Как работает 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.