Что такое светодиоды. Светодиоды: революционная технология освещения с множеством преимуществ

Что такое светодиоды и как они работают. Какие преимущества имеют светодиоды перед другими источниками света. Где применяются светодиоды и почему они становятся все более популярными. Каковы перспективы развития светодиодных технологий.

Что такое светодиод и как он работает

Светодиод (LED — Light Emitting Diode) — это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении через него электрического тока. В основе работы светодиода лежит явление электролюминесценции.

Как устроен и работает светодиод:

• Светодиод состоит из полупроводникового кристалла на подложке
• При подаче напряжения через p-n переход кристалла проходит электрический ток
• В зоне p-n перехода происходит рекомбинация электронов и дырок
• При рекомбинации выделяется энергия в виде фотонов — квантов света
• Светящийся кристалл помещен в корпус с контактными выводами
• Линза корпуса формирует световой поток

Таким образом, светодиод напрямую преобразует электрическую энергию в световую, что обеспечивает его высокую эффективность.

Преимущества светодиодов перед другими источниками света

Светодиоды обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с традиционными источниками света:

• Высокая энергоэффективность — до 150 лм/Вт
• Длительный срок службы — 50 000 — 100 000 часов
• Высокая механическая прочность и надежность
• Малые габариты и вес
• Отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения
• Возможность получения любого цвета излучения
• Регулируемая яркость без изменения цветовых характеристик
• Мгновенное включение и перезапуск
• Экологичность — отсутствие ртути и других вредных веществ

Благодаря этим преимуществам светодиоды активно вытесняют лампы накаливания и люминесцентные лампы во многих сферах применения.

Области применения светодиодов

Светодиоды находят применение в самых разных областях:

• Общее освещение помещений и улиц
• Декоративная подсветка и архитектурное освещение
• Автомобильная светотехника
• Экраны и дисплеи
• Световая реклама
• Сигнальные устройства
• Подсветка в электронных приборах
• Медицинское оборудование
• Системы связи

С развитием технологий сферы применения светодиодов постоянно расширяются. Они становятся основным источником света во многих отраслях.

Виды и типы светодиодов

Существует несколько основных видов и типов светодиодов:

• По цвету излучения: красные, зеленые, синие, белые, RGB
• По мощности: индикаторные, маломощные, мощные, сверхмощные
• По конструкции: обычные, SMD, COB
• По назначению: осветительные, индикаторные, сигнальные
• По типу кристалла: на основе AlInGaP, InGaN, GaN

Выбор типа светодиода зависит от конкретной области применения и требуемых характеристик. Постоянно появляются новые виды светодиодов с улучшенными параметрами.

Основные характеристики светодиодов

При выборе и применении светодиодов важно учитывать их основные характеристики:

• Световой поток (лм) — количество излучаемого света
• Сила света (кд) — интенсивность света в заданном направлении
• Угол излучения (град) — ширина светового пучка
• Цветовая температура (К) — характеристика оттенка белого света
• Индекс цветопередачи (CRI) — качество передачи цветов
• Потребляемая мощность (Вт)
• Световая отдача (лм/Вт) — эффективность преобразования энергии в свет
• Срок службы (ч) — время работы до снижения светового потока на 30%

Понимание этих характеристик позволяет правильно подобрать светодиоды для конкретных задач освещения.

Светодиодные лампы и светильники

На основе светодиодов производятся различные осветительные приборы:

• Светодиодные лампы — прямая замена ламп накаливания и люминесцентных ламп
• Светодиодные панели — тонкие осветительные приборы для встраивания в потолок
• Светодиодные светильники — готовые осветительные приборы различного назначения
• Светодиодные прожекторы — мощные направленные источники света
• Светодиодные ленты — гибкие источники света для декоративного освещения

Светодиодные осветительные приборы позволяют создавать энергоэффективные и долговечные системы освещения в различных сферах применения.

Перспективы развития светодиодных технологий

Светодиодные технологии продолжают активно развиваться. Основные направления развития:

• Повышение световой отдачи до 200-250 лм/Вт
• Улучшение качества света и цветопередачи
• Снижение стоимости светодиодов
• Создание гибких и прозрачных светодиодов
• Разработка органических светодиодов (OLED)
• Интеграция светодиодов с системами управления освещением
• Применение светодиодов в системах Li-Fi для передачи данных

Дальнейшее развитие светодиодных технологий позволит создавать более эффективные, качественные и функциональные системы освещения.

Что такое светодиод? (LED — light emitting diode)

Главная / Информация / Что такое светодиод? (LED — light emitting diode)

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона), в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром.

