Светодиоды что это. Светодиоды: принцип работы, устройство и применение в современном освещении

Что такое светодиод и как он работает. Какие преимущества имеют светодиоды перед другими источниками света. Где применяются светодиоды в современном мире. Как устроены современные светодиодные лампы.

Что такое светодиод и как он устроен

Светодиод (LED — Light Emitting Diode) — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Основными компонентами светодиода являются:

• Полупроводниковый кристалл
• Подложка, на которой размещен кристалл
• Корпус с контактными выводами
• Оптическая система для формирования светового потока

Сердцем светодиода является полупроводниковый кристалл с p-n-переходом. Именно в области этого перехода при прохождении электрического тока происходит преобразование электрической энергии в световую.

Принцип работы светодиода

Как работает светодиод? Принцип его действия основан на явлении электролюминесценции:

1. При подаче напряжения на p-n-переход электроны из n-области переходят в p-область
2. Происходит рекомбинация электронов и дырок в области p-n-перехода
3. При рекомбинации выделяется энергия в виде фотонов — квантов света
4. Длина волны (цвет) излучения зависит от материала полупроводника

Чем больший ток проходит через светодиод, тем ярче он светит. Однако ток нельзя увеличивать бесконечно из-за риска перегрева и выхода диода из строя.

Преимущества светодиодов перед другими источниками света

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

• Высокая энергоэффективность — до 150 лм/Вт
• Длительный срок службы — до 100 000 часов
• Механическая прочность и надежность
• Экологичность — не содержат ртути
• Низкое тепловыделение
• Мгновенное включение на полную яркость
• Возможность регулировки яркости
• Компактные размеры

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

Виды и типы современных светодиодов

В настоящее время существует несколько основных типов светодиодов:

DIP-светодиоды

Классические светодиоды в пластиковом корпусе. Применяются для индикации и подсветки. Мощность до 0,5 Вт.

SMD-светодиоды

Светодиоды поверхностного монтажа. Компактны, экономичны, широко используются в современных светильниках. Мощность от 0,1 до 3 Вт.

COB-светодиоды

Светодиодные матрицы высокой плотности на одной подложке. Обеспечивают высокую яркость и равномерность света. Мощность от 10 до 100 Вт и более.

Мощные светодиоды

Одиночные светодиоды высокой мощности (1-100 Вт) для прожекторов и промышленного освещения. Требуют эффективного теплоотвода.

Применение светодиодов в современном мире

Сферы применения светодиодов постоянно расширяются благодаря их уникальным свойствам:

• Бытовое и офисное освещение
• Уличное и архитектурное освещение
• Автомобильные фары и сигнальные огни
• Экраны и дисплеи
• Декоративная подсветка
• Сигнальные устройства
• Медицинское оборудование
• Растениеводство

Особенно перспективно использование светодиодов в системах «умного» освещения с возможностью удаленного управления яркостью и цветом.

Как устроены современные светодиодные лампы

Светодиодная лампа — это сложное электронное устройство, состоящее из нескольких основных компонентов:

1. Светодиодные излучатели (чипы)
2. Драйвер (источник питания) для преобразования переменного тока в постоянный
3. Радиатор для отвода тепла
4. Оптическая система (линзы, отражатели)
5. Цоколь для подключения к патрону

Качество и долговечность светодиодной лампы во многом зависят от правильного подбора и согласования всех этих компонентов.

Технологии получения белого света в светодиодах

Существует несколько способов получения белого света с помощью светодиодов:

RGB-технология

Смешение излучения красного, зеленого и синего светодиодов. Позволяет получать любые оттенки, но имеет сложную систему управления.

Люминофорная технология

Синий светодиод покрывается слоем желтого люминофора. Часть синего излучения преобразуется в желтый свет, в сумме получается белый. Наиболее распространенный метод.

Удаленный люминофор

Люминофор наносится не на сам светодиод, а на отдельную пластину. Позволяет получить более равномерный белый свет.

Выбор технологии зависит от требований к цветопередаче, эффективности и стоимости светодиодного устройства.

