Принцип работы светодиода кратко. Принцип работы светодиода: устройство и особенности светоизлучающих диодов

Как устроен светодиод и на каком принципе он работает. Какие существуют типы светодиодов. В чем преимущества и недостатки светодиодных источников света. Где применяются светодиоды в современной технике.

Что такое светодиод и как он устроен

Светодиод (светоизлучающий диод, LED) — это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении через него электрического тока. Основными компонентами светодиода являются:

• Полупроводниковый кристалл (чип)
• Корпус с контактными выводами
• Оптическая система (линза)
• Теплоотвод

Принцип работы светодиода основан на явлении электролюминесценции — испускании света веществом под воздействием электрического тока. При подаче напряжения на p-n переход полупроводникового кристалла происходит инжекция носителей заряда, которые, рекомбинируя, излучают фотоны света.

Как работает светодиод: физические основы

Рассмотрим подробнее физические процессы, происходящие в светодиоде при его работе:

1. При подаче прямого напряжения электроны из n-области инжектируются в p-область.
2. В p-области происходит рекомбинация электронов и дырок.
3. При рекомбинации выделяется энергия в виде фотонов света.
4. Длина волны излучаемого света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника.
5. Оптическая система фокусирует излучение и формирует заданную диаграмму направленности.

Таким образом, светодиод напрямую преобразует электрическую энергию в световую, что обеспечивает его высокую эффективность по сравнению с другими источниками света.

Основные типы и виды светодиодов

Существует несколько основных типов светодиодов, различающихся по конструкции и назначению:

• Индикаторные — маломощные светодиоды для световой индикации
• Осветительные — мощные светодиоды белого света для освещения
• SMD-светодиоды — для поверхностного монтажа на печатные платы
• COB-светодиоды — матрицы светодиодных чипов в одном корпусе
• Светодиодные лампы — готовые осветительные приборы на основе светодиодов

По цвету свечения выделяют одноцветные, RGB и RGBW светодиоды. Также светодиоды различаются по мощности, световому потоку, цветовой температуре и другим параметрам.

Преимущества и недостатки светодиодов

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

• Высокая энергоэффективность (до 150 лм/Вт)
• Длительный срок службы (до 100 000 часов)
• Экологичность (отсутствие ртути и других вредных веществ)
• Механическая прочность и надежность
• Малые размеры и вес
• Низкое тепловыделение
• Мгновенное включение
• Возможность управления яркостью и цветом

К недостаткам светодиодов можно отнести:

• Относительно высокую стоимость
• Необходимость использования драйверов питания
• Чувствительность к перегреву
• Неравномерный спектр белых светодиодов

Однако преимущества светодиодов значительно перевешивают их недостатки, что обусловило их широкое распространение.

Применение светодиодов в различных областях

Благодаря своим уникальным свойствам светодиоды нашли применение во многих сферах:

• Общее и декоративное освещение помещений и улиц
• Автомобильная светотехника (фары, габаритные огни, стоп-сигналы)
• Бытовая электроника (индикаторы, подсветка дисплеев)
• Рекламные вывески и информационные табло
• Архитектурная и ландшафтная подсветка
• Медицинское и промышленное оборудование
• Системы машинного зрения

Сфера применения светодиодов постоянно расширяется по мере совершенствования технологии и снижения их стоимости.

История изобретения и развития светодиодов

Разработка светодиодов прошла несколько ключевых этапов:

• 1907 г. — открытие явления электролюминесценции
• 1962 г. — создание первого красного светодиода видимого диапазона
• 1970-е гг. — появление зеленых и желтых светодиодов
• 1990-е гг. — разработка синих светодиодов на основе нитрида галлия
• Начало 2000-х — создание белых светодиодов и начало их массового производства

В настоящее время технология светодиодов продолжает активно развиваться, повышается их эффективность и расширяются области применения.

Особенности производства светодиодов

Производство светодиодов — сложный высокотехнологичный процесс, включающий следующие основные этапы:

1. Выращивание полупроводниковых кристаллов методом эпитаксии
2. Формирование p-n перехода путем легирования
3. Нанесение контактных площадок и разделение на чипы
4. Монтаж кристалла в корпус и разварка выводов
5. Нанесение люминофора (для белых светодиодов)
6. Герметизация и установка оптической системы
7. Тестирование и сортировка готовых светодиодов

Для производства используется сложное технологическое оборудование и чистые помещения. Ключевую роль играет контроль качества на всех этапах.

Перспективы развития светодиодных технологий

Основные направления совершенствования светодиодов включают:

• Повышение энергоэффективности (до 200-250 лм/Вт)
• Улучшение качества света и цветопередачи
• Снижение стоимости производства
• Создание гибких и прозрачных светодиодов
• Разработка органических светодиодов (OLED)
• Интеграция с системами управления освещением

Ожидается, что в ближайшие годы светодиоды практически полностью вытеснят традиционные источники света в большинстве сфер применения.

