Принцип работы светодиода: как устроены и работают светодиоды простыми словами, из чего состоит элемент и в чем особенности строения разных диодов
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
- 1 Что такое светодиод простыми словами
- 2 Как устроены и чем отличаются светодиоды разных типов
- 3 Как работают светодиоды: принцип действия
- 4 Получение светодиода определенного цвета
- 5 Основные выводы
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:
- высокая светоотдача;
- высокая механическая прочность и виброустойчивость;
- долгий срок работы;
- малый нагрев;
- от количества циклов включения-выключения не зависит срок работы;
- различный спектр белых светодиодов – от 2700 К до 6500 К;
- спектральная чистота, полученная благодаря принципу устройства;
- отсутствует задержка при включении;
- широкий диапазон углов излучения (от 15 градусов до 180 градусов) ;
- электрическая безопасность, так как не требуются высокие напряжения;
- отсутствие чувствительности к низким температурам;
- надежность;
- разнообразие форм;
- экономичность;
- экологичность, ввиду отсутствия в конструкции светодиода ртути и других вредных компонентов в составе светоизлучающего диода.
Недостатки:
- нельзя допускать работы при высоких температурах – кристалл начинает деградировать;
- высокая стоимость готового изделия.
Применение:
- уличное, домашнее и производственное освещение;
- индикация;
- уличная реклама, бегущие строки;
- фонари и светофоры;
- подсветка экранов телефона, телевизора, компьютера и других жидкокристаллических дисплеев;
- игрушки, значки и другие развлекательные элементы;
- диодные дорожные знаки;
- световые шнуры Дюралайт;
- в фитолампах.
Осветительный прибор на основе светодиодов состоит из:
- излучающего диода;
- драйвера;
- цоколя;
- корпуса.
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:
- яркость;
- направленный световой поток;
- долгий срок службы при работе на улице;
- потрeбление электроэнергии.
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:
- небольшая цена;
- надежность;
- срок службы;
- высокая светоотдача.
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:
- простота монтажа;
- хороший поток света;
- высокий CRI;
- разнообразие форм.
Недостатки:
- стоимость;
- самый срок службы;
- светоотдача ниже, чем у SMD.
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:
- близость ширины запрещенной зоны к энергии кванта света;
- минимальное содержание дефектов в полупроводниковом кристалле.
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:
- простота конструкции;
- низкая стоимость производства;
- экономия.
К недостаткам относятся:
- снижение светоотдачи из-за потери световой энергии;
- влияние на цветовую температуру;
- быстрее стареет при эксплуатации.
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:
- возможность поочередного включения того или иного цвета вручную или автоматически;
- можно вызывать разные оттенки, меняющиеся по времени;
- создание эффектных осветительных конструкций для рекламы и дизайна.
Недостатки:
- неравномерность светового пятна;
- неравномерность нагрева и отвода тепла.
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.
СледующаяКомментарии:
Организация подсветки потолка по периметру — какие источники света можно использовать, особенности LED-ленты и ламп. Как сделать потолок с подсветкой по периметру своими руками, необходимые материалы, правильное подключение и монтаж....
29 04 2024 4:37:36
Смотрите здесь технические хаpaктеристики лампы ДНаТ на 250 Вт, световой поток. Достоинства и недостатки натриевых лампочек, сфера применения. Особенности эксплуатации и возможные неисправности....
28 04 2024 19:16:38
Как прозвонить провод на авто, в квартире или на даче? С таким вопросом наверняка не раз сталкивался каждый из нас. Ведь без электроэнергии сейчас некуда, а провода и кабели являются «кровеносной системой» энергетики....
27 04 2024 11:21:51
Почти каждый настоящий домашний мастер имеет навыки электромонтера, поэтому прокладку электропроводки в новом доме или квартире многие не доверяют никому, а делают своими руками. Первый этап - это сделать проект и определить, сколько и какого провода и фурнитуры нужно закупить. Постараемся рассказать, как сделать расчет электропроводки в доме....
26 04 2024 1:59:17
Смотрите, какие хаpaктеристики имеют светодиодные лампы. Читайте, какими главными параметрами они обладают, влияющими на их выбор, и как их правильно подобрать под заданные условия эксплуатации в доме или на улице....
25 04 2024 4:28:43
Светильник из бутылки: преимущества и недостатки материала. В каких помещениях квартиры или дома лучше использовать такие светильники: варианты дизайна и украшения. Из какой бутылки лучше сделать светильник: стекло или пластик....
24 04 2024 10:51:53
В последнее время белорусские электрические мясорубки пользуются у наших сограждан все большим вниманием....
23 04 2024 13:33:30
Читайте здесь, что такое неоновая подсветка, из каких конструктивных элементов состоит неоновый светильник и на каком принципе он работает, какие популярные варианты применения его в интерьере существуют, что нужно учесть при установке такой системы освещения и на что обратить внимание при выборе оборудования для нее....
