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:
Читайте здесь, как сделать цветы светильники из изолона своими руками, какие инструменты и материалы для этого потребуются, из каких основных этапов состоит процесс изготовления цветка, стeблей и листьев, и как правильно подсоединить шнур с выключателем и патрон для лампочки в собранный светильник....
24 04 2024 21:35:44
Наша сегодняшняя тема — освещение для натяжных потолков. Нам предстоит выяснить, как монтируются в случае натяжного полотна из пленки ПВХ встроенные потолочные светильники, люстры и подсветка....
23 04 2024 0:33:46
Сегодня мы с вами поговорим о том, что представляет собой асинхронный двигатель переменного тока. Узнаем, как он устроен, и за счет каких принципов работает....
22 04 2024 21:36:45
Читайте, сколько электроэнергии потрeбляет светодиодная лампа. Узнайте, как рассчитать расход за сутки и месяц в ваттах и рублях. Какие недостатки системы освещения со светодиодами необходимо учесть при отказе от лампочек накаливания. Почему качественные светодиоды самые эффективные в длительной перспективе....
21 04 2024 7:33:35
Читайте здесь, как сделать световые линии на натяжном потолке, в чем особенность и отличия двух основных вариантов конструкции – парящих линий и запотолочной подсветки, а также как своими руками изготовить подобную систему освещения....
20 04 2024 15:15:36
Читайте здесь, как сделать светодиодную панель своими руками, какие материалы и инструменты для этого потребуются, какое устройство может иметь светодиодная панель, как выглядит пошагово инструкция по ее сборке и стоит ли вообще заниматься ее самостоятельным изготовлением....
19 04 2024 9:39:48
Проектирование электропроводки в частном доме дело достаточно хлопотное, но вполне осуществимое даже без наличия специальных знаний. Достаточно лишь взвешенно подойти к данному вопросу. Ну а наши советы, приведенные в этой статье, позволят вам пошагово создать собственный проект электропроводки для любого частного дома....
18 04 2024 5:32:50
Сегодня нам с читателем предстоит выяснить, может ли использоваться светодиодная лента как основное освещение. Мы ознакомимся с классификацией этих осветительных приборов, с правилами выбора ленты и с особенностями ее монтажа....
17 04 2024 12:32:19
234) Как выполняется расчет сечения провода по мощности...
16 04 2024 17:22:46
Решив не откладывать в долгий ящик, мы публикуем эту статью, где затронем вопрос, как подбирается и монтируется теплый пол электрический под ламинат, и попутно выясним, имеют ли сорта ламината какие-нибудь ограничения для применения на полах с подогревом....
15 04 2024 2:49:30
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....
14 04 2024 19:15:47
Возможность монтировать теплые полы электрические под линолеум появилась относительно недавно. Данный вариант сразу приобрел немалую популярность, ведь он не так трудоемок, как монтаж в слой стяжки или под плитку, быстр в монтаже и имеет еще массу преимуществ....
13 04 2024 3:57:37
Узнайте, как выглядит схема подключения для двойного выключателя. Статья содержит всю необходимую информацию о монтаже, технике безопасности и устройстве двухклавишного коммутатора. Описывается соединение двух источников освещения с одним выключателем....
12 04 2024 23:36:44
Дифавтомат AVERES DVA-6 был подключен и работал нормально. Случайно нажал на серую кнопку сброса и теперь не могу включить автомат. Обе кнопки слева от кнопки сброса просто болтаются. Что делать? Как включить?...
11 04 2024 1:43:39
С данной главы начинается наша инструкция про то, как установить светодиодную ленту на кухне. Выполнение данной процедуры не потребует от вас профессиональных навыков и знаний электрика, поэтому вы сможете все сделать своими руками....
10 04 2024 12:34:29
Качественные и количественные показатели освещения представляют собой набор параметров, которые суммарно обеспечивают высококачественное освещение в любом помещении. В нашей статье мы подробно познакомимся со всеми из них, и оценим их влияние на различные системы освещения....
09 04 2024 6:16:57
В чем разница УФ-лампы и лед лампы? Какие их особенности, плюсы и минусы. Принцип работы и отличительные признаки. Срок службы каждой из ламп....
08 04 2024 10:57:19
Ваш вопрос в большей степени лежит в юридической плоскости. Ведь с точки зрения безопасной эксплуатации электроустановок вы не работаете с электричеством....
07 04 2024 21:18:44
Устройство и принцип действия выключателя света в квартире. Способы коммутации для механизмов с винтовым зажимом и пружинным контактом. Особенности внутреннего устройства выключателей в зависимости от типа управления светом....
06 04 2024 3:49:30
Освещение жилого дома индивидуального типа значительно сложнее, чем освещение квартиры. Ведь частный дом кроме сети освещения непосредственно внутри дома должен иметь сеть наружного освещения...
05 04 2024 20:50:21
Освещение в спальне. Современные идеи Потолочное освещение Уютное освещение гостиной Как выбрать освещение в детскую комнату Светодиодное освещение спальни...
04 04 2024 18:30:35
Освещение в салоне красоты — какую роль играет, требования, нормы и рекомендации. Профессиональное освещение салона красоты по зонам, виды применяемых ламп. Типичные ошибки, допускаемые при организации освещения....
03 04 2024 6:36:19
Основные причины свечение лампы в пол накала при выключенном выключателе. Влияние подсветки выключателя на свечение лампочки после выключения....
02 04 2024 22:57:24
Что такое реле тока? Такой вопрос часто возникает у студентов и электриков самоучек. Ответ на него достаточно прост, но в учебниках и многих статьях в интернете он содержит огромное количество формул и отсылок к разнообразным законам. В нашей статье мы постараемся объяснить, что это такое, и как оно работает буквально на пальцах....