Принцип работы светодиода

Светодиод или светодиодная лампа представляет собой электронное устройство размером с половину спички. Предназначен светодиод, как обычная электрическая лампочка, для освещения окружающего пространства в тёмное время суток и в недоступных для света местах. Как работает светодиод и по какому принципу он устроен, пойдёт речь дальше в этой статье.

По определению, электрический ток – это направленный поток электронов. Принцип работы светодиода заключается в том, что при пропускании через полупроводник прямого электрического тока, часть электронов выскакивает на p-n переходе из потока на одной пластине светодиода, сталкивается с электронами другой пластины, выбивает их со своих ячеек, вследствие чего образуются, говоря научным языком, «дырки». Из-за хаотичного движения электронов и их сталкивания друг с другом, выделяется энергия и появляется свечение.

Светодиод

В начале изобретения светодиода свечение было только синего цвета, но по мере того, как развивалась и совершенствовалась технология массового производства светодиодов, инженерам-электроникам удалось получить все имеющиеся цвета светового спектра. Важный принцип при использовании светодиодных ламп — это тот факт, что данное микроскопическое устройство освещает окружающее пространство намного лучше ламп накаливания, люминесцентных и галогенных ламп всеми цветами радуги без использования громоздких светофильтров и при этом светодиоды никогда не перегорают.

Почему светодиоды пользуются большим спросом в использовании их как осветительные приборы в местах с ограниченным пространством – всем понятно, поскольку другие источники света просто не пройдут по габаритам.

В этом их кардинальное отличие от электроламп накаливания, люминесцентных и газоразрядных ламп. При пропускании через светодиод электрического тока данный полупроводниковый прибор излучает некогерентное или «холодное» излучение. Для совершенствования работы светодиодных ламп применяют новейшие технологии получения полупроводников из наращивания кристаллов камня сапфира. При этих работах используются точнейшие способы резки камня и его шлифовки. Таким же способом подготавливаются пластины нитрида галлия. Внутрь помещают проводники для прохождения электрического тока и собирают устройство.

Светодиодная лампа

Работа светодиода не сопровождается ни шумом, ни выделением тепла. В наши дни научились изготавливать светодиодные лампы различной мощности, формы и цвета.

Конструкция и типаж светодиода постоянно улучшается. По мере развития технологий промышленного производства светодиодов, появления новых надёжных материалов и сплавов, их производство и внедрение в различные сферы потребления развивается и совершенствуется.

Преимущества светодиодов перед другими видами ламп очевидны и неоспоримы:

1. Дают холодное свечение. Не нагревают имеющиеся рядом электроприборы.
2. Имеют малые габариты, компактные и лёгкие. Не бьются при транспортировке и при падении с высоты. Не перегорают.
3. Не нуждаются в использовании громоздких светофильтров и защитных колпаков. Могут работать и освещать улицы под дождём и под градом.
4. Имеют красивый дизайн и малые габариты.
5. Длительный период эксплуатации. Могут работать на протяжении 20 и более лет.
6. Низкое энергопотребление – в 10 раз меньше обычной лампы накаливания.
7. Экологически безвредны. Не имеют внутри газов и ртутных паров.
8. Пожаро и взрывобезопасны.

Основной недостаток – высокая стоимость. Цена 1 люмена свечения светодиода в 10 раз выше ламп накаливания, почему светодиодные лампы не могут пока их вытеснить.

Своё применение светодиоды находят в самых широких областях промышленности. Многие самолёты ТУ-134 и ТУ-154 оснащены светодиодными устройствами, они устанавливаются на морских судах и подводных лодках. Особенно широко светодиоды используются на рекламных вывесках, баннерах, для праздничных иллюминаций, ночного освещения домов, подъездов. Недавно японская корпорация «Мазда» продемонстрировала свои разработки легкового автомобиля с задними фонарями, где использован принцип светодиода. Существуют светодиодные фары головного света для автомобилей, плафоны для паркового освещения, подсветки натяжных потолков в интерьерах квартир и домов. Принцип работы светодиодных ламп развивается, совершенствуется и в скором будущем данное устройство заменит привычную лампу накаливания и вытеснит её навсегда!

Источники света

Искусственные источники света — технические устройства различной конструкции, преобразовывающие энергию в световое излучение. В источниках света используется в основном электроэнергия, но так же иногда применяется химическая энергия и другие способы генерации света (например, триболюминесценция, радиолюминесценция, биолюминесценция и др.).

Источники света, наиболее часто применяемые для искусственного освещения, делят на три группы — газоразрядные лампы, лампы накаливания и светодиоды. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити. В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.