22 04 2024 19:31:10
Освещение аквариума — особенности, какое должно быть для рыб и растений, хаpaктеристики. Типы ламп для аквариумов, какие бывают, как правильно рассчитать необходимую мощность....
21 04 2024 22:16:27
Как правильно подсоединить провода? Такой вопрос становился перед каждым из нас. Ведь именно контактные соединения являются самым слабым звеном любой электроустановки...
20 04 2024 1:17:20
Особенности бактерицидной лампы. Разновидности для домашнего использования. Для чего нужна бактерицидная лампа? Как пользоваться прибором? Как правильно подобрать лампу? Плюсы и минусы лампы....
19 04 2024 10:25:37
Чем измерить напряжение в розетке или определить значение тока, протекающего через нее? Такой вопрос становился пpaктически перед каждым из нас....
18 04 2024 13:15:39
Освещение играет важную роль в оформлении любого помещения. И даже более богатое убранство комнаты, при неправильной расстановке света, теряет эффект и...
17 04 2024 18:38:44
Читайте все о цоколях е27: что это за тип, какие лампы с ним производятся. Другие варианты стандартных резьбовых цоколей больших и маленьких, похожих на e27. Размер контакта "обычной" лампочки (высота и диаметр). Совместимость с другими типоразмерами....
16 04 2024 15:38:46
Наша сегодняшняя тема — электрическое внутрипольное отопление. Мы затронем преимущество этого решения на фоне конвекционного электроотопления, изучим устройство электрических теплых полов, и выясним, как правильно монтируется эта система обогрева. Приступим....
15 04 2024 15:16:44
Микросхема bp2832a - высоковольтный драйвер питания светодиодных ламп. Рассмотрим схемы включения, причины выхода из строя и подбор аналогов....
14 04 2024 2:53:45
Сегодня мы поговорим с вами про устройство гидрогенератора, расскажем много интересного про их параметры и хаpaктеристики, а также попробуем собрать такое устройство своими руками....
13 04 2024 21:27:26
LED подсветка ступеней лестницы может быть как постоянной, так и включать в свою схему датчики движения и ультразвуковые датчики, для интеллектуального управления подсветкой....
12 04 2024 17:18:59
Как сделать лампу из бумаги: подробная инструкция. Какая бумага подходит для изготовления светильника. Примеры самодельных ламп в китайском и японском стиле. Какую технику изготовления выбрать....
11 04 2024 18:11:21
Читайте здесь, как подключить светодиодную ленту к сети. Узнайте, как правильно выбрать led-устройство с учетом его хаpaктеристик. Особенности монтажа, разные схемы, оборудование для подключения диодных лент....
10 04 2024 17:54:54
Узнайте, какие лампы h4 являются наиболее подходящими для головного света автомобилей. Прочитайте, в чем состоят особенности конструкции разных видов светильников, их достоинства и недостатки. Рассмотрите наиболее популярные и качественные модели всех видов ламп h4....
09 04 2024 9:50:33
Освещение на дачном участке несколько отличается от освещения самого дома. И дело здесь не столько в схеме, которая в общем-то достаточно похожа, а в принципе построения самой сети и схеме ее монтажа....
08 04 2024 16:19:53
Всё о выключателях. Хитрости, расположение и другие нюансы Проходные выключатели. Принцип, подключение и установка проходных выключателей Сенсорные выключатели...
07 04 2024 9:25:50
437) Как подключить автомат включения уличного освещения...
06 04 2024 0:27:30
Узнайте, какими качествами и особенностями обладает светодиодная лента SMD 3528. Уточните для себя технические хаpaктеристики и конструкционные варианты, выясните, чем она отличается от более современного типа ленты SMD 5050....
05 04 2024 21:19:51
Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза Электрический ток в вакууме Электрический ток в газах Синусоидальный ток. Основные понятия. Часть 1...
04 04 2024 0:42:55
Узнайте, как правильно подключить устройство для плавного включения ламп накаливания. Читайте, что нужно для того, чтобы сделать прибор постепенного запуска своими руками. Как выбрать схему, исходя из принципа ее работы и мощности источника света....
03 04 2024 10:41:18
Особенности организации светодиодноц подсветки для кухни рабочей зоны. Какие светильники выбрать. Как сделать светодиодную подсветку своими руками....
02 04 2024 9:35:36
Что такое заземление, зачем оно необходимо и как определить провод заземления? Все это те вопросы, которые достаточно часто ставят в тупик наших сограждан, не обладающих соответствующими знаниями. Поэтому в этой статье мы постараемся раскрыть все эти вопросы и объяснить основные требования, предъявляемые к заземляющим проводникам....
01 04 2024 21:52:37
Читайте, что представляет собой система адаптивного освещения автомобиля. Узнайте, как она устроена, принцип работы, разновидности комплексов адаптивной подсветки. Основные достоинства и недостатки, стоимость и прочие особенности системы....
31 03 2024 11:11:33
Смотрите, какими параметрами обладают светодиоды 2835 smd led, чем отличаются от аналога 3528 и какие преимущества и недостатки они имеют....
