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 (через Facebook):
Оставить комментарий с помощью аккаунта FaceBook:
Читайте здесь, как выполнить замену лампы ближнего света в Форд Фокус 3, каковы основные ее особенности, какими техническими параметрами она обладает, изделия каких производителей лучше всего подходят для замены и как по инструкции выполнить ее переустановку....
26 07 2021 1:27:21
Читайте здесь, как как отключить светодиод в выключателе, из каких главных элементов он состоит и на каком принципе работает, почему он является основной причиной мерцания светодиодных и люминесцентных лампочек, а также из каких основных этапов состоит процеДypa отключения подсветки....
25 07 2021 11:42:18
Читайте, как делается оригинальный и привлекательный светильник из эпоксидной смолы. Узнайте, какие могут быть варианты дизайна. Уточните для себя порядок действий при изготовлении подобного изделия своими руками....
24 07 2021 10:59:30
Читайте здесь, какими преимуществами и недостатками обладают светодиодные лампы, каков основной принцип их работы и в чем состоит особенность технологии свечения, а также каковы их главные достоинства и недостатки....
23 07 2021 17:43:58
Узнайте, что представляет собой процесс пайки и какие особенности существуют для SMD светодиодов. Уточните для себя, какие существуют способы и технологии пайки. Читайте, как выполняется процеДypa, необходимые инструменты и порядок действий....
22 07 2021 6:27:12
Читайте, как отрезать светодиодную ленту различной конструкции. Узнайте, чем отличается стандартная светодиодная полоса от установленной в силикон. Как поступить, если на плате нет линии, указывающей место разреза. Что кроме разрезания на отрезки важно при самостоятельном монтаже освещения или подсветки....
21 07 2021 3:20:56
Узнайте, должна ли нагреваться во время работы светодиодная лента. Читайте, каковы возможные причины перегрева и в каких пределах он допустим. Уточните для себя, что можно предпринять для снижения избыточного выделения тепловой энергии....
20 07 2021 12:51:59
Узнайте, как правильно подобрать кабель питания для светодиодной ленты. Читайте, какое нужно сечение провода, как его рассчитать и что от него зависит. Уточните для себя особенности пайки или механического соединения компонентов подсветки....
19 07 2021 9:31:24
Читайте, как сделать люстру в стиле лофт своими руками. Смотрите фото светильников в этом стиле в интерьере спальни, кухни, гостиной....
18 07 2021 0:18:26
Читайте и смотрите, как правильно подключить патрон под лампочку к проводам на потолке. Способы установить деталь и подсоединить проводку. Как сделать все своими руками....
17 07 2021 11:38:34
Выясните, что собой представляет умное освещение, являющееся частью системы управления «Умный дом». Узнайте, что собой представляет данная технология, каков ее функционал и в чем заключаются ее основные преимущества....
16 07 2021 5:17:24
Узнайте, что представляет собой регулятор света, каковы особенности его конструкции и принцип работы. Выясните, где наиболее часто применяются приборы этого вида. Классификация диммеров. Основные преимущества и недостатки устройств с регулировкой....
15 07 2021 8:35:34
Подробная информация о газоразрядных лампах. Что это такое, устройство, виды и принцип работы источников света этого типа. Сферы применения ГРЛ. Что нужно знать об индикаторных видах ламп. Как выбрать. Схемы подключения. Достоинства и недостатки лампочек высокого и низкого давления....
14 07 2021 4:45:17
Читайте здесь, как можно самому заменить люстру на натяжном потолке. Продробное пошаговое описание процедуры подготовки, демонтажа, установки и подключения нового светильника. Можно ли самостоятельно выполнить все действия или нужн а помощь профессионалов, чтобы поменять осветительный прибор....
13 07 2021 13:43:43
Читайте здесь об организации комфортного освещения в ванной комнате и туалете. Как совмещать основной свет и подсветку в дизайне, какие лучше выбрать варианты светильников. Типы подходящих ламп: светодиодные, лента, галогеновые. Варианты расположения точечных встраиваемых светильников. Как самому сделать свет....
12 07 2021 18:48:50
Читайте, как правильно подобрать ультрафиолетовую лампу для черепах. Как установить прибор, чтобы питомец получил максимум польз от него. Особенности использования УФ-ламп...