В системах производственного освещения предпочтение отдается газоразрядным лампам. Использование ламп накаливания допускается в случае невозможности или экономической нецелесообразности применения газоразрядных.

Основные характеристики источников света:

·         номинальное напряжение питающей сети U, B;

·         электрическая мощность W, Вт;

·         световой поток Ф, лм;

·         световая отдача (отношение светового потока лампы к ее мощности) лм/Вт;

·         срок службы t, ч;

·         Цветовая температура Tc, К.

Лампы накаливания

Лампа накаливания — источник света, в котором преобразование электрической энергии в световую происходит в результате накаливания электрическим током тугоплавкого проводника (вольфрамовой нити). Эти приборы предназначаются для бытового, местного и специального освещения. Последние, как правило, отличаются внешним видом — цветом и формой колбы. Коэффициент полезного действия (КПД) ламп накаливания составляет около 5-10%, такая доля потребляемой электроэнергии преобразуется в видимый свет, а основная ее часть превращается в тепло. Любые лампы накаливания состоят из одинаковых основных элементов. Но их размеры, форма и размещение могут сильно отличаться, поэтому различные конструкции не похожи друг на друга и имеют разные характеристики.

Существуют лампы, колбы которых наполнены криптоном или аргоном. Криптоновые обычно имеют форму «грибка». Они меньше по размеру, но обеспечивают больший (примерно на 10%) световой поток по сравнению с аргоновыми. Лампы с шаровой колбой предназначены для светильников, служащих декоративными элементами; с колбой в форме трубки — для подсветки зеркал в стенных шкафах, ванных комнатах и т. д. Лампы накаливания имеют световую отдачу от 7 до 17 лм/Вт и срок службы около 1000 часов. Они относятся к источникам света с теплой тональностью, поэтому создают погрешности при передаче сине-голубых, желтых и красных тонов. В интерьере, где требования к цветопередаче достаточно высоки, лучше использовать другие типы ламп. Также не рекомендуется применять лампы накаливания для освещения больших площадей и для создания освещенности, превышающей уровень 1000 Лк, так как при этом выделяется много тепла и помещение «перегревается».

Несмотря на эти ограничения, такие приборы все еще остаются классическим и излюбленным источникам света.

Галогенные лампы накаливания

 Лампы накаливания со временем теряют яркость, и происходит это по простой причине: испаряющийся с нити накаливания вольфрам осаждается в виде темного налета на внутренних стенках колбы. Современные галогенные лампы не имеют этого недостатка благодаря добавлению в газ-наполнитель галогенных элементов (йода или брома).

Лампы бывают двух форм: трубчатые — c длинной спиралью, расположенной по оси кварцевой трубки, и капсульные — с компактным телом накала.

 Цоколи малогабаритных бытовых галогенных ламп могут быть резьбовыми (тип Е), которые подходят к обычным патронам, и штифтовые (тип G), которые требуют патронов другого типа.

 Световая отдача галогенных ламп составляет 14-30 лм/Вт. Они относятся к источникам с теплой тональностью, но спектр их излучения ближе к спектру белого света, чем у ламп накаливания. Благодаря этому прекрасно «передаются» цвета мебели и интерьера в теплой и нейтральной гамме, а также цвет лица человека.

 Галогенные лампы применяются повсюду. Лампы, имеющие цилиндрическую или свечеобразную колбу и рассчитанные на сетевое напряжение 220В, можно использовать вместо обычных ламп накаливания. Зеркальные лампы, рассчитанные на низкое напряжение, практически незаменимы при акцентированном освещении картин, а также жилых помещений.

Люминесцентные лампы

 Люминесцентные лампы (ЛЛ) — разрядные лампы низкого давления — представляют собой цилиндрическую трубку с электродами, в которую закачаны пары ртути. Эти лампы значительно меньше расходуют электроэнергию, чем лампы накаливания или даже галогенные лампы, а служат намного дольше (срок службы до 20 000 часов). Благодаря экономичности и долговечности эти лампы стали самыми распространенными источниками света. В странах с мягким климатом люминесцентные лампы широко применяются в наружном освещении городов. В холодных районах их распространению мешает падение светового потока при низких температурах. Принцип их действия основан на свечении люминофора, нанесенного на стенки колбы. Электрическое поле между электродами лампы заставляет пары ртути выделять невидимое ультрафиолетовое излучение, а люминофор преобразует это излучение в видимый свет. Подбирая сорт люминофора, можно изменять цветовую окраску испускаемого света.

Разрядные лампы высокого давления

 Принцип действия разрядных ламп высокого давления — свечение наполнителя в разрядной трубке под действием дуговых электрических разрядов.

