕСНОЙ. Есть растения, которые наполняют сад музыкой, и среди них особое место занимает......
22 11 2025 14:51:50
Об этом сорте винограда мы получаем только положительные отзывы. Свое «теплое» название он заслужил благодаря тонкой кожуре насыщенного розового цвета и светлой......
16 11 2025 7:55:28
Японская красавица, которая покорила сердца многих садоводов мира. Основная ее особенность - это яркие краски листвы, которые несколько раз меняются на протяжении......
15 11 2025 1:22:43
Семена капусты цветной Анфиса F1 — раннеспелый гибрид, отличающийся приятным, сладковатым вкусом. Плоды отлично подходят для консервирования и долгого хранения. Успейте купить семена гибрида по доступной......
14 11 2025 20:57:45
Старинный сорт родом с Дона. Созревает в течение 138-140 дней. Цветки по преимуществу женские, поэтому нуждается в сорте-опылителе, — лучше всего для этого сажать с......
12 11 2025 3:54:37
Семена чудо-огурцов Мониса F1 поспевают на 56-57 день после первых всходов. Растение дает высокую урожайность и отличается буйной растительностью. Успейте купить семена гибрида, пока они еще есть в......
11 11 2025 14:36:24
Один из самых рослых и быстрорастущих – годовой прирост до 12 cм. Цветет крупными сиренево-лиловыми цветами с золотистыми крапинками и желтеньким пятном. Цветы......
10 11 2025 1:44:22
Сорт с ароматными густомахровыми цветками кораллово-розового цвета. Каждый цветок плотный, шаровидной формы, до 9 см в ширину, с более чем 40 лепестками! Цветут,......
08 11 2025 6:14:39
Помидоры Берберана F1 — это гибрид, который относится к тепличным сортам. Плоды отлично переживают трaнcпортировку и способны долго лежать. Купить семена можете в интернет-магазине от НПО Сады......
06 11 2025 11:35:10
Образует настоящий ковёр из множества нежных полумахровых цветов всевозможных окрасок. Цена указана за 0,15 г семян эшшольции. На этой странице нашего......
05 11 2025 0:57:44
Однолетнее растение. Более яркое зрелище, чем цветущие маки в саду, трудно себе представить. Недаром в народе говорят: «Красив, как маков цвет!». Особенно хороши......
31 10 2025 20:38:36
Отличная лёжкость и высокая зимостойкость — отличительные качества этого среднеспелого сорта. Крупная округло-плоская луковица с 10 коричневыми зубками, мякоть......
28 10 2025 22:37:31
Мечтательная русалочка. Уникальный японский сорт с редкой, притягивающей внимание, лососево-розовой окраской цветков. Красивые крупные (до 12 см) соцветия......
27 10 2025 9:42:56
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 :: товары -6 :: товары -7 :: товары -8 :: товары -9 :: товары -10 :: товары -11 :: товары -12 ::




Рюкзак со светящимся экраном, на который можно закачать свою картинку