Как работают светодиоды: Принцип работы светодиода и его устройство

Как работает светодиод, устройство светодиода

Как работает светодиод
Устройство светодиодов
Как с помощью светодиодов получают разные цвета
Создание белого света с помощью светодиодов
Краткая история создания светодиодов  

Как работает светодиод

Как и любой диод, светодиод включает в себя один полупроводниковый р-п-переход (электронно-дырочный переход). С помощью процесса, носящего название легирование, материал n-типа обогащается отрицательными носителями заряда, а материал р-типа — положительными носителями заряда. Атомы в материале n-типа приобретают дополнительные электроны, а атомы в материале p-типа приобретают дырки — места на внешних электронных орбитах атомов, в которых отсутствуют электроны.

При приложении к диоду электрического поля электроны и дырки в материалах р- и n-типа устремляются к p-n-переходу. Когда носители заряда подходят к р-n-переходу, электроны инжектируются в материал p-типа. При подаче отрицательного напряжения со стороны материала n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал p-типа. Это называется прямым смещением.

Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал p-типа и рекомбинируют с дырками, происходит выделение энергии в виде фотонов, элементарных частиц (квантов) электромагнитного излучения. Все диоды испускают фотоны, но не все диоды испускают видимый свет. Материал, из которого изготавливается светодиод, выбирается таким образом, чтобы длина волны испускаемых фотонов находилась в пределах видимой области спектра излучения. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам испускаемого света.

Пучок видимого света, испускаемого светодиодом, является холодным, но так как в светодиодах имеются потери, то на р-n-переходе

генерируется тепло, иногда достаточно большое. Ограничение температуры р-п-перехода с помощью правильно сконструированного теплоотвода и других методов контроля температуры является критичным для обеспечения нормальной работы светодиода, оптимизации его светового потока и повышения срока службы.

Устройство светодиодов

Существует два основных типа светодиодов: индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды, например, 5-миллиметровые, обычно являются недорогими, маломощными источниками света, пригодными для использования только в качестве световых индикаторов в индикаторных панелях и электронных приборах, для подсветки дисплеев компьютеров или приборных панелей автомобиля. Осветительные светодиоды, представленные светодиодами поверхностного монтажа (SMD), высокой яркости (НВ) и высокой мощности (HP) — это надежные мощные устройства, способные обеспечить нужный уровень освещенности и обладающие световым потоком, равным или превосходящим световой поток традиционных источников света, например, КАЛ.

Все осветительные светодиоды имеют одинаковую базовую конструкцию. Они включают в себя полупроводниковый чип (или кристалл), подложку, на которую он устанавливается, контакты для электрического подключения, соединительные проводники для подсоединения контактов к кристаллу, теплоотвод, линзу и корпус. (В некоторых светодиодах, например, в светодиодах TFFC, разработанных компанией Philips Lumileds, соединительные проводники не требуются.)

Так как индикаторные светодиоды являются маломощными, все генерируемое в них тепло рассеивается внутри самих светодиодов. Осветительные светодиоды, напротив, снабжаются корпусом для прямого припаивания к поверхности, что обеспечивает отвод тепла, генерируемого светодиодом. Хороший теплоотвод жизненно важен для обеспечения температурного режима и нормальной работы светодиода.

Как с помощью светодиодов получают разные цвета

Модель аддитивного смешения цветов применяется для света, непосредственно излучаемого световыми источниками. При смешении красного, зеленого и синего цветов получается белый цвет.

Светодиоды, изготовленные из разных полупроводниковых материалов, излучают свет разных цветов. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам видимого света.

В первых светодиодах использовались такие материалы, как фосфид галлия (GaP), тройное соединение AIGaAs и тройное соединение GaAsP. Они создавали излучение от красного до желто-зеленого цвета. В настоящее время GaP, AIGaAs и GaAsP используются только для изготовления индикаторных светодиодов, так как большие токи, необходимые для получения излучения, и большое тепло, выделяющееся при работе светодиодов, изготовленных из этих материалов, значительно сокращают срок их службы.

Модель субтрактивного смешения цветов применяется к отражающим поверхностям, таким как поверхности, покрытые красками или чернилами. При смешении в равных пропорциях красного, зеленого и синего цветов получается черный цвет.

Для производства осветительных светодиодов используются новые материалы, способные выдерживать необходимые уровни тока, высокий нагрев и высокую влажность. В красных и янтарных светодиодах высокой яркости применяются полупроводники алюминий -индий — галлий (AlInGaP), в синих, зеленых и голубых — индий — нитрид галлия (InGaN).

Светодиоды, изготовленные из AlInGaP и InGaN, в совокупности перекрывают почти всю область спектра видимого излучения с промежутком в области зеленожелтого и желтого цветов. Корпоративные цвета с применением желтого (например, Shell или McDonald’s) трудно получить с помощью одноцветных светодиодов.

Одним из способов получения «сложных» цветов является совместное использование в одном осветительном приборе светодиодов разных типов.

Основные материалы для производства монохромных светодиодов. AllnGaP и InGaN покрывают почти весь спектр видимого излучения для светодиодов высокой интенсивности, кроме желто-зеленой и желтой областей спектра с длиной волны 550-585 нанометров (нм). Цвета, соответствующие этому диапазону длин волн, могут быть получены с помощью совместного использования зеленых и красных светодиодов.

Миллионы цветовых оттенков

Производители светодиодов обычно предлагают светодиоды различных цветов — синий, голубой, зеленый, янтарный, красно-оранжевый, красный и т. д. Самостоятельно светодиод может излучать свет только одного цвета, который определяется используемым в нем полупроводниковым материалом. Настоящее волшебство начинается тогда, когда в одном приборе объединяются светодиоды разного цвета.

Именно объединение светодиодов разного цвета в одном световом приборе, таком как светильник или многокристальный светодиод, и управление интенсивностью излучения светодиодов разного цвета и обеспечивает получение миллионов оттенков. Подобно телевизионному экрану или компьютерному монитору, полноцветный светодиодный прибор реализует цветовую модель RGB (R — красный, G — зеленый, В — синий). Цветовая модель RGB — это модель аддитивного смешения цветов, которая применяется для света, непосредственно излучаемого его источниками. (Модель субтрактивного смешения цветов применяется к отражающим поверхностям, таким как поверхности, покрытые красками или чернилами.)

На диаграмме слева показано цветовое пространство МКО 1931, разработанное в 1931 г. Международной комиссией по освещению (МКО) для определения всего диапазона, или гаммы цветов, видимых стандартным наблюдателем. Ни одно из устройств — телевизионный экран, монитор компьютера, светодиодный световой прибор и другие трехцветные устройства — не может воспроизвести все цвета, различимые глазом человека. Гамма цветов, которую можно получить с помощью светодиодного светового прибора или многокристального светодиода, зависит от цветов отдельных красных, зеленых и синих светодиодов, используемых в них.

На диаграмме точки трех цветов отдельных светодиодов, используемых в трехцветном световом приборе, соответствуют вершинам треугольника. Теоретически прибор может воспроизвести любой цвет, соответствующей точкам внутри этого треугольника. На практике трехцветный светодиодный световой прибор обычно управляется цифровым контроллером и может воспроизвести определенное количество возможных цветов внутри треугольника. С помощью 8-битного трехцветного светодиодного прибора можно получить приблизительно 16,7 млн цветов (2563 цветов) — однако это количество уже превышает число цветов, которые человек способен различить в пределах данного цветового треугольника. (Цвета, лежащие вне границ цветового треугольника, могут быть различимы глазом человека, но световой прибор не сможет их воспроизвести.)

Способность полноцветных светодиодных световых приборов излучать свет любого цвета без использования светофильтров и других внешних устройств в корне отличает светодиоды от других источников света. Совместное использование полноцветных светодиодных источников света с контроллерами освещения позволяет создавать как простые цветовые эффекты, так и полноцветные световые шоу и даже крупномасштабные видеодисплеи.

Создание белого света с помощью светодиодов

Существует два способа получения белого света с помощью светодиодов:

• Согласно цветовой модели RGB, белый цвет получается с помощью пропорционального смешивания красного, зеленого и синего цветов. При использовании метода RGB белый свет получается при объединении излучения красного,зеленого и синего светодиодов.