Два основных разряда высокого давления, применяемых в лампах — ртутный и натриевый. Оба дают достаточно узкополосное излучение: ртутный — в голубой области спектра, натрий — в желтой, поэтому цветопередача ртутных (Ra=40-60) и особенно натриевых ламп (Ra=20-40) оставляет желать лучшего. Добавление внутрь разрядной трубки ртутной лампы галогенидов различных металлов позволило создать новый класс источников света — металлогалогенные лампы (МГЛ), отличающиеся очень широким спектром излучения и прекрасными параметрами: высокая световая отдача (до 100 Лм/Вт), хорошая и отличная цветопередача Ra=80-98, широкий диапазон цветовых температур от 3000 К до 20000К, средний срок службы около 15 000 часов. МГЛ успешно применяются в архитектурном, ландшафтном, техническом и спортивном освещении. Еще более широко применяются натриевые лампы. На сегодняшний день это один самых экономичных источников света благодаря высокой светоотдаче (до 150 Лм/Вт), большому сроку службы и демократичной цене. Огромное количество натриевых ламп используется для освещения автомобильных дорог. В Москве натриевые лампы часто из экономии используются для освещения пешеходных пространств, что не всегда уместно из-за проблем с цветопередачей.

Светодиоды

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Специально выращенные кристаллы дают минимальное потребление электроэнергии. Великолепные характеристики светодиодов (световая отдача до 120 Лм/Вт, цветопередача Ra=80-85, срок службы до 100 000 часов) уже обеспечили лидерство в светосигнальной аппаратуре, автомобильной и авиационной технике.

Светодиоды применяются в качестве индикаторов (индикатор включения на панели прибора, буквенно-цифровое табло). В больших уличных экранах и в бегущих строках применяется массив (кластер) светодиодов. Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях и прожекторах. Так же они применяются в качестве подсветки жидкокристаллических экранов. Последние поколения этих источников света можно встретить в архитектурном и интерьерном освещении, а так же в бытовом и коммерческом.

 

Преимущества:

·         Высокий КПД.

·         Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).

·         Длительный срок службы.

·         Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и передачи данных это — достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет только лазер.

·         Малый угол излучения — также может быть как достоинством, так и недостатком.

·         Безопасность — не требуются высокие напряжения.

·         Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

·         Отсутствие ядовитых составляющих (ртуть и др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.

·         Недостаток — высокая цена.

·         Срок службы: среднее время полной выработки для светодиодов составляет 100000 часов, это в 100 раз больше ресурса лампочки накаливания.