Перспективы развития светодиодных технологий

Светодиодные технологии продолжают активно развиваться. Основные направления развития включают:

• Повышение световой отдачи до 200-250 лм/Вт
• Улучшение цветопередачи
• Снижение стоимости производства
• Создание гибких и прозрачных светодиодов
• Разработка органических светодиодов (OLED)
• Интеграция светодиодов в «умные» системы освещения

Эксперты прогнозируют, что к 2030 году светодиоды займут до 90% рынка источников света. Это позволит существенно снизить энергопотребление систем освещения во всем мире.

Светодиоды. Устройство, технологии изготовления, параметры и свойства. Достоинства и недостатки

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. По-английски светодиод называется light emitting diode, или LED

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.

Так как светодиод является полупроводниковым прибором, то при включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод («минус»), а другой — анод («плюс»).

Светодиод состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного светодиода серии Luxeon, выпускаемой компанией Lumileds, схематически изображена на рисунке.

Принцип работы светодиода заключается в следующем: свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче. Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя

Светодиод хорош тем, что в нём, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5-10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

Плох светодиод только одним — ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближайшие 2-3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

Социальные кнопки для Joomla

COB LED: что это такое, характеристики и параметры светодиодной лампы

24.07.2021

Технология COB LED — одна из последних инноваций в сфере светодиодного освещения. Многие годы инженеры искали способ увеличить светоотдачу широко применяемых SMD-диодов и одновременно уменьшить размеры осветительных приборов. Отказавшись от наращивания мощности каждого отдельного полупроводника, разработчики приняли решение разместить все кристаллы в одной оболочке без использования корпуса. Метод получил название Chip On Board (COB), что дословно значит «чип на плате».

Что такое COB-светодиод

LED-устройства данного типа представляют собой матрицу, на которой установлено большое количество кристаллов без индивидуальных корпусов. Полупроводники располагаются близко друг к другу, имеют последовательное соединение и находятся под общим слоем люминофора. Благодаря большой концентрации кристаллов (до 70 шт./1 см2) COB-светодиод создает излучение высокой оптической плотности. Отсутствие дополнительных оболочек обеспечивает высокую яркость и уменьшает рассеивание света.

Параметры и характеристики

COB-светодиод имеет форму модуля размером от 1 до 15 см. Матрица бывает круглой, овальной, квадратной и прямоугольной, что позволяет успешно интегрировать ее в осветительные приборы разных типов. Рабочие характеристики светодиодов СОВ определяются такими параметрами:

• электрическая мощность — до 10-100 Вт и больше;
• яркость светового потока — от 450 до 5500 Лм;
• количество кристаллов на плате — до 100 шт. и более.

Отдельные модели в процессе производства дополняются встроенными драйверами и прочими элементами, которые объединены в единый модуль со светодиодом.

Срок службы

Продолжительность эксплуатации COB-матриц в среднем составляет 30 000 часов. Это довольно внушительный период времени — около 3,5 лет работы в стандартном режиме. Данные получены в ходе испытаний с созданием экстремальных условий и специальных математических подсчетов. Поскольку технология новая, проверить заявленный срок службы на практике не представляется возможным. При этом производители дают официальную гарантию на 20 000 часов работы.

Кратко о производстве COB-светодиодов

Лучше понять, что собой представляют СОВ-светодиоды, позволит знакомство с технологией их изготовления. Базовым элементом для создания матрицы служит трехслойная плата: теплоотводящая основа из металла, диэлектрическая прослойка и токопроводящая поверхность. На верхнюю часть изделия методом магнетронного распыления (magnetron sputtering) наносится тонкий и идеально ровный по всей толщине адгезионный слой, обеспечивающий оптимальное соотношение прочности крепления кристаллов и эффективности тепловой отдачи. После приклеивания полупроводников плата подвергается плазменной чистке. Далее выполняется электрическое соединение элементов с последующим покрытием слоем люминофора.

