Принцип действия светодиодных ламп: Принцип работы светодиодных ламп

Содержание

Принцип действия светодиодных ламп

Полупроводниковая электроника с недавних пор используется почти во всех областях хозяйства. Кроме явного использования в электронике, компьютерах, полупроводники начали применять в электротехнике, при производстве осветительных приборов, в частности, ламп накаливания. Принцип работы полупроводников положен в основу создания светодиодного освещения, такие лампы часто заменяют обычные осветительные приборы, ведь они надежнее, долговечнее и безопаснее.

Основным принципом работы таких ламп является использование светодиодов LED (Light еmitting diode), которые широко применяются различных электронных устройствах. Светоизлучающий диод является диодом полупроводникового типа, он работает по принципу использования p-n перехода. Известно, что у полупроводника типа «n» существует отрицательный заряд, что означает, что он имеет переизбыток электронов, а у p-типа, наоборот, имеется избыток дырок, что приводит к положительному заряду. При соединении двух типов полупроводников и подключении к ним электрического поля, начинается движение электронов и дырок друг к другу.

Происходит p-n переход, при котором начитает выделяться энергия. Параметры перехода подбираются таким образом, чтобы максимальная часть энергии выделялась в виде фотонов видимого света.

По физическим законам, любое преобразование энергии не может происходить без потерь. И в данном случае, в некоторых случаях рождается длинноволновой фотон, который сейчас же поглощается с выделением тепла. Поэтому, полупроводник немного нагревается. Чтобы не допустить его перегрева, температуру перехода типа p-n нужно ограничивать. Для этого используют теплоотводы.

Список светодиодных ламп, которые чаще всего покупают:

Наименование: LED лампа MAXUS 1W теплый свет G4 (1-LED-339-T)
Артикул: 1-LED-339-T
Мощность: 1
Световой поток: 100
Угол рассеивания, (C): 210
Цветовая температура: теплая
Тип цоколя: G4
Напряжение (V): 12
Аналог энергозатратной лампы: 10
Тип рассеивателя: матовый

IP защита: IP20
Гарантия: 5
Производитель: MAXUS

(Код: 1-LED-339-T)

Наименование: LED лампа MAXUS 1W теплый свет G4 (1-LED-339-T)
Артикул: 1-LED-339-T
Мощность: 1
Световой поток: 100

Наименование: Led-лампа Т8, серия AL, 600 mm, 7,5 W, 1035 Lm, 6000K
Артикул: LT8-AL-600-С
Аналог энергозатратной лампы: 75Вт
Гарантия: 5 лет
Длина, мм: 600
Мощность: 7,5
Световой поток: 1035
Серия ламп T8: AL
Тип конструкции: Двустороннее подключение
Тип лампы: Линейная
Тип цоколя: G13
Угол рассеивания: 160
Цветовая температура: 6000

(Код: LT8-AL-600-С)

Наименование: Led-лампа Т8, серия AL, 600 mm, 7,5 W, 1035 Lm, 6000 K
Артикул: LT8-AL-600-С
Мощность: 7,5
Световой поток: 1035

Наименование: Led-лампа Т8, серия PRO, 1200 mm, 15 W, 2100 Lm, 6000K
Артикул: LT8-PRO-1200-С
Аналог энергозатратной лампы: 150Вт
Гарантия: 3 года
Мощность: 15
Световой поток: 2100
Серия ламп T8: PRO
Тип конструкции: Одностороннее подключение
Тип лампы: Линейная
Тип цоколя: G13
Цветовая температура: 6000

(Код: LT8-PRO-1200-С)

Наименование: Led-лампа Т8, серия PRO, 1200 mm, 15 W, 2100 Lm, 6000 K
Артикул: LT8-PRO-1200-С
Мощность: 15
Световой поток: 2100

Наименование: Led-лампа Т8, серия PRO, 1500 mm, 22 W, 2970 Lm, 6000K
Артикул: LT8-PRO-1500-С
Аналог энергозатратной лампы: 200Вт

Гарантия: 3 года
Мощность: 22
Световой поток: 2970
Серия ламп T8: PRO
Тип конструкции: Одностороннее подключение
Тип лампы: Линейная
Тип цоколя: G13
Цветовая температура: 6000

(Код: LT8-PRO-1500-С)

Наименование: Led-лампа Т8, серия PRO, 1500 mm, 22 W, 2970 Lm, 6000 K
Артикул: LT8-PRO-1500-С
Мощность: 22
Световой поток: 2970

Но, температура нагрева полупроводника не идет ни в какое сравнение с нагревом при работе ламп накаливания, которые работают по принципу свечения раскаленного тела, причем на тепловые потери тратится порядка 85-95% поступающей электрической энергии, т. к. КПД такой лампы составляет всего лишь 5-15%.

При работе светодиода ток превращается в свет, минуя стадию нагрева вещества, лишь около 20% энергии уходит на нагрев, остальные 80% превращаются в свет. Из этого видно, что по экономичности светодиодные лампы превосходят обычные как минимум в 10-15 раз, их можно использовать в местах, где недопустимо нагревание (газохранилища, автозаправки).


Цвет свечения светодиода целиком зависит от материала, из которого состоит излучающий переход p-n. Интенсивность излучения напрямую зависит от силы тока. Светодиодная лампа превосходит своих «горячих» собратьев по всем параметрам. Единственно, что они довольно дорогие, но стоит подумать, использовать для освещения в доме стоваттные обычные лампы или 5 (пяти!) ваттные светодиодные лампы. А если взять долговечность, то она в 100 и более раз выше. Выгоды очевидны.

Если после прочтения данной информации Вы решили приобрести "светодиодные лампы", предлагаем Вам просмотреть все варианты светодиодной продукции предоставленной на сайте W. Shop. 

Устройство светодиодной лампы - конструкция и принцип работы

Прежде чем понять, как устроена светодиодная лампа на 220 вольт, нужно разобраться, что она собой представляет и в чем ее преимущество перед лампами накаливания или люминесцентными светильниками. Конечно же, основной их плюс – это долговечность в работе и минимальное потребление электроэнергии. Почему так недолго работают обычные лампы, объяснять не приходится. И так понятно, что вольфрамовая нить – не слишком надежный материал. Но все же до недавнего времени лампы на основе этого материала практически не имели конкуренции. Сейчас же, хотя цена светодиодных ламп выше, чем у их предшественников, они быстро завоевывают рынок, пользуясь у потребителя все большим спросом.

 Что же такое светодиод?

По своему строению это многослойный полупроводниковый кристалл, который преобразует электроэнергию в обычный свет. А как это происходит, нужно разобрать более детально.

При различных вариациях компоновки чипов можно создать четыре варианта светодиодов:

Схема светодиодной лампы

Поняв суть устройства светодиодной лампы, легко разобраться в особенностях работы и даже изготовить ее самому (схема светодиодной лампы на 220 вольт представлена на рисунке ниже). Естественно, в любом из магазинов можно приобрести такой светильник, но иногда бывает трудно подобрать таковой именно с необходимыми параметрами. А кому-то просто не интересно покупать, а куда более привлекательно изготовить самому. Главное – решить вопросы расположения схемы и светодиодов, изолирования системы, а также обеспечения теплообмена.

Итак, с чего следует начать сборку? Есть множество систем, позволяющих этим осветительным приборам функционировать от сети 220 V. У всех них существует 3 главные цели:

  1. Получение пульсирующего тока из сети 220 V.
  2. Выравнивание тока до постоянного.
  3. Трансформирование тока до 12 V.

Для этого можно воспользоваться 2 вариантами – изготовить либо плату с диодным мостом, либо резисторную схему. При втором варианте необходимо использование четко определенного количества светодиодов. Нужно понять, какие плюсы и минусы есть у каждого из этих вариантов.

Схема с диодным мостом

Схема с диодным мостом

Устройство этой схемы включает в себя четыре диода, подключенных разнонаправлено. По своему принципу диодный мост должен ток из сети 220 V трансформировать в пульсирующий. Суть действия в следующем: синусоидальные полуволны при проходе по двум диодам изменяются, в результате минус теряет полярность. При сборке нужно подключить к плюсовому выходу конденсатор до моста в месте подачи переменного тока. Сопротивление в 100 Ом присоединяется перед минусом. Для сглаживания перепадов напряжения сзади моста нужен еще один конденсатор.

Такую схему несложно собрать, даже любитель при минимальных навыках справится с этой работой. Саму плату лучше позаимствовать от отработавшего свое светильника. Главное запомнить – светодиоды нужно соединять по 10 шт. последовательно, после получившиеся несколько цепей соединить параллельно.

Резисторная схема

Ее тоже совершенно несложно изготовить. При даже небольших навыках вполне по силам собрать подобную лампу даже новичку. Собирается эта схема из 2 резисторов и 2 цепочек светодиодов, состоящих из одинакового числа элементов, соединенных последовательно, но имеющих разную направленность. От первого резистора соединение идет от одной полосы светодиодов к катоду, от другой – к аноду. От второго резистора – наоборот. Оптимальное число диодов в полосе – 10-20. Вывод: изготовить самодельный драйвер и в последующем лампу на светодиодах – совершенно несложная задача.

Устройство LED-лампы на 220 V.

Устройство LED-ламп

Основные 6 частей LED-лампы – это корпус, цоколь, рассеиватель, радиатор, блок светодиодов LED и бестрансформаторный драйвер (на картинке представлено устройство светодиодной лампы на 220 V). Эти лампы вполне подлежат ремонту, если один или несколько кристаллов прогорели. Вообще в LED-светильниках обычно горит драйвер, для которого чаще всего используются такие микросхемы, как bp 3122, bp 2832а или bp 2831а. Помимо прочего, драйвер стабилизирует скачки напряжения.

На рисунке сверху изображена лампа варианта СОВ. Ее светодиод представляет собой единую пластину, в которую включено множество чипов. Если у такой лампы перегорает светодиод, то он меняется целиком, т. к. отдельные чипы невозможно поменять.

Схема светодиодного драйвера

Схема драйвера светодиодной лампы (можно понять на примере MR-16) настолько проста, насколько это возможно (драйвер LED-лампы ничем от него не отличается). Она работает так: переменный ток в 220 V проходит на мост (диодный) через конденсатор С1. Далее уже прямой ток идет на светодиоды НL1–НL27, которые подключены последовательно. Число их может достигать 80 шт. Ну а более ровного света, без мерцания, добиваются как раз при помощи конденсатора С2. Желательно, чтобы он был как можно большей емкости. Схема драйвера для светодиодов от сети 220 V представлена на рисунке.

Простейшая схема драйвера MR-16

Ремонт LED–лампы

Устройство светодиодного светильника представляет собой обычную LED-лампу, и если светодиоды в ней отдельные, а не единой пластиной с кристаллами, то ее возможно отремонтировать, заменив сгоревшие (прогоревшие) элементы. Ее с легкостью можно разобрать. Нужно разделить корпус с цоколем. Если для примера взять лампу МR-16, то как раз внутри будет находиться 27 светодиодов. Подобраться к плате с элементами можно путем снятия защитного стекла. Делается это при помощи обычной отвертки.

Иногда именно этот этап становится самым трудным. Если светодиод прогорел, то это сразу видно. Сгоревшие элементы придется поискать при помощи тестера, либо подавая на них по 1.5 V. Неисправные светодиоды необходимо заменить. Причиной мигания лампы может быть поломка конденсатора С1. При этом нужно поставить другой, с напряжением 400 V.

Особенности ламп со штыревым цоколем

По сути, лампа со штыревым цоколем практически ничем не отличается. Единственное, что необходимо знать, это маркировку, которая наносится на корпус. Относится она именно к особенностям цоколя.

  • G – это как раз указывает на то, что у лампы штыревой цоколь.
  • U – маркер того, что лампа энергосберегающая.
  • 10 – расстояние от одного до другого штыря в миллиметрах.

Как проверить светодиодную лампу при покупке?

