Как устроены светодиоды. Какой принцип работы у светодиодов. Где применяются светодиоды в современной технике. Каковы преимущества светодиодов перед другими источниками света.
Устройство и принцип работы светодиода
Светодиод (LED — Light Emitting Diode) представляет собой полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении через него электрического тока. Основой светодиода является p-n переход.
Светодиод состоит из следующих основных элементов:
- Полупроводниковый кристалл с p-n переходом
- Отражатель
- Корпус с контактными выводами
- Линза для фокусировки света
Принцип работы светодиода основан на явлении электролюминесценции — испускании света веществом при прохождении через него электрического тока. Когда на p-n переход подается прямое напряжение, электроны из n-области инжектируются в p-область, где рекомбинируют с дырками. При рекомбинации выделяется энергия в виде фотонов света.
Типы и характеристики светодиодов
Существует несколько основных типов светодиодов:
- Индикаторные — маломощные, для световой индикации
- Осветительные — мощные, для освещения
- RGB-светодиоды — многоцветные, с возможностью управления цветом
- Инфракрасные светодиоды — для ИК-связи и подсветки
- Ультрафиолетовые светодиоды
Основные характеристики светодиодов включают:
- Цвет излучения
- Яркость свечения
- Угол излучения света
- Прямой ток и напряжение
- Срок службы
Преимущества светодиодов перед другими источниками света
Светодиоды имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными источниками света:
- Высокая энергоэффективность — до 150 лм/Вт
- Длительный срок службы — до 100 000 часов
- Механическая прочность
- Экологичность — не содержат ртуть
- Отсутствие УФ-излучения
- Возможность регулировки яркости
- Мгновенное включение
Благодаря этим преимуществам светодиоды активно вытесняют лампы накаливания и люминесцентные лампы во многих сферах применения.
Применение светодиодов в различных областях
Светодиоды нашли широкое применение в самых разных областях техники и повседневной жизни:
- Общее и декоративное освещение помещений
- Уличное и архитектурное освещение
- Автомобильная светотехника
- Индикация и подсветка в электронных устройствах
- Световая реклама и вывески
- Светодиодные экраны и дисплеи
- Медицинское оборудование
- Системы связи и передачи данных
Как выбрать правильный тип светодиода для конкретного применения? Необходимо учитывать следующие факторы:
- Требуемая яркость и цвет свечения
- Угол излучения света
- Допустимые ток и напряжение питания
- Условия эксплуатации (температура, влажность)
- Срок службы
- Стоимость
Технология производства светодиодов
Производство современных светодиодов включает следующие основные этапы:
- Выращивание полупроводниковых кристаллов
- Формирование p-n перехода
- Нанесение контактов и просветляющих покрытий
- Монтаж кристалла на подложку
- Герметизация и корпусирование
- Тестирование и сортировка
Какие материалы используются для производства светодиодов разных цветов? Основные полупроводниковые соединения:
- GaAs, AlGaAs — красные и инфракрасные
- GaP — зеленые и желтые
- InGaN — синие и ультрафиолетовые
- AlInGaP — оранжевые и желтые
Перспективы развития светодиодных технологий
Технологии светодиодов продолжают активно развиваться. Основные направления развития включают:
- Повышение эффективности и яркости
- Улучшение цветопередачи
- Создание гибких и прозрачных светодиодов
- Разработка микро-светодиодов для дисплеев
- Удешевление производства
Какие инновации ожидаются в ближайшем будущем? Эксперты прогнозируют появление:
- Светодиодов с эффективностью более 200 лм/Вт
- Светодиодных ламп со сроком службы до 150 000 часов
- Гибких OLED-панелей для освещения
- Светодиодных дисплеев нового поколения на микро-светодиодах
Применение светодиодов в современной электронике
Светодиоды играют важную роль во многих современных электронных устройствах:
- Смартфоны и планшеты — подсветка дисплеев, вспышки камер
- Телевизоры — светодиодная подсветка ЖК-матриц
- Компьютерные мониторы — подсветка дисплеев
- Ноутбуки — подсветка клавиатуры и экрана
- Автомобильные приборные панели
- Бытовая техника — индикация режимов работы
Как светодиоды улучшают характеристики электронных устройств? Основные преимущества:
- Снижение энергопотребления
- Увеличение яркости и контрастности дисплеев
- Уменьшение габаритов устройств
- Повышение надежности индикации
как устроен, принцип работы, применение — Asutpp
Светоизлучающий диод, называемый сокращенно LED (от light-emitting diode), подобно выпрямительному диоду, использует явления, происходящие на p-n-переходе. Однако выбор материала позволяет не столько обеспечить хорошую проводимость тока в одном направлении, сколько преобразовать энергию тока в световую энергию. Явление преобразования энергии тока в световую энергию называется электролюминесценцией.
