Содержание
Подробное устройство и принцип работы светодиода
С момента открытия красного светодиода (1962 г.) развитие твердотельных источников света не останавливалось ни на миг. Каждое десятилетие отмечалось научными достижениями и открывало для ученых новые горизонты. В 1993 году, когда японским ученым удалось получить синий свет, а затем и белый, развитие светодиодов перешло на новый уровень. Перед физиками всего мира стала новая задача, суть которой заключалась в использовании светодиодного освещения в качестве основного.
В наше время можно сделать первые выводы, свидетельствующие об успехах становления светодиодного освещения и продолжающейся модернизации светодиода. На прилавках магазинов появились светильники со светодиодами, изготовленными по технологии COB, COG, SMD, filament.
Как устроен каждый из перечисленных видов, и какие физические процессы вынуждают полупроводниковый кристалл светиться?
Содержание
- 1 Что такое светодиод?
- 2 Устройство, конструкция и технологические отличия
- 2. 1 DIP
- 2.2 SMD
- 2.3 COB
- 3 Принцип работы светодиода
Что такое светодиод?
Перед разбором устройства и принципа работы, кратко рассмотрим, что светодиод из себя представляет.
Светодиод – это полупроводниковый компонент с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании электрического тока в прямом направлении.
В отличие от нити накала и люминесцентных источников света, испускаемый свет светодиодом лежит в небольшом диапазоне спектра. То есть кристалл светоизлучающего диода испускает конкретный цвет (в случае со светодиодами видимого спектра). Для получения определенного спектра излучения в светодиодах используют специальный химический состав полупроводников и люминофора.
Устройство, конструкция и технологические отличия
Существует много признаков, по которым можно классифицировать светодиоды на группы. Одним из них является технологическое отличие и небольшое различие в устройстве, которое вызвано особенностью электрических параметров и будущей сферой применения светодиода.
DIP
Цилиндрический корпус из эпоксидной смолы с двумя выводами стал первым конструктивом для светоизлучающего кристалла. Закругленный цветной или прозрачный цилиндр служит линзой, формируя направленный пучок света. Выводы вставляются в отверстия печатной платы (DIP) и с помощью пайки обеспечивают электрический контакт.
Излучающий кристалл располагается на катоде, который имеет форму флажка, и соединяется с анодом тончайшим проводом. Существуют модели с двумя и тремя кристаллами разного цвета в одном корпусе с количеством выводов от двух до четырёх. Кроме этого, внутри корпуса может быть встроен микрочип, управляющий очередностью свечения кристаллов либо задающий чистоту его мигания.
Светодиоды в DIP корпусе относятся к слаботочным, используется в подсветке, системах индикации и гирляндах.
В попытках нарастить световой поток, появился аналог с усовершенствованным устройством в DIP корпусе с четырьмя выводами, известный как «пиранья». Однако увеличенная светоотдача нивелировалась размерами светодиода и сильным нагревом кристалла, что ограничило область применения «пираньи». А с появлением SMD технологии их производство практически прекратилось.
SMD
Полупроводниковые приборы с креплением на поверхность печатной платы коренным образом отличаются от предшественников. Их появление расширило возможности конструирования систем освещения, позволило снизить габариты светильника и полностью автоматизировать монтаж. Сегодня SMD-светодиод – это самый востребованный компонент, используемый для построения источников света любых форматов.
Основа корпуса, на которую крепится кристалл, является хорошим проводником тепла, что в разы улучшило отвод тепла от светоизлучающего кристалла. В устройстве белых светодиодов между полупроводником и линзой присутствует слой люминофора для задания нужной цветовой температуры и нейтрализации ультрафиолета. В SMD-компонентах с широким углом излучения линза отсутствует, а сам светодиод имеет форму параллелепипеда.
COB
Chip-On-Board – одно из новейших практических достижений, которое в ближайшем будущем займет лидерство по производству белых светодиодов в искусственном освещении. Отличительная черта устройства светодиодов по технологии COB заключается в следующем: на алюминиевую основу (подложку) через диэлектрический клей крепят десятки кристаллов без корпуса и подложки, а затем полученную матрицу покрывают общим слоем люминофора. В результате получается источник света с равномерным распределением светового потока, исключающий появление теней.
Разновидностью COB является Chip-On-Glass (COG), которая подразумевает размещение множества мелких кристаллов на поверхности из стекла. В частности, широко известны филаментные лампы на 220 В, в которых излучающим элементом служит стеклянный стержень со светодиодами, покрытыми люминофором.
Принцип работы светодиода
Несмотря на рассмотренные технологические особенности, работа всех светодиодов базируется на общем принципе действия излучающего элемента. Преобразование электрического тока в световой поток происходит в кристалле, который состоит из полупроводников с разным типом проводимости. Материал с n-проводимостью получают путем его легирования электронами, а материал с p-проводимостью – дырками. Таким образом, в сопредельных слоях создаются дополнительные носители заряда противоположной направленности.