Люминофорные гии получения белого света предполагают использование одного светодиода коротковолнового излучения, например, синего или ультрафиолетового, в комбинации с желтым люминофорным покрытием. Фотоны синего или ультрафиолетового излучения, генерируемые светодиодом, либо проходят через слой люминофора без изменения, либо преобразуются в нем в фотоны желтого света. Комбинация фотонов синего и желтого цвета создает белый свет.

Белый свет может быть получен в результате объединения только желтого и синего цвета. Этот эффект открыл в начале 18 века Исаак Ньютон при выполнении экспериментов с цветами.

Метод RGB дает возможность создавать белый свет точного оттенка, имеющий способность подчеркивать освещаемые цвета. Однако для создания белого цвета RGB требуется сравнительно сложное оборудование, так как в одном источнике необходимо использовать сразу три светодиода. При этом получаемый свет неестественно передает пастельные тона, что является основным следствием низкого индекса цветопередачи белого света, полученного методом RGB.

Белые люминофорные светодиоды обеспечивают лучшую цветопередачу, чем белые RGB-светодиоды, в большинстве случаев сравнимую с люминесцентными источниками света. От белых RGB-источников света они также отличаются высокой энергоэффективностью. Именно высокая энергоэффективность и хорошая цветопередача делают люминофорные технологии предпочтительным способом получения белого света.

В процессе производства белых светодиодов на светодиодный кристалл наносится слой люминофора. Оттенок или цветовая температура белого света, излучаемого светодиодом, определяется длиной волны света, испускаемого синим светодиодом и составом люминофора.

Цветовая температура излучения светодиода зависит от толщины слоя люминофора. Производители стараются минимизировать цветовые вариации с помощью строгого контроля толщины и состава слоя люминофора. Компания Philips Lumileds использует защищенный патентом процесс изготовления светодиодов Philips LUXEON, излучающих холодный и нейтральный белый свет с высоким постоянством цвета.¹⁰

В настраиваемых световых приборах, позволяющих получать белый свет из определенного диапазона цветовых температур, используется принцип смешивания трех цветов. Эти приборы обычно содержат светодиоды холодного и теплого белого света, индивидуально управляемые по принципу, применяемому в полноцветных источниках света RGB. Регулирование относительной интенсивности холодного и теплого белого света изменяет цветовую температуру настраиваемого светового прибора по тому же принципу, как регулируется интенсивность излучения красных, зеленых и синих светодиодов полноцветного (RGB).

Краткая история создания светодиодов

Светодиоды, или светоизлучающие диоды, являются электрическими источниками света. Первый красный светодиод был создан в 1962 г. Ником Холоньяком (Nick Holonyak) в компании General Electric. Монохромные красные светодиоды в 60-е гг. прошлого столетия применялись для производства небольших световых индикаторов, используемых в электронных приборах. Хотя они испускали тусклый свет и имели низкую энергоэффективность, технология оказалась перспективной и стала быстро развиваться. В начале 70-х гг. появились зеленые и желтые светодиоды. Они использовались в наручных часах, калькуляторах, электронных приборах, в светофорах и указателях «Выход». Эффективность светодиодов по световому потоку постоянно увеличивалась, и к 1990 г. световой поток красных, желтых и зеленых светодиодов достиг значения I люмен (лм).

В 1993 г. Суджи Накамура (Shuji Nakamura), инженер, работающий в компании Nichia, создал первый синий светодиод высокой яркости. Так как красный, синий и зеленый являются тремя главными

составляющими света, теперь с помощью светодиодов можно было получить любой цвет освещения, включая белый. Белые люминофорные светодиоды — это светодиоды, объединяющие синий или ультрафиолетовый светодиод с люминофорным покрытием, впервые появились в 1996 г. В конце 90-х гг. светодиоды постепенно заменяют лампы накаливания там, где требуется окрашенный свет.

В 2000-2005 гг. уровень светового потока светодиодов достиг значения 100 лм и выше. Появились белые светодиоды с теплыми и холодными оттенками, подобными образуемым лампами накаливания, люминесцентными лампами и схожие с естественным освещением. Постепенно светодиоды составили конкуренцию традиционным источникам света и стали применяться в театральном и сценическом освещении.

В настоящее время светодиоды широко используются в различных системах общего освещения. По мнению Департамента энергетики (Department of Energy) и Ассоциации развития оптоэлектронной промышленности (Optoelectronics Industry Development Association), к 2025 г. светодиоды станут самым распространенным источником света в жилых домах и офисах.

как устроены и работают светодиоды простыми словами, из чего состоит элемент и в чем особенности строения разных диодов > Свет и светильники

Мощные светодиоды: какая яркость у самых мощных диодов

Читайте здесь, что такое мощные светодиоды, какие производители и с какими особенностями их изготавливают, какие главные параметры наиболее полно их характеризуют, в каких областях они чаще всего применяются и какие входят в Т О П популярных на сегодня моделей….

28 02 2021 14:53:59

Линзы для светодиодов: фокусирующая оптика для плоских светодиодных ламп

Читайте здесь, что такое линзы для светодиодов, каков их принцип действия и назначения, какие виды увеличительных стекол применятся сегодня для лед-светильников, какие их модели устанавливаются на автомобильную оптику, чего изготавливаются и как собрать оптическую систему на их основе своими руками….

27 02 2021 21:50:20

Светодиодная подсветка: как сделать освещение из led ленты своими руками

Читайте здесь, что такое светодиодная подсветка из светодиодной ленты и какими главными параметрами она характеризуется. Как сделать светодиодную подсветку своими руками. Основные правила и схемы подключения для одноцветных и RGB-лент. В каких случаях нужен радиатор и что использовать в качестве его основы….

16 02 2021 20:43:10

КПД светодиода: эффективность светодиодной лампы и светильника

Читайте здесь, что такое К П Д светодиода, как его измерить и улучшить, как с помощью домашнего колориметра провести опыт по его подсчету для любого светодиода, как соотносится яркость и мощность, почему может ухудшиться К П Д и какими образом можно его повысить….

14 02 2021 0:11:44

Гудит лампа светодиодная: почему шумит светильник

Узнайте, отчего иногда появляется ощутимый гул при работе светодиодных ламп. Читайте, какие причины его вызывают, как их обнаружить и устранить. Запомните наиболее распространенные источники, чтобы при необходимости не тратить время на бесполезные поиски….

08 01 2021 8:59:20

Светодиод АЛ307: характеристика, цоколевка и маркировка

Читайте здесь, что такое светодиоды А Л307, какими техническими характеристиками они обладают и где применяются, какова их маркировка цвета и соответствующая ей длина волны излучения, а также какими размерами и характеристиками цоколевки они обладают….

07 01 2021 3:23:52

Прибор для проверки светодиодов своими руками: схема супер тестера Led

Читайте, как сделать прибор для проверки светодиодов своими руками. Узнайте, вы каких ситуациях самоделка лучше приобретенного в магазине прибора. Почему выходят из строя светодиодные элементы в лампах, лентах, телевизорах. Почему не стоит заниматься ремонтом телевизора самостоятельно….

06 01 2021 18:32:39

Схема драйвера для прожектора LED на 50 W

Смотрите здесь электрическую схему драйвера для прожектора led на 50 w. Причины перегорания матрицы. Ремонт светодиодного прожектора на 50 ватт. Как сделать LED-прожектор своими руками….

05 01 2021 2:11:59

Лампа ближнего света Рено Дастер

Смотрите здесь, как заменить лампу ближнего света на Рено Дастер, на что обратить внимание при выборе нового экземпляра, какие виды стандартных, ярких и долговечных лампочек при этом используются и из каких основных этапов состоит процесс переустановки….

01 01 2021 2:26:53

Энергосберегающая лампа — что это, какие бывают эконом лампочки, виды и типы энергосберегательных осветительных приборов для дома

Узнайте, что такое энергосберегающие лампы, какие виды предлагаются в магазинах, чем они отличаются друг от друга. Читайте, как выбрать лампочку по мощности, размерам, цоколю, мощности потока света, производителю. Почему компактные люминесцентные и светодиодные лампы лучше, чем лампочки накаливания….