светодиодов | Что такое светодиод | Светоизлучающий диод

следующий → ← предыдущая Светодиод или светоизлучающий диод представляет собой источник света. Он излучает свет, когда через него проходит ток. Концепция светодиода основана на полупроводниковом устройстве, в котором дырки и электроны рекомбинируют, производя энергию в виде фотонов. Символ светодиода показан ниже: Потребность в светоизлучающих материалах обусловлена ​​потребностью в длине волны излучения. Светодиоды используются в различных приложениях, таких как декоративное освещение, схемы дистанционного управления и т. д. Здесь мы обсудим изобретение светодиода, цветной светодиод, типы светодиодов, преимущества, и т.д. Здесь мы обсудим следующие темы: Работа светодиода Компоненты светодиода Компоненты светодиодной лампы Изобретение светодиода Цветной светодиод Применение светодиода Отличия Преимущества и недостатки светодиода Работа светодиода С точки зрения электроники светодиод определяется как диод с p-n переходом и энергетической щелью в диапазоне, необходимом для получения видимого света. Полупроводник состоит из p-перехода, n-перехода и нейтральной области между ними. В p-переходе основными носителями являются дырки (положительно заряженные), а в n-переходе основные носители электроны (отрицательно заряженные). Он показан ниже: Давайте обсудим работу светодиода. Рабочий Когда на диод с p-n переходом подается достаточное прямое напряжение, большая его часть несет достаточно энергии для прохождения через нейтральную область. Эти электроны рекомбинируют с другими дырками основного носителя. Рекомбинация выглядит как переход частицы из состояния с высокой энергией в состояние с низкой энергией. Таким образом, он производит электромагнитное излучение. Каждый раз, когда электрон рекомбинирует с дыркой, электростатическая потенциальная энергия преобразуется в электромагнитную энергию. Высвобождаемая энергия находится в форме фотонов, как показано ниже: Здесь важную роль играет прямое напряжение смещения. Электростатическая энергия, приложенная к электронам и дыркам, должна быть в пределах энергетической щели, чтобы произвести желаемое излучение. Большинство светоизлучающих диодов работают при низком напряжении от 1 до 4 В. Он потребляет ток от 10 мА до 40 мА. Рассмотрим следующую структуру светодиода: Ширина запрещенной зоны Ширина запрещенной зоны определяется как разность энергий между верхом валентной зоны и дном зоны проводимости. Прямая ширина запрещенной зоны — это ширина запрещенной зоны, необходимая для того, чтобы светодиод излучал излучение. Фотоны испускаются при рекомбинации, потому что во время рекомбинации нет передачи импульса. Всякий раз, когда есть какая-то вибрация передачи импульса, мы получаем фонон вместо фотона. Более низкая ширина запрещенной зоны от 0,1 до 1,8 эВ требуется для инфракрасного и дальнего инфракрасного излучения, тогда как большая ширина запрещенной зоны около 2 эВ требуется для получения видимого излучения. Трудно легировать материалы с высокой шириной запрещенной зоны, потому что такие материалы имеют высокую температуру плавления. Следовательно, светодиоды имеют ширину запрещенной зоны около 1,6 или 1,8 эВ. Компоненты светодиода Резистор последовательно соединен со светодиодом для предотвращения чрезмерного тока. Это концепция, которая используется в большинстве проектов, чтобы предотвратить ее разрушение. Компоненты светодиода перечислены ниже: Линза Линза светодиода используется для равномерного распределения света. Светодиодный чип Светодиодный чип представляет собой небольшой желтый элемент, излучающий свет. Он прикреплен к куску металла. Отражающая полость Отражающая полость — это поверхностная полость, обеспечивающая направление света. Он сводит свет, чтобы сохранить его яркость. Плоская кромка Плоский край светодиода предотвращает скручивание выводов. Ток проходит через провод, который заставляет светодиод светиться. Поэтому очень важно не допускать перекручивания проводов. Проволочное соединение Проволочное соединение является важной частью светодиода, соединяющей светодиодные чипы. Он также обеспечивает электрическое соединение между выводной рамкой и светоизлучающими чипами. Полупроводниковый диод Полупроводниковый диод представляет собой материал с p-n переходом, который покрыт примесями. Примеси возбуждают электрон, который заставляет светодиод светиться. Способность светодиодов сильно легироваться является одним из важных факторов их широкого применения. Материал, используемый для изготовления светодиодов, и ширина запрещенной зоны определяют излучение, которое они могут излучать. Например, GaAs (галлий-мышьяк) используется в качестве материала для инфракрасного излучения. Два провода или клеммы Светодиод имеет две клеммы, называемые катодной (отрицательной) и анодной (положительной). Анод — это более длинный вывод, а катод — более короткий вывод светодиода. Компоненты маленького светодиода сильно отличаются от компонентов светодиодной лампы. Светодиодные лампы могут работать как при низком, так и при высоком напряжении. Чем выше мощность или напряжение, тем выше будет яркость светодиодной лампы. Компоненты светодиодной лампы Давайте обсудим компоненты светодиодной лампы. Линза Линза в светодиоде используется для равномерного распределения света. Иногда в качестве внешней линзы светодиода используется пластик, чтобы предотвратить его повреждение. Радиатор и металл Это кусок металла, к которому крепится светодиод. Он обеспечивает путь для передачи тепла от светодиода к другим элементам. Светодиодный чип Светодиодный чип представляет собой небольшой желтый элемент, излучающий свет. Он прикреплен к куску металла. Тепло проходит через цепь, а затем остывает, что называется радиатором. Чип присутствует на печатной плате. Для нескольких светодиодов используются несколько микросхем. Драйвер Печатная плата подает сигналы светодиоду на изменение цвета, включение, выключение и т. д. Драйвер получает энергию от розетки. Он также защищает устройство от любых колебаний тока или напряжения. Цоколь Светодиодные лампы бывают с цоколем различной конструкции. Он присутствует в нижней части светодиода. Корпус Для работы светодиода требуется соединение с корпусом. Как правило, это пластиковый корпус с алюминиевым покрытием. При прикосновении он может быть немного горячим, но не слишком горячим, как флуоресцентное освещение. Изобретение светодиода В 1907 году Генри Джозеф Раунд (один из первых исследователей радио) и Гульельмо Маркони (изобретатель радио) открыли явление люминесценции, когда они работали с карбидом кремния (полупроводником, состоящим из углерода и кремния). ) и детектор кошачьих