Цвет и материалы светодиодов. Полупроводниковые источники света

Цвет и материалы светодиодов. Полупроводниковые источники света

Как вы должны знать, есть два источника излучения света, которые могут исходить от полупроводниковых устройств. Лазерные диоды и светодиоды . В то время как светодиоды основаны на спонтанном излучении, лазеры основаны на вынужденном излучении. В этом разница между ними.

светоизлучающие диоды (Light Emitting Diode) они являются наиболее распространенным источником света среди электронного оборудования. Они используются для отображения времени на цифровых часах, для сигнализации о работе или заряде аккумулятора и т. д. Применений много, и теперь они также перешли к освещению с новыми светодиодными лампами для освещения всех типов помещений и даже для транспортных средств.

Эти светодиодные устройства относятся к группе опто-полупроводники , способный преобразовывать электрический ток в свет. Этот осветительный прибор имеет большое преимущество в том, что он долговечен, так как он не перегорает, как лампочки, а также гораздо более эффективен, поэтому потребление намного ниже, чем у обычных лампочек. Кроме того, их стоимость изготовления очень низкая, поэтому они стали настолько популярными.

Как и любой другой полупроводниковый прибор, светодиод имеет основные основные элементы, такие как P-зоны с дырками (+) и N-зоны с электронами (-) , то есть обычные носители заряда любого полупроводника. И это делает:

• Когда сторона P подключена к источнику питания, а сторона N к земле, соединение смещено в прямом направлении, что позволяет току течь через диод и излучать свет, который мы все можем видеть.
• Если сторона P подключена к земле, а сторона N подключена к источнику питания, говорят, что соединение смещено в обратном направлении, что предотвращает протекание тока. Вы уже знаете, что диоды препятствуют прохождению тока в одном направлении.
• При прямом смещении основные и неосновные носители заряда на стороне P и стороне N объединяются друг с другом, нейтрализуя носители заряда в обедненном слое PN-перехода. И, в свою очередь, эта миграция электронов и дырок высвобождает определенное количество фотонов, то есть часть энергии излучается в виде света, с постоянной (монохроматической) длиной волны. Именно это и будет характеризовать цвет светодиода, так как в зависимости от излучаемой им длины волны он может быть ИК, синим, желтым, зеленым, желтым, янтарным, белым, красным, УФ и т.д.
• Излучаемая длина волны электромагнитного спектра и, следовательно, цвет определяются полупроводниковыми материалами, образующими PN-переход диода. Следовательно, полупроводниковые соединения можно варьировать или играть с ними для создания новых цветов в спектре или видимом диапазоне.

Светодиоды. LED технологии и их применение

LED технологии – это процесс получения светового излучения, которое возникает при соприкосновении катода с полупроводником, который соединяется с анодом. Светодиоды были открыты случайно в 60-х годах, но получили распространение только после 80-х годов, когда потребовались долговечные компактные источники света. Ведь по светоотдаче LED намного мощнее ламп накаливания, а срок службы в 100 раз больше.

Определение светодиодов

Это полупроводниковые приборы, генерирующие оптическое излучение, когда через него в прямом направлении проходит электрический ток. Составляющие компоненты светодиода:

• полупроводниковый кристалл,
• подложка, которая устанавливается под кристаллом,
• оптическая система,
• корпус, который содержит выводные контакты.

От силы тока зависит яркость светодиода. Но до бесконечности увеличивать силу тока нельзя, поскольку внутреннее сопротивление постепенно приведет к перегреву светодиода.

Причина возникновения свечения

Свечение появляется при взаимодействии электронов с излучением фотонов, когда осуществляется переход на катод через полупроводник. Для этого необходимо, чтобы произошел контакт двух полупроводников, обладающих разными типами проводимости. Для обеспечения данного условия используют метод легирования приконтактных слоев кристалла. С одной стороны, легирование производится акцепторными примесями, а с другой – донорскими.