30 03 2024 0:15:30
Сегодня мы разовьем эту тему, и разберемся, в чем заключается принцип действия генератора переменного тока. Поговорим о сферах его применения, разновидностях и много еще о чем....
29 03 2024 8:53:12
Чем изолировать провода? Такой вопрос неизбежно становился перед каждым из нас независимо от того, связаны мы с энергетикой, или нет....
27 03 2024 4:28:11
Правила освещения офисных помещений — какие требования предъявляются, санитарно-гигиенические нормы. Оптимальное освещение рабочего места, как его вычислить. Особенности выбора и размещения светильников для офиса....
26 03 2024 13:37:12
Узнайте, для чего используется короб для светодиодной ленты. Выясните, что он из себя представляет, какие бывают разновидности и размеры таких каналов. Читайте, как выбрать и установить наиболее подходящий вид короба для подсветки....
25 03 2024 7:37:14
Освещение для сауны и бани должно отвечать целому ряду норм и требований. Ведь не для кого не секрет, что эти помещения относятся к особо сырым и жарким....
24 03 2024 19:30:47
Выясните у нас, почему моргает светодиодный прожектор во включенном состоянии и при выключении. Распространенные причины неисправности. Как починить диодный источник света, который мигает....
23 03 2024 13:50:19
С помощью диммера можно регулировать яркость светодиодного освещения. Рассмотрим основные схемы для сбора диммера своими руками и принцип их работы...
22 03 2024 23:49:50
Читайте, какие схемы используются для подключения двухклавишных выключателей. Узнайте, какие условия необходимо соблюсти, чтобы осуществить присоединение правильно. Особенности переключателей с подсветкой и модульной конструкцией....
21 03 2024 9:48:39
Читайте о том, что такое кварцевание и какие для этого подходят кварцевые лампы. Польза и вред процедуры. Принцип действия кварцевателя (аппарата-излучателя) для дезинфекции помещений. Обзор моделей для домашнего применения и дезинфекции квартиры. Как выбрать....
20 03 2024 23:25:49
Рассчитайте нужное количество люмен на 1м². Узнайте, как провести расчеты, используя информацию о нормах освещенности разных помещений. Как перевести ватты в люмены...
19 03 2024 1:19:57
Читайте, как выбрать стиль для люстры в детскую комнату и сделать эффектный светильник своими руками. Оригинальные идеи для разных вариантов дизайна интерьера. 5 способов изготовления креативных люстр и несколько слов о безопасности....
18 03 2024 2:16:42
Выясните, зачем необходима подсветка для орхидей, выращиваемых в домашних условиях, как организовать систему освещения и когда ее использовать. Основные требования к используемым в установке лампам....
17 03 2024 0:20:47
Почти каждый настоящий домашний мастер имеет навыки электромонтера, поэтому прокладку электропроводки в новом доме или квартире многие не доверяют никому, а делают своими руками. Первый этап - это сделать проект и определить, сколько и какого провода и фурнитуры нужно закупить. Постараемся рассказать, как сделать расчет электропроводки в доме....
16 03 2024 2:29:24
Провод для прогрева бетона ПНСВ получил широкое распространение в строительстве. В отличие от других проводов его основное назначение не передача электрической энергии, а нагрев участков бетона в которые он укладывается....
15 03 2024 23:41:50
Как установить настенный светильник самостоятельно — схема подключения, какие инструменты понадобятся. Способы сборки по типам моделей. Разметка места и подготовка, способы крепления лампы к стене....
14 03 2024 14:22:41
Узнайте, как правильно выбрать диоды для фонаря. Какие бывают, по каким хаpaктеристикам они подбираются, в каких условиях работают. Прочитайте, как самостоятельно сделать из обычного фонарика светодиодный....
13 03 2024 19:11:22
Узнайте, почему светодиодные лампы эффективнее и экономичнее люминесцентных. Читайте, как производится замена на разные типы светодиодных ламп, какие существуют правила и условия замены, какой порядок действий при выполнении работ....
12 03 2024 18:56:18
Читайте, из чего состоит белый свет. Узнайте, как производители светодиодов получают его смешиванием цветов излучения кристаллов и при помощи разноцветных люминофоров. Почему не всегда используют в RGB базовые цвета. Какие уникальные технологии разработаны у Cree и Osram....
11 03 2024 2:21:44
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
Карта России для «Power Grid»
Лучшие смартфоны с оптической стабилизацией (апрель 2019)
Горный велосипед 26" ST30 ROCKRIDER - купить в интернет-магазине
Ласты R"Gomoove Взросл. TRIBORD - Подводное плавание Дайвинг Дайвинг, серфинг,...
Домашнее растение похожее на алоэ
Как зашить тюль: отремонтировать порванную, если прожжена утюгом, как заштопать
ПЕРЧАТКИ ГОРНОЛЫЖНЫЕ ВЗРОСЛЫЕ 500 WEDZE - купить в интернет-магазине
Фитолампа (фитосветильник - светильник для растений)
Рюкзак школьный Sun eight SE-8353 Розовый