23 12 2020 10:18:28

SMD светодиоды: типы, виды, маркировка, размеры, и их характеристика, основные технические параметры светодиодных смд ламп для внешнего освещения

Читайте, какие SMD светодиоды самые популярные, где и в каком виде используются. Узнайте, чем они отличаются друг от друга и как выбрать оптимальный вариант. Плюсы и минусы изделий из С М Д светодиодов, сфера применения, особенности покупки через интернет….

21 12 2020 14:21:31

Замена лампы ближнего света Рено Меган 2

Читайте здесь, как происходит замена лампы ближнего света Рено Меган 2 своими руками, какие лампы для этого подойдут, каковы главные особенности процедуры, как выполнить ее через отверстия в подкрылках и моторный отсек….

17 12 2020 16:54:14

Светодиодная лента: что это такое, особенности маркировки, для чего используется, каких цветов бывает и как выбрать диодную ленту

Читайте, какие светодиодные ленты предлагает рынок, какая Led лента лучшая для дома. Узнайте, как расшифровать маркировку и выбрать изделие по напряжению, мощности, световой отдаче, цвету. Как подобрать драйвер для приобретенной ленты. Как определить длину отрезка, если блок питания уже куплен….

14 12 2020 23:48:10

Лампа ближнего света Лансер: какой цоколь подходит и как поменять

Узнайте, какие лампы используются для ближнего света в фарах Мицубиси Лансер 10. Сохраните для себя списки популярных и эффективных моделей подобных светильников. Читайте, как производится замена ближнего света на Лансере 10, какие предохранители отвечают за эти лампы, и где их можно найти….

12 12 2020 22:22:48

По какой причине мигает энергосберегающая лампочка

Выясняем, почему может мигать лампочка при включенном и выключенном свете. Как найти причину, по которой моргает энергосберегающая или светодиодная лампа. Как исправить мигающие источники света….

14 11 2020 17:36:13

Питание светодиодов: схема импульсного и линейного драйвера

Читайте, какое питание светодиодов можно использовать для различных видов этих источников света. Узнайте, чем линейный драйвер отличается от импульсного. Как выбрать блок питания в зависимости от параметров сети. Почему линейный драйвер можно сделать своими руками, а импульсный нет….

11 11 2020 8:11:26

Лазерный диод: подключение светодиодного лазера

Узнайте, что такое лазерный диод, как он устроен, принцип действия и разновидности. Читайте, какими особенностями обладают элементы с разной длиной волны и цветом луча. Уточните для себя специфику подключения и необходимость использования дополнительных устройств….

30 10 2020 3:33:46

Почему мы испортили индикаторные светодиоды и что нужно менять / Хабр

Ах, этот скромный индикаторный светодиод. Он есть практически у всей домашней электроники, у всех интегральных модулей, и вообще у всего, что потребляет электричество. В стародавние времена скромный индикатор неярко светился с задней части панели, и всё было нормально. Но потом настали 1990-е, и всё полетело к чертям.

Дело не в технологиях, а в том, как вы их используете.

С большой яркостью приходит и большая ответственность.

В 90-х было много хорошего: Nirvana, Linux, и, конечно же, голубой светодиод. Как и Teen Spirit, последним слишком быстро начали злоупотреблять: технология быстро стало символом всего нового и крутого, вплоть до боли в глазах покупающей публики.

Это решение по уровню глупости встаёт в один ряд с другими спорными решениями, вроде взятия автомобиля напрокат прямо в аэропорту или вторжения в Россию зимой. Уверен, что многие согласятся, что индикаторный светодиод должен сообщать нам о текущем состоянии устройства. Он должен светить достаточно ярко для того, чтобы его можно было при желании увидеть. Чего ему не нужно делать, так это сиять с яркостью взорвавшейся звезды, или освещать всю комнату. Однако в отчаянных попытках дизайнеров новых продуктов сделать вид, что они стоят на переднем краю технологий, всё заполонили новые и яркие светодиоды.

Эта ситуация доставляет пользователям головную боль по многим причинам. Количество электронных устройств в доме за последние десятилетия сильно увеличилось, и у большинства из них есть собственный индикаторный светодиод. Что хуже, многие из них используются в спальнях – будь то ноутбуки, телефонные зарядки, телевизоры и прочее. Из-за увеличения яркости этих индикаторов, многие из которых не выключаются, средняя спальня теперь напоминает новогоднюю ёлку.

Зарядка от Samsung, которую предполагается использовать на прикроватной тумбочке, была такой яркой, что пользователю пришлось взломать её, чтобы приглушить.

А мода на использование с этой целью голубых светодиодов лишь ухудшает эту проблему. В человеческом глазу есть особые рецепторы, чувствительные к синему цвету, которые используются не только для зрения. Они также используются для распознавания синего цвета неба, что координирует наши внутренние циркадные ритмы, сопоставляя их с циклом день/ночь. На эту систему может повлиять наблюдение за искусственным синим цветом, и исследователи считают, что в результате могут пострадать наши циклы сна.

Часть проблемы состоит в том, что большая часть светодиодов на рынке сегодня имеют яркий синий цвет. Их включают в проекты устройств, не обращая внимания на чрезмерную светимость, потому, что это просто сделать – или же дизайнеры просто не смогли обновить свои предпочтения стандартного номинала токоограничивающего резистора.

Если я вижу яркое свечение на потолке потому, что я не выключил кнопку Caps Lock перед тем, как отправиться спать – это проблема. То же касается зарядок телефона и ноутбука. Я не должен оборачивать устройство в несколько слоёв изоленты для того, чтобы спрятать огонёк, который должен был изначально тускло светиться. Если устройство достаточно надёжно работает, я, скорее всего, вовсе не буду на него смотреть!

Как делать правильно

Мы все, конечно, любим световые индикаторы на системном блоке, и от хорошего индикаторного светодиода есть польза. Он говорит нам о том, что мы пишем очень агрессивное письмо с пугающими большими буквами, что наша зарядка и правда получает вкусный переменный ток, и что на наш монитор поступает питание, но он просто не включён до конца (ладно, ну действительно, кому какое дело до этого?). Пусть они и необходимы – но это не может служить оправданием того, что их настолько неправильно делают. Очень важно составить несколько правил их правильной реализации и использования.

Amiga 500 – пример максимально допустимой яркости. И даже тут уже есть небольшой перебор, хотя выбранные цвета не мешают работе наших внутренних часов.

Чрезмерной яркости надо избегать. Небольшие светодиоды легко можно приглушить простым изменением номинала резистора, поэтому нет оправданий для светодиодов, просто обозначающих наличие питания или переход в режим ожидания, но при этом освещающих всю комнату. Уровень яркости нужно приспособить для соответствующих вариантов использования устройства. У домашних компьютеров 1980-х не было проблем с чрезмерной яркостью индикаторов, поэтому предлагается взять пример с индикаторов от Amiga 500. Их среднюю яркость надо принять за максимум яркости для индикаторов на блоках питания или другой домашней электронике. Важно понимать, что на светодиод вы вообще не должны смотреть так часто, если только ваше оборудование не является жутко ненадёжным. А в этом случае у вас уже будут другие проблемы.

Давайте согласимся с тем, что «красный» означает «запись». Если что-то не сломано, не надо его чинить!

Также надо стандартизировать цвета, или хотя бы выбирать их осмысленно, для эффективного визуального представления. И хотя я удивляюсь красивому розовому светодиоду на Nintendo’s DSi, мы уже давно договорились о том, что красный цвет обозначает «запись», и нет никаких причин от этого отказываться. Если вашему устройству обязательно надо иметь светодиод, обозначающий режим ожидания (что, в самом деле?), сделайте его красным или оранжевым. А светодиоды питания должны быть зелёными. Не нужно этой ерунды «синий – значит, включён» – это просто показуха. Это не было крутым в 2001-м, и сегодня тоже не круто.

Также надо поставить под сомнение цель индикаторного светодиода. Слишком много светодиодов или слишком много цветов могут нас запутать. Светодиод зарядника для ноутбука должен иметь один цвет, обозначающий заряд – в идеале, зелёный. Если он оранжевый и зелёный, то что это означает-то? Заряжается и заряжен полностью? Сломан и заряжается? Если пользователю надо лезть в инструкцию, чтобы понять смысл индикаторного светодиода, то вы, наверное, могли сделать и получше.