Как устроен светодиод?
Светодиоды, как и все полупроводниковые диоды, состоят из полупроводников p-типа и n-типа, соединенных вместе. Полупроводниковые материалы названы в честь доминирующих носителей тока в соответствующем типе материала. В n-типе доминирующими носителями тока являются электроны, которые несут отрицательный — отрицательный заряд, отсюда и название n-типа. В p-типе доминирующими носителями являются дырки, которые несут положительный заряд — положительный, отсюда и название p.
Зонная теория твердых тел утверждает, что валентные электроны, получившие энергию, соответствующую зоне проводимости, оставляют состояние со свободной энергией в валентной зоне.
Это позволяет этому состоянию быть занятым другими электронами с энергией в зоне валентного уровня. Это явление можно описать как движение положительных носителей тока — т.е. дырок (рис. 1.).
В собственном полупроводнике количество электронов и дырок одинаково — каждый валентный электрон, который получает энергию из зоны проводимости, оставляет дырку в зоне проводимости. Количество электронов или дырок увеличивается при добавлении соответствующих легирующих добавок для «подпитки» одного типа носителей тока.
Если соединить p- и n-полупроводник, то в результате явления диффузии электроны из n-полупроводника «переходят» в p-полупроводник и дырки в обратном направлении.
Затем в области перехода электроны и дырки с обеих сторон объединяются. Это в конечном итоге приводит к пространственному распределению заряда на переходе — с повышенной концентрацией отрицательного заряда на стороне p-полупроводника и положительного заряда на стороне n-полупроводника — противоположно типичному распределению носителей в полупроводнике.
Такое пространственное распределение заряда достигает насыщенного состояния и образует барьер, препятствующий дальнейшему движению заряда (рис. 2.).
Если к n-стороне полупроводника приложено отрицательное напряжение, а к p-стороне — положительное, внешнее электрическое поле заставляет электроны на n-стороне двигаться к барьеру, как и дырки на p-стороне. При достижении барьера электроны и дырки объединяются — электроны с энергией в диапазоне зоны проводимости переходят в диапазон энергии валентной зоны, испуская избыточную энергию в виде электромагнитного излучения. Это явление называется радиационной рекомбинацией.
Принцип работы светодиода
Световое излучение светодиода можно представить так, как показано на рисунке 3.
Рис. 3. Схема работы светодиода. Белые точки символизируют дырки, а черные — электроны. Комбинация электронов и дырок на переходе приводит к испусканию фотонов.Энергетическое расстояние между валентной полосой и полосой проводимости называется энергетическим зазором (шириной запрещенной зоны) и обычно обозначается символом Eg.
Когда электрон переходит в более низкое энергетическое состояние, он может испускать избыточную энергию в виде электромагнитного излучения, или он может передать часть этой энергии кристаллической решетке путем увеличения тепловых колебаний. Полупроводники, в которых электроны практически всю свою избыточную энергию излучают в виде электромагнитного излучения, используются для изготовления светодиодов.
Электроны испускают электромагнитное излучение порциями, называемыми фотонами. Энергия фотонов зависит от частоты электромагнитного излучения. Связь между энергией фотона и частотой выражается формулой Планка:
Ef = h * f,
где Ef — энергия фотона, h — постоянная Планка, f — частота фотона.
Когда свет испускается в результате радиационной рекомбинации, энергия фотона приблизительно равна энергии ширины запрещенной зоны Eg.
