назад к разделу «Технологии»
Светодиод (LED - light emitting diodes) – это твердотельный полупроводниковый прибор, способный преобразовывать электрическую энергию в свет. Сердцевина светодиода – это полупроводниковый чип, один конец которого крепится к отрицательно заряженному проводнику, а другой – замыкается на позитивно заряженный проводник. Эта важнейшая часть светодиода полностью герметизируется в капсуле из эпоксидной смолы.
Полупроводниковый чип состоит из 2-х частей. Одна – это P-полупроводник, в котором преобладают электронные дырки. Вторая часть – полупроводник N-типа, в котором преобладают электроны. Стыкуя их, получаем посередине PN-переход. Когда на чип через проводник подается электрический ток, электроны выталкиваются через PN-переход в зону P. Там электроны и дырки встречаются и перегруппируются, вследствие чего выделяется энергия в форме фотонов света.
Вот почему светодиоды светятся. Длина волны света, а следовательно и его цвет, зависят от материалов, формирующих PN-переход. Обычно, светодиодные чипы изготавливают из кристаллов на основе галлия, содержащих добавки, например, фосфор, чтобы достичь определенного цвета свечения.
С тех пор, как 1962 году был разработан первый светодиод видимого спектра, разработки в этой области достигли такого уровня, что на данный момент светодиоды являются лучшей альтернативой лампам накаливания, неоновым и люминесцентным лампам во многих сферах применения. Ожидается, что в недалеком будущем вышеупомянутые источники света будут полностью вытеснены светодиодами. Человечество от этого только выиграет, так как использование светодиодов сэкономит массу энергии, денег и времени.
Процесс разработки светодиодов можно условно разделить на 3 этапа: разработка красного светодиода, затем – синего, и, наконец, белого. Красные и зеленые светодиоды разрабатывались десятилетиями. Но использование их в качестве источников света ограничено, ввиду их одноцветности и невозможности отразить истинный цвет объекта, наделяя его вместо этого цветом свечения самого светодиода.
Основной целью исследований была разработка яркого белого светодиода, который бы смог заменить обычные источники света. Для этого был пройден долгий и трудный путь, пока в 1993 году японский ученый Шуджи Накамура не создал синий светодиод на основе нитрата галлия. Это событие оказалось поворотным.
Уже в 1997 году, основываясь на технологии синего светодиода, был разработан белый светодиод. С тех пор светодиоды широко используются во многих отраслях и о них говорят как о будущих универсальных источниках света. Присущие им свойства позволяют считать их лучшей альтернативой обычным источникам света и даже найти более широкое применение.
Маленький размер
Светодиод – это чрезвычайно маленький чип, герметизированный в капсулу из эпоксидной смолы. Поэтому он очень мал и легок.
Низкое энергопотребление
У светодиодов очень низкое энергопотребление. Он может работать от напряжения 2-3.6В, при силе тока 0.02-0.03A, это означает, что его энергопотребление не превышает 0.1Вт.
Долгий срок службыСрок службы светодиода составляет до 100 000 часов.
Высокая световая эффективность и низкий нагревВ отличие от нитей накаливания, которые излучают электромагнитную энергию в невидимой глазу, но ощущаемой как тепло инфракрасной части спектра, светодиоды, благодаря использованию специальных материалов при их производстве, преимущественно излучают электромагнитную энергию в видимой части спектра. Таким образом, светодиоды преобразуют практически всю получаемую энергию в свет и поэтому их световая эффективность высока, а нагрев незначителен
Защита окружающей средыВ отличие он люминесцентных ламп, содержащих ртуть, светодиоды изготавливаются из нетоксичных материалов. Светодиоды также могут быть утилизированы..
ПрочностьСветоиспускающий элемент светодиода полностью герметизирован в капсуле из эпоксидной смолы, что намного надежнее, чем стеклянная лампочка или люминесцентная трубка. Внутри капсулы нет незакрепленных и движущихся частей. Благодаря этому светодиоды практически неразрушимы.
Одноцветность – это неотъемлемая характеристика светодиода. Они испускают чистый цвет в узком частотном диапазоне. Цвет, испускаемый светодиодом, определяется пиковой длиной волны и измеряется в нанометрах (nm). Пиковая длина волны зависит от материала, из которого изготовлен светодиодный чип. Сочетание различных материалов определяет длину волны, а следовательно и цвет испускаемого света. Как известно, белый цвет – это сочетание всех цветов. Но глазу не обязательно «смешивать» все цвета спектра, чтобы «увидеть» белый цвет. Достаточно смешивания трех основных цветов (красный, зеленый, синий). Было предложено много решений по получению белых светодиодов, основанных на этом принципе. Наиболее распространенный – это погружение синего светодиода в среду, светящуюся желтым цветом.
Интенсивность свечения светодиода варьируется в зависимости от типа чипа, герметизации и других параметров. Но не существует общепризнанного критерия для измерения яркости светодиода. Обычно, количество света испускаемое светодиодом, определяется яркостью свечения капсулы в точке, лежащей на его оси, и измеряется в милликанделлах (мкд). Большая яркость свечения не обязательно свидетельствует о большом общем световом потоке. Чтобы измерить общий световой поток, необходимо принимать во внимание еще и угол обзора. Угол обзора светодиода также зависит от типа светодиодного чипа и эпоксидной капсулы, которая распределяет свет. Соответственно, у светодиодов с различными чипами и различными эпоксидными капсулами, будет различный угол обзора. Если у светодиодов одинаковая яркость свечения, то общий световой поток будет больше у светодиода с большим углом обзора.
Благодаря описанным выше свойствам светодиодов, они могут с успехом применяться во многих областях.
Отображение
Типичная сфера применения светодиодов – бегущие строки или большие экраны, которые часто устанавливают на улицах, стадионах, в аэропортах. бизнес-центрах и т.д. Самый большой в мире светодиодный экран установлен на площади Таймс Сквер, Манхеттен. Его высота составляет 36 м.
Декоративная подсветка
Благодаря широкому выбору цветов, маленьким размерам, долговечности, экономии электроэнергии, светодиоды являются идеальным источником света для декоративного оформления. Установленные на печатную плату, гибкий кабель или любые другие материалы, светодиоды могут использоваться как источники света для вывесок, ограждений, букв, трубок и т.д.
Освещение
С развитием технологии белых светодиодов, их совокупность, установленная определенным образом, дает достаточно света для того чтобы использоваться в домашних светильниках, таких как ночники, настольные лапы, садовые фонари и т.д.
Подсветка жидкокристаллических матрицБлагодаря малым размерам и низкому энергопотреблению светодиоды являются идеальной подсветкой для жидкокристаллических матриц.