Медленное мерцание не так отвлекает, как быстрое мигание, но нужно ли оно на самом деле?

Мигание нужно использовать, только когда это абсолютно необходимо. Светодиоды жёсткого диска и сетевой активности должны мигать, поскольку они обозначают постоянно изменяющееся состояние. Светодиод на микшерном пульте, обозначающий выключение звука, должен мигать, поскольку это спасёт начинающих техников, не могущих понять, почему нет звука. С другой стороны, светодиод на телевизоре в режиме ожидания мигать вообще не должен, поскольку если телевизор выключен, это значит, что никто не хочет обращать на него внимания.

Надеюсь, что эти правила станут отправной точкой для разработчиков устройств будущего. Зарядный коврик, предназначенный для прикроватного столика, уже не будет освещать всю комнату зловещим синим светом. Телевизор не будет беспрестанно мигать, не давая уснуть гостям, расположившимся на диване. Немного изменений – и все мы сможем отдохнуть, освободившись от отвлекающего сияния, и заняться своими делами. Конечно, это всего лишь мнение одного пожилого инженера.

Светодиодное освещение — что это такое и где их используют?

светодиодные лампы

Рост интереса к светодиодам возрастает с каждым днем, притом это происходит гораздо быстрее, чем растет область их применения. Но создается впечатление, что потребители и производители, покупатели и продавцы не совсем понимают тенденции в этой сфере. И лишь смелые решения дизайнеров в полную силу используют весь потенциал светодиодов.

Прошло то время, когда только ученые занимались светодиодами. Сейчас об этом продукте знают даже школьники. Светодиод отличается тем, что излучает свет, отличающийся по своим характеристикам и перспективами в своей области применения. Активно внедряют светодиоды в оформление интерьеров и светодизайна.

Для того, чтобы как можно более полно представить себе всю значимость такой разработки как светодиоды, нужно разобраться, что же такое светодиод, выяснить его недостатки и положительные стороны.

Что такое светодиод?

светодиод состоящий из полупроводников

Светодиод – это прибор, состоящий из полупроводников. Он предназначен для обработки электрического тока в световое излучение, то есть, электромагнитное излучение видимой части спектра. Что касается названия, то аббревиатура «LEG», расшифровывается как – «Light Emitting Diode» и обозначает все тот же «светодиод».

Из чего состоит светодиод?

Светодиод состоит из полупроводникового кристалла с оптической системой и контактного вывода. Вся эта несложная конструкция находится в корпусе. Современные светодиоды совсем не похожи на те, что использовались раньше лишь для индикации.

схема светодиодного полупроводника

Основные преимущества светодиодов

Светодиод преобразовывает электрический ток в световое излучение почти без выделения тепла, вследствие чего КПД светодиода достаточно высок.
Вырабатываемый свет светодиода, с точки зрения дизайнеров, является более чистым.
В сравнении с другими лампами срок службы светодиода значительно больше.
Конструкция светодиода прочна и надежна.
Для работы светодиодов не требуется высоких напряжений, а значит, они безопасны.

Получение белого света, используя светодиод

светодиод — получение белого света

Тремя способами получается белый свет при помощи светодиода.

1. При помощи технологии RGB (аббревиатура расшифровывается как «RED GREEN BLUE»), то есть, путем смешивания трех цветов – зеленого, синего и красного. Вплотную на матрице хаотично размещаются светодиоды трех цветов. При помощи оптической системы эти цвета смешиваются.
2. На поверхность светодиода, который работает в ультразвуковом диапазоне, наносят люминофоры из трех все тех же цветов – красный, зеленый, синий. По своему принципу метод работы в этом случае похож на действие люминесцентной лампы.
3. На излучающий синий цвет светодиод наносится желто-зеленый люминофор или красно-зеленый. После смешивания цветов получается белый свет.

Оптические и электрические характеристики светодиодов

Светодиоды – это низковольтные приборы. Если использовать данный прибор для индикации, то будет достаточно 2-4 вольт напряжения при силе тока до 50 мА. Если использовать светодиоды для освещения, то ток в цепи будет колебаться от нескольких сотен мА до одного мА при напряжении 2-4 вольта. В светодиодных модулях светодиоды в электрической цепи соединены последовательно, подобно гирлянде, и для их работы нужно напряжение в 12 или 24 вольт.

Светодиоды работают от постоянного тока в цепи, поэтому при подключении очень важно соблюдать его полярность, иначе прибор просто-напросто не будет работать или совсем выйдет из строя. Часто производители на корпусе светодиодного модуля указывают их рабочее напряжение. По правилам для одного диода оно не должно превышать 5 вольт.

Яркость светодиода зависит от диаграммы направленности и осевой силы светового потока. Излучающий светодиодом свет находится в телесном углу от 4є до 140є, последнее зависит от конструкции светодиода. Цветовые параметры определяются координатами цветности, так называемой длиной волны света и цветовой температурой. Эффективность светодиода определяется отношением величины светового потока к затраченной на него энергии.

яркость светодиода

Для чего нужно стабилизировать ток для светодиодов

Как известно, в рабочей цепи сила тока прямо пропорциональна напряжению, то есть, любое изменение напряжения приведет к увеличению тока. При превышении допустимых значений тока можно уменьшить срок использования светодиодов или совсем вывести их из строя. Так же при нестабильном токе яркость светодиода будет постоянно колебаться.

Допустимо ли регулировать яркость светодиодов

Регулировать яркость светодиодов можно, но с одним примечанием. Регулировка яркости возможна с помощью широтно-импульсивного метода модуляции, но ни в коем случае не за счет снижения напряжения. Широтно-импульсную модуляцию можно достигнуть с помощью управляющего блока ШИМ (часто этот блок совмещен вместе с коллектором управления цветом и блоком питания). Метод заключается в том, что в цепи создается импульсивно-модулированный ток вместо постоянного, и от ширины и частоты импульсов тока будет зависеть яркость свечения. Теперь яркость светодиода можно регулировать. Так же изменить температуру цвета светодиода можно при помощи метода диммирования.

светодиодная лента

От чего зависит срок службы светодиода

Существует мнение, что светодиоды долговечны. Но это не совсем верное мнение. Срок использования светодиодов зависит от их нагрева, а это непосредственно зависит от того, какой силы ток проходит через них. Из этого вытекает, что светодиоды с большей мощностью прослужат меньше, чем те, у которых мощность меньше. В среднем срок использования светодиодов с большой мощностью составляет от 20 тысяч часов до 50. Если яркость светодиода уменьшилась, это является признаком его старения. При снижении яркости на 30% и более следует сменить светодиод на новый.

Вредны ли светодиоды для зрения

По своим свойствам свет, излучаемый светодиодом, очень схож с характеристиками света от люминесцентной лампы. Это значит, что светодиодное излучение похоже на монохроматический свет, что являемся основным отличием от солнечного освещения или лампы накаливания. На данный момент отсутствуют глубокие исследования в этой области, поэтому хорошо это или плохо сказать сложно. Так же нет никаких данных о вреде света, излучаемого светодиодами.

Где наиболее выгодно использовать светодиодное освещение

Область, где применяются светодиоды, достаточно обширна. Их можно применять практически везде, можно лишь исключить производственные помещения, в которых их допускается использовать в качестве аварийного освещения.

Дизайнеры широко используют светодиоды в своих проектах из-за их чистого цвета. Так же светодиодное освещение будет незаменимо в условиях жесткой экономии электричества или при высоких требованиях к электробезопасности.

светодиодное освещение квартирыприменение светодиодов для освещения

Применение и возможности светодиодов

светодиоды в электронных устройствахсветодиоды для обозначения дорожных знаков

Впервые светодиоды были изобретены примерно в 60-е годы 20-го века. Но массовое производство и их применение как основного источника света было довольно ограниченно, так как их изготовление требовало достаточно больших денежных средств, и отсутствовал белый и синий цвет. Из-за этих факторов использование светодиодов было ограничено. В основном их применяли для регулировки дорожного движения, в медицинской технике и для передачи информации в опто — волоконных системах.