Цвет света, который мы наблюдаем, напрямую зависит от частоты фотонов. Таким образом, цвет света, излучаемого диодом, зависит от величины энергии Eg материала диода.
Для светодиодов используются другие материалы, чем для выпрямительных диодов. Кремний и германий имеют слишком низкое значение Eg и, кроме того, передают часть энергии, потерянной при переходе в валентную зону, кристаллической решетке.
Примеры материалов, используемых для изготовления светодиодов, и цвета излучаемого ими света приведены в таблице:
| Полупроводниковый состав | Цвет испускаемого излучения |
| AlGaAs | красный, инфракрасный |
| AlGaP | зеленый |
| AlGaInP | оранжево-красный, оранжевый, желтый, зеленый |
| GaAsP | красный, красно-оранжевый, желтый |
| GaP | красный, желтый, зеленый |
| GaN | зелёный, синий |
| InGaN | зеленый, синий, ближний ультрафиолет |
| SiC | синий |
| Al2O3 | синий |
| ZnSe | синий |
Схема конструкции светодиода показана на рис.
4.
Светоизлучающим элементом является светодиодный чип — т.е. светодиод, задача термопрокладки — отводить выделяемое тепло, а задача линзы — соответствующим образом фокусировать свет, излучаемый светодиодом.
Применение светодиодов
Ширина запрещенной зоны является характеристикой материала диода — именно поэтому диоды по своей природе испускают монохроматическое излучение. Изобретение в начале 1990-х годов диода с синей подсветкой и, соответственно, способность диодов создавать любой цвет света положили начало эпохе светодиодов. Значительное снижение стоимости производства светодиодных источников света в последние годы (например, светодиодные «лампочки» за последние пять лет стали дешевле почти в десять раз) означает, что светодиоды становятся доминирующим источником света практически во всех областях.
Белый свет от светодиодных источников обычно получают тремя способами:
- Три светодиода разного цвета помещаются в один корпус, чтобы в сумме получить белый свет.
Этот тип диодов называется RGB. Если к этому типу диодов подключить регулятор, позволяющий регулировать ток, проходящий через отдельные диоды, то можно получить различные цвета света. - Светодиод, излучающий ультрафиолет, покрыт трехцветным люминофором, который преобразует ультрафиолетовое излучение в белый свет.
- Синий светоизлучающий диод покрыт люминофором, который при возбуждении синим светом излучает желтый свет. При смешивании синего и желтого света получается белый свет.
Этот тип диодов называется RGB. Если к этому типу диодов подключить регулятор, позволяющий регулировать ток, проходящий через отдельные диоды, то можно получить различные цвета света.Основными преимуществами светодиодов являются их эффективность, долговечность — светодиоды могут проработать до 100 000 часов, а также универсальность.
Эффективность источников света описывается величиной, называемой световой отдачей. Световая отдача, обозначаемая буквой , определяет общую мощность полученного света по отношению к мощности электрического тока, который этот свет производит. Она выражается формулой:
η = Ф / P
где Ф — световой поток, а P — мощность электрического тока, потребляемого источником, создающим поток.
Световой поток — это величина, характеризующая мощность излучаемого света, а его единицей является люмен (лм). Световая отдача измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Сравнение световой отдачи различных источников света показано в таблице:
| Источник света | Световая отдача [лм/Вт] | Приблизительный эквивалент традиционных ламп накаливания [единиц] |
| Традиционная лампочка | 5‑20 | 1 |
| Лампа с парами ртути | 15‑25 | 2 |
| Галогенная лампа | 20‑30 | 2 |
| Ртутная газоразрядная лампа | 30‑65 | 4 |
| Энергосберегающая люминесцентная лампа | 40‑100 | 6 |
| Светодиод (LED) | 50‑300 | 6 |
| Металлогалогенная лампа | 80‑125 | 6 |
| Галогенная ртутная лампа | 70‑100 | 7 |
Как видно из таблицы, диоды значительно превосходят по эффективности традиционные источники света: лампы накаливания, галогенные или люминесцентные лампы (флуоресцентные трубки).