01 04 2024 9:57:43
Точечные светодиодные светильники – лучший способ освещения. Узнайте все о выборе и расположении у нас....
31 03 2024 3:33:13
Читайте здесь, как своими руками подключить светодиодный светильник к сети-220В, каковы особенности монтажа последовательной, параллельной и лучевой схем и сферы их применения, когда можно использовать лампы на 12В и какое оборудование для этого потребуется....
30 03 2024 12:47:14
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....
29 03 2024 11:33:54
В какой момент искрит рубильник, нормально это или нет, как от этого избавиться, и когда на это можно не обращать внимания, мы и поговорим в нашей статье....
28 03 2024 18:22:56
Кольцевая лампа своими руками: функциональные особенности и хаpaктеристики. Достоинства и недостатки перед профессиональным студийным светом. Что лучше для кольцевого осветителя: светодиодная лента или лампочки....
27 03 2024 12:39:37
Как вы думаете, может ли использоваться светодиодная лента как основное освещение жилой комнаты?...
26 03 2024 4:10:35
Читайте здесь, что такое блок питания для светодиодов, какие разновидности его существуют, каковы их особенности и где они применяются, как правильно рассчитать мощность для лед-блока питания, в чем состоит специфика его подключения своими руками....
25 03 2024 22:21:23
Освещение в интерьере любой комнаты является одним из главных элементов, так как грамотная подсветка может скрыть недостатки комнаты, подчеркнуть ее преимущества, а также выгодно расставить акценты....
24 03 2024 5:45:50
Как Создается Освещение Загородного Участка? Чем Так Хороши Светодиодные Ландшафтные Светильники? Как Их Выбрать? Ответы На Вопросы Даны в Статье...
23 03 2024 3:40:27
Читайте, какие хаpaктеристики диода важны для обеспечения его нормальной работы. Узнайте, что вызывает пробой перехода, когда отрицательные последствия можно нейтрализовать. Что необходимо делать, чтобы электроприборы с диодами служили дольше....
22 03 2024 23:42:47
Читайте здесь, что такое RGB подсветка, для чего она используется и где применяется. Узнайте, каковы особенности светодиодных лент, их основные параметры и свойства. Выясните, по каким критериям происходит выбор ленты, что следует учесть, подбирая устройство для работы в заданных условиях....
21 03 2024 19:34:59
Насколько удобно использовать пластиковые короба для прокладки проводов электрической сети? Не опасно ли это? Какие виды и размеры коробов можно встретить в продаже? Наконец, как их правильно смонтировать? Сегодня мы постараемся ответить на эти вопросы....
20 03 2024 6:30:52
Читайте здесь, как своими руками спланировать схему и сделать парящий потолок из гипсокартона с подсветкой. Вариант конструкции без подсветки....
19 03 2024 6:58:12
Рейтинг ламп Н11 для ближнего света. Как со всего ассортимента выбрать лучшую лампу для фар ближнего света....
18 03 2024 23:22:50
Обойтись без горячей воды в доме проблематично. К счастью, сегодня у нас есть возможность установить в квартире бойлер и забыть об этих переживаниях, главное...
17 03 2024 8:33:31
Одним из видов высококачественного металлопроката, используемого в качестве заготовок для изготовления различных изделий и ЖБИ-конструкций, является стальная...
16 03 2024 22:18:57
Обзор и схема включения Pt4115 по даташит. Основные правила и ограничения при подключении. Вариант использования в контроллере дхо/габариты....
15 03 2024 15:25:45
Чтоб сделать правильное освещение для гаража не надо иметь каких-то специальных знаний и навыков. Достаточно элементарных знаний в области электротехнике и конечно желания....
14 03 2024 6:40:33
Oled дисплей на основе органического светодиода: что это, как работает, в чем преимущества и недостатки. Причины популярности олед-дисплеев....
13 03 2024 9:13:55
В сегодняшней статье мы расскажем, что собой представляет электрический теплый пол и как его правильно установить. Но в любом случае перед началом работ советуем ознакомиться и с инструкцией производителя!...
12 03 2024 8:32:55
Сегодня мы поговорим с вами про устройство гидрогенератора, расскажем много интересного про их параметры и хаpaктеристики, а также попробуем собрать такое устройство своими руками....
11 03 2024 6:41:55
Полное руководство по выбору и эксплуатации светодиодных (LED) ламп P21 5W и P21W для стоп-сигнала, габаритов, ламп заднего хода и не только....
10 03 2024 12:43:54
Читайте, что из себя представляет светодиодная лампа Т8, чем отличается от люминесцентной. Узнайте, какие преимущества и недостатки у этих источников света. Какие критерии необходимо учитывать при выборе. Когда покупать лампу с встроенным драйвером, когда – с отдельным. Когда для подключения лучше пригласить электрика....
09 03 2024 19:49:27
Именно по этой причине мы решили выпустить статью про современные лампы освещения. Мы рассмотрим их классификацию, назовем основные принципы функционирования, не забыв указать на отдельные преимущества и недостатки....
08 03 2024 0:57:38
Как подключить диодную ленту к 220 Вольт: особенности подключения светодиодной ленты 5 м, рекомендации и схемы подключения подсветки....
07 03 2024 18:47:58
Лампа для рассады в домашних условиях. Требования к освещению, как сделать своими руками, особенности применения....
06 03 2024 21:27:42
Еще:
товары -1 :: товары -2 :: товары -3 :: товары -4 :: товары -5 ::