Преимущества LED

• имеет малый нагрев, если обеспечивается достаточный теплоотвод,
• низкое энергопотребление,
• высокое КПД,
• прочность, надежность конструкции,
• срок эксплуатации достигает 100000 часов, но яркость светодиодных экранов обычно можно регулировать, что продляет жизненный цикл дисплея. Чем ярче свет диода, тем короче его век,
• низковольтный, а, соответственно, безопасный в эксплуатации. В среднем LED для индикации потребляют 2-4 В при силе тока не более 50мА. Светодиоды для освещения используют такое же напряжение, но сила тока существенно увеличивается – до 1 А.
• обычно отсутствует УФ-, ИК-излучения.

Светодиоды имеют узкий спектр излучения, и, за счет этого, чистый цвет, который ценится дизайнерами, но мешает производителям дисплеев.

Где применяются LED технологии?

LED технологии используют для создания различных подсветок, экранов смартфонов, телевизоров, разнообразных рекламных носителей для трансляции динамического изображения. От качества комплектующих и точности сборки также зависит долгосрочность эксплуатации светодиодных экранов.

Украинский завод Flylights Factory предлагает LED модули для создания светодиодной продукции, которая передает видео- или текстовый контент и используется в качестве информационно-рекламного носителя. Многолетний опыт и ответственный подход к работе доказали высокое качество изделий завода, что подтверждено международными сертификатами соответствия.

Познакомиться с ассортиментом и произвести заказ можно на сайте компании: http://fly-factory.com/ru/led-modules.html .

Светодиоды: технологии и применение

LED-технологии – это процесс получения светового излучения, которое возникает при соприкосновении катода с полупроводником, который соединяется с анодом. История светодиодов началась в 60-х годах, но они получили широкое распространение только после 80-х годов, когда потребовались долговечные компактные источники света. Ведь по светоотдаче LED намного мощнее ламп накаливания, а срок службы в 100 раз больше.

Это полупроводниковые приборы, генерирующие оптическое излучение, когда через них в прямом направлении проходит электрический ток. Составляющие компоненты светодиода:

• От силы тока зависит яркость светодиода. Но до бесконечности увеличивать силу тока нельзя, поскольку внутреннее сопротивление постепенно приведет к перегреву светодиода.
• Свечение появляется при взаимодействии электронов с излучением фотонов, когда осуществляется переход на катод через полупроводник. Для этого необходимо, чтобы произошел контакт двух полупроводников, обладающих разными типами проводимости. Для обеспечения данного условия используют метод легирования приконтактных слоев кристалла. С одной стороны, легирование производится акцепторными примесями, а с другой – донорскими.
• Светодиоды имеют узкий спектр излучения, и, за счет этого, чистый цвет, который ценится дизайнерами, но мешает производителям дисплеев.

LED-технологии используют для создания различных подсветок, экранов смартфонов, телевизоров, разнообразных рекламных носителей для трансляции динамического изображения. От качества комплектующих и точности сборки также зависит долгосрочность эксплуатации светодиодных экранов.

Виды светодиодов. Виды и основные параметры светодиодов

На схеме светодиод обозначается как обычный диод с двумя параллельными стрелками, направленными наружу и указывающими на его излучающий характер. В продаже имеется большое количество типов светодиодов, которые различаются между собой функциональным назначением, конструкцией, мощностью, цветом свечения и другими свойствами.

По назначению светодиоды разделяют на два вида – индикаторные и осветительные.

Индикаторные:

• светодиоды SMD;
• сверхъяркие Super Flux “Piranha”;
• DIP светодиоды (Direct In-line Package);
• Straw Hat («соломенная шляпа»).

Осветительные:

• COB (Chip On Board) светодиоды;
• SMD LED;
• филаментные (Filament LED).

Индикаторные

Индикаторные светодиоды отличаются малой мощностью и умеренной яркостью свечения. Используются для цветовой индикации режимов работы различных приборов и оборудования, а также для подсветки дисплеев и приборных щитов. Разновидности индикаторных светодиодов:

• DIP-светодиоды. Кристалл-излучатель находится в выводном корпусе, который чаще всего представляет собой выпуклую линзу. Минус – малый угол рассеивания излучения.
• «Пиранья» – излучатель сверхвысокой яркости с четырьмя выводами, обеспечивающими его удобное крепление на плате. Востребован для подсветки приборов в автомобилях и в рекламных вывесках.
• «Соломенная шляпа». Цилиндрический двухвыводный прибор со значительным углом рассеивания излучения и увеличенным диаметром линзы. Применяется в декоративных конструкциях и светосигналах тревоги.
• SMD-светодиоды. Приборы сверхвысокой яркости располагаются в корпусах, рассчитанных на SMT-монтаж. В их маркировке указываются размеры в дюймах (их сотых долях) или в мм. На базе SMD-светодиодов изготавливаются светодиодные ленты.