В 1907 году Генри Джозеф Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл — карбид кремния (карборунд, SiC), и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде.

Эти эксперименты были позже, независимо от Раунда, повторены в 1923 году О. В. Лосевым, который, экспериментируя с выпрямляющим контактом из пары карборунд — стальная проволока, обнаружил в точке контакта двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Это наблюдение было опубликовано, но тогда весомое значение этого наблюдения не было понято и потому не исследовалось в течение многих десятилетий.

Вероятно, первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк.

При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся кпрямозонным полупроводникам (то есть таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа A^IIIB^V(например, GaAs или InP) и A^IIB^VI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. Советский жёлтый светодиод КЛ 101 на основе карбида кремния выпускался ещё в 70-х годах, однако имел очень низкую яркость. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

По материалам Wikipedia

 

Что такое светодиоды и почему они светятся?

Не секрет, что светодиодные источники света сегодня становятся всё более популярными. Соответственно с каждым годом растёт и количество производителей светодиодной продукции. Рынок настолько разнообразен, что потребителю становится всё труднее на нём ориентироваться. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо понимать, какие параметры светодиодов и светильников на их основе важны для их последующей эксплуатации, как они меняются с течением времени и каким образом влияют на срок их службы.

Чтобы понять природу излучения светодиодов, нужно вспомнить школьный курс физики, а именно – строение атома. Одной из самых первых моделей атома является модель Резерфорда-Бора, напоминающая модель солнечной системы: в середине атома находится ядро, имеющее положительный заряд, а вокруг него по орбитам разной траектории и направления вращаются отрицательно заряженные электроны.

Законы движения электронов в атоме очень сложны и сильно зависят от вещества, к которому этот атом относится. Например, в металлах электроны очень подвижны и легко «срываются со своих орбит» при появлении первых признаков электрического напряжения. В диэлектриках (резина, дерево и т.д.), наоборот, электроны довольно крепко привязаны к родному ядру, поэтому диэлектрики почти не проводят электрический ток.

Есть ещё и третий класс веществ – полупроводники, чья проводимость сильно зависит от некоторых условий, например, от температуры, механических воздействий и – что особенно важно – от концентрации примесей.
Возьмём, к примеру, кремний (Si) − один из наиболее распространённых на земле естественных полупроводников. При обычных условиях кремний не проводит электрический ток: он 4-хвалентен, и его атомы образуют стабильную кристаллическую решётку.

Но вот к нему добавляют небольшую примесь мышьяка (As). Мышьяк – это 5-валентный полупроводник, то есть вокруг каждого положительно заряженного ядра в его кристаллической решётке вращается 5 электронов. Атомы мышьяка пытаются установить связи с соседними атомами кремния, но для пятого электрона не хватает места, и он превращается в свободный.

 В этом случае при воздействии внешнего электрического поля перенос зарядов осуществляется именно этими свободными электронами, а такие полупроводники называют полупроводниками n-типа (от английского слова negative).

В полупроводниках p-типа всё происходит с точностью до наоборот: в кремний добавляют небольшое количество атомов 3-хвалентного индия (In), он пытается установить связи с соседними атомами кремния, своих электронов у него не хватает, он захватывает недостающий электрон у одного из своих «соседей» и из нейтрального атома превращается в отрицательно заряженный ион. Образуется дырка. Такие полупроводники называют p-полупроводниками (от английского слова positive).

Если соединить оба кристалла и правильно подключить электроды, то свободные электроны и дырки будут двигаться навстречу друг другу. На границе полупроводников получим так называемый p-n-переход, где электроны и дырки рекомбинируют – то есть нейтрализуют друг друга.

Каждая такая рекомбинация сопровождается выделением энергии в виде фотонов – одного или нескольких квантов света. Именно это явление и называется излучением светодиода.

Не все светодиоды испускают видимый свет, но если правильно подобрать материалы полупроводников и толщину p-n-перехода, можно получить излучение в пределах видимой области.

Таким образом, излучение светодиодов имеет принципиально иную природу, чем все доселе известные источники света: он непосредственно преобразует электрическую энергию в свет. Именно это обстоятельство и объясняет их удивительную эффективность – он очень незначительно нагревается. Для сравнения: лампа накаливания преобразует в свет только 5-10% потребляемой энергии. Остальное уходит на бессмысленный нагрев окружающей среды.

Читайте другие выпуски светодиодного ликбеза:

Выпуск 1. Что такое светодиоды и почему они светятся?

Выпуск 2. Какой свет излучают светодиоды?