Лишь к середине 90-х годов начали появляться сверхяркие светодиоды, а вначале 2000х – синие и белые. Постепенно себестоимость светодиодов снизилась, что привлекло внимание производителей и спонсоров к этому источнику света. После этого область, где применяются светодиоды, значительно расширилась. Сначала их использовали как индикаторы в бытовых электронных устройствах и в качестве подсветки в жидкокристаллических экранах. После того, как стало возможным получать любые оттенки с помощью основных цветов, светодиоды стали использовать для конструирования дисплеев, которые позволяют выводить анимацию и полноцветную графику.

Из-за низкого уровня потребляемой мощности LEG-технологии являются самым оптимальным материалом для декоративного освещения. В отличие от люминесцентных ламп, срок использования светодиодов гораздо больше, — примерно в 6-8 раз. Простота сборки и антивандальные качества делают светодиоды конкурентоспособными наряду с остальными искусственными источниками.

светодиоды в массовое использование

Оцените качество статьи:

Почему светодиод светится разными цветами?

Смотрите также обзоры и статьи:

Что влияет на цвет светодиода?

От чего зависит цвет светодиода? Может от цвета пластиковой оболочки? А как тогда обстоят дела с SMD светодиодами, у которых кристалл можно увидеть невооруженным глазом и там уж точно никакой цветной оболочки нет. Давайте же узнаем, почему светодиод светится разными цветами и от чего это зависит?

Начнем с самого простого варианта. Различный цвет свечения светодиода можно получить, просто окрасив его оболочку в тот или иной цвет. Такие светодиоды встречаются довольно часто, а в их основе находиться обычный белый светодиод. Таким нехитрым образом можно получить самые разные цвета свечения.

Кстати, устройство обычного белого светодиода не такое уж и простое. В основе таких диодов находиться бирюзовые или ультрафиолетовые светодиоды, в которых для белого свечения применяют специальный состав — люминофор.

Из чего состоят кристаллы?

А как быть со светодиодами, у которых прозрачная оболочка, или же с SMD светодиодами? В таких светодиодах применяются особые материалы для создания светоизлучающего кристалла.

Наиболее распространенным материалом для производства кристаллов являются различные соединения Галлия. В основном используются соединения Галлий Фосфида трехвалентного, в которые добавляют различные примеси. С помощью этих соединений получают светодиоды со свечением красного, оранжевого желтого и зеленого цвета. Но из текста мало понятно, давайте рассмотрим графические материалы.

Как видим, для обеспечения определенного свечения светодиодов используются различные соединения химических материалов. Обратите внимание, некоторые соединения применяются в светодиодах с различным цветом светимости. Это означает, что в таких светодиодах материал-основа дополнительно обрабатывается различными химическими соединениями.

Цвет получаемый совмещением.

Несколько иначе обстоят дела с инфракрасными и ультрафиолетовыми диодами, так как они излучают свет соответственно в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах. А вот бирюзовый светодиод состоит из двух светодиодных кристаллов — синего и красного, которые вместе дают такой цвет.

Кстати, двух и трехцветные светодиоды довольно распространены. Зачем изобретать новые материалы дающие определенное свечение, если можно просто подобрать несколько цветных диодов, дающих нужный цвет и объединить их в одном корпусе! Таким образом устроены RGB светодиоды. Вот только в них применяется сразу три светодиодных кристалла — красный, синий и зеленый соответственно.

Теперь вы знаете, почему светодиоды могут давать различное свечение. Как видим, все довольно просто — есть несколько основных видов светодиодов, которые дают основные цвета, а уже с их помощью различных комбинаций этих кристаллов можно получить новый, определенный цвет свечения.

Поделиться в соцсетях

8 распространенных вопросов о светодиодных лампах

Светодиодное освещение вызывает любопытство, множество вопросов. Люди хотят знать, с чем им придется иметь дело, стоят ли эти приборы освещения того, чтобы платить за них больше? Узнать подробнее о новых источниках света вам помогут ответы специалистов. В статье — ответы на самые распространенные вопросы покупателей.

1. – Правда ли, что светодиодные лампы потребляют меньше электроэнергии?

– Абсолютно точно. Если провести сравнение с энергосберегающими люминесцентными светильниками, то светоотдача светодиодов при одинаковом энергопотреблении выше в 1,5-2 раза. Лампы накаливания расходуют в 8 раз больше электрической энергии, обеспечивая ту же яркость света. Но экономия состоит не только в этом. Эксплуатационные расходы при использовании светодиодов снижаются в несколько раз также за счет намного более продолжительного срока службы, которым отличаются эти приборы освещения. Если в подъезде, к примеру, вкрутить лампочку накаливания и оставлять ее включенной по 12 часов в сутки, то за год их придется сменить около 6 штук. В случае с энергосберегающей лампой, вы всего лишь раз за год произведете замену. А вот одна и та же светодиодная лампа при том же режиме эксплуатации прослужит 10 лет.

2. – Вредно ли для человека светодиодное освещение?

– Время от времени в интернет-пространстве появляются статьи с доводами против светодиодов. Мол, производимый ими свет вреден для глаз. Сказать однозначно, что это полная неправда, нельзя. Но дело не в светодиодах, а в цветовой температуре излучаемого ими светового потока. Она измеряется в кельвинах (К) и указывается на упаковке осветительного прибора. Чем цветовая температура выше, тем более холодный белый свет дает прибор.

Если днем в офисе, при смешении искусственного и естественного освещения (с высокими показателями цветовой температуры 5000-6000 К) это допустимо, то домашнее и ночное освещение следует делать более теплым. Говоря иными словами, искусственный «дневной» свет хорош днем, а вечером он должен иметь более желтый, мягкий оттенок, тогда вреда здоровью не будет.

Для детских комнат специалисты рекомендуют приобретать светодиодные лампы с показателем цветовой температуры выше 3000–4000 К. Заменив галогенные и люминесцентные лампы светодиодными, но с правильно подобранной цветовой температурой, вы получите более качественный свет, который не пульсирует, отлично передает оттенки, обладает более высокой контрастностью. Доказано что светодиодное освещение способствует продолжительному сохранению работоспособности.

3. – Почему светодиоды считаются безопасными приборами?

– Лампу накаливания можно разбить, случайно раздавить и порезаться. Светодиодный светильник не содержит стеклянных, хрупких компонентов, его довольно сложно вывести из строя случайно. Традиционные энергосберегающие лампы имеют внутри конструкции вредные для экологии и здоровья человека вещества, поэтому обращаться с ними следует осторожно, чтобы не нарушить целостность. Утилизировать их приходится специальным образом. Светодиоды изготовлены без использования ртути, газов. После выхода из строя их можно просто выбросить, что существенно упрощает пользование этими осветительными устройствами.

4. – Мерцают ли светодиодные лампы?

– Посмотрите на свет такой лампы через цифровую фотокамеру. Если LED-светильник снабжен качественным драйвером, то вы не увидите движущихся полос, мерцаний. Люминесцентные лампы, напротив, испускают пульсирующий свет, что признано вредным для зрительного аппарата человека и для его здоровья в целом. После длительного пребывания в помещении с люминесцентными приборами освещения могут появиться головная боль, утомляемость, неспособность сосредоточиться. Если в комнате работают светодиоды, такое исключено.

5. – Способны ли светодиодные светильники работать снаружи, при минусовых температурах?

– На морозе светодиоды светят даже ярче. На основе LED-технологии сегодня изготавливается большой ассортимент уличной осветительной и декоративно-рекламной светотехники. Приборы освещения, предназначенные для наружного использования, обычно имеют соответствующую степень защиты, что указано на упаковке.

6. – Можно ли использовать светодиоды в замкнутых пространствах?

– Именно эти осветительные приборы подходят лучше всего для установки в узких, закрытых, плохо вентилируемых местах. Они очень слабо нагреваются, поэтому пожаробезопасны. Благодаря такому свойству светодиодные светильники часто используют в натяжных, подвесных потолках, для подсветки мебели.

7. – А во влажной среде светодиоды могут работать?

– При соответствующей герметизации LED-светильника его можно использовать во влажной среде и даже под водой, например для подсветки бассейна, аквариума, в ванной, душевой. Полностью загерметизированную светодиодную ленту можно крепить на днище автомобиля, фасаде дома, снаружи торгового павильона.

8. – Можно ли менять яркость светодиодного освещения?

– Диммирование (управление яркостью) в данном случае имеет особенности. Делать это с помощью снижения напряжения нельзя. Но если использовать светильники со специальными драйверами и контроллерами, то можно получить возможность регулировать их яркость, а также цвет.