В момент подачи прямого напряжения начинается движение электронов и дырок к p-n-переходу. Заряженные частицы преодолевают барьер и начинают рекомбинировать, в результате чего протекает электрический ток. Процесс рекомбинации дырки и электрона в зоне p-n-перехода сопровождается выделением энергии в виде фотона.
Вообще, данное физическое явление применимо ко всем полупроводниковым диодам. Но в большинстве случаев длина волны фотона находится за пределами видимого спектра излучения. Чтобы заставить элементарную частицу двигаться в диапазоне 400-700 нм ученым пришлось провести немало экспериментов с подбором подходящих химических элементов. В результате появились новые соединения: арсенид галлия, фосфид галлия и более сложные их формы, каждая из которых характеризуется своей длиной волны, а значит, и цветом излучения.
Кроме полезного света, испускаемого светодиодом, на p-n-переходе выделяется некоторое количество теплоты, которая снижает эффективность полупроводникового прибора. Поэтому в конструкции мощных светодиодов должна быть продумана возможность реализации эффективного отвода тепла.
Световой диод, красный, G1 | PHYWE
Nach oben
Информация
Контактное лицо
Условия сотрудничества
Декларация о конфиденциальности
Вводные данные
Обслуживание
Краткий обзор услуг
Скачать
Каталоги
Вебинары и Видео
Связаться со службой поддержки клиентов
Компания
О нас
Качественная политика
Безопасность в классе
Please note
* Prices subject to VAT.
We only supply companies, institutions and educational facilities. No sales to private individuals.
Please note: To comply with EU regulation 1272/2008 CLP, PHYWE does not sell any chemicals to the general public. We only accept orders from resellers, professional users and research, study and educational institutions.
Пожалуйста, введите имя, под которым должна быть сохранена Ваша корзина.
Сохраненные корзины вы можете найти в разделе My Account.
Название корзины
Светодиодное освещение | Министерство энергетики
Энергосбережение
Изображение
Светоизлучающий диод (LED) – это сегодня наиболее энергоэффективная и быстро развивающаяся технология освещения. Качественные светодиодные лампы служат дольше, более долговечны и обеспечивают сравнимое или лучшее качество света, чем другие типы освещения. Ознакомьтесь с 8 главными фактами о светодиодах, которых вы не знали, чтобы узнать больше.
Энергосбережение
Светодиод — это высокоэффективная технология освещения, которая может коренным образом изменить будущее освещения в Соединенных Штатах. Бытовые светодиоды, особенно продукты с рейтингом ENERGY STAR, потребляют как минимум на 75 % меньше энергии и служат до 25 раз дольше, чем лампы накаливания.
Широкое использование светодиодного освещения имеет большое потенциальное влияние на экономию энергии в Соединенных Штатах. Ожидается, что к 2035 году в большинстве осветительных установок будет использоваться светодиодная технология, а экономия энергии от светодиодного освещения может превысить 569%.ТВтч ежегодно к 2035 году, что соответствует годовой выработке энергии более чем 92 электростанциями мощностью 1000 МВт.
Чем отличаются светодиоды
Светодиодное освещение сильно отличается от других типов освещения, таких как лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы. Ключевые отличия включают в себя:
- Источник света: светодиоды размером с перчинку и могут излучать свет различных цветов. Иногда для получения белого света используется смесь красных, зеленых и синих светодиодов.
- Направление: светодиоды излучают свет в определенном направлении, что снижает потребность в отражателях и рассеивателях, которые могут задерживать свет. Эта функция делает светодиоды более эффективными для многих применений, таких как встроенные светильники и рабочее освещение. При других типах освещения свет должен отражаться в нужном направлении, и более половины света никогда не покидает светильник.
- Тепло: светодиоды излучают очень мало тепла. Для сравнения, лампы накаливания выделяют 90% своей энергии в виде тепла, а компактные люминесцентные лампы выделяют около 80% своей энергии в виде тепла.
- Срок службы: продукты светодиодного освещения обычно служат намного дольше, чем другие типы освещения. Светодиодная лампа хорошего качества может служить в 3-5 раз дольше, чем КЛЛ, и в 30 раз дольше, чем лампа накаливания.
Светодиодные продукты
Светодиодное освещение доступно в самых разных бытовых и промышленных продуктах, и этот список растет с каждым годом. Быстрое развитие светодиодных технологий привело к увеличению доступности продукции, повышению эффективности производства и снижению цен. Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных типов светодиодной продукции.