Осветительные

Осветительные светодиоды встречаются в конструкции фонарей, фар, лент. Отличаются мощностью и яркостью свечения. Большинство осветительных приборов размещают в корпусах для SMT-монтажа. Изготавливаются в двух разновидностях белого цвета:

• cool white – холодный;
• warm white – теплый.

Осветительный SMD-светодиод представляет собой теплоотводящую подложку, на которой смонтирован излучающий кристалл, обработанный люминофорным составом.

Принцип работы светодиода для чайников. Что такое светодиод простыми словами

Светодиод – это полупроводниковое устройство, создающее излучение при прохождении через него электрического тока. Из чего состоит светодиод: из кристалла, заключенного в защитный корпус с выводами. Кристалл расположен на непроводящей подложке и излучает определенный цвет. Для получения нужного свечения используются химические составы из различных полупроводников и люминофоры.

Кристалл состоит из двух и более полупроводников разного типа проводимости. Принцип работы светодиода следующий – в прямом направлении через него пропускают электрический ток. В электронно-дырочном переходе на границе двух веществ происходит движение электронов и дырок, в результате чего выделяется энергия в виде кванта света и прибор начинает светить.

Преимущества:

• высокая светоотдача;
• высокая механическая прочность и виброустойчивость;
• долгий срок работы;
• малый нагрев;
• от количества циклов включения-выключения не зависит срок работы;
• различный спектр белых светодиодов – от 2700 К до 6500 К;
• спектральная чистота, полученная благодаря принципу устройства;
• отсутствует задержка при включении;
• широкий диапазон углов излучения (от 15 градусов до 180 градусов) ;
• электрическая безопасность, так как не требуются высокие напряжения;
• отсутствие чувствительности к низким температурам;
• надежность;
• разнообразие форм;
• экономичность;
• экологичность, ввиду отсутствия в конструкции светодиода ртути и других вредных компонентов в составе светоизлучающего диода.

Недостатки:

• нельзя допускать работы при высоких температурах – кристалл начинает деградировать;
• высокая стоимость готового изделия.

Применение:

• уличное, домашнее и производственное освещение;
• индикация;
• фонари и светофоры;
• подсветка экранов телефона, телевизора, компьютера и других жидкокристаллических дисплеев;
• игрушки, значки и другие развлекательные элементы;
• диодные дорожные знаки;
• световые шнуры Дюралайт;
• в фитолампах.

Осветительный прибор на основе светодиодов состоит из:

• излучающего диода;
• драйвера;
• цоколя;
• корпуса.

Из крупных производителей светодиодов можно выделить японскую фирму Nichia Corporation и ее подразделение Nichia Chemical. Они являются лидерами по изготовлению сверхъярких диодов синего, белого и зеленого цвета. Также изготовлением излучающих диодов занимаются компании Phillips, Cree, Seoul Semiconduction из российских можно выделить Оптоган и Светлана-Оптоэлектроника.

В Nichia Chemical впервые разработали белый и синий светодиод.

Применение светодиодов. Введение

Проблема освещения является, наверное, одной из самых старых проблем человека. Привычное существование современного общества без использования искусственного освещения невозможно. Люди используют освещение на работе и дома, освещение требуется на улицах, в производственных и учебных помещениях, в магазинах, кино и театрах, кафе и ресторанах и в других общественных местах.

Осветительные приборы и используемые в них источники света постоянно совершенствуются по мере развития науки и техники. Одной из основных целей данного развития, несомненно, является увеличение светового потока источника света, то есть величины, характеризующей мощность его оптического излучения, воспринимаемую человеческим глазом.

Второй целью развития источников света можно назвать снижение потребляемой ими электрической мощности и, как следствие, экономию потребляемой электрической энергии при эксплуатации светотехнических устройств с данными источниками света.