Светодиодная лампа с цоколем Е-27

Примером послужит лампа с цоколем Е-27 и питанием в 220 V. Как при покупке не ошибиться, выбрав качественный товар? Необходимо внимательно осмотреть всю конструкцию светодиодной лампы. Изначально нужно посмотреть на радиатор. Он должен быть литым, а не наборным, т. к. в том числе и от него зависит долговечность работы выбранной лампы. Радиатор стоит в прямой зависимости от мощности, следовательно, чем мощнее лампочка, тем больше охладитель. Очень хорошо себя показывают алюминиевые, керамические либо графитовые.

Наилучший вариант – термопластиковое покрытие радиатора. После необходимо убедиться в отсутствии люфтов в цоколе, а также видимых механических повреждений. В любом магазине электротоваров имеется возможность включения лампы в сеть для проверки. При подаче питания на лампу нужно обратить внимание на исходящий от нее свет. Даже если мерцания не видно, необходимо посмотреть на прибор через камеру сотового телефона. На экране будет четко видно наличие или отсутствие мерцания. Если же имеется пульсация, такую лампу покупать не стоит. Что касается маркировки, то она должна быть четкой и хорошо читаемой, т. к. именно на основе этой информации выбирается тип светодиодной лампы.

Общие сведения

Применение светодиодных ламп необычайно широко. Это и бытовое освещение, и промышленное, и даже уличное. По своей сути такие световые приборы являются самыми экологически чистыми, т. к. не содержат опасных веществ (таких, как ртуть и т. п.) в отличие от люминесцентных или ртутных (ДРЛ) ламп. Световые приборы, имеющие в основе нить из вольфрама, дают много света, но их эффективность весьма сомнительна, т. к. 95 процентов уходит на выработку тепла, в чем и состоит отличие от принципа работы светодиодной лампы. Очень интересно, что после того, как было запрещено продавать лампы мощностью свыше 100 Ватт, их все равно не перестали выпускать. Только теперь они называются не лампочки, а «теплоизлучатели», что по своей сути правильно. Есть различные корпуса светодиодных ламп, а также различные типы цоколя. На картинке указаны маркировки, по которым можно определить, какая именно лампа нужна для того или иного прибора. Интересен также и цвет таких ламп. С первого взгляда может показаться, что он просто белый, однако это не так. Есть специальный индекс цветопередачи – CRI. Если он низок, то освещение будет казаться неприятным, хотя будет непонятно почему, ведь оно визуально не отличается. Если брать за пример солнце или обычную лампочку, то их CRI будет равен 100. Качественная светодиодная лампа имеет CRI 90. Ну а если CRI менее 80, то такие световые приборы не рекомендуется использовать в местах проживания.

Виды светодиодных ламп

Так что же в итоге? Конечно, личное дело каждого, какие осветительные приборы использовать, но то, что светодиодные лампы помимо своей экологичности еще и очень экономичны – это неоспоримый факт, а значит, они будут продолжать завоевывать рынок электротехники до тех пор, пока не появится что-то новое.

Страница не найдена - ЛампаГид

Люминесцентные лампы

Многие женщины посещают салоны красоты, в которых делают маникюр. Этот процесс обычно сопровождается нанесением

Светодиоды

С тех пор как появились более экономичные, чем лампы накаливания, светильники, у многих есть

Флора и фауна

В наше время многие огородники, которые любят питаться продуктами со своей грядки, задумываются о

Светодиоды

Светодиоды, которые появились на рынке радиоэлектроники сравнительно недавно, уже прочно заняли лидерские позиции по

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы (ЛЛ) находят свое применение в самых разных областях деятельности человека. Изобретение этого

Люминесцентные лампы

Для освещения больших по площади территорий часто используется несколько устаревшая, но довольно эффективная лампа ДРЛ.

Страница не найдена - ЛампаГид

Флора и фауна

Для лучшего цветения домашних растений желательно использовать лампы с небольшим ультрафиолетовым излучением. К таким

Компоненты

В связи с глобальным развитием технологий широкое применение в электронике получили светодиоды. Они обладают

Светодиоды

Прежде чем понять, как устроена светодиодная лампа на 220 вольт, нужно разобраться, что она

Светодиоды

Светодиодные экраны или, как их еще часто называют, ЛЕД-дисплеи, стали доступны для массового применения

Люминесцентные лампы

Лампы, работающие на основе эффекта люминесценции, существуют на рынке уже не один десяток лет.

Монтаж

Гипсокартон – один из тех материалов, которые часто используются для отделки потолков, этот материал

Страница не найдена - ЛампаГид

Светодиоды

Компания Cree, производящая светодиод XM-L T6, является одним из лидеров среди производителей светотехнических приборов.

Люминесцентные лампы

С детства всем знакома конструкция «лампочки Ильича». Она состоит из цоколя, стеклянной колбы и

Монтаж

Кухня по времени пребывания жильцов в квартире или доме занимает лидирующие позиции. Она используется

Компоненты

Огромное разнообразие конденсаторов позволяет использовать их практически в любой схеме. Для правильного подбора параметров

Квартира и офис

Несмотря на многообразие качественных товаров массового фабричного производства, эксклюзивные изделия индивидуального дизайна и ручной сборки

Квартира и офис

В наши дни уже практически в каждом доме установлена хотя бы одна энергосберегающая лампочка.

Принцип работы светодиодной (LED) лампы

Светодиодные светильники стали актуальными в бытовом пользовании и для различных предприятий. Принцип работы светодиодной лампы более сложный с точки зрения физических процессов, чем у лампы накаливания. Преимуществом использования является экономия электроэнергии, высокий эксплуатационный срок и безопасность.

Принцип работы

Источники света такого типа преобразовывают до 90% света, когда у ламп накаливания такой параметр в пределах 5%. Устройство светильника представляет собой компоненты, которые взаимодействуют между собой и выдают максимальные показатели освещенности:

- Основа или подложка. В данном элементе конструкции монтируется кристалл. Изготавливается из материалов, обладающих высокой теплопроводностью;

- Все элементы светодиодного светильника собираются в корпусе. Обладает дополнительной защитой от влияния погодных условий, температуры, влаги и пыли;

- Токопроводящий узел. Состоит из анода и катода, которые одной частью подключены к кристаллу, а другой – к электросхеме;

- Распространение пучка света происходит за счет линзы. Чем качественнее она, тем ярче будет освещение;

- Люминофор представляет собой вяжущее вещество, покрывающее кристалл. Чаще всего – желтого цвета, но он защищает конструкцию

Принцип работы заключается в том, что при прохождении токопроводящего слоя, свет подается на излучатель, т.е. диод. Контролирует данные процессы микросхема, на которой расположены основные элементы. Примечательно то, что в конструкции лампы входит несколько не проводящих ток элементов. Например, кремний, пропускающий ток только в одну сторону. Для его эффективной работы необходимы положительно и отрицательно заряженные ионы.

Плата питания

Рассматривая принцип работы, нельзя не упомянуть про плату, подающую питание на все компоненты. В её задачи входит выпрямить и распределить ток на все компоненты. При использовании лампочки на 220 Вольт, диоды попросту сгорят от воздействия напряжения такого типа.

От качества платы зависит долговечность работы осветительного прибора. В дешевых вариантах присутствует только резистор и диодный мост. Удивительными считаются варианты, где нет и этих элементов. Светят лампочки ярко, но не продолжительно. Распространенными считаются платы, где дополнительно находятся сглаживающий фильтр. Относятся к среднему сегменту и обладают невысокой стоимостью.

В дорогих используется уже встроенный блок питания. При любых изменения напряжения, он реагирует и подает необходимый ток на компоненты. Единственная проблема, которая может возникнуть – повышение температуры и соответственно, снижение рабочего ресурса. Покупая светодиодный источник, нужно тщательно проверять характеристики, указанные на упаковке.

Размещение светодиодов

Принцип работы светодиодных ламп не изменим с годами. Чтобы достичь максимального свечения, используется сразу от десяти и более диодов. Они расположены на плате из диэлектрика, выполняющая роль понижающего трансформатора. Но отдельного такого компонента в схеме нет, за счет чего и происходит экономия электроэнергии. Выбирается светодиодная лампа по мощности освещения и току, потребляемому во время работы.

Недостатком работы такой схемы является отключение всех источников, если один вышел из строя. Справиться с этой проблемой можно двумя способами: заменить плату или же перепаять неработающий компонент. Во второй ситуации, необходимо иметь соответствующие знания и опыт, чтобы не испортить плату.

Драйвер или блок питания

Недорогие лампы не обладают собственным драйвером. Это влияет на общую функциональность и может стать проблемой, если перепады напряжения наблюдаются часто. Владельцы светодиодных устройств отдельно приобретают БП, чтобы продлить срок эксплуатации устройств. Блоки питания могут быть трех типов:

- Открытые;

- Закрытые;

- Универсальные

Выбирается относительно тока, который могут стабилизировать и необходимого напряжения для стабилизации. Стоимость оборудования может быть выше, чем у нескольких дорогих лампочек, но при этом значительно увеличивается время эксплуатации. Поделитесь данной информацией в социальных сетях со своими знакомыми, если считаете ее полезной.

Принцип работы светодиодных ламп | LED Navigator

Светодиодные лампы с каждым днем становятся все популярней. Частные и корпоративные потребители выбирают изделия из-за их экономности, долговечности, хорошего влияния на настроение и самочувствие. Покупателя, разобравшегося в теме, не пугает высокая цена устройств, так как он понимает, что может сэкономить на них в разы больше потраченного.

Светодиод или light-emitting diode (LED) – это диод со специальным элементом, который излучает свет. Его низкое энергопотребление связано с высоким КПД – практически вся получаемая энергия сразу преобразуется в освещение. В лампах накаливания большая часть электричества расходуется на нагрев вольфрамовой нити, которая светится при высокой температуре.

Почему светодиодные лампы такие дорогие?

Обычные единичные светодиоды известны достаточно давно: они есть в большинстве телевизоров, видеомагнитофонах и в другой технике. Но между созданием единичного прибора и полноценной лампочки прошло достаточно много времени. Это связанно с тем, что производство LED-устройств освещения наталкивалось на несколько трудностей. Во-первых, необходимо было создать систему отвода излишков тепла. Дело в том, что диоды потребляют столько напряжения, сколько на них подадут, а в реальности им нужно всего несколько вольт. При подключении к сети 220 вольт устройство очень быстро перегорает, потребляя излишнюю энергию. Чтобы избежать этого, в них устанавливают специальные элементы, называемые радиаторами, которые отводят тепло. Вторая проблема заключается в том, что любой диод питается от постоянного тока, а в сети – переменный. Поэтому необходимо было создать достаточно компактный трансформатор, который бы позволил изменять тип энергии.

Также важной особенностью светодиода является тип его свечения, называемый ламбертовским. Каждый луч света, выдаваемый устройством, отдаляется от него на определенное расстояние. Если взять светодиод и направить его кристалликом вверх, то его свечение можно представить в виде шара. Таким шаром сложно осветить помещение, так как свет будет неравномерным. Поэтому для создания качественной лампочки потребовалось также разработка хорошей оптики, которая бы перераспределяла свет.

Технология создания изделий диктует их высокую стоимость. В ближайшие десять лет ученые планируют снизить себестоимость производства устройств примерно в 10 раз.

Светоизлучающий диод (LED) | Fiberlabs Inc

Дата: 8 марта, 2016 г. 更新 日 時: 2018 12 18 投稿 者: fiberlabsus_admin

1. Что такое светодиод?
LED - это аббревиатура от Light Emission Diode и представляет собой устройство, которое излучает свет, пропуская ток к p-n переходу, как полупроводниковый лазер (LD). Он излучает свет с различной длиной волны в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях, что соответствует его ширине запрещенной зоны. В частности, белые светодиоды обеспечивают длительный срок службы и низкое энергопотребление по сравнению с лампами накаливания и люминесцентными лампами, и поэтому в настоящее время все чаще используются для освещения.Белые светодиоды также используются для многих приложений в области освещения и отображения, включая ЖК-подсветку, используемую для сотовых телефонов, светофоров, дорожных знаков, наружных дисплеев и фонарей.

2. Принцип излучения светодиода
На рисунке 1 показан принцип излучения светодиода. Активный слой, зажатый между полупроводниками p- и n-типа, сформирован на сапфировой подложке, и напряжение подается через p-n переход от электродов. При приложении прямого напряжения электроны соединяются с дырками на p-n-переходе и исчезают.В это время электрон переходит из состояния с более высокой энергией в состояние с более низкой энергией, и избыточная энергия выделяется в виде света.


