Как работает светодиод?

21 сентября 2017

как работает rgb светодиод

Как устроена светодиодная лампа и как работает светодиод? А также, какую экономию электроэнергии можно получить если помещение будет обустроено не обычными электролампами, а светодиодными? Обо всём этом вы узнаете из нашего короткого рассказа. И так начнём…

Устройство и принцип работы светодиодного освещения

Впервые о светодиоде или светоизлучающем элементе узнали в 1907 году. Тогда во время научных экспериментов английских физиков было обнаружено некое люминесцентное свечение в контактном месте двух разнородных материалов: металла и карбида кремния (карборунд). Это был слабый, но вполне видимый красный свет. В то время объяснений на эту тему не было. Дальнейшие научные эксперименты строились на получении других цветовых спектров и увеличения мощности светового потока. И только под конец ХХ века японскими физиками были представлены белые, зелёные, жёлтые и синие светодиоды, которые в комплексе могли освещать небольшое помещение. Это был прорыв в электронной индустрии.

Из каких материалов состоит светодиод

В изготовлении rgb светодиодов элементов используют различные материалы, так как это напрямую связано с цветом лучевого направления. На цвет волны также влияют такие параметры, как подаваемое напряжение и длина волнового диапазона. Предлагаем Вашему вниманию небольшую научно-познавательную таблицу:

Цвет Длина волны (нм) Напряжение (В) Материал полупроводника
Инфракрасный λ > 760 ΔU < 1,9 Арсенид галлия (GaAs)
Алюминия галлия арсенид (AlGaAs)
Красный 610 < λ < 760 1,63 < ΔU < 2,03 Алюминия-галлия арсенид (AlGaAs)
Галлия арсенид-фосфид (GaAsP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Оранжевый 590 < λ < 610 2,03 < ΔU < 2,10 Галлия фосфид-арсенид (GaAsP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Жёлтый 570 < λ < 590 2,10 < ΔU < 2,18 Галлия арсенид-фосфид (GaAsP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Зелёный 500 < λ < 570 1,9[7] < ΔU < 4,0 Индия-галлия нитрид (InGaN) / Галлия(III) нитрид (GaN)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Алюминия-галлия фосфид (AlGaP)
Синий 450 < λ < 500 2,48 < ΔU < 3,7 Селенид цинка (ZnSe)
Индия-галлия нитрид (InGaN)
Карбид кремния (SiC) в качестве субстрата
Кремний (Si) в качестве субстрата
Фиолетовый 400 < λ < 450 2,76 < ΔU < 4,0 Индия-галлия нитрид (InGaN)
Пурпурный Смесь нескольких спектров 2,48 < ΔU < 3,7 Двойной: синий/красный диод,
синий с красным люминофором,
или белый с пурпурным пластиком
Ультрафиолетовый λ < 400 3,1 < ΔU < 4,4 Алмаз (235 нм)
Нитрид бора (215 нм)
Нитрид алюминия (AlN) (210 нм)
Нитрид алюминия-галлия (AlGaN)
Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN) — (менее 210 нм)
Белый Широкий спектр ΔU ≈ 3,5 Синий/фиолетовый диод с люминофором


Из предоставленной таблицы Вы можете отметить, что все материалы не являются дорогими металлами (платина, серебро, золото), а на каком напряжении, зависит от будущей цветности. Обычно 4.5 Вольт достаточно мало для того, чтобы говорить о больших затратах на электроэнергию. Тем более, что максимальный срок службы составляет 50 000 – 100 000 беспрерывных часов.
Вывод: освещение с применением светодиодных ламп (LED-освещение) считается одним из самых дешёвых способов, готовым сэкономить огромные материальные средства любого государства.
Технология производства LED-ламп довольно сложная. И именно из-за неё стоимость на светоизлучающие изделия довольно высокая, но вполне оправдывается временем использования. Изготавливаются светодиоды на дорогостоящем оборудовании:
- Термоаппараты. С их помощью наносят паяльную (защитную) маску. Данное покрытие защищает полупроводники от попадания припоя, флюса и перегрева во время монтажных работ. Действие происходит в автоматическом, конвейерном режиме или вручную.
- Автоматы, обеспечивающие первоначальные монтажные работы.
- Специализированные печки-паяльники для спайки деталей.
- Монтажные трафареты для точного печатания плат.
- Множество другого немаловажного оборудования.
Электронная промышленность сильно развивается в последнее время в сфере изготовления светоизлучающих элементов. Светодиоды активно используются в освещение парадных, холлов, музыкальных шоу, концертных залов. Светящиеся ленты с удовольствием вешают на новогодние ёлки, в барах и ресторанах. Светящаяся продукция стремительно вытесняет с лидирующих позиций простые лампы накаливания.

Будет ли светодиод работать от переменного тока и почему же он светится?

Принцип излучения светового потока основан на прохождение электрического тока через определённое воздушное пространство. Вспомните разряд молнии. Он же светится. Так и здесь. Электрический ток постоянного действия поступает с одного проводника на другой через пористую поверхность, сквозь мизерную воздушное дырочку, в которой и происходит яркое свечение. А раскраска зависит от полупроводниковых материалов и мощности электрического тока, которую повышают с помощью резисторов. А вот будет ли светодиод работать от переменного тока? Категорически нет. Заметьте, что электрический поток движется только в одном направлении. Также, как и молния, которая не ударяет по небу с земли.