ходунков (электронный компонент, используемый в радиоприемниках). Х. Дж. Раунд также был помощником Гульельмо Маркони. В 1927 году русский ученый и изобретатель по имени Олег Владимирович Лосев впервые исследовал и предложил первую теорию светодиодов. В 1955 году американский физик и педагог по имени Рубин Браунштейн сообщил, что такие материалы, как арсенид галлия (GaAs ) и другие сплавы полупроводника, могут излучать инфракрасное излучение. Он также сообщил о других материалах, ответственных за инфракрасное излучение, таких как фосфид индия (InP ) и антимонид галлия (GaSb ). В 1962, американский педагог и инженер по имени Ник Холонояк-младший проиллюстрировал первый светодиод видимого спектра красного цвета. В декабре американский инженер-электрик по имени Джордж Крафорд изобрел первый светоизлучающий диод (LED) желтого цвета. В 1976 году P Pearsall изобрел первый светодиод, обладающий высокой эффективностью и высокой яркостью. В то время были представлены полупроводниковые материалы, которые подходили для оптоволоконной связи. Цветной светодиод Светодиоды доступны в различных цветах. Давайте обсудим различные цветные светодиоды и концепцию их цветных огней. Изменение концентрации люминофоров может вызвать изменение цветовой температуры. Люминофор определяется как вещество, присутствующее на полупроводниковом кристалле, используемое для проявления свойства люминесценции. Люминофор отвечает за цветные огни в светодиоде. Существует около 16 миллионов оттенков светодиодов. Итак, давайте обсудим разноцветные огни и концепцию их цветного освещения. Белый светодиод Белый свет может формироваться двумя способами. Один из способов состоит в том, чтобы создать три цветных огня (красный, зеленый и синий) и скомбинировать их. Другой способ называется флуоресценцией и определяется как процесс, при котором люминофорное покрытие преобразует один цветной свет в другой цветной свет. Например, синий свет в белый свет. Синий светодиод Флуоресцентное химическое вещество, присутствующее в колбе, используется для преобразования белого света в синий. Химическое вещество называется Нитрид галлия . Синий светодиод считается лучшим светом, обладающим антибактериальными свойствами. Красный светодиод Материал, используемый для красных светодиодов, называется арсенид-фосфор галлия ( GaAsP ). Это полупроводниковый материал. Зеленый светодиод Некоторые производители используют люминофор на синем свете, чтобы преобразовать его в зеленый свет. Люминофорные материалы используются для преобразования высокоэнергетического спектра в низкоэнергетический. Светодиод RGB Светодиод RGB (красный, зеленый и синий) представляет собой комбинацию светодиодов трех основных цветов. Остальные цвета образуются только из этих трех основных цветов. Яркость и интенсивность этих трех цветов можно изменить, чтобы получить другой цвет. Светодиод, меняющий цвет Много раз мы видели одно и то же светодиодное освещение разных цветов, одно за другим. Такие светодиоды в основном используются в декоративных целях. Мы должны быть сбиты с толку тем, как один источник света может отображать разные цвета. Ответ заключается в разных материалах, которые излучают фотоны с разной длиной волны. Эти фотоны выглядят как цветные огни. Много раз мы видели одно и то же светодиодное освещение разных цветов, одно за другим. Такие светодиоды в основном используются в декоративных целях. Мы должны быть сбиты с толку тем, как один источник света может отображать разные цвета. Ответ заключается в разных материалах, которые излучают фотоны с разной длиной волны. Эти фотоны выглядят как цветные огни. В некоторых светодиодах используются разные материалы, излучающие фотоны с разной длиной волны, что проявляется в виде окрашенного света. Все цвета генерируются из трех основных цветов: красного, синего и зеленого. Давайте разберемся на примере. Светодиод желтого цвета Две длины волны света объединяются для получения другого цвета. Желтый цвет представляет собой сочетание зеленого и красного цветов. Увеличение количества красного цвета сформирует оранжевый цвет. Количество цветов изменяется путем изменения их интенсивности. Применение светодиодов Мы обсудили компоненты и различные цвета светодиода. Давайте обсудим различные области применения светодиодов. Декоративный светильник Светодиоды или многоцветные светодиоды используются в качестве декоративных светильников с двумя питающими проводами, которые могут быть вставлены в качестве выключателя при подаче напряжения на двухпроводной провод, разные светодиоды загораются. Фонари Светодиоды широко используются в качестве фонарей в домашнем хозяйстве, промышленности и т.д. Также присутствует на лобных касках горняков. Работа таких фонарей не требует внешнего питания. Эти фонарики включают в себя аккумуляторные элементы, которые обеспечивают энергию светодиода для освещения. Мы можем легко зарядить эти фонарики. Сигналы светофора Светодиоды бывают трех основных цветов: красного, желтого и зеленого. Это идеальный цвет для светофора. Такие светодиодные цветные фонари не требуют линзы для фильтрации цветов. Это потому, что цвета точны для использования на светофорах. Медицинские устройства Светодиоды используются в различных медицинских устройствах, которые используются для лечения различных медицинских проблем, таких как уход за кожей, кератоз, заживление ран, лечение зубов и т. д. Автомобильные фары Светодиоды используются в качестве фар в различных автомобильных устройствах, таких как автомобили, велосипеды, грузовики и т. д. Это связано с направленной способностью светодиодов, которая рассеивает свет в одном направлении. Он также обеспечивает лучший дизайн, повышенную безопасность и высокую светоотдачу. Вспышки для камер В смартфонах и камерах используются светодиодные вспышки для улучшения качества фотографий даже в условиях низкой освещенности. Это означает, что светодиодные вспышки работают как искусственный свет. Светодиоды в качестве вспышек предпочтительнее других источников света из-за низкого энергопотребления, более мягкого и лучшего освещения. Визуальный контроль Автоматический визуальный контроль в промышленности требует постоянного и яркого освещения. Следовательно, в таких приложениях предпочтение отдается светодиодам. Многие сканеры используют красные светодиоды для сканирования штрих-кода, а не лазеры. Светодиоды представляют собой компактный и надежный источник энергии для большинства промышленных применений. Оптоволоконная связь Излучатель света в оптоволокне является неотъемлемой частью системы. Два типа светодиодов, используемых в оптическом волокне, называются светодиодами с поверхностным излучением и