Рис.1 Принцип излучения светодиода.

3. Что вызывает различия в цветах светодиодов?
Рисунок 2 объясняет, почему длины волн излучения разных полупроводниковых материалов различаются. Объединение дырок и электронов в p-n-переходе означает, что электроны попадают из зоны проводимости в валентную зону. Когда разница в энергии между обеими полосами больше, свет с большей энергией, т.е.е. излучается свет с более короткой длиной волны. Поскольку разность энергий (ширина запрещенной зоны) зависит от полупроводникового материала, материалы светодиодов выбираются на основе ширины запрещенной зоны, чтобы соответствовать желаемому цвету света.


Рис.2 Разница в цвете излучения полупроводникового материала.
(И синий, и зеленый свет излучаются InGaN, но соотношение In / Ga отличается.)

4. Механизм излучения белого светодиода
Есть три способа получить белый свет от светодиодов, как показано на рис.3.
(1) Первый - это способ облучения желтого люминофора с помощью синего светодиода. Поскольку желтый цвет является дополнительным к синему, смесь синего и желтого выглядит белой. Хотя этот метод наиболее популярен из-за простоты изготовления и высокой интенсивности, его слабым местом является слегка голубоватый оттенок.
(2) Второй - способ излучения синего, зеленого и красного люминофора путем облучения ультрафиолетового светодиода. Хотя свет выглядит естественным и чистым белым, его интенсивность еще не такая сильная, как у метода (1).
(3) Третий - это способ использования трех светодиодов: синего, зеленого и красного. Поскольку свет является интенсивным и может быть воспроизведен любой цвет, этот метод применяется к большому дисплею и светодиодному экрану.


Рис.3 Механизм излучения белого светодиода.

5. Отличия светодиода от светодиода
Светодиод - это полупроводниковый светоизлучающий прибор, аналогичный светодиоду. Какая разница между двумя? На рисунке 4 показаны базовые конструкции светодиода и LD. Хотя принцип излучения тот же, электроны и дырки соединяются в p-n-переходе и излучается свет, свойства испускаемого света разные. Поскольку светодиодный свет имеет случайные фазы, он распространяется так же, как лампочки. С другой стороны, свет LD имеет определенную фазу, и поэтому он распространяется прямо, не распространяясь. Эта разница объясняется наличием или отсутствием резонатора. LD может выравнивать фазу света с помощью резонатора, но светодиод без резонатора выводит свет без изменений. Еще одно отличие - это потери связи в оптоволокне. Свет LD может быть направлен в оптическое волокно с низкими потерями связи, поскольку свет выходит из узкого активного слоя.Между тем, свет СИД не только слегка падает на волокно, потому что СИД имеет большую площадь излучения.


Рис.4 Базовые конструкции светодиода и светодиода.

Как работают светодиодные лампы? Изучены свойства и принцип работы

Что такое светодиоды?

Как следует из названия, светодиод (Light Emitting Diode) - это, по сути, небольшое устройство, излучающее свет, которое относится к «активным» полупроводниковым электронным компонентам. Он вполне сопоставим с обычным диодом общего назначения, с той лишь разницей, что он способен излучать свет разных цветов. Два вывода (анод и катод) светодиода при подключении к источнику напряжения с правильной полярностью могут давать свет разных цветов в зависимости от используемого внутри полупроводника.

От вашего мобильного телефона до больших рекламных щитов - широкий спектр применения этих волшебных лампочек можно увидеть практически повсюду.Сегодня их популярность и возможности применения быстро растут благодаря некоторым замечательным свойствам. В частности, светодиоды очень малы по размеру, потребляют очень мало энергии и способны производить свет очень высокой интенсивности.

В отличие от старых ламп накаливания, светодиоды не требуют накаливания накаливания для получения света. Скорее, это более эффективно за счет прохождения электронов и из-за эффекта запрещенной зоны полупроводникового материала.

Кроме того, количество тепла, выделяемого в процессе, ничтожно мало, поэтому нет угрозы постоянно растущей проблеме глобального потепления, а светодиоды быстро становятся лучшим решением для освещения по сравнению с другими видами современных осветительных устройств, такими как FTL и CFL. .

Светодиоды, которые могут излучать невидимый невооруженным глазом свет в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне, также широко производятся и находят основное применение в устройствах дистанционного управления. Здесь мы обсудим работу наиболее популярных из них, то есть светодиодов, излучающих видимый свет.

Давайте продолжим и изучим, как работают светодиодные лампы.

Как работают светодиоды?

Следующие пункты объяснят, как работают светодиоды и как на самом деле через них производится свет:

  • Видимый свет можно определить как волны, а также частицы, движущиеся с постоянной скоростью (в вакууме).Точнее говоря, свет состоит из частиц, имеющих нулевую массу, и представляет собой энергию, выделяемую в качестве побочного продукта электроном, движущимся по орбитам атома.

  • Столетия назад это было открыто сэром Исааком Ньютоном, он назвал эти световые частицы фотонами, фундаментальной единицей света.

  • Материал, используемый в светодиодах, - это в основном алюминий-галлий-арсенид (AlGaAs). В исходном состоянии атомы этого материала прочно связаны.Без свободных электронов здесь невозможно провести электричество.

  • При добавлении примеси, известной как легирование, вводятся дополнительные атомы, эффективно нарушая баланс материала.

  • Эти примеси в виде дополнительных атомов способны либо предоставить свободные электроны (N-тип) в систему, либо высасывать некоторые из уже существующих электронов из атомов (P-тип), создавая «дыры» в атомные орбиты. В обоих случаях материал становится более проводящим.Таким образом, под действием электрического тока в материале N-типа электроны могут перемещаться от анода (положительного) к катоду (отрицательному) и наоборот в материале P-типа. Благодаря свойству полупроводника ток никогда не будет течь в противоположных направлениях в соответствующих случаях.

  • Из приведенного выше объяснения ясно, что интенсивность света, излучаемого источником (в данном случае светодиодом), будет зависеть от уровня энергии излучаемых фотонов, который, в свою очередь, будет зависеть от энергии, выделяемой электронами, прыгающими внутрь. между атомными орбитами полупроводникового материала.

  • Мы знаем, что для того, чтобы электрон вылетел с более низкой орбиты на более высокую, необходимо поднять его энергетический уровень. И наоборот, если электроны вынуждены падать с более высоких орбиталей на более низкие, логически в этом процессе должна высвобождаться энергия.

  • В светодиодах вышеупомянутые явления хорошо используются. В ответ на легирование P-типа электроны в светодиодах перемещаются, падая с верхних орбиталей на нижние, высвобождая энергию в виде фотонов i.е. свет. Чем дальше эти орбитали удалены друг от друга, тем больше интенсивность излучаемого света.

  • Различные длины волн, участвующие в процессе, определяют разные цвета, производимые светодиодами. Современные технологии позволили измерить в них более короткие длины волн для производства большого количества светодиодов разного цвета.

Тема, касающаяся того, как работают светодиодные лампы, настолько обширна, что может заполнить объемы, и ее трудно охватить в этой статье. Но, надеюсь, вышеупомянутые обсуждения должны были достаточно просветить вас относительно предмета. Для получения дополнительной информации не стесняйтесь оставлять комментарии. (Комментарии требуют модерации, и для их появления может потребоваться время.)

Окончательное базовое руководство - Анализируйте измеритель

Вы когда-нибудь видели маленькие лампочки размером примерно в миллиметр, которые мы в основном используем для украшения нашего дома, магазина и т. Д. На Рождество, Новый год, Дивали или по любому другому поводу? Это светодиодных ламп .

Хоть и очень маленькие, но ярко светятся в темноте.Некоторые из них просто постоянно светятся, а некоторые переключают свое состояние в положение «вкл / выкл» и наоборот. Надеюсь, вы получили представление о том, что мы собираемся обсудить в этой статье. В противном случае см. Изображение ниже для лучшего понимания. Да, мы собираемся узнать о светодиодах и светодиодах , их работе и о том, как они устроены. Но сначала давайте узнаем о его определении.

В этой статье вы узнаете:

Что такое светоизлучающий диод - Определение светодиода:

Светоизлучающий диод - это полупроводниковый прибор.Это PN-переход, который излучает или производит свет, когда через него проходит электрический ток. Светодиодное освещение может быть более универсальным, эффективным и долговечным по сравнению с компактным люминесцентным освещением. Этот тип диодов излучает узкую полосу пропускания видимого света или невидимого света на разных цветовых длинах волн для дистанционного управления. Он предпочтителен, поскольку он имеет небольшую площадь и для формирования диаграммы направленности можно использовать множество оптических компонентов.

Светодиодная схема и конструкция

Теперь, когда вы знаете, что такое светодиод, пришло время понять его основную конструкцию.Мы включили простую диаграмму, чтобы вы легко ее поняли. Конструкция светодиода отличается от обычного стандартного диода во многих аспектах. Как показано на рисунке справа, p-n переход светодиодной лампы заключен в прозрачный корпус или корпус полусферической формы из твердого пластика, эпоксидной смолы, который защищает светодиод от ударов и вибрации. Светодиоды имеют два вывода; катод и анод. Катодный вывод идентифицируется либо плоским пятном на корпусе, либо выемкой, либо одним из выводов короче другого.Куполообразная верхняя часть светодиода похожа на линзу, концентрирующую количество света. Идентификация катода и анода: вывод катода светодиодной лампы всегда короче анода. Если вы не можете так идентифицировать, для удобства используйте цифровой мультиметр. Прочтите нашу статью об использовании мультиметра.

Оболочка из эпоксидной смолы сконструирована таким образом, что фотоны света, излучаемые переходом, отражаются от основы подложки, к которой прикреплен диод, потому что светодиодный переход не излучает столько света.Благодаря этому самый яркий свет будет излучаться в верхней части светодиода. [Источник изображения]

Принцип работы:

Как мы уже упоминали выше, светоизлучающий диод - это PN переход. Следовательно, его принцип работы основан на том же. Подробности читайте ниже.

[Источник изображения]

Как работает светодиодная лампа

A Светодиодная лампа состоит из двух полупроводниковых материалов: материала p-типа и материала n-типа. Соединение этих двух типов материалов образует p-n переход.

Когда p-n-переход смещен вперед, большинство несущих; либо электроны, либо дырки; начать движение через перекресток.

Как показано на рисунке выше, электроны начинают двигаться из n-области, а дырки - из p-области. Когда они покидают свои регионы, они начинают рекомбинировать через зону истощения. Свободные электроны останутся в зоне проводимости энергетического уровня, а дырки останутся в валентной зоне энергетического уровня.

Уровень энергии электронов выше, чем у дырок, потому что электроны более подвижны, чем дырки i. е. проводимость тока за счет электронов больше. Во время рекомбинации электронов и дырок некоторая часть энергии должна рассеиваться или испускаться в виде тепла и света.

Явление, при котором свет излучается из полупроводника под действием электрического поля, известно как электролюминесценция.

Всегда помните, что большая часть света исходит от перехода ближе к области p-типа. Таким образом, диод сконструирован таким образом, что эта область находится близко к поверхности устройства, чтобы гарантировать минимальное поглощение света.

Электроны рассеивают энергию в различных формах в зависимости от типа используемого диода. Как и в кремниевых и германиевых диодах, он рассеивает энергию в виде тепла, в то время как для полупроводников из фосфида галлия (GaP) и арсенида галлия (GaAsP) он рассеивает энергию, испуская фотоны. Для излучения разных цветов используются разные полупроводники. Например; фосфор используется для красного света, фосфид галлия для зеленого света и фосфид алюминия, индия, галлия для желтого и оранжевого света.