Промышленное и коммерческое освещение
Высокая эффективность и направленность светодиодов делают их идеальными для многих промышленных применений. Светодиоды все чаще используются в уличных фонарях, освещении гаражей, дорожек и других наружных площадок, освещении холодильных шкафов, модульном освещении и рабочем освещении.
Освещение под шкафом
Благодаря небольшому размеру и направленности светодиоды идеально подходят для освещения ограниченных пространств, таких как столешницы для приготовления пищи и чтения рецептов. Поскольку цвет и направление света могут различаться, важно сравнивать продукты, чтобы найти лучший светильник для вашего помещения.
Встраиваемые светильники
Встраиваемые потолочные светильники обычно используются на кухнях жилых домов, в коридорах и ванных комнатах, а также в ряде офисных и коммерческих помещений. По оценкам Министерства энергетики США, в домах и на предприятиях США установлено более 600 миллионов встроенных светильников.
Сменные светодиодные лампы
Благодаря повышению производительности и снижению цен светодиодные лампы могут по доступной цене и эффективно заменить лампы накаливания мощностью 40, 60, 75 и даже 100 Вт. Важно прочитать этикетку с информацией об освещении, чтобы убедиться, что яркость и цвет продукта соответствуют назначению и местоположению.
Светодиодные праздничные огни
Светодиоды потребляют гораздо меньше электроэнергии, чем лампы накаливания, и декоративные светодиодные гирлянды, такие как елочные фонари, ничем не отличаются. Светодиодные праздничные светильники не только потребляют меньше электроэнергии, но и обладают следующими преимуществами:
- Безопаснее: светодиоды намного холоднее, чем лампы накаливания, что снижает риск воспламенения или ожога пальцев.
- Прочнее: светодиоды изготовлены из эпоксидных линз, а не из стекла, и гораздо более устойчивы к поломке.
- Долгий срок службы: одна и та же светодиодная цепочка может использоваться через 40 праздничных сезонов.
- Простота установки: до 25 цепочек светодиодов можно подключить встык, не перегружая стенную розетку.
- Учить больше
- Ссылки
Связано с энергосбережением
Люмен и этикетка с информацией об освещении
Узнать больше
Товары и услуги для освещения и дневного освещения
Узнать больше
- Твердотельное освещение — Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии
- Светодиодные лампы — ENERGY STAR
- Декоративные световые гирлянды — ENERGY STAR
Как работает светодиод » Electronics Notes
Используемые полупроводниковые технологии и материалы являются ключом к пониманию того, как работает светодиод.
9Учебное пособие по светоизлучающему диоду 0114 Включает:
Светоизлучающий диод
Как работает светодиод
Как делают светодиод
Технические характеристики светодиодов
срок службы светодиода
светодиодные пакеты
Светодиоды высокой мощности/яркости
Технология светодиодного освещения
Органические светодиоды, OLED
Другие диоды: Типы диодов
Светодиодная технология считается само собой разумеющейся, поскольку светодиоды широко используются. Однако технология и используемые материалы являются ключом к пониманию того, как работает светодиод.
Хотя базовый PN-переход использовался уже много лет, только в 1962 году был разработан светодиод, и его действие стало понятным.
Светодиод, символ цепи светодиода
Светодиодная технология: как работает светодиод
Светодиод представляет собой специальную форму 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, изготовленные из этих материалов, не излучают свет. Вместо этого составные полупроводники, включая арсенид галлия, фосфид галлия и фосфид индия, являются составными полупроводниками, и соединения, сделанные из этих материалов, действительно излучают свет.
Эти составные полупроводники классифицируются по валентным зонам, которые они занимают. Для арсенида галлия галлий имеет валентность три, а мышьяк — валентность пять, и это то, что называется полупроводником группы III-V, и есть ряд других полупроводников, которые соответствуют этой категории. Также возможны полупроводники, изготовленные из материалов группы III-V.
Как работает светоизлучающий диод
Светодиод излучает свет, когда он смещен в прямом направлении. Когда к переходу прикладывается напряжение, чтобы сделать его смещенным в прямом направлении, ток течет, как и 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 обеспечить протекание тока. Когда это происходит, высвобождается энергия, часть которой находится в виде световых фотонов.
Обнаружено, что большая часть света производится из области перехода ближе к области Р-типа. В результате конструкция диодов выполнена таким образом, что эта область находится как можно ближе к поверхности устройства, чтобы обеспечить поглощение структурой минимального количества света.
Для получения видимого света необходимо оптимизировать соединение и выбрать правильные материалы. Чистый арсенид галлия выделяет энергию в инфракрасной части спектра. Чтобы перевести световое излучение в видимый красный конец спектра, в полупроводник добавляют алюминий, чтобы получить алюминий-галлиевый арсенид (AlGaAs). Фосфор также может быть добавлен, чтобы дать красный свет. Для других цветов используются другие материалы.