Диодам уступают более дорогие натриевые и металлогалогенные лампы, в которых свет излучается в результате разрядов, возникающих в парах металлов. Эти источники используются для освещения улиц, спортивных залов и стадионов.
Универсальность светодиодов также является важным преимуществом. Мощность светодиодных источников варьируется от нескольких милливатт до нескольких десятков ватт. Они используются в качестве всех типов индикаторных лампочек в различных типах электрических и электронных устройств. Например: лампочки — индикаторы работы электрических и электронных устройств, индикаторы заряда батареи и т.д.
Светодиоды начали вытеснять традиционные источники света в подсветке ЖК-экранов телевизоров и ноутбуков несколько лет назад, что позволило уменьшить их толщину. Следующим шагом в развитии технологии стало использование органических соединений для производства светодиодов и появление технологии OLED и ее последующих вариантов (AMOLED, Super AMOLED). Дисплеи, изготовленные с использованием технологии OLED, очень тонкие, поскольку не требуют подсветки, так как диоды генерируют свет самостоятельно.
Этот тип дисплея сначала получил широкое распространение в смартфонах, а затем в телевизионных экранах.
В данной статье представлены лишь некоторые из областей применения светодиодной технологии. Практически везде, где используются источники света, можно встретить светодиоды. К вышеперечисленным преимуществам этих светодиодов можно добавить, что они начинают светить сразу после включения, достаточно устойчивы к частоте включений, устойчивы к ударам и влиянию атмосферы, а также могут быть использованы для получения практически любого цвета света.
Световые диоды в Старом Осколе: 983-товара: бесплатная доставка [перейти]
Партнерская программаПомощь
Старый Оскол
Каталог
Каталог Товаров
Одежда и обувь
Одежда и обувь
Стройматериалы
Стройматериалы
Текстиль и кожа
Текстиль и кожа
Здоровье и красота
Здоровье и красота
Детские товары
Детские товары
Продукты и напитки
Продукты и напитки
Электротехника
Электротехника
Дом и сад
Дом и сад
Мебель и интерьер
Мебель и интерьер
Сельское хозяйство
Сельское хозяйство
Промышленность
Промышленность
Все категории
ВходИзбранное
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.
5м синие диоды мерцание, прозрачный провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м синие диоды+белый мерцание, прозрачный провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м красные диоды, белый резиновый провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м красные диоды мерцание, прозрачный провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м синие диоды, черный провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м красные диоды, прозрачный силиконовый провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м синие диоды, прозрачный силиконовый провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м зеленые диоды, прозрачный силиконовый провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.
5м синие диоды+белый, прозрачный силиконовый провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м синие диоды, белый резиновый провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м зеленые диоды мерцание, прозрачный провод
В МАГАЗИН
10 290
Светодиодная консоль «6 звезд» красные диоды
В МАГАЗИН
10 290
Светодиодная консоль «6 звезд», синие диоды
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м зеленые диоды, белый резиновый провод
В МАГАЗИН
Подвески «Снежинки» 3*0.7 м синие диоды, с контроллером, между собой соединяются, белый провод
В МАГАЗИН
Подвески «Снежинки» 3*0.7 м белые диоды, с контроллером, между собой соединяются, белый провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.
5м зеленые диоды, мерцание, белая резина
В МАГАЗИН
10 290
Светодиодная консоль «6 звезд» белые диоды
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м синие диоды, мерцание, белая резина
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м желтые диоды мерцание, прозрачный провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м красные диоды, мерцание, белая резина
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м синие диоды/белый, белый резиновый провод
В МАГАЗИН
Светодиодная гирлянда «Бахрома» 3*0.5м желтые диоды, мерцание, белая резина
В МАГАЗИН
52 990
Световая фигура Neon-Night 531-126 Дерево фиолетовые светодиоды Тип: световая фигура, Цвет:
ПОДРОБНЕЕ
Гирлянда Айсикл (бахрома) светодиодный, 2,4 х 0,6 м, белый провод, 230 В, диоды белые, 76 LED
ПОДРОБНЕЕ
Гирлянда Айсикл (бахрома) светодиодный, 4,0 х 0,6 м, черный провод КАУЧУК, 230 В, диоды синие, 128 LED NEON-NIGHT
ПОДРОБНЕЕ
Гирлянда Айсикл (бахрома) светодиодный, 4,8 х 0,6 м, прозрачный провод, 230 В, диоды RGB, 176 LED NEON-NIGHT
ПОДРОБНЕЕ
Гирлянда Айсикл (бахрома) светодиодный, 4,0 х 0,6 м, белый провод КАУЧУК, 230 В, диоды белые, 128 LED
ПОДРОБНЕЕ
2 страница из 18
Световые диоды
ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА
- Главная
- Нихил де Нихило подходят
Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.
Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.
Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?
Подарочный сертификат SparkFun
Предзаказ SWG-13726
Избранное Любимый 3
Список желаний
Детектор молний SparkFun — AS3935
Нет в наличии SEN-15441
28,50 $
2
Избранное Любимый 37
Список желаний
MIKROE усилитель для наушников Click
Нет в наличии DEV-19136
14,95 $
Избранное Любимый 1
МИКРОЭ ИКРФ Click
Нет в наличии WRL-20267
44,95 $
Избранное Любимый 0
Список желаний
Драйвер ProDriver
4 сентября 2020 г.
Управляйте шаговыми двигателями по-новому с SparkFun ProDriver! Не забудьте также проверить камеру Raspberry Pi HQ.
Избранное Любимый 0
Гики Фэй и SIK: Второй раунд
8 июля 2021 г.
Вторая глава набора изобретателя SparkFun пройдена!
Избранное Любимый 0
Руководство по подключению FTDI SmartBasic
3 октября 2014 г.
Как использовать плату FTDI SmartBasic для программирования Arduino и доступа к другому последовательному устройству через аппаратный последовательный порт, ничего не отключая!
Избранное Любимый 3
Руководство по сборке комплекта SparkFun JetBot AI Kit V2.0
27 марта 2020 г.
Руководство по сборке набора SparkFun JetBot AI Kit v2.
0. Это руководство включает фотографии и комментарии по сборке двухслойного шасси и дополнительных компонентов, уникальных для комплекта JetBot.
Избранное Любимый 1
- Электроника SparkFun®
- 6333 Dry Creek Parkway, Niwot, Colorado 80503
- Настольный сайт
- Ваш счет
- Авторизоваться
- регистр
ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА
- Главная
- ЭТО ЛОВУШКА!
Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.
Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.
Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?
Муфта вала — от 1/4″ до 5/16″
Осталось всего 2! РОБ-12496
1
Избранное Любимый 2
Список желаний
SparkFun Snappable Protoboard
В наличии ПРТ-13268
19
Избранное Любимый 71
Список желаний
Линейка SparkFun для печатных плат — 12 дюймов
В наличии ТОЛ-15295
1
Избранное Любимый 29
Список желаний
Вычислительный модуль Raspberry Pi 4 8 ГБ (беспроводная версия) — 2 ГБ ОЗУ
Нет в наличии DEV-17391
Избранное Любимый 8
Список желаний
Пусковая установка для Хэллоуина своими руками, часть 2
27 октября 2021 г.
В этом продолжении я покажу вам (в основном) законченный проект, расскажу о том, что я использовал, чему я научился в процессе и насколько весело иметь робота, который бросает шоколадные батончики с непоколебимой точностью. и согласованность.
Избранное Любимый 0
Удаленный промышленный датчик VOC, использующий Ethernet
24 марта 2022 г.
Мы проверяем, насколько сильно пайка действительно меняет качество воздуха, используя плату MicroMod Ethernet Function и плату MicroMod Environmental Function!
Избранное Любимый 0
Настройка Raspbian (и DOOM!)
19 декабря 2013 г.
Как загрузить Raspberry Pi с помощью Raspbian — самого популярного дистрибутива Pi Linux. Затем скачайте, скомпилируйте, установите и запустите классический Doom.
Избранное Любимый 11
PIC-Based Serial Enabled Character LCD Руководство по подключению
29 мая 2018 г.