Типы светодиодов:

В настоящее время светодиоды являются наиболее часто используемым компонентом в электронной промышленности. Он доступен во множестве размеров и форм. На рынке доступны различные типы светодиодных фонарей в соответствии с требованиями пользователя. В основном светоизлучающие диоды различаются на основе электрических свойств и материала, из которого они изготовлены. Ниже приводится более подробная информация:

  • В зависимости от электрических свойств:

Основными типами светодиодов на основе их электрических свойств являются:

  1. С питанием от переменного тока: Эти светодиоды могут работать от переменного тока без использования преобразователя постоянного тока.Компания Seoul Semiconductor выпустила высоковольтный светодиод, а именно Acrich MJT, способный работать от сети переменного тока с помощью простой схемы управления. Примером этого типа светодиода является HP-светодиод с эффективностью 40 лм / Вт.
  2. Миниатюра: Светоизлучающие диоды малого размера в основном используются в наши дни из-за их скорости работы и хорошей эффективности. Для оптической связи, эффективного освещения и нанолазеров исследователи изобрели тончайший светодиод, состоящий из гибкого 2D-материала, который в 10-20 раз тоньше, чем 3D-светодиоды.Три основных свойства миниатюрных светодиодов с одной матрицей: низкий ток, обычно рассчитанный на 2 мА, сверхвысокий выходной ток 20 мА при примерно 2 В, 4 В или 5 В и т. Д.
  3. Высокая мощность: Светоизлучающие диоды этого типа могут работать при токах от сотен мА до более ампера. Для отвода тепла светодиод высокой мощности должен быть установлен на радиаторе, потому что, если тепло от Hp-Led не будет удалено, это может привести к повреждению устройства. Его можно легко установить в массив, чтобы сформировать мощную светодиодную лампу.
  • В зависимости от материала:

Светодиоды - это устройства, зависящие от тока, зависящие от полупроводникового соединения, то есть от цвета света и прямого смещенного тока светодиода. Путем смешивания разнообразных полупроводниковых, металлических и газовых соединений получается большое количество светодиодов. Некоторые из них перечислены ниже:

    1. Селенид цинка (ZnSe).
    2. Нитрид галлия (GaN)
    3. Фосфид галлия (GaP)
    4. Карбид кремния (SiC)
    5. Арсенид галлия (Ga As)
    6. Фосфид арсенида галлия (Ga AsP)

Лампы светоизлучающих диодов:

Светодиодная лампа - это осветительное устройство, в котором используются светоизлучающие диоды для получения света при прохождении через нее электрического тока.Эти лампы могут проработать 50000 часов при работе в указанном температурном диапазоне. Для замены лампы накаливания мощностью 60 Вт эти лампы потребляют мощность 8-11 Вт. Два основных типа ламп:

(а) Лампа накаливания: Это источник электрического света, в который подключенная нить накаливания нагревается за счет пропускания электрического тока. Используемая нить накала состоит из вольфрама (кусок металла), который нагревается и светится, когда через него проходит электрический ток. Когда металл светится, он излучает яркий белый свет.

(b) Люминесцентная лампа: Эти лампы представляют собой энергосберегающие лампы, известные как компактные люминесцентные лампы. Внутри него присутствует небольшое количество ртути, которая испаряется при прохождении через нее электрического тока. Когда газ нагревается, частицы отскакивают от фосфорного покрытия, нанесенного на внутреннюю часть колбы, излучающую свет.

Преимущества светодиодных фонарей:

Светодиоды имеют ряд преимуществ перед другими источниками света.Его преимущества:

  • Легко контролируется и программируется.
  • Большой срок службы.
  • Высокая эффективность.
  • Низкое излучаемое тепло.
  • Высокий уровень яркости и интенсивности.
  • Высокая надежность.
  • Без УФ-лучей
  • Требования к низкому напряжению и току.
  • Требуется меньше проводки.
  • Низкие эксплуатационные расходы.
  • Мгновенная молния.

Надеюсь, вам всем понравится эта статья.Для любых предложений, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Мы всегда ценим ваши предложения.

Как работают светодиодные лампы

Светодиоды готовы занять место в домашнем освещении. По крайней мере, так считают многие ученые-исследователи и некоторые крупные осветительные компании. Например, Philips перестала вкладывать деньги в исследования и разработки флуоресцентных технологий и теперь вкладывает всю свою энергию в светодиоды [источник: Тауб]. General Electric тратит половину своего бюджета на исследования и разработки на твердотельное освещение [источник: GE].

Если вы посмотрите, что ученые говорят о светодиодах, картина действительно выглядит довольно радужной. Прорывы появляются с головокружительной скоростью. Два недавних события предсказывают значительное снижение цен на высокоэффективные лампы с длительным сроком службы.

Один из них связан с проблемой потери света в конструкции лампы. Один из способов высвободить больше света светодиода - проделать микроскопические отверстия в корпусе. Проблема в том, что изготовление всех этих отверстий требует много времени и средств. Однако группа исследователей из Университета Глазго в Шотландии нашла новый способ сделать это.Они обнаружили, что использование литографии с наноотпечатком может сократить время и расходы на прокладку миллиардов отверстий в крошечных светодиодах.

Другая группа ученых из Кембриджского университета в Англии подошла к проблеме со стороны предложения. Они нашли новый, менее дорогой способ создания полупроводникового материала из нитрида галлия, который является общей основой светодиодного освещения. В настоящее время полупроводники из нитрида галлия выращиваются на дорогих сапфировых пластинах. В новом способе используются кремниевые пластины, что значительно снижает стоимость производства светодиодов.

Более того, эти новые лампы на основе нитрида галлия рассчитаны на 100 000 часов работы, в три раза более эффективны, чем КЛЛ, и должны стоить менее 3 долларов за штуку [источник: Evans]. Светодиодные лампы из нитрида галлия могут появиться на рынке к 2012 году.

Отрасль освещения в целом ожидает быстрого снижения затрат на светодиоды. Lighting Science Group, компания, которая разрабатывает и производит светодиодное освещение, оценивает снижение цен на 50% в течение двух лет [источник: Linden]. Компании, которые имеют гораздо более высокие расходы на освещение и поэтому могут очень быстро окупить авансовые затраты на лампы, скорее всего, будут стекаться на светодиоды с таким падением цен.Однако домовладельцы могут подождать, пока стоимость лампочек не достигнет отметки в 3 доллара, к которой стремятся исследователи Кембриджа.

Для получения дополнительной информации о светодиодных лампах и связанных темах просмотрите ссылки на следующей странице.

Первоначально опубликовано: 23 июля 2009 г.

Каков основной принцип работы светодиода?

Светоизлучающий диод (LED) - это двухпроводной полупроводниковый источник света.

Это простой диод на pn-переходе, который при активации излучает свет.

Когда на выводы подается соответствующее напряжение, электроны могут рекомбинировать с электронными дырками внутри устройства, высвобождая энергию в виде фотонов.

Что такое светодиод и как он работает?

Светоизлучающий диод (LED) - это полупроводниковый источник света, который излучает свет, когда через него протекает ток. Электроны в полупроводнике рекомбинируют с электронными дырками, высвобождая энергию в виде фотонов. Недавние разработки позволили создать мощные светодиоды белого света, подходящие для освещения помещений и открытых пространств.

Какие характеристики у светодиода?

Светодиод - это, по сути, диод с PN переходом, который излучает свет при прямом смещении.Светодиоды есть почти везде.

LED - светоизлучающий диод

  • Низкое энергопотребление.
  • Маленький размер.
  • Быстрое переключение.
  • Физически прочный.
  • Долговечный.

2 ноя 2017

Что такое светодиод и его виды?

Традиционные неорганические светодиоды: светодиоды этого типа представляют собой диоды традиционной формы, которые были доступны с 1960-х годов. Двухцветные и многоцветные светодиоды - типы светодиодов содержат несколько отдельных светодиодов, которые включаются разным напряжением и т. Д.Мигающие светодиоды - с малым временем интегрированы в комплект.

Что такое полная форма светодиода?

Светодиод

Что не так со светодиодной подсветкой?

Испанское исследование показало, что синий светодиодный свет может непоправимо повредить клетки сетчатки глаза. Согласно новому исследованию, экологически чистые светодиодные фонари могут повредить ваши глаза. Исследование показало, что воздействие светодиодных фонарей может нанести непоправимый вред сетчатке человеческого глаза 28 ноября 2014 г.

Сколько существует типов светодиодов?

Существует 3 различных типа светодиодных ламп в зависимости от цвета фонарей.Первая из них - это светодиодная лампа теплого белого цвета. Он излучает свет как традиционная галогенная лампа.

Сколько существует типов светодиодных телевизоров?

Сегодня в Индии доступны четыре различных типа телевизоров: ЖК-телевизор (LCD = жидкокристаллический дисплей), светодиодный телевизор (LED = светоизлучающий диод), плазменный телевизор и новейший OLED-телевизор (органический светоизлучающий диод).

Что означает светодиод?

LED расшифровывается как Light Emitting Diode. Светодиоды теперь могут использоваться для ряда осветительных приборов и доступны в спектре видимого, инфракрасного и ультрафиолетового света.

Какова структура светодиода?

Белый светодиод в основном состоит из шести компонентов: светодиодного кристалла, в котором происходит излучение света, связующего слоя или связующего провода, соединяющего светодиодный кристалл с анодом, электрических соединений, которые являются анодом и катодом, люминофором. слой и, наконец, силиконовая линза, которая окружает сборку.

В чем преимущества светодиодного освещения?

Девять основных преимуществ использования светодиодных ламп

  1. Светодиодные лампы служат намного дольше, чем лампы накаливания или галогенные лампы.
  2. Они чрезвычайно энергоэффективны.
  3. Они тоже экологически чистые.
  4. Светодиоды
  5. также очень прочные и долговечные.
  6. Они почти не имеют УФ-излучения.
  7. Они предлагают большую гибкость дизайна.
  8. Они могут работать при экстремальных температурах.
  9. Работают моментально.

10 ноября 2016

Что такое полная форма WIFI?

WIFI: беспроводная связь

WIFI Также обозначается как Wi-Fi - это технология локальной беспроводной связи.Он позволяет электронному устройству передавать данные или подключаться к Интернету с использованием радиодиапазонов ISM. Wi-Fi является товарным знаком альянса Wi-Fi и используется как торговая марка для продуктов, использующих стандарты IEEE 802.11.

Что такое банкомат в полной форме?

Банкомат

Что такое полная форма компакт-диска?

Компакт-диск

Вызывает ли светодиодное освещение дегенерацию желтого пятна?

Исследование, проведенное в Испании в 2012 году, показало, что светодиодное излучение может вызвать необратимое повреждение сетчатки.В отчете Французского агентства по вопросам пищевых продуктов, окружающей среды, гигиены труда и безопасности (ANSES) за 2019 год содержится предупреждение о «фототоксических эффектах» воздействия синего света, включая повышенный риск возрастной дегенерации желтого пятна 9 августа 2019 г.,

Вызывает ли светодиодное освещение головную боль?

Сравнение светодиодного освещения и люминесцентного освещения

Мы знаем, что как светодиоды, так и флуоресцентные лампы могут вызывать симптомы головной боли и мигрени. Это может привести к появлению симптомов дисфункции движения глаз, двоения в глазах, головной боли, головокружения и плохого самочувствия в течение 20 минут после воздействия! 29 мая 2019 г.

Безопасны ли светодиодные фонари для человеческого глаза?

Существует распространенное заблуждение, что светодиодные лампы для выращивания растений вредны для наших глаз; и что они могут даже привести к слепоте.Если вы часами будете смотреть прямо на светодиодную лампу для выращивания, вы наверняка повредите глаза; однако нормальное использование светодиодов и обычное воздействие светодиодных светильников для выращивания растений не причинит вам никакого вреда.

Что лучше UHD или LED?

4K UHD-телевизоры со светодиодной подсветкой (включая новую линейку Samsung QLED) технически все еще являются ЖК-телевизорами с более высоким разрешением и носят название 4K UHD или 4K Ultra HD. 4K LCD TV - более подходящее название. Хотя OLED-телевизоры по-прежнему дороже хороших светодиодных 4K-телевизоров, разрыв сократился.

Какой бренд телевизора лучший?

Бренды телевизоров

  • Hisense. Hisense - международный производитель со штаб-квартирой в Китае.
  • Insignia. Insignia - фирменный домашний бренд Best Buy для телевизоров.
  • LG Electronics.
  • Panasonic.
  • Samsung.
  • Sharp.
  • Sony.
  • TCL.