11 07 2021 18:21:17
Читайте, как и зачем подключать дроссель для ДНаТ. Как устроена, параметры и хаpaктеристики катушки индуктивности. Для чего нужны ИЗУ. Схемы подключения дросселя и газоразрядных ламп....
10 07 2021 21:30:11
Узнайте, в чем состоит суть технологии LCD и LED, чем они отличаются друг от друга, что их объединяет. Читайте, как выбрать наиболее качественный монитор, какими критериями следует руководствоваться, что в первую очередь должно влиять на выбор пользователя....
09 07 2021 15:31:55
Читайте здесь, какие лампы ближнего света можно установить на ВАЗ 2110, какие экземпляры и каких производителей используют автовладельцы, какие из них самые лучшие, а также как самостоятельно выполнить замену и при необходимости отрегулировать после этого фары....
08 07 2021 10:20:31
Основы диагностики и ремонта светодиодных прожекторов своими руками. Основные причины неисправностей. Устранение мигания Led-прожектора и замена деталей. Как разбирать прожекторы....
07 07 2021 19:52:26
Читайте, что такое ультрафиолетовые светодиоды, чем они отличаются от обычных конструкций. Узнайте, каков принцип их действия, параметры и особенности использования. Уточните для себя специфику использования и наиболее известных производителей УФ светодиодов....
06 07 2021 2:21:33
Читайте здесь, как выбрать и поменять лампу ближнего света на ВАЗ 2106, какие лампочки лучше всего подходят для ремонта, из каких главных шагов состоит процеДypa по их замене и какие самые распространенные проблемы при этом могут происходить....
05 07 2021 7:50:27
Читайте здесь, как выполнить замену лампы ближнего света на Opel Astra H, какими параметрами руководствоваться при ее выборе и на что обратить внимание в ее маркировке, какие инструменты потребуются, из каких этапов состоит работа и каковы ее основные особенности....
04 07 2021 6:17:44
Выбор материала для изготовления плафонов на люстру своими руками. Как сделать каркас для абажура. Креативные идеи дизайна подвесного светильника....
03 07 2021 13:48:16
Узнайте, как поменять люминесцентную лампу. Выясните, что нужно знать о типе светильников и цоколей, и какие инструменты могут понадобиться в ходе работ....
02 07 2021 21:40:34
Читайте здесь, что такое оптоволоконное освещение, какие разновидности оптоволоконной подсветки для бани существуют и чем они различаются, из каких основных элементов они состоят, какие лампы применяются, а также каковы плюсы и минусы и особенности оптоволоконного освещения для бани и как выполнить его монтаж своими руками....
01 07 2021 0:13:56
Читайте, чем филаментная лампа отличается от обычной светодиодной и лампочки с нитью накала. Узнайте, какая у нее конструкция, достоинства и недостатки. Какие производители производят новую продукцию, по какой цене продают. Результаты тестирования и критерии выбора....
30 06 2021 19:16:10
Узнайте, как создается освещение в бане, особенности и требования к монтажу системы. Выясните, какие светильники и лампы подходят для работы в сауне, что необходимо учесть, выбирая тип осветительных приборов. Основные этапы монтажа освещения....
29 06 2021 8:33:18
Особенности организации светодиодноц подсветки для кухни рабочей зоны. Какие светильники выбрать. Как сделать светодиодную подсветку своими руками....
28 06 2021 12:43:14
Поможем найти причину, если мигает лампа дневного света. Как выяснить почему моргают люминесцентные лампочки, должго зажигаются или вовсе не загорается после включения. Что делать, если светильник мерцает во включенном состоянии....
27 06 2021 10:38:32
Подбираем оптимальные светильники и схемы для освещения в ванной комнате с натяжным потолком. Какие типы ламп и осветительных приборов лучше подходят для монтажа над ванной. Схемы расположения точечных светильников. Достиоинства влагозащищенных светодиодных моделей....
26 06 2021 8:39:14
Узнайте, какое должно быть освещение в спортивном зале. Требования и нормы светильников для тренировок и спортивных мероприятий. Применение LED-света в школах и во время соревнований....
25 06 2021 16:26:56
Читайте здесь об особенностях натриевых ламп, их технических хаpaктеристиках. Какие светильники нужны для использования НЛ на улице, как их правильно выбрать. Порядок и правила установки и эксплуатации....
