Что такое светодиод, его виды и где используется

Светодиоды – LED, Light Emitting Diodes – прогрессивное направление современных технологий освещения, электроники и инновационного визуального творчества. С успехом применяются в различных сферах – от обычного бытового освещения до изображений на экранах огромных размеров. Светодиодные технологии предлагают дизайнерам и инженерам безграничные возможности решения самых сложных задач, являясь при этом перспективным направлением повышения энергоэффективности и долговечности.

Принцип работы светодиода

Так что же представляет собой светодиод, как он работает?

Это полупроводниковое устройство, работающее на основе физического процесса электролюминесценции – способности испускать свет при прямом прохождении через диод электрического тока. 

Кристалл светодиода состоит из двух слоев полупроводника:

• n-слой – содержит избыток электронов (отрицательные носители заряда);

• p-слой – содержит так называемые дырки (отсутствие электронов, наличие положительных носителей заряда).

В момент подачи напряжения на диод происходит следующее:

• Прямое подключение (прямая поляризация) – в это мгновенье электроны из n-области и дырки из p-области начинают двигаться навстречу друг другу.

• Рекомбинация и излучение света – на границе p-n-перехода электроны "падают" в дырки, происходит рекомбинация носителей заряда. При этом избыток энергии высвобождается в виде фотона (кванта света).

Свет испускается не вследствие нагрева, как в лампах накаливания, а от прямого преобразования электрической энергии в световую, обеспечивая высокую энергоэффективность и экономичность. 

Эффект свечения возникает только при прямом подключении электрического тока, в обратном направлении рекомбинация носителей заряда не происходит и фотоны не испускаются.

Конструкция светодиода. Основные виды.

Базовый светодиод состоит из:

• полупроводникового кристалла;

• подложки и корпуса;

• линзы, формирующей световой поток;

• выводов подключения к электрической цепи.

Цвет и интенсивность свечения светодиода зависит от материала полупроводника, из которого изготовлен его кристалл:

• Арсенид галлия (GaAs) – инфракрасный и тёмно-красный;

• Фосфид галлия (GaP или GaInP) – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный;

• Нитрид галлия (GaN) и его сплавы с индием (InGaN) – синий, голубой, фиолетовый, а также белый (с применением люминофора).

Комбинация разных материалов и сплавов создает возможности для формирования полной цветовой палитры видимого спектра.

Классификация большого разнообразия светодиодов базируется на нескольких критериях – мощности, используемой технологии, количестве кристаллов.

Основные виды светодиодов:

• Индикационные (Low Power LED).
  Низкомощные, используются для индикации. Цвета – красный, зелёный, жёлтый, синий и др.

• Светодиоды высокой яркости (High Power LED).
  Обеспечивают мощное свечение, применяются в осветительных приборах. Могут достигать мощности от 1 до 100 Вт и более.

• SMD-светодиоды (Surface-Mount Device).
  Это яркие элементы с поверхностным монтажом, имеют компактные габариты, устанавливаются на плату, чем обеспечивают широкие углы свечения и эффективный теплоотвод. Используются в светодиодных лентах, телевизорах, мониторах, автомобильной подсветке. Возможность создания монохромных и многоцветных вариантов.

• COB-светодиоды (Chip on Board).
  Это новая технология с высокой плотностью компонентов. Представляет собой поликристаллические устройства, объединенные в один модуль. Обладают высокой светоотдачей, широким углом рассеивания луча, равномерным свечением. Интенсивность устройств определила область их применения – коммерческое освещение на открытых пространствах – в прожекторах, уличном освещении.

• RGB-светодиоды.
  Содержат три кристалла (красный, зеленый, синий), что позволяет генерировать любой цвет благодаря их комбинированию. Используются в декоративной подсветке, LED-экранах.

• Инфракрасные и ультрафиолетовые светодиоды.
  Не излучают видимый свет. Применяются в системах ночного видения, датчиках, стерилизующих устройствах.

Области применения светодиодов

Широкое применение устройств, быстрый прогресс в совершенствовании  светодиодных технологий объясняются их несомненными преимуществами:

• Низкий уровень энергопотребления.

• Впечатляющая долговечность (до 50 000 и более часов).

• Повышенная устойчивость к вибрациям и ударам.

• Полное отсутствие вредных веществ в конструкции (ртути и других).

• Ограниченное тепловыделение, экономичность использования.

• Широкие возможности в регулировке яркости и цвета.

• Доступная цена светодиодов по сравнению с другими вариантами.

Не удивительно, что светодиодные технологии продолжают вытеснять альтернативные источники освещения в самых различных сферах.

На сегодня светодиоды применяются в:

• освещении – бытовом, промышленном, уличном;

• электронике – индикаторы, подсветка дисплеев;

• автомобильной промышленности – приборные панели, фары, габариты, другое;

• телекоммуникациях – оптоволоконные передатчики;

• рекламе и медиа – светодиодные экраны, бегущие строки, наружные вывески. 

Некоторые светодиоды могут излучать свет не только в видимой части спектра. УФ-варианты находят свое применение в медицине (бактерицидные лампы), криминалистике (специальные приборы), в принтерах, детекторах валюты. Такие светодиоды используют для создания искусственного освещения в сельском хозяйстве. Наличие УФ-излучения в свете, имитирующем дневной, обеспечивает эффективное круглогодичное выращивание растений.

С инфракрасными светодиодами мы сталкиваемся ежедневно, пользуясь пультами дистанционного управления, другими электронными устройствами. Инфракрасные лучи используются в охранных системах для создания безопасных периметров.

Надеемся, что просмотр этой статьи помог вам понять, что такое светодиод, как он работает и где используется.