24 июл 2019

Какие бывают типы телевидения?

Б.Типы телевизоров по технологии

  1. Прямой просмотр. Телевизоры Direct View - это ребрендинг классического, многовекового господства телевизоров с электронно-лучевой трубкой.
  2. Плазменные панели.
  3. Цифровая обработка света (DLP)
  4. Жидкокристаллический дисплей (LCD)
  5. Дисплей на органических светодиодах (OLED).
  6. Квантовый светоизлучающий диод (QLED)

Принцип работы светодиодов | Мобильные системы

Внутреннее устройство светодиода, схема (вверху) и диаграмма диапазона (внизу)
P-N переход может преобразовывать поглощенную световую энергию в пропорциональный электрический ток.Здесь тот же процесс обратный (т.е. переход P-N излучает свет, когда к нему прикладывается электрическая энергия).

Это явление обычно называют электролюминесценцией, которую можно определить как излучение света полупроводником под действием электрического поля. Носители заряда рекомбинируют в смещенном вперед P-N переходе, когда электроны пересекают N-область и рекомбинируют с дырками, существующими в P-области. Свободные электроны находятся в зоне проводимости энергетических уровней, а дырки - в валентной энергетической зоне.Таким образом, уровень энергии дырок будет меньше уровней энергии электронов. Некоторая часть энергии должна рассеиваться, чтобы рекомбинировать электроны и дырки. Эта энергия излучается в виде тепла и света.

Внутренняя работа светодиода, показывающая схему.

Электроны рассеивают энергию в виде тепла для кремниевых и германиевых диодов, но в полупроводниках на основе арсенида галлия (GaAsP) и фосфида галлия (GaP) электроны рассеивают энергию, испуская фотоны.Если полупроводник является полупрозрачным, переход становится источником света при его испускании, превращаясь, таким образом, в светоизлучающий диод, но когда переход смещен в обратном направлении, светодиод не будет излучать свет, и, наоборот, устройство может также быть поврежденным.

Технологии



ВАХ диода. Светодиод начнет излучать свет, когда на него будет подано более 2 или 3 вольт.

Физика

Светодиод состоит из кристалла из полупроводникового материала, легированного примесями для создания p-n-перехода.Как и в других диодах, ток легко течет от p-стороны или анода к n-стороне или катоду, но не в обратном направлении. Носители заряда - электроны и дырки - поступают в переход от электродов с разным напряжением. Когда электрон встречает дыру, он попадает на более низкий энергетический уровень и выделяет энергию в виде фотона.

Длина волны излучаемого света и, следовательно, его цвет зависит от ширины запрещенной зоны материалов, образующих p-n-переход. В кремниевых или германиевых диодах электроны и дырки обычно рекомбинируют посредством безызлучательного перехода, который не дает оптического излучения, поскольку они являются материалами с непрямой запрещенной зоной.Материалы, используемые для светодиода, имеют прямую запрещенную зону с энергией, соответствующей ближнему инфракрасному, видимому или ближнему ультрафиолетовому свету.

Разработка светодиодов

началась с инфракрасных и красных устройств, сделанных из арсенида галлия. Достижения в области материаловедения позволили создавать устройства с все более короткими длинами волн, излучающими свет различных цветов.

Светодиоды

обычно строятся на подложке n-типа, с электродом, прикрепленным к слою p-типа, нанесенному на его поверхность. Подложки P-типа встречаются реже.Многие коммерческие светодиоды, особенно GaN / InGaN, также используют сапфировую подложку.

Большинство материалов, используемых для производства светодиодов, имеют очень высокие показатели преломления. Это означает, что большая часть света будет отражаться обратно в материал на границе раздела материал / поверхность воздуха. Таким образом, отвод света в светодиодах является важным аспектом производства светодиодов, который требует большого количества исследований и разработок.

Показатель преломления



Идеальный пример светоизлучающих конусов в полупроводнике для зоны излучения с одним точечным источником.На левой иллюстрации показана полностью полупрозрачная пластина, а на правой иллюстрации показаны полуконусы, сформированные, когда нижний слой полностью непрозрачен. На самом деле свет излучается одинаково во всех направлениях от точечного источника, поэтому области между конусами показывают большое количество захваченной световой энергии, которая теряется в виде тепла.



Конусы светового излучения настоящей светодиодной пластины намного сложнее, чем световое излучение от одного точечного источника. Зона излучения света обычно представляет собой двумерную плоскость между пластинами.

Каждый атом в этой плоскости имеет индивидуальный набор конусов излучения. Изобразить миллиарды перекрывающихся конусов невозможно, поэтому это упрощенная диаграмма, показывающая размеры всех конусов выбросов вместе взятых. Большие боковые конусы обрезаны, чтобы показать детали интерьера и уменьшить сложность изображения; они простирались бы до противоположных краев двумерной эмиссионной плоскости.

Полупроводники без покрытия, такие как кремний, обладают очень высоким показателем преломления по сравнению с открытым воздухом, что предотвращает прохождение фотонов, приходящих под острыми углами относительно поверхности полупроводника, контактирующей с воздухом, из-за полного внутреннего отражения.Это свойство влияет как на эффективность излучения света светодиодов, так и на эффективность поглощения света фотоэлектрическими элементами. Показатель преломления кремния составляет 3,96 (при 590 нм), а воздуха - 1.0002926.

Как правило, полупроводниковый светодиодный кристалл с плоской поверхностью без покрытия будет излучать свет только перпендикулярно поверхности полупроводника и на несколько градусов в сторону, в форме конуса, называемого световым конусом, конусом света или выходным конусом. Максимальный угол падения называется критическим углом.Когда этот угол превышен, фотоны больше не покидают полупроводник, а вместо этого отражаются внутри полупроводникового кристалла, как если бы он был зеркалом.

Внутренние отражения могут выходить через другие грани кристалла, если угол падения достаточно мал и кристалл достаточно прозрачен, чтобы не поглощать излучение фотонов. Но для простого квадратного светодиода с поверхностями, расположенными под углом 90 градусов со всех сторон, все грани действуют как зеркала с одинаковым углом. В этом случае большая часть света не может уйти и теряется в кристалле в виде отработанного тепла.

Изогнутая поверхность чипа с угловыми гранями, подобная драгоценному камню или линзе Френеля, может увеличить светоотдачу, позволяя свету излучаться перпендикулярно поверхности чипа, находясь далеко от точки излучения фотонов.

Идеальной формой полупроводника с максимальным выходом света была бы микросфера с излучением фотонов, происходящим в точном центре, с электродами, проникающими в центр, чтобы контактировать в точке излучения. Все световые лучи, исходящие из центра, будут перпендикулярны всей поверхности сферы, что не приведет к внутренним отражениям.Полусферический полупроводник
также будет работать с плоской задней поверхностью, служащей зеркалом для обратно рассеянных фотонов.

Переходные покрытия

После легирования пластина разрезается на отдельные штампы. Каждый кубик обычно называют чипом.

Многие светодиодные полупроводниковые чипы заключены в капсулы или залиты в прозрачные или цветные формованные пластиковые корпуса. Пластиковая оболочка имеет три назначения:
1. Установка полупроводникового кристалла в устройства проще.
2. Крошечная хрупкая электропроводка имеет физическую опору и защищена от повреждений.
3. Пластик действует как рефракционный посредник между относительно высоким коэффициентом преломления
полупроводник и низкоиндексный открытый воздух.

Третья функция помогает усилить световое излучение полупроводника, действуя как рассеивающая линза, позволяя излучать свет под гораздо большим углом падения от светового конуса, чем может излучать только голый чип.

КПД и рабочие параметры

Типовые индикаторные светодиоды рассчитаны на работу с мощностью не более 30–60 милливатт (мВт).Примерно в 1999 году Philips Lumileds представила мощные светодиоды, способные работать непрерывно при мощности в один ватт. В этих светодиодах используются полупроводниковые кристаллы гораздо большего размера, чтобы выдерживать большие потребляемые мощности. Кроме того, полупроводниковые кристаллы устанавливались на металлические заглушки для отвода тепла
от светодиодной матрицы.

Одним из ключевых преимуществ светодиодных источников освещения является высокая светоотдача. Белые светодиоды быстро уступили и превзошли по эффективности стандартные системы освещения лампами накаливания. В 2002 году Lumileds выпустила светодиоды мощностью 5 Вт со световой эффективностью 18–22 люмен на ватт (лм / Вт).Для сравнения: обычная лампа накаливания мощностью 60–100 Вт излучает около 15 лм / Вт, а стандартные люминесцентные лампы излучают до 100 лм / Вт.

По состоянию на 2012 год Philips достигла следующих показателей эффективности для каждого цвета. [52] Значения эффективности показывают физику - выходная мощность света на электрическую мощность на дюйм. Значение эффективности люмен на ватт включает характеристики человеческого глаза и вычисляется с использованием функции яркости.

Цвет

Длина волны

диапазон (нм)

Типичный

эффективность

коэффициент

Типичный

эффективность

(лм / Вт)

Красный 620 < λ <645 0.39 72
Красно-оранжевый 610 < λ <620 0,29 98
Зеленый 520 < λ <550 0,15 93
Голубой 490 < λ <520 0.26 75
Синий 460 < λ <490 0,35 37

В сентябре 2003 года компания Cree продемонстрировала новый тип синего светодиода, который потребляет 24 мВт при 20 миллиампер (мА). Это произвело коммерчески упакованный белый свет с мощностью 65 лм / Вт при 20 мА, став самым ярким белым светодиодом, доступным на рынке в то время, и более чем в четыре раза более эффективным, чем стандартные лампы накаливания.В 2006 году продемонстрировали прототип с двигателем
. рекордная световая отдача белых светодиодов 131 лм / Вт при 20 мА. Корпорация Nichia разработала белый светодиод со световой эффективностью 150 лм / Вт при прямом токе 20 мА. Светодиоды Cree XLamp XM-L, поступившие в продажу в 2011 году, производят 100 лм / Вт при полной мощности 10 Вт и до 160 лм / Вт при входной мощности около 2 Вт. В 2012 году Cree анонсировала белый светодиод мощностью 254 лм / Вт и 303 лм / Вт в марте 2014 года. Практическое общее освещение требует мощных светодиодов мощностью один ватт или более.Типичные рабочие токи для таких устройств начинаются с 350 мА.

Эти значения эффективности относятся только к светодиоду, выдерживаемому при низкой температуре в лаборатории. Поскольку светодиоды, установленные в реальных светильниках, работают при более высоких температурах и с потерями в драйвере, реальная эффективность намного ниже. Министерство энергетики США (DOE) тестирование коммерческих светодиодных ламп, предназначенных для замены ламп накаливания или КЛЛ, показало, что в 2009 году средняя эффективность все еще составляла около 46 лм / Вт (протестированные характеристики варьировались от 17 лм / Вт до 79 лм / Вт).

Падение эффективности

Падение эффективности - это уменьшение световой отдачи светодиодов при увеличении электрического тока выше десятков миллиампер.

Первоначально предполагалось, что этот эффект связан с повышенными температурами. Ученые доказали обратное: хотя срок службы светодиода сократится, падение эффективности будет менее значительным при повышенных температурах.

Механизм, вызывающий падение эффективности, был идентифицирован в 2007 году как рекомбинация Оже, которая была воспринята как смешанная реакция.В 2013 г. было проведено исследование
подтвердили оже-рекомбинацию как причину падения эффективности.

Помимо того, что светодиоды менее эффективны, работа светодиодов при более высоких электрических токах создает более высокие уровни тепла, которые снижают срок службы светодиода. Из-за этого повышенного нагрева при более высоких токах светодиоды высокой яркости имеют промышленный стандарт работы при токе всего 350 мА, что является компромиссом между светоотдачей, эффективностью и долговечностью.

Возможные решения

Вместо увеличения уровня тока яркость обычно увеличивается за счет объединения нескольких светодиодов в одной лампочке.Решение проблемы снижения эффективности означает, что для бытовых светодиодных ламп потребуется меньше светодиодов, что значительно снизит затраты.