Выпуск 3. Как получают белые светодиоды?

Выпуск 4. Смешение цветов в светодиодных приборах

Выпуск 5. Применение LED приборов

Выпуск 6. Светодиоды на сцене

Выпуск 7. Энергоэффективность светодиодов — миф или реальность?

Выпуск 8. От чего зависит срок службы светодиодов?

Что такое светодиоды? | Вандополис

ТЕХНОЛОГИИ — Изобретения

Задумывались ли вы когда-нибудь…

• Что такое светодиоды?
• Как долго служат светодиоды?
• Каковы некоторые преимущества светодиодов?

Метки:

Просмотреть все метки

• алюминий,
• американский,
• арсенид,
• лампочка,
• цепь,
• диод,
• электричество,
нить
• ,
• галлий,
• освещение,
• лампа накаливания,
• изобретение,
• светодиод,
• свет,
• светодиоды,
• лампочка,
• Ник Холоньяк,
• полупроводник,
• технология

Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Стивом. Стив Уондерс , “ Что такое светодиодная лампочка? ”Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Стив!

Вы когда-нибудь представляли, какой была жизнь до появления электрических лампочек? Было много частей жизни, которые были более трудными. Люди использовали свечи, факелы и фонари, чтобы осветить свои дома. Чтобы поиграть в семейную настольную игру после ужина, потребуется газовая лампа. Вам даже нужно зажечь свечу, чтобы прочитать сказку на ночь! Ни для кого не секрет, что лампочка изменила мир.

Томас Эдисон изобрел лампочку в 1879 году. С тех пор люди внесли множество усовершенствований в освещение. Оглянись. Сколько типов огней вы видите? В вашем настольном светильнике дома, вероятно, есть обычная лампочка. Это то, что ученые называют лампой накаливания. Люминесцентные лампы могут освещать вашу школу. В некоторых случаях фонари содержат светодиоды.

LED означает светоизлучающие диоды. Американец Ник Холоньяк-младший изготовил первый светодиод в 1962 году. Сегодня эти лампочки можно найти во многих вещах. Вы когда-нибудь видели цифровые часы? Как насчет пульта дистанционного управления? Оба этих устройства используют светодиоды для освещения и отправки сигналов. Светодиоды могут освещать наручные часы и светофоры. Ваш телевизор может также использовать светодиоды!

Но что такое светодиоды? По сути, как крошечные лампочки, которые являются частью простой электрической цепи. Они во многом отличаются от обычных лампочек. Они не сильно нагреваются, что делает их более безопасными для домов с маленькими детьми. Они также посылают свет в одном направлении, что делает их полезными для рабочего освещения. Эти особенности делают светодиоды очень популярными для многих продуктов.

Светодиоды работают за счет перемещения электронов по полупроводнику. Это движение электронов вызывает высвобождение света. Затем форма светодиодной лампы направляет свет наружу.

Вы когда-нибудь включали выключатель и обнаруживали, что лампочка перегорела? Обычные лампочки часто перегорают через несколько сотен часов использования. Светодиодные лампы могут работать 25 000 часов. Это более трех лет, если они работают 24 часа в сутки!

Светодиоды обычно стоят дороже, чем обычные лампочки. Однако они используют силу. Люди, которые используют светодиоды дома, обнаруживают, что это снижает их счета за электроэнергию. Поскольку они также служат намного дольше, чем обычные лампы, светодиоды в конечном итоге становятся дешевле.

В 2012 году в США было установлено 49 миллионов светодиодов. Вместе они сэкономили около 675 миллионов долларов на энергозатратах. Если бы все США перешли на светодиоды, это сэкономило бы 250 миллиардов долларов в течение следующих двух десятилетий! Это также снизит выбросы углерода на 1 800 миллионов метрических тонн.

Какие еще способы применения светодиодов могут найти люди? Появится ли еще лучшая лампочка? Только время может сказать! Какие еще альтернативы обычным лампочкам вы можете придумать?

Common Core, Научные стандарты следующего поколения и Национальный совет по социальным исследованиям. »> Стандарты: CCRA.L.3, CCRA.L.6, CCRA.R.1, CCRA.R.2, CCRA.R.10, CCRA.L.1, CCRA.L.2, CCRA.SL.1, CCRA .W.2, CCRA.W.9

Интересно, что дальше?

Насколько сильно то, где вы живете, влияет на то, кто вы есть? Узнайте завтра в Вандерополисе!

