Что такое светодиод и как он работает

Первые светодиоды появились еще в начале ХХ века, но несовершенство технологии не позволило пустить их в массовое производство. Потребовалось почти 100 лет, чтобы изобрести первый экономически рентабельный прототип. Новая технология, ставшая в буквальном смысле этого слова революционной, продолжает завоевывать рынок, вытесняя газовые лампочки старого образца.

История появления и развития технологии 

В 1907 году в Великобритании был проведен эксперимент, результатом которого стало открытие электролюминисценции. Исследователь Генри Раунд обнаружил, что при прохождении тока через металл и карбид кремния возникает свечение на катоде. Подобные опыты также были проведены через 16 лет в Нижнем Новгороде. Перспективы новой технологии были очевидны, но найти практическое применение открытию не удалось.

Первый в мире светодиод был разработан для компании General Electric в начале 60-х годов. Тогда Н. Холоньяк изобрел светодиод, излучающий свет в красном диапазоне. Его работу продолжил Д. Крафорд, создав в 70-х годах желтый светодиод. В это же время Т. Пирсол, изобретает первый в мире телекоммуникационный светодиод. Одной из основных проблем новой технологии оставалась ее рентабельность. Вплоть до конца 60-х годов стоимость одного источника света достигала огромной по тем временам суммы в 200$. Адаптировать технологию к потребностям рынка сумели японские физики в начале 90-х годов, создав прототип синего светодиода, который не требовал огромных затрат. А уже в 2003 году появились первые модули с кристаллами, установленными на алюминиевой пластине, производства компании Citizen Electronics. Благодаря стараниям исследователей новая технология завоевала популярность и теперь во всем мире знают, что такое светодиод.

Принцип работы и классификация

Светодиод — это прибор, создающий оптическое излучение за счет трансформации потока электронов, который проходит через полупроводники с разным уровнем проводимости. Роль полупроводника выполняет кристалл, который дополнительно снабжен оптической системой для фокусировки излучения.

Говорить о наличии единой классификации сегодня довольно трудно. Характеристик, по которым устройства можно разделить на типы и виды, очень много. Поэтому каждый производитель решает эту проблему по-своему, нередко руководствуясь коммерческими соображениями. 

Все светодиоды можно разделить на индикаторные и осветительные. Среди индикаторных сейчас чаще всего встречаются волоконные, а DIP и Superflux уже практически не используют.

Осветительные светодиоды принято разделять по способу получения белого света и особенности конструкции. Для получения белого цвета используют люминофор, который наносят на синие кристаллы, и технологию RGB.

Учитывая особенности конструкции, светодиоды разделяют на:

• SMD (монтируемые на поверхность),
• COB (модуль состоит из 9 и более кристаллов, залитых люминофором)
• Filament (применяется в LED лампах).

Технические характеристики

Знание того, как работает светодиод и на какие характеристики следует обратить внимание, позволит эффективно использовать прибор, оптимизируя расходы на электроэнергию.

Цвет освещения определяют материалы, используемые для изготовления полупроводников. Сегодня в продаже можно встретить следующие виды:

• красные;
• оранжевые;
• желтые;
• зеленые;
• синие;
• фиолетовые;
• пурпурные;
• инфракрасные и ультрафиолетовые.

Среди других важных характеристик стоит обратить внимание на силу тока, напряжение, мощность, яркость, угол излучения и срок эксплуатации.

Как правило, сила тока для обычных светодиодов находится в районе 0,02А, но некоторые устройства потребляют до 0,08А. Стабильность работы прибора обеспечивают установкой драйвера. При увеличении тока меняется цвет свечения, но в таком случае изделие быстро выйдет из строя.

Параметр напряжения зависит от типа полупроводника и определяется по цвету свечения. Напряжение в синих и зеленых кристаллах составляет 3В, а в желтых и красных – от 1,8-2,4 В.

Параметр мощности необходимо учитывать при подключении к сети и монтаже светодиодной ленты. Если расчеты произведены неправильно, то ток будет распределяться неравномерно, а сами диоды перегорят. Рассчитать мощность можно при помощи закона Ома, используя известные параметры: А*В. Например, если сила тока 0,7А, а напряжение 3,7В, то мощность будет равна 2,6Вт.

Яркость светодиодов зависит от количества потребляемого тока, оптической системы и мощности. Чем больше электронов поступает в зону рекомбинации между проводниками, тем ярче будет свет. Светодиоды одинаковой мощности с обычной лампой дают свет в 8 раз мощнее последней.

Рассеивание света происходит в диапазоне от 20 до 120 градусов. Максимальная яркость наблюдается по центру и постепенно снижается ближе к периферии. В этом отношении диоды куда эффективней обычных ламп, которые рассеивают свет по всем направлениям.

Срок эксплуатации зависит от правильности расчетов мощности изделия и качества сборки. Китайские модели дешевле, но выходят из строя раньше обещанного времени. Средний срок службы составляет около 1000 часов. При этом необходимо помнить, что диод считается нерабочим, если потерял 30% от первоначальной мощности.

Сферы применения 

Светодиоды используют при создании наружной рекламы, подсветки фасадов домов, дисплеев, дорожных знаков, информационных табло, для освещения жилых и производственных помещений. Фактически, сфера применения диодов ограничена только потребностями пользователей.