24 06 2021 0:27:42
Узнайте, как поставить два выключателя на одну лампу. Включать лампочку в большом помещении удобнее из 2х разных мест. Эта статья содержит схему подключения, пpaктические рекомендации и требования безопасности....
23 06 2021 21:15:15
Читайте, какие виды и конструкции ламп используются в головном освещении автомобилей Рено Логан первого и второго поколения. Узнайте, как выбрать оптимальный вид светильника, какие производители и модели наиболее популярны и востребованы. Запомните порядок действий для замены ламп ближнего света....
22 06 2021 8:17:55
Смотрите здесь, как самому сделать натяжной и подвесной потолок из гипсокартона с подсветкой внутри и по периметру. Как выбрать источник света, установить светодиодную ленту по периметру своими руками. Порядок и схема монтажа освещения светодиодами....
21 06 2021 8:29:42
Узнайте, какие преимущества и недостатки у схемы подключения люминесцентной лампы с дросселем и стартером. Читайте, какая модель подключения светильника самая простая. Как устроить временное люминесцентное освещение с минимальным количеством деталей, если вольфрамовые нити перегорели....
20 06 2021 14:59:52
Смотрите здесь, как подключить ДХО на автомобиле своими руками, по каким критериям выбирать их для своей машины, и как подключить их от генератора, через габаритные огни и фары ближнего света, а также с помощью четырех- и пятиконтактного реле и универсальный блок управления....
19 06 2021 22:42:38
Читайте, какие особенности нужно учитывать при выборе светодиодной люстры для натяжных потолков. Как правильно подобрать освещение и не ошибиться. Все за и против диодных светильников. Ососбенности моделей с пультом....
18 06 2021 15:34:55
Узнайте здесь, какое устройство имеют светодиоды, и как они работают. Ознакомьтесь с основными хаpaктеристиками индикаторных и осветительных led-элементов. Направление применения лазерных диодов....
17 06 2021 2:30:41
Прочитайте, чем отличаются Direct led и Edge led подсветки ТВ. Основные конструктивные особенности, плюсы и минусы каждого вида, в каких условиях можно использовать, как выбрать подходящий телевизор....
16 06 2021 15:31:14
Читайте, как правильно выбирать люстру под разные виды потолка, площадь. Варианты светильников с разными типами ламп. Какую модель подобрать в зал, детскую комнату, кухню, гостиную и другие помещения в доме. Описание и фото разных решений в интерьере....
15 06 2021 23:46:58
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....
14 06 2021 6:19:51
Все о сравнительных хаpaктеристиках светодиодов. Рассмотрим, какими они бывают по напряжению, параметры их мощности и виды маркировок. Узнайте, какие светодиоды применяются в лампах освещения, а какие в индикаторах....
13 06 2021 20:27:56
Узнайте, что такое лазерный диод, как он устроен, принцип действия и разновидности. Читайте, какими особенностями обладают элементы с разной длиной волны и цветом луча. Уточните для себя специфику подключения и необходимость использования дополнительных устройств....
12 06 2021 17:15:40
Смотрите здесь, как заменить лампу ближнего света на Рено Дастер, на что обратить внимание при выборе нового экземпляра, какие виды стандартных, ярких и долговечных лампочек при этом используются и из каких основных этапов состоит процесс переустановки....
11 06 2021 4:34:23
Узнайте преимущества и недостатки параллельного подключения лампочек. Читайте, когда выгодно последовательное соединение источников света. Смотрите здесь, как не допустить ошибок при монтаже выключателя....
10 06 2021 1:41:21
Узнайте, в чем состоят особенности светодиодных автомобильных лампочек на 12 В. Читайте, какие особенности конструкции он имеют, каковы их достоинства и недостатки. Запомните для себя наиболее известных производителей автомобильных ЛЕД ламп....
09 06 2021 19:18:51
Ознакомьтесь с таблицей мощностей светодиодных ламп и узнайте, как правильно подобрать аналог для замены изделия с нитью накала на конструкцию со светодиодом. Сравните все основные хаpaктеристики приборов для возможности оптимального выбора....
08 06 2021 5:46:10
Прочитайте, как изготовить подсветку из светодиодной ленты на зеркало в ванной. Читайте, каким способом это можно реализовать. Выясните, какой вариант наиболее удобен и доступен. Узнайте, что надо сделать для создания подсветки....
07 06 2021 11:18:27
Еще:
Освещение -1 :: Освещение -2 ::