Исследователи из Лаборатории военно-морских исследований США нашли способ уменьшить падение эффективности. Они обнаружили, что спад возникает из-за безызлучательной оже-рекомбинации инжектированных носителей. Они создали квантовые ямы с мягким ограничивающим потенциалом, чтобы уменьшить безызлучательные оже-процессы.

Исследователи из Тайваньского национального центрального университета и Epistar Corp. разрабатывают способ уменьшения падения эффективности за счет использования керамических подложек из нитрида алюминия (AlN), которые обладают большей теплопроводностью, чем коммерчески используемый сапфир.Более высокая теплопроводность снижает эффект самонагрева.

Срок службы и отказ

Твердотельные устройства, такие как светодиоды, подвержены очень ограниченному износу при работе при малых токах и при низких температурах. Типичный срок службы составляет от 25 000 до 100 000 часов, но параметры нагрева и тока могут значительно увеличить или сократить это время.

Наиболее частым признаком выхода из строя светодиодов (и диодных лазеров) является постепенное снижение светоотдачи и снижение эффективности.Внезапные сбои, хотя и редкие, тоже могут произойти. Первые красные светодиоды отличались коротким сроком службы. С развитием мощных светодиодов устройства подвергаются более высоким температурам перехода и более высокой плотности тока, чем традиционные устройства. Это вызывает нагрузку на материал и может вызвать преждевременное ухудшение светоотдачи. Для количественной классификации полезного срока службы стандартизованным образом было предложено использовать L70 или L50, которые представляют собой время работы (обычно указывается в тысячах часов), при котором данный светодиод достигает 70% и 50% исходной светоотдачи, соответственно.

Характеристики светодиода

зависят от температуры. Большинство производителей публикуют рейтинги светодиодов для рабочей температуры 25 ° C (77 ° F). Светодиоды, используемые на открытом воздухе, такие как светофоры или сигнальные огни на тротуаре, и которые используются в климатических условиях, где температура внутри осветительной арматуры становится очень высокой, может привести к низкой интенсивности сигнала или даже к отказу.

Поскольку эффективность светодиодов обратно пропорциональна рабочей температуре, светодиодная технология хорошо подходит для освещения морозильных камер супермаркетов.[68] [69] [70] Поскольку светодиоды выделяют меньше тепла, чем лампы накаливания, их использование в морозильных камерах также может снизить затраты на охлаждение. Однако они могут быть более восприимчивыми к морозу и снегу, чем лампы накаливания, поэтому некоторые системы светодиодного освещения были разработаны с дополнительной схемой нагрева. Кроме того, в ходе исследований были разработаны технологии теплоотвода, которые будут передавать тепло, выделяемое в соединении, в соответствующие области осветительной арматуры.

Цвета и материалы

Обычные светодиоды изготавливаются из различных неорганических полупроводниковых материалов.В следующей таблице показаны доступные цвета с диапазоном длин волн, падением напряжения и материалом:



Синие светодиоды

Синий и ультрафиолетовый

Первый сине-фиолетовый светодиод с использованием нитрида галлия, легированного магнием, был создан в Стэнфордском университете в 1972 году Хербом Маруской и Уолли Райнсом, докторантами в области материаловедения и инженерии. В то время Маруска был в отпуске из RCA Laboratories, где он сотрудничал с Жаком Панковым в соответствующей работе.В 1971 году, через год после отъезда Маруски в Стэнфорд, его коллеги из RCA Панков и Эд Миллер продемонстрировали первую синюю электролюминесценцию от легированного цинком нитрида галлия, хотя последующее устройство Pankove и
Миллер построил первый настоящий светодиод из нитрида галлия, излучающий зеленый свет.

В 1974 году Патентное бюро США выдало профессору Маруски, Рейнса и Стэнфорда Дэвиду Стивенсону патент на их работу в 1972 году (патент США US3819974 A), и сегодня легирование нитрида галлия магнием по-прежнему является основой для всех коммерческих синих светодиодов и лазерных диодов. .Эти устройства, построенные в начале 1970-х годов, имели слишком мало светового потока, чтобы их можно было использовать на практике, и исследования устройств из нитрида галлия замедлились. В августе 1989 года Cree представила первый коммерчески доступный
синий светодиод на основе непрямозонного полупроводника, карбида кремния (SiC). [84] SiC-светодиоды имели очень низкий КПД, не более 0,03%, но излучали в синей части спектра видимого света.

В конце 1980-х ключевые достижения в области эпитаксиального роста GaN и легирования p-типа положили начало современной эре оптоэлектронных устройств на основе GaN.Основываясь на этом фундаменте, Теодор Мустакас из Бостонского университета запатентовал метод производства синих светодиодов высокой яркости с использованием нового двухэтапного процесса [86]. Два года спустя, в 1993 году, Синие светодиоды высокой яркости были снова продемонстрированы Сюдзи Накамура из Nichia Corporation с использованием процесса выращивания нитрида галлия, аналогичного процессу Мустакаса [87]. И Мустакасу, и Накамуре были выданы отдельные патенты, что запутало вопрос о том, кто был первоначальным изобретателем (отчасти потому, что, хотя Мустакас изобрел свой первый, Накамура подал первым).[необходима цитата] Эта новая разработка произвела революцию в светодиодном освещении, сделав практичные источники синего света высокой мощности, что привело к разработке
такие технологии, как Blu-ray, а также позволяют создавать яркие экраны с высоким разрешением современных планшетов и телефонов.

Накамура был удостоен Премии тысячелетия в области технологий 2006 года за свое изобретение. Накамура, Хироши Амано и Исаму Акасаки были удостоены Нобелевской премии по физике в 2014 году за изобретение синего светодиода. [89] [90] [91] В 2015 году суд США постановил, что три компании (т.е. истцы, которые ранее не урегулировали дела во внесудебном порядке), которые лицензировали патенты Накамуры на производство в Соединенных Штатах, нарушили предыдущий патент Мустакаса и обязали их уплатить лицензионные сборы в размере не менее 13 миллионов долларов США.

К концу 1990-х годов стали широко доступны синие светодиоды. У них есть активная область, состоящая из одной или нескольких квантовых ям InGaN, зажатых между более толстыми слоями GaN, называемыми слоями оболочки. Изменяя относительную долю In / Ga в квантовых ямах InGaN, теоретически можно изменять световое излучение от фиолетового до янтарного.Нитрид алюминия-галлия (AlGaN) с различным содержанием Al / Ga
фракция может быть использована для изготовления слоев оболочки и квантовых ям для ультрафиолетовых светодиодов, но эти устройства еще не достигли уровня эффективности и технологической зрелости сине-зеленых устройств InGaN / GaN. Если в этом случае для формирования активных слоев квантовых ям используется нелегированный GaN, устройство будет излучать свет, близкий к ультрафиолетовому, с максимальной длиной волны около 365 нм. Зеленые светодиоды, изготовленные из системы InGaN / GaN, намного эффективнее и ярче, чем зеленые светодиоды, произведенные из систем без нитридных материалов, но практичные устройства
по-прежнему демонстрируют слишком низкую эффективность для приложений с высокой яркостью.[необходима ссылка]
С нитридами, содержащими алюминий, чаще всего AlGaN и AlGaInN, достигаются даже более короткие длины волн. На рынке становятся доступны ультрафиолетовые светодиоды с различными длинами волн. Излучатели ближнего УФ-диапазона с длинами волн около 375–395 нм уже дешевы и часто встречаются, например, в качестве замены лампы черного света для проверки водяных знаков УФ-излучения, защищающих от подделки, в некоторых документах и ​​бумажных деньгах. Коротковолновые диоды, а
существенно более дорогие, коммерчески доступны для длин волн до 240 нм.

Поскольку светочувствительность микроорганизмов приблизительно соответствует спектру поглощения ДНК, с пиком около 260 нм, в перспективных устройствах для дезинфекции и стерилизации следует ожидать УФ-светодиода, излучающего на длине волны 250–270 нм. Недавние исследования показали, что имеющиеся в продаже светодиоды UVA (365 нм) уже являются эффективными устройствами для дезинфекции и стерилизации.

длин волн УФ-С были получены в лабораториях с использованием нитрида алюминия (210 нм), [76] нитрида бора (215 нм) [74] [75] и алмаза (235 нм).[73]

RGB

RGB-SMD-светодиод

Светодиоды

RGB состоят из одного красного, одного зеленого и одного синего светодиода. Путем независимой настройки каждого из трех светодиодов RGB можно получить широкую цветовую гамму. Однако, в отличие от светодиодов с выделенными цветами, они, очевидно, не производят чистых длин волн. Более того, такие коммерчески доступные модули часто не оптимизированы для плавного смешения цветов.

Белый

Существует два основных способа производства белых светодиодов (WLED), светодиодов, которые излучают белый свет высокой интенсивности.Один из них - использовать отдельные светодиоды, которые излучают три основных цвета - красный, зеленый и синий, - а затем смешивать все цвета для образования белого света. Другой - использовать люминофор для преобразования монохроматического света синего или ультрафиолетового светодиода в широкий спектр белого света, почти так же, как работает люминесцентная лампа. Важно отметить, что «белизна» излучаемого света, по сути, разработана для соответствия человеческому глазу, и в зависимости от ситуации не всегда может быть уместным думать о нем как о белом свете.

Существует три основных метода смешивания цветов для получения белого света от светодиода:
* Синий светодиод + зеленый светодиод + красный светодиод (смешение цветов; может использоваться как подсветка для
отображает)
* Ближний УФ- или УФ-светодиод + люминофор RGB (светодиод, излучающий свет с длиной волны
короче синего используется для возбуждения люминофора RGB)
* Синий светодиод + желтый люминофор (два дополнительных цвета объединяются, образуя белый свет;
более эффективен, чем первые два метода и используется чаще) [96]
Из-за метамерии могут быть совершенно разные спектры, которые кажутся белыми.Однако
Внешний вид объектов, освещаемых этим светом, может изменяться в зависимости от спектра.

Системы RGB

Комбинированные спектральные кривые для синих, желто-зеленых и красных твердотельных полупроводниковых светодиодов высокой яркости. Ширина спектральной полосы на полувысоте составляет примерно 24–27 нм для всех трех цветов.

RGB светодиод

Белый свет может быть получен путем смешивания разноцветных огней; наиболее распространенный метод - использовать красный, зеленый и синий (RGB).Следовательно, этот метод называется многоцветными белыми светодиодами (иногда их называют светодиодами RGB). Потому что им нужны электронные схемы для управления смешиванием и диффузией разных цветов, и потому что отдельные цветные светодиоды обычно имеют немного разные диаграммы излучения (что приводит к изменению цвета в зависимости от направления), даже если они
сделаны как единое целое, они редко используются для получения белого освещения. Тем не менее, этот метод имеет множество применений из-за гибкости смешивания разных цветов, и, в принципе, этот механизм также имеет более высокую квантовую эффективность при получении белого света.

Существует несколько типов многоцветных белых светодиодов: ди-, трех- и тетрахроматические белые светодиоды. Несколько ключевых факторов, которые влияют на эти различные методы, включают стабильность цвета, способность цветопередачи и световую отдачу. Часто более высокая эффективность будет означать более низкую цветопередачу, представляя компромисс между световой эффективностью и цветопередачей. Например, дихроматические белые светодиоды имеют лучшую светоотдачу (120 лм / Вт), но самую низкую способность к цветопередаче.Однако, хотя тетрахроматические белые светодиоды обладают отличной цветопередачей, они часто имеют низкую светоотдачу. Между ними находятся белые трехцветные светодиоды, обладающие как хорошей светоотдачей (> 70 лм / Вт), так и хорошей цветопередачей.

Одна из задач - разработка более эффективных зеленых светодиодов. Теоретический максимум для зеленых светодиодов составляет 683 люмен на ватт, но по состоянию на 2010 год несколько зеленых светодиодов превышают даже 100 люмен на ватт. Синий и красный светодиоды приближаются к своим теоретическим пределам.