Принцип работы

Функционирование СОВ-матриц происходит аналогично другим видам светодиодов. Устройство имеет в своем составе p-n-переходы, в которых при подаче прямого напряжения происходит рекомбинация зарядов с выделением фотонов. В результате появляется монохроматический световой поток с узким спектром. Излучение светодиодов провоцирует свечение люминофора, изменение состава которого позволяет расширить гамму оттенков и цветов.

Рекомендации по работе с COB-светодиодами

Управление данным типом LED-устройств осуществляется по принципу коммутации напряжения питания. Для этих целей можно использовать ручные выключатели, электронные ключи или электромагнитное реле. СОВ-матрицы хорошо сочетаются с различными пускорегулирующими устройствами, диммерами и системами автоматического управления освещения.

Благодаря мощному световому потоку такие источники света могут применяться для создания индикации, а также для направленного освещения:

• коммерческая подсветка с помощью ярких лучей света;
• уличное освещение в виде прожекторных устройств с СОВ-светодиодом на 30-50 Вт;
• акцентное выделение отдельных элементов дизайна в интерьерах;
• декоративное оформление архитектуры маломощными моделями (7-10 Вт).

Достоинства и недостатки

СОВ-матрицы — относительно молодая технология. Однако уже сейчас можно выделить ряд недостатков и преимуществ данных устройств. Единственным минусом на данный момент является полная непригодность к ремонту — если вышел из строя хоть один кристалл, придется полностью менять плату.

При этом достоинств у СОВ-технологии значительно больше:

• высокое качество свечения — равномерный поток без точек и искажений;
• концентрированный световой луч с четкими светотеневыми границами;
• компактные размеры при высокой мощности и светоотдаче;
• доступная цена за счет низкой себестоимости производства;
• разнообразие форм и характеристик для интеграции в любые приборы.

Сегодня производители осветительной техники создают на основе данной технологии широкий ассортимент ламп. На базе маломощных матриц производятся бытовые светильники разных типов. Используя СОВ-светодиоды мощностью 100-120 Вт, ведущие бренды выпускают прожекторы уличного и промышленного назначения. Технология имеет большие перспективы, что гарантирует ее широкое распространение в различных сферах.

Что такое светодиод и почему это важно?

По определению светодиод — это светоизлучающий диод. Это означает, что это небольшой электронный полупроводник, который фактически преобразует энергию электричества в свет видимого спектра. Цвета, а также энергоэффективность и яркость светодиода определяются фактическим химическим соединением, используемым внутри светодиода. Если вы посмотрите на обычную лампочку, то увидите внутри маленькую нить накаливания. Эта нить является причиной высокого потребления электроэнергии, и когда она выходит из строя, свет становится бесполезным. У светодиодных ламп нет нити накала, поэтому они дольше служат и потребляют меньше электроэнергии.

Преимущества светодиодных фонарей очевидны. В попытке «стать зеленым» каждый ищет лучшее решение, позволяющее снизить потребность в электроэнергии и при этом обеспечить качество, долговечность и цвет. Светодиодный свет на самом деле потребляет меньше электроэнергии, чем эти более новые компактные люминесцентные электрические лампочки, и самое приятное то, что они не содержат ртути, как стандартные лампы CFL (еще один «зеленый» плюс для светодиодов). Срок службы светодиодных ламп

обычно составляет от 50 000 до 100 000 часов. (Это примерно от пяти до одиннадцати лет). К счастью, светодиодные лампы становятся все более популярными, поэтому первоначальная более высокая стоимость немного снижается.

Источником света на самом деле является химический процесс. Полупроводниковый материал стимулируется, и движение вызывает излучение света. Поскольку речь идет о полупроводнике, светодиодная лампа также не нагревается, как стандартные лампочки. В случае со светодиодами полупроводник состоит из материалов, которые различаются по своей способности проводить электричество. Взаимодействие электронов между специально разработанным полупроводниковым материалом и диодом вызывает побочный эффект — свет. Дополнительные химические вещества добавляются для получения определенного цвета. Первоначальная конструкция светодиода была плохо приспособлена для излучения света, но в более новой, более эффективной конструкции было внесено множество изменений, которые фокусируют производство фотонов, чтобы свет (и цвета) был ярче и четче. Светодиодный светильник также выполнен в пластиковом корпусе с возможностью концентрировать свет в заданном направлении.