светодиодами с краевым излучением. Светодиоды преобразуют электрическую энергию в световую энергию, передаваемую между двумя концами оптического волокна. Передача данных Использование светодиодов может обеспечить высокую скорость передачи данных. По этой причине был введен VLC. VLC или Visible Light Communication — это тип передачи данных, в котором для связи используется видимый свет. Он заменил использование полосы радиочастот для передачи данных. Различия Давайте обсудим некоторые различия между светодиодными, люминесцентными и лампами накаливания. Светодиоды и люминесцентные лампы Первоначально люминесцентные лампы использовались как элемент освещения. В настоящее время светодиоды заменили использование люминесцентного света в различных областях применения, от домашних хозяйств до промышленности. Давайте обсудим некоторые различия между светодиодными и люминесцентными лампами. . Категория Светодиодные фонари Люминесцентные лампы Энергия, необходимая для производства света Электроэнергия Тепловая энергия Потребляемая мощность Меньше Больше, чем светодиод Жизнь Длиннее Короче Технология внутри LED — это полупроводниковая технология Люминесцентный состоит из инертного газа внутри стеклянного корпуса Стоимость Дороже, чем люминесцентные лампы Дешевле, чем светодиоды Эффективность На 50 % эффективнее люминесцентных ламп. Менее эффективен, чем светодиоды. УФ-лучи Не производит УФ (ультрафиолетовых) лучей. Излучает очень мало УФ-лучей. Светодиоды и лампы накаливания Здесь мы обсудим некоторые различия между светодиодными лампами и лампами накаливания: Светодиод Для светодиода Светодиоды Категория Светодиодные фонари Лампы накаливания Тип фонаря Диодный фонарь Лампа накаливания Энергопотребление потребляет на 75% меньше энергии, чем лампы накаливания. Потребляет больше энергии. Световой поток требуется мощность от 11 до 12 Вт для светового потока. Лампа накаливания требует мощности около 50 Вт для того же светового потока. Количество лампочек на 25 000 часов работы 1 Около 21 Инертный газ или вакуум В светодиоде отсутствует инертный газ или вакуум. Лампы накаливания состоят из инертного газа или вакуума, который находится внутри полупрозрачного стеклянного колпака. Направленный ориентированы в одном направлении. Лампы накаливания всенаправленные. Энергоэффективность Отлично Бедный Преимущества и недостатки светодиодов по сравнению с другими источниками света Давайте обсудим некоторые преимущества и недостатки светодиодов по сравнению с другими источниками света: Преимущества Размеры Светодиоды бывают разных размеров, от маленьких до больших. Маленькие светодиоды можно легко прикрепить к печатной плате. Здесь PCB означает печатную плату. Большие светодиоды используются в домашнем хозяйстве, промышленности и т. д. Низкое энергопотребление Светоизлучающие диоды потребляют примерно на 75% меньше энергии, чем люминесцентные лампы и лампы накаливания. Это потому, что светодиоды состоят из диодных ламп, а другие лампы состоят из света накаливания. Диодный свет намного эффективнее ламп накаливания. Разные цвета Светодиоды могут излучать свет разных цветов без использования цветовых фильтров. Наиболее распространенный цвет используемых светодиодов — мягкий белый и яркий белый свет. Увеличенный срок службы Срок службы светодиода может составлять до десяти лет, в зависимости от условий и использования. Это долговечный продукт, срок службы которого в 50 раз больше, чем у ламп накаливания, и в десять раз больше, чем у люминесцентных ламп. Менее подвержен повреждениям 9Светодиоды 0071 — это полупроводниковые устройства, которые в меньшей степени подвержены повреждению при любом внешнем ударе. Высокая интенсивность Светодиоды имеют более высокую интенсивность, чем другие типы ламп, такие как люминесцентные, галогенные и лампы накаливания. Чем выше ток или напряжение, проходящее через схему светодиода, тем выше будет яркость светодиода. Резистор, включенный последовательно со светодиодом, используется для предотвращения большого тока светодиода. Направленный Направленный означает, что светодиод излучает свет в одном направлении; Лампы накаливания и люминесцентные источники света излучают свет во всех направлениях. Единая или определенная направленность светодиода позволяет экономить энергию и свет. Охлаждающий эффект Светодиод не излучает тепло. Это увеличивает охлаждающую нагрузку внутри светодиода. Повышенная безопасность Повышенная безопасность светодиодов является одним из существенных преимуществ. Все источники света излучают тепло, которое иногда может быть опасным. Светодиоды могут эффективно работать при низком напряжении. Он не излучает прямого тепла или каких-либо загрязняющих излучений. Следовательно, безопасно использовать светодиод в домашнем хозяйстве или проектах. Различные формы Светодиоды бывают разных форм. Мы можем выбрать светодиод в соответствии с нашими требованиями. Эффективность Эффективность светодиода намного выше, чем у ламп накаливания и люминесцентных ламп. Размер, цвет и форма не влияют на эффективность светодиода. Мгновенное освещение Светодиод загорается с полной яркостью сразу после включения питания. В то же время другим источникам света требуется больше времени, чтобы загореться с максимальной яркостью. Надежность Светодиоды намного надежнее других типов источников света. Светодиоды могут выдерживать вибрации, колебания, а также могут работать при более низких температурах. Это связано с отсутствием в светодиоде хрупких деталей и нити накала. Недостатки Высокая стоимость Светодиод имеет высокую стоимость по сравнению с другими типами источников света. Но в последние годы наблюдается постоянное падение цен. Следовательно, светодиоды заменили использование компактных люминесцентных ламп и ламп накаливания. Зимние эффекты Светодиод не выделяет тепла по сравнению с другими источниками света. Светодиодные фонари, используемые в качестве сигнальных огней, не рассеивают туман или снег, что может привести к несчастным случаям из-за невидимости этих фонарей. Чувствительность к температуре Чрезмерное использование светодиодов при высокой температуре окружающей среды может привести к отказу. Для решения таких проблем требуется радиатор. Теплоотвод определяется как процесс передачи избыточного тепла механического или электронного устройства воздуху или хладагенту (жидкости). Он отводит лишнее тепло от устройства, тем самым поддерживая его температуру. Воздействие на живую природу Некоторые светодиоды интенсивного синего и белого цветов могут мешать движениям черепах по суше при использовании вблизи люков. Следующая темаPAM (управление привилегированным доступом) ← предыдущая следующий →