Многоцветные светодиоды предлагают не просто еще одно средство формирования белого света, но и новое средство формирования света разных цветов. Наиболее различимые цвета можно получить, смешав разное количество трех основных цветов. Это позволяет точно контролировать динамический цвет. Поскольку все больше усилий уделяется исследованию этого метода, многоцветные светодиоды должны иметь огромное влияние на основной метод, который мы используем для получения и управления цветом света. Однако, прежде чем этот тип светодиодов сможет появиться на рынке, необходимо решить несколько технических проблем.К ним относится то, что мощность излучения этого типа светодиодов экспоненциально спадает с повышением температуры, что приводит к существенному изменению стабильности цвета. Такие проблемы препятствуют промышленному использованию и могут препятствовать его использованию.

Таким образом, было предложено много новых дизайнов корпусов, направленных на решение этой проблемы, и их результаты теперь воспроизводятся исследователями и учеными.

Регулирование яркости с коррелированной цветовой температурой (CCT) для светодиодной технологии считается сложной задачей, поскольку эффекты биннинга, возраста и температурного дрейфа светодиодов изменяют фактическое выходное значение цвета.

Системы контура обратной связи

используются, например, с датчиками цвета для активного мониторинга и управления выводом цвета нескольких светодиодов смешивания цветов.

Светодиоды на основе люминофора

Спектр белого светодиода, показывающий синий свет, непосредственно излучаемый светодиодом на основе GaN (пик около 465 нм), и более широкополосный свет со сдвигом Стокса, излучаемый люминофором Ce3 +: YAG, который излучает примерно на 500–700 нм

Этот метод включает покрытие одноцветных светодиодов (в основном синие светодиоды из InGaN) люминофором разных цветов для формирования белого света; Полученные светодиоды называются белыми светодиодами на основе люминофора или преобразованными люминофором (pcLED).Часть синего света претерпевает стоксов сдвиг, преобразуясь от более коротких волн к более длинным. В зависимости от цвета исходного светодиода могут использоваться люминофоры разных цветов. Если несколько слоев люминофора
применяются различные цвета, излучаемый спектр расширяется, эффективно повышая значение индекса цветопередачи (CRI) данного светодиода.

Спектр белого светодиода, показывающий синий свет, непосредственно излучаемый светодиодом на основе GaN (пик около 465 нм), и более широкополосный свет со сдвигом Стокса, излучаемый люминофором Ce 3+ : YAG, который излучает примерно при 500–500 ° C. 700 нм

Потери эффективности светодиода на основе люминофора связаны с потерями тепла из-за стоксова сдвига, а также с другими проблемами деградации, связанными с люминофором.Их световая отдача по сравнению с обычными светодиодами зависит от спектрального распределения результирующего светового потока и исходной длины волны самого светодиода. Например, световая отдача обычного белого светодиода на основе желтого люминофора YAG в 3-5 раз превышает световую отдачу оригинального синего светодиода из-за
человеческий глаз более чувствителен к желтому, чем к синему (смоделировано в функции яркости).

Из-за простоты изготовления люминофорный метод до сих пор остается самым популярным методом изготовления белых светодиодов высокой интенсивности.Разработка и производство источника света или осветительной арматуры с использованием монохромного излучателя с люминофорным преобразованием проще и дешевле, чем сложная система RGB, и большинство высокоинтенсивных белых светодиодов, представленных в настоящее время на рынке, производятся с использованием преобразования люминофорного света.

Среди проблем, стоящих перед повышением эффективности источников белого света на основе светодиодов, является разработка более эффективных люминофоров. По состоянию на 2010 г. наиболее эффективным желтым люминофором по-прежнему является люминофор YAG с потерями на стоксовом сдвиге менее 10%.Потери, связанные с внутренними оптическими потерями из-за повторного поглощения в светодиодном чипе и в самой светодиодной упаковке, составляют
обычно еще от 10% до 30% потери эффективности. В настоящее время в области разработки люминофорных светодиодов много усилий затрачивается на оптимизацию этих устройств для повышения светоотдачи и рабочих температур. Например, эффективность может быть повышена за счет адаптации лучшей конструкции корпуса или использования более подходящего типа люминофора. Процесс конформного покрытия часто используется для решения проблемы различной толщины люминофора.

Некоторые белые светодиоды на основе люминофора инкапсулируют синие светодиоды InGaN внутри эпоксидной смолы с люминофорным покрытием. В качестве альтернативы, светодиод может быть соединен с удаленным люминофором, предварительно отформованным элементом из поликарбоната, покрытым люминофорным материалом. Удаленные люминофоры обеспечивают более рассеянный свет, что желательно для многих приложений. Конструкции выносного люминофора также более терпимы к изменениям в
спектр излучения светодиодов. Обычным материалом желтого люминофора является иттрий-алюминиевый гранат, легированный церием (Ce3 +: YAG).

Белые светодиоды также могут быть изготовлены путем покрытия светодиодов, близких к ультрафиолетовому (NUV), смесью высокоэффективных люминофоров на основе европия, которые излучают красный и синий, а также сульфида цинка, легированного медью и алюминием (ZnS: Cu, Al), который излучает зеленый. Это метод, аналогичный тому, как работают люминесцентные лампы. Этот метод менее эффективен, чем синие светодиоды с люминофором YAG: Ce, поскольку стоксов сдвиг больше, поэтому больше энергии преобразуется в тепло, но дает свет с лучшим спектральным диапазоном
характеристики, которые лучше передают цвет.Из-за большей мощности излучения ультрафиолетовых светодиодов, чем синих, оба метода обеспечивают сопоставимую яркость.

Беспокоит то, что УФ-свет может просачиваться из-за неисправного источника света и причинять вред человеческим глазам или коже.

Другие светодиоды белого цвета

Другой метод, используемый для создания экспериментальных светодиодов белого света, не использовал люминофор вообще и был основан на гомоэпитаксиально выращенном селениде цинка (ZnSe) на подложке из ZnSe, который одновременно излучал синий свет из своей активной области и желтый свет из подложки.

Пластины нового типа, состоящие из нитрида галлия на кремнии (GaN-on-Si), используются для производства белых светодиодов с использованием кремниевых пластин диаметром 200 мм. Это позволяет избежать использования типичной дорогостоящей сапфировой подложки при относительно небольших размерах пластин 100 или 150 мм. Сапфировый прибор должен быть соединен с зеркальным коллектором, чтобы отражать свет, который в противном случае был бы напрасным. Прогнозируется, что к 2020 году 40% всех светодиодов на основе GaN будут изготавливаться из GaN-на-Si. Изготовление большого сапфира затруднено, тогда как большой кремний дешевле и в большем количестве.

светодиодных компаний, переходящих с сапфира на кремний, требуют минимальных инвестиций.

Светодиоды органические (OLED)




Оранжевый светодиод

В органическом светоизлучающем диоде (OLED) электролюминесцентный материал, составляющий излучающий слой диода, представляет собой органическое соединение. Органический материал является электропроводным из-за делокализации пи-электронов, вызванной сопряжением всей или части молекулы, и поэтому материал функционирует как органический полупроводник.Органические материалы могут быть небольшими органическими молекулами в кристаллической фазе или полимерами.

Потенциальные преимущества OLED включают тонкие недорогие дисплеи с низким напряжением питания, широким углом обзора, а также высокой контрастностью и цветовой гаммой. Полимерные светодиоды имеют дополнительное преимущество в виде гибких дисплеев с возможностью печати. OLED-светодиоды использовались для создания визуальных дисплеев для портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, цифровые камеры и MP3-плееры, в то время как возможные будущие применения включают освещение и телевизоры.

Светодиоды на квантовых точках

Квантовые точки (КТ) представляют собой полупроводниковые нанокристаллы, обладающие уникальной оптической способностью
характеристики. Их цвет излучения можно регулировать от видимого до инфракрасного спектра. Это позволяет светодиодам с квантовыми точками создавать практически любой цвет на диаграмме CIE. Это обеспечивает больше вариантов цвета и лучшую цветопередачу, чем белые светодиоды, поскольку спектр излучения намного уже, что характерно для состояний с квантовыми ограничениями. Существует два типа схем возбуждения квантовых точек.Один использует фотовозбуждение с помощью светодиода первичного источника света (обычно используются синие или ультрафиолетовые светодиоды). Другой - прямое электрическое возбуждение, впервые продемонстрированное Alivisatos et al.

Одним из примеров схемы фотовозбуждения является метод, разработанный Майклом Бауэрсом из Университета Вандербильта в Нэшвилле, включающий покрытие синего светодиода квантовыми точками, которые светятся белым в ответ на синий свет светодиода. Этот метод излучает теплый желтовато-белый свет, похожий на свет от ламп накаливания.Квантовые точки также рассматриваются для использования в белых светодиодах в телевизорах с жидкокристаллическими дисплеями (ЖКД).

В феврале 2011 года ученые PlasmaChem GmbH смогли синтезировать квантовые точки для светодиодных приложений и построить на их основе преобразователь света, который мог эффективно преобразовывать свет из синего в любой другой цвет в течение многих сотен часов. Такие КТ могут использоваться для излучения видимого или ближнего инфракрасного света любой длины волны, возбуждаемого светом с более короткой длиной волны.

Структура QD-светодиодов, используемых для схемы электрического возбуждения, аналогична базовой конструкции OLED. Слой квантовых точек зажат между слоями материалов, переносящих электроны и дырки. Приложенное электрическое поле заставляет электроны и дырки перемещаться в слой квантовых точек и рекомбинировать, образуя экситон, который возбуждает квантовую точку. Эта схема обычно изучается для отображения квантовых точек. Возможность настройки длин волн излучения и узкая полоса пропускания также полезны в качестве источников возбуждения для флуоресцентной визуализации.Была продемонстрирована флуоресцентная сканирующая оптическая микроскопия в ближнем поле (NSOM) с использованием встроенного QD-LED.

В феврале 2008 года с помощью нанокристаллов была достигнута световая отдача 300 люмен видимого света на ватт излучения (а не на электрический ватт) и излучение теплого света.

Типы



светодиода выпускаются самых разных форм и размеров. Цвет пластиковой линзы часто совпадает с фактическим цветом излучаемого света, но не всегда.Например, фиолетовый пластик часто используется для инфракрасных светодиодов, а большинство синих устройств имеют бесцветные корпуса. Современные мощные светодиоды, такие как те, которые используются для освещения и подсветки, обычно используются в технологии поверхностного монтажа
(SMT) пакеты (не показаны).

Основными типами светодиодов являются миниатюрные высокомощные устройства и специальные конструкции, такие как буквенно-цифровые или многоцветные.

Миниатюра

Фотография миниатюрных светодиодов для поверхностного монтажа самых распространенных размеров. Они могут быть намного меньше традиционных 5-миллиметровых ламповых светодиодов, которые показаны в верхнем левом углу.

Очень маленький (1,6x1,6x0,35 мм) красный, зеленый и синий миниатюрный светодиодный корпус для поверхностного монтажа с деталями для соединения золотых проводов.

В основном это одинарные светодиоды, используемые в качестве индикаторов, и они бывают разных размеров от 2 мм до 8 мм, в корпусах для сквозных отверстий и для поверхностного монтажа. Обычно в них не используется отдельный радиатор. Типичный номинальный ток колеблется от 1 мА до более 20 мА. Небольшой размер устанавливает естественную верхнюю границу энергопотребления из-за тепла, вызванного высокой плотностью тока и необходимостью радиатора.Часто используется в виде гирлянд, используемых в светодиодных лентах.

Распространенные формы упаковки включают круглую, с куполообразной или плоской вершиной, прямоугольную с плоской вершиной (как используется в гистограммах) и треугольную или квадратную с плоской вершиной. Инкапсуляция также может быть прозрачной или тонированной для улучшения контрастности и угла обзора.

Исследователи из Вашингтонского университета изобрели самый тонкий светодиод. Он изготовлен из двухмерных (2-D) гибких материалов. Его толщина составляет три атома, что в 10-20 раз тоньше трехмерных (3-D) светодиодов, а также в 10 000 раз меньше толщины человеческого волоса.Эти двухмерные светодиоды сделают возможным создание меньшего размера, более энергоэффективного освещения, оптической связи и нано-лазеров.