В обычных лампочках большая часть энергии расходуется на процесс создания самого света, а «тепло», которое мы ощущаем, является потраченной впустую энергией. Светодиодный свет не тратит эту энергию впустую, а вместо этого оптимизирует ее, чтобы она была светом, а не только для создания света. Еще одним преимуществом светодиодного освещения является не только сам размер, но и то, что его легче вписать в новую электрическую схему. Первоначальная конструкция светодиодного освещения допускала чувствительность к теплу, поэтому возникший дефект привел к тому, что когда-то было известно как выгорание светодиода. Если внешняя температура была слишком высокой, светодиодная схема расплавлялась. Новые конструкции и материалы решили эту проблему.

Важность светодиодного освещения очевидна: меньше энергопотребления, лучшие технологии, более яркие цвета и оттенки. Однако по мере того, как мы продвигаемся вперед в области высоких технологий, светодиодный свет играет все более важную роль в повседневной жизни. От светодиодных телевизоров до электронных табло, светодиодное освещение завоевывает мир.

Источники:
http://tlc.howstuffworks.com/home/led-light-bulbs.htm
http://electronics.howstuffworks.com/led.htm

Что такое светодиод?

Кажется, в наши дни во всем есть светодиод. Но что такое светодиоды и почему они так популярны? Давайте взглянем.

Светодиоды или светоизлучающие диоды представляют собой особый тип диодов, преобразующих электрическую энергию в свет. По сути, это крошечные лампочки, которые можно использовать в электрической цепи. Два из многих преимуществ светодиодов по сравнению с традиционными лампочками заключаются в том, что им требуется гораздо меньше энергии для освещения и они более энергоэффективны, а это означает, что они превращают больше энергии, проходящей через них, в свет и меньше в тепло.

Как работают светодиоды?

Если вы когда-нибудь смотрели на светодиод, то могли заметить, что «выводы» или ножки имеют две разные длины. Более длинная ножка — это положительная сторона светодиода, называемая «анодом», а более короткая — отрицательная сторона, называемая «катодом».

Внутри светодиода ток может течь только от анода (положительная сторона) к катоду (отрицательная сторона) и никогда в обратном направлении. Это означает, что если включить в цепь наоборот, светодиод не загорится. Фактически, обратный светодиод может помешать правильной работе всей схемы, блокируя ток, протекающий за этой точкой. Первое, что вы должны попробовать, если светодиод не загорается при включении в цепь, это перевернуть его.

Да будет свет

Яркость светодиода напрямую зависит от потребляемого им тока. Это означает, что сверхяркие светодиоды разряжают батареи намного быстрее, чем тусклые светодиоды. К счастью, яркостью светодиода можно управлять, контролируя протекающий через него ток. Фактически, управление током через светодиод важно по нескольким причинам.

При прямом подключении к источнику тока светодиод будет пытаться рассеивать столько энергии, сколько ему разрешено потреблять. Когда для светодиода доступно слишком много тока, светодиод сгорит и умрет. По этой причине важно ограничить величину тока, протекающего через светодиод.

Сопротивление мощности

Для управления мощностью, протекающей через светодиод, резисторы имеют решающее значение. Резисторы ограничивают поток электронов в цепи и не позволяют светодиоду потреблять слишком большой ток. Мы углубимся в резисторы в другом посте, но сейчас важно знать, что базовый шаблон для схемы светодиода включает в себя последовательное соединение источника питания, резистора и светодиода, как показано ниже.

Для определения наилучшего номинала резистора можно использовать некоторые базовые математические вычисления, но для целей этого обсуждения и для большинства светодиодов хорошо начинать с 330 Ом. Таким образом, вот удобная блок-схема, которая поможет вам спроектировать схему светодиода и выбрать правильное значение резистора методом проб и ошибок.

Самая простая схема

Самый простой способ зажечь светодиод — подключить его к батарейке типа «таблетка».