принцип действия, схемы, примеры и т.д.

Светодиод — диод с простым P-N переходом, главной особенностью которого является то, что он испускает свет, когда через него проходит ток. Используется во многих цифровых дисплеях, а также в других типах индикаторных устройств.

Светодиод

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип работы светодиода

Основные рабочие характеристики любого светоизлучающего диода сходны с характеристиками обычного диода. Когда подается напряжение, то электроны двигаются от материала N-типа через P-N переход и соединяются с отверстиями в материале P-типа. В обычных диодах энергия, которая возникает в результате соединения электронов с отверстиями, выделяется в виде тепла. Однако, когда речь идет о светодиодах, то энергия в них выделяется в первую очередь в виде света.

Схема светодиода

Светодиоды могут изготавливаться таким образом, что будут испускать красный, зеленый, голубой, инфракрасный или ультрафиолетовый свет. Это достигается путем изменения количества и типа материалов, которые используются в качестве присадки. Яркость света также может изменяться, что осуществляется с помощью управления количеством тока, проходящего через светодиод. Однако, как и любой другой диод, СИД имеет предельные значения тока, которые он может выдержать.

Где используются светодиоды

Одной из основных областей применения светодиодов является использование их в качестве сигнальных лампочек. Например, этот прибор может использоваться для того, чтобы проконтролировать идет ли по цепи ток или она обесточена.

Цепь с сигнальной лампочкой представляет собой ряд приборов, последовательно соединенных между собой: светодиод, резистор, выключатель и источник постоянного тока.

Схема типичной цепи с сигнальной лампочкой

Когда выключатель цепи с сигнальной лампочкой замкнут, то напряжение прямого смещения от источника тока подается на светодиод (который разработан таким образом, чтобы срабатывать только, когда имеется прямое смещение). Электроны, которые прорываются через P-N переход, соединяются с отверстиями, в результате чего энергия высвобождается в виде света. Резистор, установленный в этой цепи, ограничивает протекание тока по ней, с тем, чтобы защитить светодиод от повреждений, которые может вызвать чрезмерный ток.

Светодиоды могут также использоваться в цифровых дисплеях, например, в наручных часах или калькуляторах.

С помощью высвечивания различных комбинаций из семи элементов на дисплее можно отображать любую цифру от нуля до девяти.

Цифровой дисплей на калькуляторе из семи элементов

Каждый светодиод соединен последовательно с резистором и выключателем, где каждый выключатель представляет собой внешнюю управляющую цепь. Выключатели имеют обозначения от А до G, чтобы соответствовать элементам дисплея. Семь последовательных проводов соединены параллельно с источником постоянного тока. Для того, чтобы подать питание на какой-либо светодиод, замыкается соответствующий выключатель. Каждый последовательно включенный в цепь резистор ограничивает ток, проходящий по проводу, и, тем самым, предотвращает повреждение светодиодов от чрезмерно большого тока.

Схема внешней цепи управления для цифрового дисплея калькулятора

Цифры появляются на цифровом дисплее в результате различных сочетаний семи выключателей. Например, если выключатели А и В замкнуты, то соответствующие элементы на дисплее загорятся и образуют цифру 1. Подобным же образом цифра 2 может быть образована с помощью выключателей A, C, D, F и G, которые будут замкнуты одновременно.

Замыкая соответствующие выключатели в определенных комбинациях, на дисплее можно получать цифры от 0 до 9. Если элементы расположить несколько иным образом, то на дисплее можно получить знак плюса, минуса, десятичные точки или же буквы алфавита.

Светодиоды могут использоваться даже для обеспечения искусственного освещения для роста растений. Основными преимуществами светодиодов в этом случае являются: низкое потребление электричества и тепловыделения, а также возможность настройки необходимого спектра излучения.

Как работает светодиод »Электроника

Используемые полупроводниковые технологии и материалы являются ключом к пониманию того, как работают светодиоды.

Учебное пособие по светодиодам Включает:
Светоизлучающие диоды
Как работает светодиод
Как делается светодиод
Технические характеристики светодиодов
Срок службы светодиода
Светодиодные пакеты
Светодиоды высокой мощности / яркости
Светодиодное освещение
Органические светодиоды, OLED

Другие диоды: Типы диодов

Светодиодная технология считается само собой разумеющимся, поскольку светодиоды широко используются.Однако используемые технологии и материалы являются ключом к пониманию того, как работает светодиод.

Хотя основной PN переход использовался в течение многих лет, только в 1962 году был разработан светодиод, и его действие стало понятным.

Светодиод, символ цепи светодиода

Светодиодная технология: как работает светодиод

Светодиод — это специализированная форма PN-перехода, в которой используется составной переход. Полупроводниковый материал, используемый для перехода, должен быть составным полупроводником.Обычно используемые полупроводниковые материалы, включая кремний и германий, представляют собой простые элементы, и переходы, сделанные из этих материалов, не излучают свет. Вместо этого сложные полупроводники, включая арсенид галлия, фосфид галлия и фосфид индия, являются составными полупроводниками, и переходы, сделанные из этих материалов, действительно излучают свет.

Эти сложные полупроводники классифицируются по валентным зонам, которые занимают их составляющие. Что касается арсенида галлия, галлий имеет валентность три, а мышьяк — пять, и это то, что называется полупроводником группы III-V, и есть ряд других полупроводников, которые подходят к этой категории.Также возможны полупроводники, изготовленные из материалов III-V групп.

Как работает светоизлучающий диод

Светодиод излучает свет при прямом смещении. Когда к переходу прикладывается напряжение, чтобы сделать его смещенным в прямом направлении, течет ток, как в случае любого PN перехода. Дырки из области p-типа и электроны из области n-типа входят в переход и рекомбинируют, как обычный диод, чтобы позволить току течь. Когда это происходит, высвобождается энергия, часть которой находится в форме световых фотонов.

Обнаружено, что большая часть света излучается из области перехода, более близкой к области P-типа. В результате конструкция диодов сделана так, чтобы эта область сохранялась как можно ближе к поверхности устройства, чтобы гарантировать, что минимальное количество света поглощается структурой.

Для получения видимого света необходимо оптимизировать стык и выбрать правильные материалы. Чистый арсенид галлия выделяет энергию в инфракрасной части спектра.Чтобы довести световое излучение до видимого красного конца спектра, к полупроводнику добавляют алюминий, чтобы получить арсенид алюминия-галлия (AlGaAs). Также можно добавить фосфор, чтобы получить красный свет. Для других цветов используются другие материалы. Например, фосфид галлия дает зеленый свет, а фосфид алюминия, индия, галлия используется для желтого и оранжевого света. Большинство светодиодов основано на полупроводниках галлия.

Светодиодные материалы и цвета света

Другие электронные компоненты:
Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
Транзистор
Фототранзистор
Полевой транзистор
Типы памяти
Тиристор
Разъемы
Разъемы RF
Клапаны / трубки
Аккумуляторы
Переключатели
Реле

Вернуться в меню «Компоненты».. .

Как работает светодиод?

Светодиоды — обычно называемые светодиодами — можно найти в нескольких ваших проектах MakeCrate. Они бывают разных цветов, размеров и интенсивности. В наших инструкциях и видеороликах подчеркивается, что светодиоды всегда должны быть подключены в правильном направлении, и если вы перевернете один в цепи, вы увидите, что он больше не работает. Давайте посмотрим, что происходит внутри, и посмотрим, как это работает.

Во-первых, мы начнем со словарного запаса.

Диод — это электрическое устройство, которое позволяет току проходить через него в одном направлении.

Полупроводник — это материал, который позволяет электричеству частично проходить через него. Это отличается от проводника , который позволяет электричеству течь свободно, и изолятора , который почти не пропускает электричество.

Итак, светодиод — это диод, который содержит внутри два типа полупроводникового материала.На одной стороне находится материал p-типа , который содержит положительно заряженные частицы, называемые «дырками ». С другой стороны, имеется материал n-типа , который содержит лишние электроны, которые имеют отрицательный заряд.

Когда светодиод вставляется в схему, это должно быть сделано так, чтобы сторона, содержащая материал n-типа, находилась на отрицательной стороне схемы, а материал p-типа — на положительной стороне.