Попробуйте

Еще не время выключать свет! Пригласите друга или члена семьи и проверьте одно или несколько из следующих действий:

• Думаете, светодиоды используются только в практических целях? Подумайте еще раз! Смотрите Quarter Past Midnight онлайн, чтобы увидеть, как профессиональные лыжники разрывают склоны в специальных костюмах со светодиодами. Как здорово было бы покататься на лыжах в одном из них? Считаете ли вы, что светодиодные костюмы будут практичны для всех, чтобы носить их ночью во время катания на лыжах? Почему или почему нет?
• Посетите магазин электроники с другом или членом семьи, чтобы проверить телевизоры, доступные сегодня. Вы, вероятно, увидите большое разнообразие различных типов телевизоров. Сравните светодиодные телевизоры с плазменными телевизорами. Что дороже? У кого лучше картинка? Вы видите разницу между светодиодными телевизорами и другими типами? Какой ты предпочитаешь? Почему?
• Готовы узнать больше о типах лампочек? Прочитайте больше по теме, а затем поделитесь тем, что вы узнали, в абзаце. Какие типы ламп существуют? Чем они отличаются? Какие самые интересные факты вы узнали о каждом из них?

Wonder Sources

• https://www.energy.gov/energysaver/save-electricity-and-fuel/lighting-choices-save-you-money/led-lighting (по состоянию на 6 июня 2019 г.)
• https: //www.lrc.rpi.edu/programs/nlpip/lightinganswers/led/whatisanled.asp (по состоянию на 6 июня 2019 г.)
• https://www.energy.gov/articles/top-8-things-you-didn -t-know-about-leds (по состоянию на 6 июня 2019 г.)

Вы поняли?

Проверьте свои знания

Wonder Contributors

Мы хотели бы поблагодарить:

Итан, Анна и Джордж
за вопросы по сегодняшней теме Wonder!

Удивляйтесь вместе с нами!

Что вас интересует?

Wonder Words

• цифровой
• устройств
• особенности
• цепь
• электрический
• электронов
• полупроводник
• флуоресцентный
• альтернативы

Примите участие в конкурсе Wonder Word

Оцените это чудо

Поделись этим чудом

×

ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО

Подпишитесь на Wonderopolis и получайте Чудо дня® по электронной почте или SMS

Присоединяйтесь к Buzz

Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции. Узнай первым!

Поделитесь со всем миром

Расскажите всем о Вандополисе и его чудесах.

Поделиться Wonderopolis

Wonderopolis Widget

Хотите делиться информацией о Wonderopolis® каждый день? Хотите добавить немного чуда на свой сайт? Помогите распространить чудо семейного обучения вместе.

Добавить виджет

Ты понял!

Продолжить

Не совсем!

Попробуйте еще раз

Светодиод: что такое светодиод?

LED получает много эфирного времени. Обычно это происходит, когда новые технологии производят фурор на открытом рынке.

Здесь, в блоге Lighting Insights, авторы Regency включили слово «LED» в заголовок статьи почти 25 раз, и эта аббревиатура присутствует почти в каждом сообщении.

Но, несмотря на все разговоры о технологии — как здесь, так и в других местах — сколько людей действительно знают, что такое светодиод и как он работает? Что такое светодиод?

Во-первых, LED означает «светоизлучающий диод».

Хорошо, круто, но что такое диод и как он излучает свет?

Все эти вопросы стоит задать. Давайте углубимся в введение в светодиоды, чтобы помочь вам понять, как они работают, на что способны и какими они будут в будущем.

Как работают светодиоды?

Если вы вообще знакомы с тем, как работает технология ламп накаливания, эти знания практически бесполезны, когда дело доходит до понимания того, как работают светодиоды.

Светодиодная технология настолько отличается от всего, что мы видели раньше.

На приведенной ниже схеме показаны основные компоненты средней светодиодной лампы.

Хотите узнать, как меняются технологии ламп накаливания? Прочтите наш пост: «Инновация Массачусетского технологического института по переработке света может спасти лампочку накаливания».

Вот определение, которое вы найдете в нашем загружаемом глоссарии по освещению в разделе «LED»:

«Полупроводниковое устройство, излучающее видимый свет при прохождении через него электрической валюты».

Иными словами, светодиод – это волшебство.

Хорошо, если вы действительно хотите получить техническую информацию по этому поводу, мы можем.

(Если вы ищете что-то более практичное, вы можете перейти к ‘ Лучше ли светодиодные лампы, чем лампы накаливания и люминесцентные лампы?’)

Вот схема работы типичного современного светодиода:

1. Перед излучением света электричество должно сначала пройти через светодиод водитель . Что такое драйвер? Ну, в отличие от люминесцентных ламп, светодиоды не требуют балластов. Вместо этого большинство используют драйверы для управления электричеством (хотя есть светодиоды без драйверов, которые начинают пробиваться на рынок).

   Драйверы делают две вещи. Во-первых, они преобразуют электричество в постоянный ток или постоянный ток. Во-вторых, они контролируют это электричество — сигнализируя о диммировании, реагируя на изменения напряжения и т. д.

2. Диод, самый простой тип полупроводника, светится, когда через него проходит электричество. Вот так мы получаем свет от светодиода. Много раз несколько диодов конфигурируются в один Светодиодная матрица, , позволяющая лампе излучать больше света.

   Когда электричество попадает на диод, он излучает свет, который проходит через люминофорное покрытие. Роль этого покрытия заключается в улучшении качества света, исходящего от диода, и определении цветовой температуры света.

3. Представьте себе теплое, манящее, равномерное свечение традиционной настольной лампы. Естественно, светодиоды не такие — они излучают свет в одном направлении. Современные инженеры по освещению добились больших успехов, используя сложные рассеиватели или оптика преломляют, смягчают или отражают свет, исходящий от диодов, чтобы имитировать световой поток традиционной настольной лампы, прожектора или чего-либо промежуточного.
4. Есть еще один компонент светодиодных ламп, от которого зависит их долговечность, — радиатор . Почему это так важно? Радиатор отводит тепло от диодов, предохраняя их от преждевременного износа, что продлевает срок службы. Этот компонент часто бывает в форме тепловые ребра .

   И хотя многие новые светодиодные лампы скрывают тепловые ребра на внутренней стороне лампы или вообще используют другую конструкцию рассеивания тепла, важно знать роль радиатора.

Подведем итоги.

Что такое светодиод?

Светоизлучающий диод (LED) — это технология освещения, в которой используется полупроводниковое устройство для получения светящегося света. Это очень универсальная технология электронного освещения 

 

 

Лучше ли светодиодные лампы, чем лампы накаливания и люминесцентные?

Светодиодная технология, безусловно, выгодно отличается от ламп накаливания и люминесцентных ламп в нескольких ключевых областях. Они, вероятно, наиболее широко известны как более энергоэффективные, чем традиционные технологии.

Но не преувеличена ли ценность энергоэффективности? Что делать, если в вашей компании не так много ценности для «зеленых» методов ведения бизнеса? Должны ли вы по-прежнему заботиться об этом?

Что ж, скорее всего, в вашей компании найдется много выгодных предложений для экономии денег.

Понимание общей стоимости освещения — это первое, на что следует обратить внимание, если вы пытаетесь определить, подходит ли вам светодиодное освещение.

Вот как распределяется общая стоимость традиционных источников освещения:

• Электричество включает 77 процентов затрат на освещение
• Еще 11 процентов идет на оплату труда, необходимого для обслуживания освещения – замена перегоревших лампочек, старых балластов и т. д.
• Восемь процентов от общей стоимости освещения приходится на HVAC, необходимое для компенсации тепла, выделяемого освещением
• Три процента от стоимости приходится на фактическую стоимость материалов или ламп
• Окончательный один процент содержится в затратах на утилизацию сгоревших продуктов

Подробнее: «Сколько стоит освещение? Понимание общей стоимости освещения»

Многие из современных светодиодов в пять-семь раз дороже, чем лампы накаливания сравнительной яркости — в два или три раза дороже, чем компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Однако технологически они чрезвычайно продвинуты: некоторые из них имеют возможность настройки для точной цветопередачи, а другие способны излучать дополнительный свет на определенных длинах волн, чтобы сделать определенные цвета более яркими в свете светодиода. И пастбища выглядят достаточно зелеными для постоянных инноваций в области светодиодов — их CRI становится все лучше и лучше, поскольку они одновременно становятся все более эффективными.

Вот более подробное сравнение современных светодиодов с традиционными источниками света на основе стандартных критериев.

Сравнение средних настольных ламп мощностью 60 Вт: лампы накаливания, компактные люминесцентные и светодиодные

	Лампа накаливания	Компактная люминесцентная лампа	Светодиод подрядчика	Светодиод
Средняя стоимость	0,50 $	2,50 $	*3,00$	*6,00$
Люмен	580	780	800	800
Мощность	60	13	9	9
Люмен/ватт	9,67	78	89	89
Средний срок службы	2 500	10 000	11 000	25 000

*Светодиоды сильно различаются по цене и характеристикам.