Что такое светоизлучающий диод (LED)? Объясните принцип его работы и укажите фактор, от которого зависит цвет излучаемого им света.

Дата последнего обновления: 25 января 2023 г.

•

Всего просмотров: 189.4k

•

Просмотров сегодня: 1.84k

Ответить

Проверено

189.4k+ просмотров

Подсказка: В светодиоде происходит рекомбинация носителей заряда. Когда цветной свет излучается с определенной длиной волны спектра, когда светодиод смещен в прямом направлении. Длина волны излучаемого света имеет свой цвет в зависимости от энергетической щели.

Полный пошаговый ответ:
Светоизлучающий диод (LED) представляет собой диод с прямосмещенным p-n переходом, который излучает видимый свет при подаче питания. Работа светодиодов основана на явлении электролюминесценции. Цвет излучаемого света зависит от используемого полупроводникового материала.
Когда светоизлучающие диоды смещены в прямом направлении, электроны из материала n-типа пересекают p-n-переход и рекомбинируют с дырками в материале p-типа. Эти свободные электроны находятся в зоне проводимости и на более высоком энергетическом уровне, чем дырки в валентной зоне. Рекомбинация электронов высвобождает энергию в виде тепла и света. В германиевых и кремниевых диодах почти вся энергия отдается в виде тепла, а излучаемый свет находится в ИК-диапазоне. Но в таких материалах, как арсенид, фосфат галлия, испускается количество фотонов световой энергии, достаточное для получения интенсивного видимого света.
Символ светодиода показан на рис.

ВАХ светодиода аналогичны характеристикам кремниевого или германиевого переходного диода. Но пороговые напряжения гораздо выше. Обратное напряжение пробоя светодиода очень низкое (около 5В).
Длина волны излучаемого света и, следовательно, его цвет зависят от ширины запрещенной зоны материалов, образующих p-n переход. Обычный диод, обычно сделанный из SI или Ge, излучает невидимое дальнее ИК-излучение. Но материалы, используемые для светодиодов, имеют ширину запрещенной зоны, соответствующую видимому свету.
Длина волны излучаемого света,$\lambda = \dfrac{{hc}}{{{E_g}}}$
Где, ${E_g}$ — энергетическая щель материалов, образующих p-n переход, h — постоянная Планка, с — скорость света. Доступны светодиоды видимого диапазона
различных цветов. Энергетический диапазон видимой области составляет от 1,8 до 2,8 эВ. следовательно, можно использовать материалы с запрещенной зоной в этом диапазоне.