Когда электрический ток течет по цепи, электроны из материала n-типа и дырки из материала p-типа могут перемещаться к другой стороне материала.

Когда дырки и электроны приходят в движение, они начинают взаимодействовать, и это взаимодействие вызывает выделение энергии в виде фотонов, которые мы видим как свет.

Типы материала в полупроводнике определяют, какой цвет излучает светодиод.

Есть вопросы? Разместите их в комментариях ниже.

Светодиод

＜ Что такое светодиоды и как они работают? ＞ | Основы электроники

Что такое светодиоды?

Светодиоды

— это полупроводники, называемые «светоизлучающими диодами».Белые светодиоды, которые получили практическую реализацию благодаря использованию синих светодиодов высокой яркости, разработанных в 1993 году на основе нитрида галлия, привлекают повышенное внимание как 4-й тип источника света.

Как светодиоды излучают свет?

Светодиоды

(светоизлучающие диоды) представляют собой полупроводниковые источники света, которые объединяют полупроводник P-типа (большая концентрация дырок) с полупроводником N-типа (большая концентрация электронов). Приложение достаточного прямого напряжения заставит электроны и дырки рекомбинировать в P-N переходе, высвобождая энергию в виде света.

По сравнению с обычными источниками света, которые сначала преобразуют электрическую энергию в тепло, а затем в свет, светодиоды (Light Emitting Diodes) преобразуют электрическую энергию непосредственно в свет, обеспечивая эффективное производство света с небольшими потерями электроэнергии.

Типы светодиодов

Доступны светодиоды двух типов: ламповые (с выводами) и микросхемы (для поверхностного монтажа). Пользователи могут выбрать идеальный тип, исходя из установленных требований.

Длина волны и цвет

Цвет светодиода (длина волны излучения) будет меняться в зависимости от используемых материалов.Это позволяет настроить цвет в соответствии с определенными спецификациями длины волны, необходимыми для приложений, которые используют традиционные лампы в качестве источников света (для которых существуют стандарты), таких как светофоры и автомобильные лампы.

Для обозначения цвета используются две спецификации длины волны: λP (пиковая длина волны) и λD (доминирующая длина волны), при этом λD соответствует цвету, фактически наблюдаемому человеческим глазом.

Как создается белый свет?

Есть несколько методов получения белого света с помощью светодиодов.Ниже приведены 2 типичных метода эмиссии.

Синий светодиод ＋ Желтый люминофор

Комбинация синего светодиода с желтым люминофором, который является дополнительным цветом, дает белый свет. Этот метод проще других решений и обеспечивает высокую эффективность, что делает его наиболее популярным выбором на рынке.

Красный светодиод ＋ Зеленый светодиод ＋ Синий светодиод

Сочетание трех основных цветов приведет к белому свету. Обычно этот метод используется не для освещения, а для полноцветных светодиодных устройств.

Светоизлучающий диод
LED К странице продукта

Линейка светоизлучающих диодов

ROHM включает в себя тип бокового излучения, тип заднего крепления и тип лампы в дополнение к стандартным типам SMD.

Lighting Inc | Как работают светодиоды для обеспечения видимого и невидимого света

Несмотря на то, что светодиоды присутствуют в предметах, которые большинство из нас использует несколько раз в день, то, как они работают, остается загадкой. В этой статье мы рассмотрим, как работают светодиоды, понятным большинству из нас.После этого мы исследуем, чем может быть полезен даже невидимый свет от светодиодов.

Основы того, как светодиоды излучают свет

«Светодиод» означает «светоизлучающий диод». Этот диод на самом деле является полупроводником, который излучает видимый свет, когда через его структуру протекает электрический ток. Это происходит потому, что электроны снова собираются в так называемые «электронные дырки». Когда это происходит, состояние электрона меняется. Электрон теряет энергию в виде фотона. Этот фотон представляет собой форму светового излучения, видимого нам, людям.Чем больше энергии выделяется электроном, тем выше частота испускаемого фотонного света. Частота испускаемой фотонной световой энергии может определять цвет видимого света.

Как используется невидимый светодиодный свет

Все мы знаем, что светодиодный свет полезен в качестве источника видимого света, но как насчет невидимого света? Когда фотонный свет излучается светоизлучающим диодом (LED), это не означает, что мы сможем увидеть все это. Люди могут воспринимать свет только с определенной цветовой частотой и яркостью.Человеческий глаз способен видеть свет только между 390-700 нанометрами в электромагнитном спектре. Из-за этого светодиодный свет можно использовать не только для света, который мы можем видеть. Примером может служить использование светодиодов в пультах дистанционного управления. Инфракрасные светодиоды на конце пульта дистанционного управления излучают свет, который принимает ваш телевизор или другая электроника. Этот свет может передавать закодированные сообщения, которые может интерпретировать определенная электроника. Если бы вы могли видеть этот свет, это выглядело бы так, как если бы вы светили маленьким фонариком в направлении вашего телевизора каждый раз, когда вам нужно изменить канал или увеличить громкость.Светодиоды также могут использоваться для отправки сообщений по оптоволоконным кабелям в виде инфракрасного света.

Забавные примечания: разных животных могут видеть разные спектры света. Пчела, например, может видеть в диапазоне 300-650 нанометров, что означает, что они не могут видеть красный цвет, но они могут видеть цвета в ультрафиолетовом спектре, невидимые для человека.

Если вам больше интересно, как видимый свет от светодиодов может осветить любое место в вашем доме или офисе, специалисты Lighting Inc.может помочь.

Что такое светодиод и как работают светодиоды?

Хотя большинство из нас знакомо с теплым свечением традиционных ламп накаливания, многие могут не знать, как на самом деле работает этот тип ламп. Вот немного предыстории: лампы накаливания излучают свет, нагревая нить накаливания до тех пор, пока она не начнет светиться — на самом деле, до 90% энергии, используемой для зажигания лампы накаливания, идет на производство этого тепла!

Их высокое потребление энергии — лишь одна из причин, почему многие правительства начали отказываться от традиционных лампочек в пользу энергоэффективных альтернатив, таких как КЛЛ и светодиоды.Но для тех, кто не знаком с современными вариантами освещения, такими как светодиоды, переход на новый стиль лампочки может показаться пугающей перспективой. Понимание того, что такое светодиоды и как они работают, может упростить процесс поиска подходящей лампы и перехода на энергоэффективное освещение. Продолжайте читать, чтобы узнать больше.

Что такое светодиод?

«LED» означает «светоизлучающий диод». Первые две части этого названия легко понять — «светоизлучающий» означает, что он излучает свет, но что такое «диод» и для чего он нужен? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно немного научиться.

Все диоды излучают фотоны (частицы электромагнитной энергии), но только определенные типы диодов излучают эту электромагнитную энергию в виде света вместо тепла. Светоизлучающий диод — это тип технологии твердотельного освещения (SSL), что означает, что он излучает свет от куска твердого вещества. В данном случае этот кусок твердого вещества представляет собой полупроводник с двумя выводами. Мы объясним, как это работает, в следующем разделе.

Типы светодиодов

Есть два основных типа светодиодов:

• Индикатор — недорогое маломощное устройство, которое используется в качестве световых индикаторов в автомобилях, панелях и других электронных устройствах.

• Осветитель — мощный прибор, обеспечивающий освещение. Это тип светодиодов, которые вы покупаете для освещения комнат в вашем доме или офисе. Их можно найти в различных стилях, формах и цветах, подходящих практически для любого применения.

Как работают светодиоды?

Светодиод способен генерировать свет из-за расположения двух полупроводниковых материалов, расположенных между его электродами:

1. Тип N: Полупроводник с дополнительными электронами (также известный как дополнительные отрицательно заряженные частицы ).
2. Тип P: Полупроводник с дополнительными отверстиями (также известный как дополнительные положительно заряженных частиц ).

Подключение полупроводника N-типа к отрицательному электроду и полупроводника P-типа к положительному электроду активирует электроны, так что они могут течь через переход от отрицательного к положительному слою. Когда дополнительные электроны (отрицательно заряженные частицы) проходят через дополнительные отверстия (положительно заряженные частицы), они излучают свет.