Есть три основных категории миниатюрных одинарных светодиодов:

Слаботочный

Обычно рассчитан на 2 мА при 2 В (потребление примерно 4 мВт)
Стандарт
Светодиоды 20 мА (в диапазоне от примерно 40 мВт до 90 мВт) на отметке:
* От 1,9 до 2,1 В для красного, оранжевого, желтого и традиционного зеленого
* 3.От 0 до 3,4 В для чистого зеленого и синего
* От 2,9 до 4,2 В для фиолетового, розового, пурпурного и белого

Сверхвысокая мощность

20 мА при примерно 2 или 4–5 В, предназначен для просмотра под прямыми солнечными лучами
Светодиоды 5 В и 12 В представляют собой обычные миниатюрные светодиоды, которые включают в себя подходящий последовательный резистор для
прямое подключение к источнику питания 5 В или 12 В.

Мощный

Мощные светодиоды на базе светодиодной звезды (Luxeon, Lumileds)

См. Также: твердотельное освещение, светодиодные лампы и управление температурой мощных светодиодов

Мощные светодиоды (HP-светодиоды) или светодиоды с высокой выходной мощностью (HO-светодиоды) могут работать при токах от сотен мА до более чем одного ампера, по сравнению с десятками мА для других светодиодов.Некоторые из них могут излучать более тысячи люмен. Достигнута плотность мощности светодиодов до 300 Вт / см2. Поскольку перегрев разрушителен, светодиоды HP должны быть установлены на радиаторе, чтобы обеспечить отвод тепла. Если не удалить тепло от HP-LED, устройство выйдет из строя в считанные секунды. Один HP-LED часто может заменить лампу накаливания в фонарике или быть установлен в массив, чтобы сформировать мощную светодиодную лампу.

Некоторыми хорошо известными светодиодами HP в этой категории являются Nichia 19 series, Lumileds Rebel Led, Osram Opto Semiconductors Golden Dragon и Cree X-lamp.По состоянию на сентябрь 2009 года некоторые светодиоды HP, производимые Cree, теперь превышают 105 лм / Вт.

Примерами закона Хейтца, который предсказывает экспоненциальный рост светоотдачи и эффективности светодиодов с течением времени, являются светодиоды серии CREE XP-G, которые достигли 105 лм / Вт в 2009 году, и серия Nichia 19 с типичной эффективностью 140 лм / W, выпущен в 2010 году.

Привод переменного тока

Компания Seoul Semiconductor разработала светодиоды

, которые могут работать от сети переменного тока без преобразователя постоянного тока. Для каждого полупериода часть светодиода излучает свет, а часть темная, и в течение следующего полупериода это меняется на противоположное.Эффективность этого типа HP-LED обычно составляет 40 лм / Вт. Большое количество последовательно соединенных светодиодных элементов может работать непосредственно от сетевого напряжения. В 2009 году Seoul Semiconductor выпустила высоковольтный светодиод постоянного тока под названием Acrich MJT,
. может работать от сети переменного тока с помощью простой схемы управления. Низкое энергопотребление этих светодиодов дает им большую гибкость, чем оригинальная конструкция светодиодов переменного тока.

Варианты применения

Мигает - мигающие светодиоды используются в качестве индикаторов, привлекающих внимание, без использования внешней электроники.Мигающие светодиоды напоминают стандартные светодиоды, но они содержат встроенную схему мультивибратора, которая заставляет светодиод мигать с типичным периодом в одну секунду. В светодиодах с рассеянными линзами эта цепь видна в виде маленькой черной точки. Большинство мигающих светодиодов излучают свет одного цвета, но более сложные устройства могут мигать между несколькими цветами и даже плавно переходить в цветовую последовательность, используя смешение цветов RGB.

Bi-color - Двухцветные светодиоды содержат два разных светодиодных излучателя в одном корпусе. Их бывает два типа.Один тип состоит из двух матриц, подключенных к одним и тем же двум выводам антипараллельно друг другу. Ток в одном направлении излучает один цвет, а ток в противоположном направлении излучает другой цвет. Другой тип состоит из двух матриц с отдельными выводами для обоих матриц и другого вывода для общего анода или катода, так что ими можно управлять независимо.

Трехцветный - Трехцветные светодиоды содержат три разных светодиодных излучателя в одном корпусе. Каждый эмиттер подключается к отдельному проводу, поэтому им можно управлять независимо.Типичная схема с четырьмя выводами с одним общим выводом (анодом или катодом) и дополнительным выводом для каждого цвета.

RGB - светодиоды RGB - это трехцветные светодиоды с красным, зеленым и синим излучателями, обычно использующие четырехпроводное соединение с одним общим выводом (анодом или катодом). Эти светодиоды могут иметь как общие положительные, так и отрицательные выводы. Однако у других есть только два вывода (положительный и отрицательный) и встроенный крошечный электронный блок управления.

Декоративно-многоцветные - Декоративно-многоцветные светодиоды включают в себя несколько излучателей разного цвета, которые питаются только двумя выводами.Цвета переключаются внутри, изменяя напряжение питания.

Буквенно-цифровые - буквенно-цифровые светодиоды доступны в семисегментном, звездообразном и точечно-матричном форматах. Семисегментные дисплеи обрабатывают все числа и ограниченный набор букв. Дисплеи Starburst могут отображать все буквы. В точечно-матричных дисплеях обычно используется размер 5x7 пикселей на символ. Семисегментные светодиодные дисплеи
широко использовались в 1970-х и 1980-х годах, но растущее использование жидкокристаллических дисплеев с их более низким потреблением энергии и большей гибкостью дисплеев привело к снижению популярности цифровых и буквенно-цифровых светодиодных дисплеев.

Светодиоды

Digital-RGB -Digital-RGB - это светодиоды RGB, содержащие собственную «интеллектуальную» управляющую электронику. Помимо питания и заземления, они обеспечивают соединения для ввода и вывода данных, а иногда и для тактового или стробирующего сигнала. Они подключены в гирляндную цепочку, данные первого светодиода поступают от
. микропроцессор, который может управлять яркостью и цветом каждого светодиода независимо от других. Они используются там, где требуется сочетание максимального контроля и минимума видимой электроники, такой как рождественские струны и светодиодные матрицы.Некоторые даже имеют частоту обновления в диапазоне кГц, что позволяет использовать базовые видеоприложения.

Нить накала - Светодиодная нить накала состоит из нескольких светодиодных чипов, соединенных последовательно на общей продольной подложке, которые образуют тонкий стержень, напоминающий традиционную нить накаливания. Они используются в качестве недорогой декоративной альтернативы традиционным лампочкам, которые во многих странах постепенно прекращаются. Нити накаливания требуют достаточно высокого напряжения для освещения до номинальной яркости,
позволяя им эффективно и просто работать с сетевым напряжением.Часто простой выпрямитель и ограничение емкостного тока используются для создания недорогой замены традиционной лампочки без сложности создания низковольтного сильноточного преобразователя, который требуется для светодиодов с одной матрицей [130]. Обычно они упаковываются в герметичный корпус, по форме напоминающий лампы, для замены которых они были разработаны (например, колба), и заполнены инертным азотом или диоксидом углерода
газ для эффективного отвода тепла.

Что такое светоизлучающий диод (LED) | Строительство светодиода | Принцип работы светодиода

Светодиод - это двухпроводной полупроводниковый источник света.Лишь в 1962 году Ник Холониак придумал идею светодиода, и он работал в электроэнергетической компании. Светодиод - это особый тип диода с такими же электрическими характеристиками, что и диод с фазовым переходом.

Позволяет току двигаться в проводе и предотвращает прохождение тока в обратном направлении. Светодиод занимает небольшую площадь менее 1 мм 2. Светодиоды используются во всех схемах песни

.

В этой статье мы увидим, что такое светодиод, какова его конструкция, каков его принцип работы, для чего он используется и многое другое о светодиодах в этой статье.

Читайте также: Что такое варакторный диод | Символ | Строительство | Рабочая | Характеристики | Применение варакторного диода

Что такое светоизлучающий диод?

Светодиод - это тип диода с p n переходом, который работает по принципу электророзетки. Материал, называемый электро-яркостью, используется для преобразования электрической энергии в световую энергию, которая позже помогает в распространении световой энергии. Когда свет излучается в переднем смещении, он называется светодиодом.

Конструкция светодиода:

В светодиодах обычно используются арсенид галлия (GAS), фосфид галлия (GAP) или фосфид арсенида галлия (GASP). В конструкции светодиода можно использовать любой из вышеперечисленных материалов, но цвет освещаемого света меняется при смене материала.

В таблице ниже вы можете увидеть название материала, соответствующий цвет излучаемого света.

МАТЕРИАЛЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ЦВЕТ

ПЕРЕДНЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ (В ВОЛЬТАХ)

GaP

зеленый / красный 2.2
GaAsP желтый

2,2

GaAsP

Красный 1,8
GaN Белый

4,1

GaN

Синий 5,0

AllnGaP

Янтарь

2,1

AllnGaP желтый

2.1

Как работает светоизлучающий диод?

Led - это не что иное, как светодиод, который мы знаем как форму диода. Когда диод находится на стороне прямого смещения, электроны быстро движутся в дырочном переходе и непрерывно соединяются.

Таким образом, он делает весь атом более стабильным и выделяет немного энергии в виде небольшого светового пакета или фотона.

Как видно из рисунка, кремний N-типа красного цвета и содержит электроны, как показано черными кружками.Кремний P-типа имеет синий цвет и имеет отверстия, как показано белыми кружками. Источник питания p-n-перехода смещает диод вперед и переводит электроны из n-типа в p-тип. Продвигая отверстия в обратном направлении.

Электроны и дырки соединены на стыке. Фотоны закрываются, так как электроны и дырки меняются местами.

Также читайте: Названия и функции уличных / уличных фонарей

Принцип работы светодиода:

Принцип работы светодиода основан на квантовом принципе. Согласно квантовой теории, электроны перемещаются с уровней с высокой энергией на уровни с низкой энергией. Когда энергия высвобождается из фотона, расстояние между двумя уровнями энергии фотона одинаково

Если диод с PN-переходом находится в прямом смещении, ток течет через диод. Протекание тока в полупроводниках происходит из-за двух токов в противоположном направлении тока и потока электронов в направлении тока.

Следовательно, будет происходить рекомбинация из-за потока этих носителей заряда.Рекомбинация указывает на то, что электроны в зоне проводимости прыгают ниже валентной зоны. Когда электроны прыгают из одной полосы в другую, электроны излучают электромагнитную энергию в виде фотонов, а энергия фотона равна запрещенному интервалу энергии.

Также читайте: Повышающий трансформатор | Строительство | Работа и ее приложения

Применение светодиодов: Светоизлучающие диоды

имеют много применений, но некоторые из них следующие:

  • Светодиоды используются в бытовых светодиодных лампах.
  • Светодиодная жидкость
  • используется в качестве промышленного светильника.
  • Дороги используются в уличных фонарях и светофорах.
  • Используется как дисплей на мобильном телефоне.
  • Используется в цифровых часах и калькуляторах.

Преимущества светодиода:

Преимущества светодиодов следующие:

1. Диапазон температур: Его рабочий диапазон находится в широком диапазоне 0 0 C -70 0 C.

2 . Время переключения: Время переключения светодиода составляет порядка 1 нс. Таким образом, они полезны в динамических операциях, где используется большое количество массивов.

3 . Низкое энергопотребление: Он потребляет очень мало энергии и может работать даже при низкой мощности.

4. Лучшее управление: Мощность излучения светодиода зависит от протекающего через него тока. Таким образом, интенсивность света светодиода можно легко контролировать.

5 . Экономичен и надежен: светодиоды дешевы по цене и обладают высокой степенью надежности.

6 . Небольшой размер и портативность: Они небольшие по размеру и могут быть сложены вместе, образуя буквенно-цифровой дисплей.

Недостатки светодиода:

Недостатки светодиода следующие:

1. Перенапряжение или перегрузка по току: Существует вероятность потери мощности, когда мощность превышает определенный предел.То же самое возможно даже при низкой мощности.

2 . Перегрев из-за мощности излучения: Нагревается с чрезмерным увеличением мощности излучения. Это может повредить светодиод.

Понравился пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение -

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *