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:
Узнайте преимущества и недостатки параллельного подключения лампочек. Читайте, когда выгодно последовательное соединение источников света. Смотрите здесь, как не допустить ошибок при монтаже выключателя....
06 12 2023 11:14:29
Как правильно выбрать диаметр провода пpeдoxpaнителя, каковы причины перегорания и способы временного устранения этого неудобства мы и рассмотрим в нашей статье....
05 12 2023 2:37:13
Читайте здесь, как поменять патрон в люстре. Следуйте инструкции и соблюдайте правила безопасности, чтобы быстро и без проблем снять патрон, извлечь цоколь и произвести замену детали....
04 12 2023 19:30:46
Читайте, что представляют собой адресные светодиодные ленты, каковы их особенности и технические хаpaктеристики. Узнайте, как работает адресный светодиод, в чем его отличие от обычных видов. Выясните, каков порядок подключения и настройки адресной ленты....
03 12 2023 3:39:43
Чаще всего, такая привычка наблюдается у молодых особей, а с возрастом обычно любовь к проводам начинает угасать. Почему кошка грызет провода, и как ее отучить от этого, рассматривается в статье....
02 12 2023 6:48:18
Читайте здесь о выборе ламп для аквариума и организации правильного освещения. Что предпочесть для светильника: люминесцентные лампочки, светодиодные. Как рассчитать свет на количество литров воды....
01 12 2023 21:25:56
Классификация производственных помещений по опасности поражения током придумана не просто так. Ее цель - создать безопасные условия труда, и нахождения в помещении за счет установки соответствующего оборудования и применения в данных помещениях только строго определенных средств производства. Поэтому, дабы не путаться в данном вопросе, давайте разберем классификацию более детально, а также определимся с аспектами, на которые она влияет....
30 11 2023 1:45:46
Зачем устанавливать закладные под натяжной потолок. Материалы и варианты крепления. Порядок монтажа закладных для люстр, точечных светильников и карнизов....
29 11 2023 11:25:25
Как выбрать и организовать освещение в коридоре или прихожей — специфика помещения и требования к освещению. Варианты освещения коридора с натяжным потолком, правила расположения светильников. Схемы освещения, световое зонирование....
28 11 2023 23:18:12
Читайте здесь, как своими руками выполнить замену ламп дневных ходовых огней Лады Гранта, какие основные виды лампочек для ДХО в этой модели применяются, какими основными свойствами и особенностями они обладают, а также из каких основных этапов состоит процеДypa их переустановки....
27 11 2023 20:41:46
Узнайте, какие светодиоды Cree доступны на рынке. Читайте, на какие виды они делятся, для чего предназначен каждый тип. Почему светодиодные изделия этого бренда выгодны для производителей осветительных приборов. Как при покупке отличить оригинальный Кри от китайской подделки....
26 11 2023 4:18:39
В Этой Статье Представлен Наш Взгляд На Лучшие Игровые Процессоры 2020 Года, Информация Пригодится и Тем, Кто Собирает Компьютер Своими Руками, и Тем, Кто Покупает Готовый в Магазине....
25 11 2023 17:31:59
Розетка для подключения электроплиты может стать определенной проблемой во время ремонта кухни. Поэтому дабы снять все вопросы в нашей новой статье мы решили рассмотреть все вопросы, связанные с ее монтажом, правилами установки и эксплуатацией....
24 11 2023 12:52:32
Читайте здесь, что такое светодиодная подсветка из светодиодной ленты и какими главными параметрами она хаpaктеризуется. Как сделать светодиодную подсветку своими руками. Основные правила и схемы подключения для одноцветных и RGB-лент. В каких случаях нужен радиатор и что использовать в качестве его основы....
23 11 2023 7:39:31
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....
22 11 2023 1:25:42
Чем отличается автомат от рубильника, когда применяются первый, и для чего используется второй? Какие конструктивные особенности и типы бывают? Все это мы разберем в нашей статье....
21 11 2023 16:50:39
Читайте здесь, как поменять лампочки разных типов в светильниках на натяжном и подвесном потолках. Что нужно, чтобы снять точечный или другой осветительный прибор и выкрутить или вынуть лампу....
20 11 2023 22:10:56
Читайте здесь, как сделать блок питания для светодиодной ленты 12В своими руками, каковы его главные особенности и назначение, какие готовые блоки существуют и можно ли использовать модели от техники б/у, из каких этапов состоит процесс самостоятельной сборки устройства, как выглядит его схема и какие нюансы при этом нужно учесть....
19 11 2023 15:49:58
Для подключения мощных временных электроприемников достаточно часто используют розетки на 380 вольт. Этот вид коммутационных устройств позволяет обеспечить надежное и качественное подключение....
18 11 2023 11:54:10
Узнайте, как правильно организовать освещение в квартире. Смотрите здесь, как выбрать лампы с учетом важных параметров, а также осветительные приборы. Читайте, как правильно распределить люстры и светильники в разных комнатах...
17 11 2023 7:43:41
Идеи для оптимального освещения в гостиной и зала. Использование света и подсветки в дизайне комнаты в современных стилях. Варианты размещения потолочных, настенных светильников в квартире. Особенности выбора приборов для натяжного потолка. Как самому сделать красивое оформление светом....
16 11 2023 12:22:37
Если у вас случилось так, что сигнал кабель передавать перестал, но в запасе имеется другой, с которого можно снять рабочие коннекторы, то вам осталось узнать, как спаять кабель HDMI, и продолжить пользоваться всеми преимуществами цифрового телевидения....
15 11 2023 20:21:23
Узнайте, что такое Led-панель, какие достоинства и недостатки необходимо учесть при покупке. Читайте, как устроены эти приборы освещения, где используются. Как выбрать Led-панель для конкретного помещения. Почему установку лучше доверить специалисту....
14 11 2023 5:21:42
178) Как заземлить розетку по всем правилам...
13 11 2023 19:28:21
Какой провод лучше многожильный или одножильный? Такой вопрос часто возникает перед началом работ по замене проводки. Ответ на него не может быть однозначным, ведь каждый из этих видов проводов создан для своих целей. Поэтому чтобы ответить, давайте разберем достоинства и недостатки каждого из них....
12 11 2023 12:37:41
Своевременное обслуживание аккумуляторной батареи вашего железного коня позволит прослужить ей длительное время, запускать двигатель в холодное время года....
11 11 2023 13:28:42
Смотрите здесь, как выбрать и установить потолочный карниз, оборудованный подсветкой. Читайте, какие полезные функции дает световое оформление, как выполняются подготовительные и монтажные работы. Некоторые тонкости, важные советы....
10 11 2023 0:34:20
Читайте здесь, что такое ИК-подсветка, когда лучше всего ее использовать, что представляет собой ИК-прибор для видеокамер, какие модификации ИК-прожекторов бывают и каковы их достоинства, а также как своими руками сделать инфpaкрасную подсветку для ночной съемки....
09 11 2023 20:57:33
Читайте, чем блок питания 12 В для светодиодной ленты отличается от драйвера. Узнайте, как он работает и по каким критериям выбирается. Как подключить ленту к блоку питания. Как можно сэкономить при устройстве подсветки из полосы небольшой длины....
08 11 2023 0:33:19
Грамотный подход к подбору оснащения для магазина или точки общественного питания позволит приобрести функциональное холодильное оборудование без лишних...
07 11 2023 0:56:49
ВВГнг провод является одной из разновидностей ВВГ. Строго говоря, этот проводник является не проводом, а кабелем....
06 11 2023 0:47:38
Сегодня нам предстоит научиться выполнять расчет освещения светодиодными светильниками. Мы ознакомимся с санитарными нормами освещения и со световым потоком, хаpaктерным для светодиодного освещения на единицу мощности. Но сначала — пара слов об особенностях интересующего нас класса светильников....
05 11 2023 7:15:24
Сегодня мы вам подробно расскажем о фонарях уличного освещения на солнечных батареях, их видах и хаpaктеристиках. Также вы узнаете какие предъявляют требования к ним...
04 11 2023 8:54:29
261) Рассмотрим как правильно соединить провода в люстре...
03 11 2023 9:15:42
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....
02 11 2023 7:49:12
Подключение выключателя с подсветкой: устройство и принцип работы. Особенности монтажа выключателей с диодом или конденсатором. Почему моргают светодиодные лампы после подключения выключателя с индикатором подсветки....
01 11 2023 8:37:31
Читайте здесь, что такое светодиодная лампа с датчиком движения, каково его назначение, принцип действия и конструкция, какие виды существуют, как выглядит ТОП-список их производителей, а также каковы главные особенности монтажа моделей с выносным и встроенным датчиком....
31 10 2023 16:39:50
Люстра Чижевского – что это? Устройство и принцип работы. Польза и вред от использования лампы. Можно ли сделать люстру Чижевского своими руками?...
30 10 2023 19:39:11
Правила пользования люминесцентными лампами. Сколько ртути в люминесцентной лампе? Ликвидация последствий от разбитой лампы. Что делать категорически нельзя? Проявления отравления ртутью....
29 10 2023 21:40:20
Читайте, какие светодиодные лампы для уличного освещения применяются, каковы их основные особенности и хаpaктеристики, какие требования к ним предъявляются, в каких областях применяются и что нужно знать об их обслуживании, а также можно ли своими руками собрать подобные светильники....
28 10 2023 7:47:27
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....
27 10 2023 1:26:10
Читайте здесь, что такое светодиод xml t6, какими основными достоинствами он обладает, каковы его главные хаpaктеристики и свойства и особенности светового потока, какой драйвер к нему подойдет и где чаще всего его применяют....
26 10 2023 19:51:42
В вечернее и ночное время для обеспечения безопасности и комфорта людей важную роль играет парковое освещение. О его особенностях мы вам и расскажем...
25 10 2023 2:15:30
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....
24 10 2023 11:17:24
Как правильно сделать электрическую проводку? Такой вопрос часто возникает во время ремонта или строительства собственного жилья....
23 10 2023 2:40:24
Читайте об особенностях и хаpaктеристиках цоколя Е14. В чем его отличия от детали лампочек E27. Какие бывают лампы с этим типом контакта и где они применяются: свойства и параметры. Преимущества и недостатки использования....
22 10 2023 6:23:21
Смотрите все технические хаpaктеристики ламп днат на 400 Вт. Световой поток – 47000 Лм, цветовая температура – 2000 К, срок службы от 12000 часов. Как правильно подключить лампу: схема подключения с конденсатором....
21 10 2023 0:26:30
Видеосъемка в последнее время занимает в нашей жизни все больше места. Сегодняшний урок расскажет, как правильно выставляется освещение при видеосъемке, чтобы кадр смотрелся красиво....
20 10 2023 8:45:32
Свет солнца – это не только источник жизни для всех живых организмов на Земле, но и важный фактор, влияющий на выполнение работы, отдых и т.д. Чтобы обеспечить комфортную обстановку в доме или квартире...
19 10 2023 3:49:12
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....
18 10 2023 14:25:43
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
Сколько люменов нужно на 1м2 для освещения разных помещений – от комнаты в квартире до склада, нормы освещенности и как рассчитать необходимый световой поток и количество ламп
Освещение в бане и парилке (пошаговое руководство): требования к проводке
Гудит лампа светодиодная: почему шумит светильник
Когда обрезать виноград осенью на Кубани?
Подсветка WLED: что это, отличия, лучше LED или WLED
"Воспаление лёгких: можно ли употрeбллять корень имбиря, его лечебное действие
Мощность светодиодной ленты: сколько ватт потрeбляет, сколько светодиодов нужно на метр длины, как определить количество электроэнергии, потрeбляемой rgb светодиодом
Как подключить светодиодный светильник к 220 В, схема подключения к сети, как правильно подсоединить лед-лампу на 12 Вольт
Греется светодиодная лента: должен ли нагреваться блок питания и сама диодная лента
Хаpaктеристики светодиодов: описание маркировок и технических параметров диодов для лам освещения, какие размеры, вес, мощность, напряжение в led разных марок
"Корень имбиря при лечении гайморита, синусита: польза, правила приготовления и употрeбления
Шафран выращивание дома
Помидоры Сват
"Вкусные рецепты засолки капусты пластинами на зиму
Сколько потрeбляет светодиодная ламп: таблица потрeбления электроэнергии энергосберегающими лампочками
Искусственное освещение: разновидности по функциональному назначению
Как зашить тюль: отремонтировать порванную, если прожжена утюгом, как заштопать
Люстра с пультом управления не включается: в чем причина, что делать, если не работает ДУ или не горят лампы
Фитолампа (фитосветильник - светильник для растений)