Проводящим материалом, из которого состоят светодиоды, обычно является арсенид алюминия-галлия (AlGaAs), но есть и другие виды. Материалы выбираются специально, потому что они производят фотоны, которые будут высвобождаться в видимой части светового спектра. Тип выбранного материала и его количество изменяют цвет света, потому что каждый материал генерирует фотоны с разной длиной волны, влияя на то, как он выглядит для человеческого глаза.

ФАКТ ОБ ОСВЕЩЕНИИ: По-настоящему белого светодиода не существует.Они представляют собой либо комбинацию светодиодов разного цвета, либо они имеют желтое или оранжевое покрытие (люминофор), которое преобразует светодиод в белый свет.

Подробнее

Найдите ответы на все свои вопросы о светодиодах в оставшейся части нашего полного руководства по светодиодным светильникам:

Часть 1: Что такое светодиод и как работают светодиоды? (вы здесь!)
Часть 2: Преимущества светодиодов
Часть 3: Светодиоды по сравнению с традиционными лампами накаливания
Часть 4: Переход на светодиоды за 5 шагов
Часть 5: Как сделать Купить светодиоды
Часть 6: История светодиодов
Часть 7: Расширенные функции

Как работают светодиоды — Светодиодные лампы для выращивания растений — Максимальная урожайность коммерческого производителя

Причудливая наука о производстве света

Если мы хотим понять науку о том, как светодиоды производят свет, мы сначала должны понять кое-что довольно странное об электронах.Электроны не могут делать то, что кажется очень простым — иметь «запрещенные» количества энергии.

Если рассматривать его как целые числа, электроны могут находиться на уровнях энергии 1, 2, 3, но никогда, ни при каких обстоятельствах на уровнях 1,1, 2,4 или 3,000000001. С точки зрения физики энергия квантуется (отсюда и квантовая механика).

Итак, почему электрон не может занимать уровни энергии между этими заданными величинами? Наука не дала полного ответа на этот вопрос, но он связан с волновой природой электронов — есть определенные места, в которых волновой аспект электронов просто не желает находиться.

Эта странная реальность с электронами приводит к двум странным результатам, когда электроны меняют уровни энергии. Во-первых, электрон «туннелирует» и мгновенно перемещается с одного энергетического уровня на другой, никогда не занимая промежуточное пространство. Во-вторых, электрон излучает или поглощает фотон света.

Изображение с https://en.wikipedia.org/wiki/Electron

Фотоны во многих отношениях являются энергетической валютой Вселенной. Если бы электрон поглотил фотон, он перешел бы в энергетическое состояние, эквивалентное энергии фотона.Электроны также могут испускать фотоны и опускаться на энергетический уровень, равный энергии фотонов.

Этот процесс получения света происходит чаще, чем вы думаете. Всякая материя излучает свет. Фактически, вы прямо сейчас излучаете свет. Действительно. Вы светитесь. Однако этот свет находится ниже видимого спектра и покидает ваше тело в виде инфракрасного излучения.

Лампы накаливания, люминесцентные лампы, HID и светодиоды

У лампы накаливания нить накаливания при прохождении через нее электричества становится настолько горячей, что начинает заметно светиться.Это свечение возникает из-за того, что молекулы сталкиваются друг с другом, заставляя электроны переходить в более высокие энергетические состояния, а затем расслабляться, высвобождая фотоны. В случае люминесцентных ламп электроны прыгают от одной молекулы пара ртути к другой, вызывая по пути отталкивание, возбуждение и релаксацию электронов, тем самым создавая УФ-свет, который затем преобразуется в видимый свет с помощью белого порошкового люминофорного покрытия на внутренней стороне лампочка. HID работает аналогично, хотя внутри колбы находится больше типов металла, некоторые из которых испаряются только при высоких рабочих температурах.

Изображение с https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode

А вот светодиоды

работают иначе. Подобно тому, как производится свет, когда электрон переходит из состояния с высокой энергией в состояние с низкой энергией внутри одной молекулы, светодиоды позволяют производить свет, когда электрон переходит из состояния с высокой энергией в одном атоме в состояние с более низкой энергией. состояние на другой молекуле.

Светодиоды

состоят из двух слоев электропроводящих кристаллов, которые имеют немного разную структуру.Один из этих слоев называется n-типом; «n» означает, что он отрицательный и является стороной, которая является источником электронов. Сторона p-типа — это сторона, которая является «положительной» и принимает электроны в «дырки» с более низкой энергией. Когда электричество проходит через эти два слоя, электроны переходят в энергетическое состояние и тем самым высвобождают фотоны света.

Поистине потрясающе, не правда ли ?!

Основное руководство по принципу работы светодиодного освещения — Сложный процент

Нажмите для увеличения

Рождество уже не за горами, и независимо от того, празднуете ли вы его или нет, вы, возможно, уже начали видеть, как рождественские огни начинают появляться на домах и елках.Как на самом деле работают эти огни и как их можно заставить воспроизводить такое множество цветов? Этот рисунок показывает химию.

LED — это светодиоды, они бывают разных цветов, от красного и оранжевого до синего и фиолетового. Хотя они могут показаться маленькими, в них заключена серьезная наука — на самом деле, Нобелевская премия по физике 2014 года досталась ученым, которые работали над открытием того, как создавать эффективные синие светодиоды. Прежде чем мы это обсудим, давайте начнем с основ.

Имеет смысл начать с объяснения того, как светодиоды могут производить свет. Светодиоды изготовлены из полупроводниковых материалов, материалов, которые в одних условиях проводят электричество, а в других нет. В светодиодах можно использовать несколько различных полупроводниковых материалов, но многие из них основаны на галлии, например нитрид галлия и фосфид галлия.

Светодиоды

состоят из двух слоев полупроводникового материала. Слои «легированы» примесями, то есть примешиваются атомы элементов, отличных от тех, которые изначально были в полупроводниковом материале.Это легирование может создавать различные типы слоев: слои p-типа и слои n-типа. Слой n-типа имеет избыток электронов, тогда как слой p-типа имеет недостаточное количество электронов и, как таковой, имеет так называемые электронные «дырки»: позиции в атомах, где электрон мог бы находиться, но не т.

Когда к светодиоду подается ток, электроны в слое n-типа и электронные «дырки» в слое p-типа перемещаются в активный слой между ними. Когда электроны и электронные «дырки» объединяются, выделяется энергия, и это видно как видимый свет.Хотя это объясняет, как создается свет, мы должны более внимательно присмотреться к происходящему, чтобы объяснить, как можно получить разные цвета.

Цвета, получаемые от светодиодов, определяются используемыми полупроводниковыми материалами. Как вы можете видеть на рисунке, для всех цветов используется не один материал, а целый ряд возможностей. Используя разные материалы и добавляя к ним различные примеси, мы можем изменить размер запрещенной зоны, то есть размер разницы энергий между слоем n-типа и слоем p-типа.Чем больше ширина запрещенной зоны, тем короче длина волны света, излучаемого светодиодом. Таким образом, для красного светодиода требуется относительно небольшая запрещенная зона. Для синих светодиодов необходима большая ширина запрещенной зоны.

Светодиоды с меньшей шириной запрещенной зоны было легче производить, но производство светодиодов с небольшой шириной запрещенной зоны, необходимой для получения синего света, оказалось более проблематичным. Это было важно, потому что красный, зеленый и синий светодиоды были необходимы для получения белого света. В начале 1990-х годов ученые наконец-то разработали, как производить синие светодиоды с использованием нитрида галлия, и за свою работу были удостоены Нобелевской премии 2014 года.

Сегодня светодиоды используются не только в рождественских огнях, но и во многих обычных лампочках. У них много преимуществ перед традиционными лампами: они служат дольше по сравнению с обычными лампами (до 100 000 часов по сравнению с 1 000 часов для ламп накаливания) и они более энергоэффективны, требуя меньше энергии для излучения того же количества света. Благодаря светодиодам, счет за электричество для этого дома, покрытого рождественскими огнями от крыши до фундамента, не так высок, как мог бы быть!

Понравились этот пост и рисунок? Подумайте о поддержке сложного процента на Patreon и получайте предварительные просмотры предстоящих публикаций и многое другое!

Изображение в этой статье находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Международная лицензия. См. Рекомендации по использованию содержания сайта.

Ссылки и дополнительная литература

.