В последние годы проблема экономии электроэнергии приобретает особую актуальность из-за растущего достаточно быстрыми темпами спроса на электроэнергию во всём мире и ожидаемого дальнейшего увеличения её потребления, вызванного интенсивным развитием производства, транспорта, строительства и т.д. .

Исходя из этих целей, ищутся новые решения, на общем фоне которых наибольший интерес в настоящее время проявляется к теме применения светодиодов в качестве источников света для светотехнических систем и установок . О светодиодах много говорится, об их особенностях и преимуществах написано большое количество статей, постоянно ведутся дискуссии о возможностях и перспективах их применения в качестве замены ламповым источникам света.

Области применения светодиодов существенно расширились. Если до недавнего времени светодиоды ассоциировались в основном с индикацией в электронных приборах, то сейчас они уже широко используются на транспорте, где устанавливаются в светофоры, дорожные знаки, на панели управления в кабинах и салонах транспортных средств, в автомобильной промышленности, где весьма успешно они «прижились» в габаритных фонарях и фонарях сигнала торможения, и во многих других отраслях. Светодиоды также проникли и в системы освещения, но применение их в этой области пока остаётся относительно новым направлением.

Необходимо отметить, что чёткого понимания возможностей применения светодиодов на сегодняшний день до конца не сложилось. Поэтому движение на рынке светодиодных решений скорее напоминает броуновское, то есть хаотическое, чем поступательное.

Светодиод принцип работы. Применение светодиода

Имея лишь соответствующий резистор можно задать нужный ток через диод. Конечно, понадобится еще и блок питания постоянного напряжения, например, батарейка 4,5 В или любой другой БП.Например, зададим ток 1мА через красный светодиод с падением напряжения 1,8 В.На схеме показаны узловые потенциалы, т.е. напряжения относительно нуля. В каком направлении включать светодиод нам подскажет лучше всего мультиметр в режиме прозвонки, поскольку иногда попадаются напрочь китайские светодиоды с перепутанными ногами. При касании щупов мультиметра, в правильном направлении, светодиод должен слабо светиться.Поскольку применен красный светодиод, то на резисторе упадет 4,5 — 1,8 = 2,7В. Это известно по второму закону Кирхгофа: сумма падений напряжения на последовательных участках схемы равно ЭДС батарейки, т.е. 2,7 + 1,8 = 4,5В. Чтобы ограничить ток в 1мА, резистор по закону Ома должен обладать сопротивлением R = U / I = 2,7 / 0,001 = 2700 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и необходимый нам ток. Не забываем переводить величины в единицы СИ, в амперы и вольты. Поскольку выпускаемые номиналы сопротивлений стандартизованы выберем ближайший стандартный номинал 3,3кОм. Конечно, при этом ток изменится и его можно пересчитать по закону Ома I = U / R. Но зачастую это не принципиально.В этом примере ток, отдаваемый батарейкой, мал, так что внутренним сопротивлением батареи можно пренебречь.С осветительными светодиодами все тоже самое, только токи и напряжения выше. Но иногда им уже не требуется резистор, надо смотреть документацию.

Светодиод это простыми словами. Что такое светодиод

Что такое светодиод? В двух словах, светодиод (LED — англ. Light-emitting diode) представляет собой полупроводниковое устройство, которое излучает свет при прохождении через него электрического тока. Свет возникает, когда частицы, несущие ток (известные как электроны и дырки) объединяются в полупроводниковом материале в зоне p-n перехода.

Так как свет возникает в твердом полупроводнике, светодиоды относятся к твердотельным устройствам. Термин твердотельное освещение отличает эту технологию от других источников света, таких как флуоресцентные лампы, лампы накаливания, галогенные лампы.

Что определяет цвет светодиодов?

Внутри полупроводникового материала светодиода электроны и дырки находятся в энергетических зонах. Ширина запрещенной зоны определяет энергию фотонов (частиц света), излучаемых светодиодом.

Энергия фотона определяет длину волны испускаемого света и, следовательно, его цвет. Различные полупроводниковые материалы с различными запрещенными зонами создают разные цвета излучения. Точная длина волны (цвет) могут быть настроены путем изменения состава светоизлучающей или активной области.

