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:
Приковывает внимание насыщенными красно-рубиновыми и тёмно-вишнёвыми оттенками плотных, свисающих бархатной бахромой соцветий. Амарант, или щирица, – широко......
07 03 2026 23:16:18
Идеальный вариант для заготовки варенья и компотов, ведь ягоды этого сорта будто калиброванные: округлоконические, очень плотные. Куст среднерослый,......
06 03 2026 5:17:11
Семена капусты цветной Поздняя Жемчужина F1 приспособлены к выращиванию как в открытом грунте, так и любыми другими способами. Дает плоды высокого качества с отменным вкусом. Успейте купить семена гибрида, пока они еще есть в......
05 03 2026 5:11:11
Суперурожайный сорт, плодоношение настолько обильное, что напоминает плотно сидящие на веточках ягоды облепихи, только на порядок больших размеров (до 25 г и......
01 03 2026 12:25:50
Очарование свежести. Серия КАУАЙ отличается исключительной выровненностью, компактностью, сильной ветвистостью растений с пышной листвой и многочисленными......
28 02 2026 19:14:45
Триумф. Сорт меняет цвет бутонов во время цветения. На фотографии представлены все виды расцветок, которые могут присутствовать на кусте одновременно. Готовый......
27 02 2026 18:49:31
Великолепный, потрясающе эффектный сорт с насыщенной невыгорающей яркой пурпурной окраской крупных (2 см в диаметре) простых цветков, светящихся золотистыми......
26 02 2026 2:53:36
Лилии ОТ-гибрид. Лилия — чудесное творение природы, бережно хранящее в себе тайны столетий. Красота, величие, чистота и невинность, женственность, манящая загадка,......
23 02 2026 10:56:56
Люпин (Lupinus) — не только великолепное декоративное растение, но и потомственный «реставратор». Профессионально, как и все представители большого семейства......
20 02 2026 9:20:14
Друг лекаря и хвала повара. Трудно представить себе русскую кухню без тмина. Его семена испокон веков придавали особый аромат хлебу, деревенским лепёшкам и......
17 02 2026 4:50:48
Бархатцы французские. Семена почтой! Очаровательный плотный кустик сплошь усыпан множеством выровненных оборчатых соцветий диаметром 5 см, как......
14 02 2026 16:33:25
Свёкла Любушка F1 - сочный и сладкий сорт, который употрeбляют как для перегонки сока, так и в качестве ингредиента к блюдам. Семена диетического сорта свёклы Любушка F1 можно купить в НПО Сады......
09 02 2026 16:36:52
Заказать саженцы винограда в Интернет-магазине НПО «Сады России». Плодовые саженцы почтой, наложенным платежом – по всей......
08 02 2026 8:32:49
Семена помидоров Черрилиза F1 - скороспелый полудетерминантный мелкоплодный гибрид. На кисти собраны по 15-20 плотных ярко-оранжевых плодов, массой - 10 г. Долго хранятся. Семена есть в наличии по хорошей......
06 02 2026 19:53:43
Растение-антистресс. В его цветках, стeблях и листьях содержатся все вещества, необходимые для нормальной работы организма. Особенно эта культура полезна для......
02 02 2026 1:32:13
Свекольный сок в махровом пионовом исполнении. Лепестки крупные, перемешаны с желтыми тычинками и создают эффектное контрастное сочетание. Цветение обильное в......
01 02 2026 13:29:51
Великолепная серия раноцветущих крупноцветковых сортов с махровыми хризантемовидными соцветиями контрастных золотисто-жёлтых и терpaкотово-красных оттенков.......
28 01 2026 21:25:34
Фестиваль колокольчиков – так можно сказать про этот цветок. Растение представляет собой цветущий шарик, усыпанный миниатюрными пурпурными цветками. Зацветает......
26 01 2026 12:33:30
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