Що таке світлодіод, його види та де використовується

Світлодіоди – LED, Light Emitting Diodes – прогресивний напрям сучасних технологій освітлення, електроніки та інноваційної візуальної творчості. З успіхом застосовуються в різних сферах – від звичайного побутового освітлення до зображень на екранах величезних розмірів. Світлодіодні технології пропонують дизайнерам і інженерам безмежні можливості розв’язання найскладніших завдань, будучи при цьому перспективним напрямом підвищення енергоефективності та довговічності.

Принцип роботи світлодіода

То що ж собою являє світлодіод, як він працює?

Це напівпровідниковий пристрій, що працює на основі фізичного процесу електролюмінесценції – здатності випромінювати світло при прямому проходженні через діод електричного струму.

Кристал світлодіода складається з двох шарів напівпровідника:

• n-шар – містить надлишок електронів (негативні носії заряду);

• p-шар – містить так звані дірки (відсутність електронів, наявність позитивних носіїв заряду).

У момент подачі напруги на діод відбувається наступне:

• Пряме підключення (пряма поляризація) – у цей момент електрони з n-області та дірки з p-області починають рухатися назустріч один одному.

• Рекомбінація і випромінювання світла – на межі p-n-переходу електрони «падають» у дірки, відбувається рекомбінація носіїв заряду. При цьому надлишок енергії вивільняється у вигляді фотона (кванта світла).

Світло випромінюється не внаслідок нагріву, як у лампах розжарювання, а від прямого перетворення електричної енергії у світлову, забезпечуючи високу енергоефективність та економічність.

Ефект світіння виникає тільки при прямому підключенні електричного струму, у зворотному напрямку рекомбінація носіїв заряду не відбувається і фотони не випромінюються.

Конструкція світлодіода. Основні види.

Базовий світлодіод складається з:

• напівпровідникового кристала;

• підкладки та корпусу;

• лінзи, що формує світловий потік;

• виводів для підключення до електричного ланцюга.

Колір і інтенсивність світіння світлодіода залежить від матеріалу напівпровідника, з якого виготовлений його кристал:

• Арсенід галію (GaAs) – інфрачервоний і темно-червоний;

• Фосфід галію (GaP або GaInP) – червоний, оранжевий, жовтий, зелений;

• Нітрид галію (GaN) і його сплави з індієм (InGaN) – синій, блакитний, фіолетовий, а також білий (із застосуванням люмінофора).

Комбінація різних матеріалів і сплавів створює можливості для формування повної палітри кольорів видимого спектра.

Класифікація великого різноманіття світлодіодів базується на кількох критеріях – потужності, використаній технології, кількості кристалів.

Основні види світлодіодів:

• Індикаційні (Low Power LED). Низькопотужні, використовуються для індикації. Кольори – червоний, зелений, жовтий, синій та ін.

• Світлодіоди високої яскравості (High Power LED). Забезпечують потужне світіння, застосовуються в освітлювальних приладах. Можуть досягати потужності від 1 до 100 Вт і більше.

• SMD-світлодіоди (Surface-Mount Device). Це яскраві елементи з поверхневим монтажем, мають компактні розміри, встановлюються на плату, що забезпечує широкі кути світіння та ефективне відведення тепла. Використовуються в світлодіодних стрічках, телевізорах, моніторах, автомобільному підсвічуванні. Можливість створення монохромних і багатокольорових варіантів.

• COB-світлодіоди (Chip on Board). Це нова технологія з високою щільністю компонентів. Є полікристалічними пристроями, об’єднаними в один модуль. Мають високу світловіддачу, широкий кут розсіювання променя, рівномірне світіння. Інтенсивність пристроїв визначила сферу їх застосування – комерційне освітлення на відкритих просторах – у прожекторах, вуличному освітленні.

• RGB-світлодіоди. Містять три кристали (червоний, зелений, синій), що дозволяє генерувати будь-який колір завдяки їх комбінуванню. Використовуються в декоративному підсвічуванні, LED-екранах.

• Інфрачервоні та ультрафіолетові світлодіоди. Не випромінюють видимого світла. Застосовуються в системах нічного бачення, датчиках, стерилізуючих пристроях.

Сфери застосування світлодіодів

Широке застосування пристроїв, швидкий прогрес у вдосконаленні світлодіодних технологій пояснюються їхніми безсумнівними перевагами:

• Низький рівень споживання електроенергії.

• Вражаюча довговічність (до 50 000 і більше годин).

• Підвищена стійкість до вібрацій і ударів.

• Повна відсутність шкідливих речовин у конструкції (ртуті та інших).

• Обмежене тепловиділення, економічність використання.

• Широкі можливості в регулюванні яскравості та кольору.

• Доступна ціна світлодіодів у порівнянні з іншими варіантами. 

Не дивно, що світлодіодні технології продовжують витісняти альтернативні джерела освітлення в найрізноманітніших сферах.
Сьогодні світлодіоди застосовуються в:

• освітленні – побутовому, промисловому, вуличному;

• електроніці – індикатори, підсвічування дисплеїв;

• автомобільній промисловості – приладові панелі, фари, габарити, інше;

• телекомунікаціях – оптоволоконні передавачі;

• рекламі та медіа – світлодіодні екрани, рядки, що біжать, зовнішні вивіски.

Деякі світлодіоди можуть випромінювати світло не тільки у видимій частині спектра. УФ-варіанти знаходять своє застосування в медицині (бактерицидні лампи), криміналістиці (спеціальні прилади), в принтерах, детекторах валюти. Такі світлодіоди використовують для створення штучного освітлення в сільському господарстві. Наявність УФ-випромінювання в світлі, що імітує денне, забезпечує ефективне цілорічне вирощування рослин.
З інфрачервоними світлодіодами ми стикаємося щодня, користуючись пультами дистанційного керування, іншими електронними пристроями. Інфрачервоні промені використовуються в охоронних системах для створення безпечних периметрів.

Сподіваємося, що перегляд цієї статті допоміг вам зрозуміти, що таке світлодіод, як він працює та де застосовується.