Светодиоды состоят из соединений полупроводниковых элементов из III и V группы периодической таблицы химических элементов Менделеева. Примерами таких материалов, которые обычно используются в производстве светодиодов, являются арсенид галлия (GaAs) и фосфид галлия (GaP).

До середины 90-х годов светодиоды имели ограниченный диапазон цветов, в частности, коммерческие синие и белые светодиоды не существовали. Разработка светодиодов на основе нитрида галлия (GaN) завершила палитру цветов и открыла множество новых устройств.

Основные материалы, используемые при изготовлении светодиодов

Основными полупроводниковыми материалами, используемыми для производства светодиодов, являются:

• InGaN: синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости
• AlGaInP: желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости
• AlGaAs: красные и инфракрасные светодиоды
• GaP: желтые и зеленые светодиоды

Подключение светодиодов

Как уже было сказано выше, светодиоды имеют различные цвета и рабочие напряжения. Важной характеристикой светодиода является его номинальный ток. В зависимости от рабочего напряжения нам необходимо рассчитать резистор для светодиода , чтобы избежать повреждения светодиода большим током.

В электронных устройствах с напряжением питания 5 вольт для большинства маломощных светодиодов, как правило,  резистора  сопротивлением около 220 Ом вполне достаточно.

Где плюс и минус светодиода?

Светодиоды имеют полярность. Поэтому, чтобы светодиод светился, его анод должен быть соединен с плюсом источника питания, а катод с минусом. Обычно у светодиода ножка анода длиннее, чем ножка катода. К тому же, со стороны катода корпус светодиода скошен.

Не следует беспокоиться при ошибке в полярности подключения. Со светодиодом ничего не случиться, просто он не будет светиться. За исключением особого случая, когда вы подали очень большое напряжение.

Что такое RGB светодиод?

Помимо простых светодиодов, существуют также RGB-светодиоды , которые могут отображать любой цвет, основанный на системе RGB. Светодиод RGB можно представить в виде отдельных трех светодиодов в одном корпусе: красный (R), зеленый (G), синий (B). Изменяя интенсивность свечения каждого из них, мы можем получить любой цвет.

У RGB светодиодов есть четыре вывода для подключения — по одному для каждого цвета (три вывода) и один для плюса (общий анод) или минуса (общий катод) питания.

Схема подключения  RGB светодиода с общим катодом

Если у вас RGB светодиод с общим катодом, то схема подключения будет следующей:

Здесь мы видим, что три вывода подключаются через резисторы к источнику питания или к микроконтроллеру (например, Arduino), а четвертый вывод к минусу питания.

Схема подключения  RGB светодиода с общим анодом

Если же у вас RGB светодиод с общим анодом, то схема подключения будет следующей:

Следует обратить внимание, что необходимо к каждому цвету подсоединить отдельный резистор, так как светодиоды работают от меньшего напряжением, чем напряжение на выходе микроконтроллера. Обычно для светодиода красного цвета достаточно резистора сопротивлением 150-180 Ом и 75-100 Ом для зеленого и синего цвета.

Если у вас нет именно этих сопротивлений, то можно взять большее сопротивление.

Из чего состоит кристалл светодиода.

Бе́лый светодио́д  — полупроводниковый прибор, излучающий свет, вызывающий в силу особенностей психофизиологии восприятия цвета человеком () ощущение света, близкого к.

Различают два вида белых светодиодов:

Первые полупроводниковые излучатели красного цвета для промышленного использования были полученыв 1962 году. В начале 70-х годов появились светодиоды жёлтого и зелёного цвета свечения. Световой выход этих, в то время ещё малоэффективных, устройств к 1990 году достиг уровня в один. В 1993 году, инженер компании Nichia (Япония), создал первый синий светодиод высокой яркости. Практически сразу появились светодиодные RGB-устройства, поскольку синий, красный и зелёный цвета позволяли получить любой цвет, в том числе и белый. Белые люминофорные светодиоды впервые появились в 1996 г. В дальнейшем технология быстро развивалась, и к 2005 году световая отдача светодиодов достигла значения 100 лм/Вт и более. Появились светодиоды с различными оттенками свечения, качество света позволило конкурировать с лампами накаливания и ставшими уже традиционными люминесцентными лампами. Началось использование светодиодных осветительных устройств в быту, во внутреннем и уличном освещении.