Светодиод - это что такое? Принцип работы светодиода

Светодиод — это что такое? Принцип работы светодиода

Впервые о применении светодиодов заговорили в середине прошлого века. В 60-х, годах были созданы первые прототипы современных светоизлучающих диодов.

Основным недостатком светодиодов того времени считался ограниченный спектр свечения, т. е. они излучали свет всего нескольких цветов, основными из которых были красный и желтый. По этой причине сфера применения светоизлучающих диодов была очень незначительной. В основном их использовали в качестве индикаторов, а также для подсветки табло, приборных панелей самолетов и автомобилей.

Но наука не стоит на месте и всего за несколько десятилетий удалось на столько улучшить качество светодиодов, снизить цену и разнообразить их виды, что они стали применяться практически во всех сферах человеческой жизни

Так что же такое светодиод? Светодиод-это устройство, излучающее свет при прохождении через него электрического тока. В зависимости от различных физических параметров существует очень большое разнообразие видов светодиодов, рассмотрим классификацию по основным их признакам. С момента появления первых светодиодов прошел не один десяток лет и недостатки, существовавшие изначально у первых образцов (ограниченность цветового диапазона излучения) прогрессировали в достоинства. Современные светодиоды имеют практически полный спектр свечения, начиная с ультрафиолета и заканчивая инфракрасным излучением.

Цвет свечения — первый признак по которому разделяют светодиоды. В зависимости от этого показателя выделяют следующие виды светодиодов: инфракрасные, красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, фиолетовые, ультрафиолетовые, белые, (т. е. все цвета радуги). Также существуют комбинированные светоизлучающие диоды двух, трех цветные и многоцветные. По сути -это несколько различных светодиодов совмещенные в одном корпусе, работающие либо раздельно ( горят оба единовременно), либо навстречу друг другу ( при загорании одного, другой гаснет). Цвет излучения светодиода зависит от полупроводникового материала из которого он изготовлен и от свойств используемых легирующих добавок (примеси, изменяющие свойства материала).

В зависимости от типа корпуса и технологи сборки различают четыре основных вида: DIP — светодиоды, SMD — светодиоды, COB — светодиоды, светодиоды типа «ПИРАНЬЯ»

Вид корпуса DIP — светодиода

Основную часть корпуса DIP — светодиода составляет линза, которая формирует необходимый пучок света, она может быть различной по форме, размерам, цвету, все зависит от того, какой конечный результат хочет получить создатель. Кристалл — неподвижно встроенный в линзу элемент, собственно и излучающий свет. Ток от сети к кристаллу поступает через контакты и контактный провод. На сегодняшний день этот вид светодиодов самый массово выпускаемый применяются они в основном в различных подсветках, световых табло, индикаторах, праздничных световых украшениях и практически не используются в производстве современных высокотехнологических источниках света.

Вид корпуса светодиода типа «ПИРАНЬЯ»

Конструкция корпуса светодиодов типа «пиранья» очень схожа с строением корпуса DIP — светодиодов, основное отличие в том, что выводов контактов не два, как у рассмотренного предшественника, а четыре. Это позволяет эффективней отводить излишнее тепло, выделяющееся при работе светодиода, что увеличивает срок службы светодиода, а также улучшает качество крепления при монтаже, делает его более надежным. Но введенное новшество добавило и существенный недостаток к конструкции корпуса светодиода в целом — увеличился соответственно размер корпуса, он стал более громоздким и менее практичным и появились определенные сложности при монтаже. В силу указанных недостатков светодиоды типа «пиранья» практически на используются в освещении, основная сфера применения — это автомобильная промышленность.

Вид корпуса SMD — светодиода

Основным отличием SMD — светодиодов от других видов является специфическая технология монтажа компонентов — используется открытый или как его еще называют поверхностный способ крепления, т. е. элементы прибора не впаиваются, встраиваются, а монтируются прямо на поверхность платы. Это позволяет улучшить теплоотвод, уменьшает размеры конструкции в целом.

В связи с большим количеством вариантов исполнения расширяется и сфера применения. На сегодняшний день, SMD — светодиоды считаются самыми широко применяемыми в высокотехнологично освещении — используются в источниках света, практически всех типов.

Читайте также:  Какой утюг выбрать для дома?

Вид корпуса COM — светодиода

В отличии от рассмотренного выше SMD — светодиода, компоненты COM — светодиодов, в частности чиповый кристалл помещаются (впаиваются, вплавляются) непосредственно в саму плату, благодаря чему обеспечивается высочайшая надежность конструкции в плане защищенности от внешнего воздействия, значительно уменьшаются габариты конструкции. Но самое главное преимущество светодиодов данного вида — это невысокая стоимость производства, при высоких качественных характеристиках. Платы для изготовления COM — светодиодов используются как металлические, так и керамические. Также стоит отметить, что как и у других видов, у рассматриваемых светодиодов имеются свои технические ограничения и недостатки. Например, для профессионального освещения с заданной кривой силы света (для уличного или узконаправленного освещения) технология COB неприменима. Кроме того, если необходим равномерно светящийся источник света (например, потолочный светильник большой площади), лучше использовать много небольших SMD-светодиодов.

Для разных целей используются и различные по мощности светодиоды. Мощность — следующий параметр, используемый в классификации светоизлучающих диодов, для разграничения на виды. Светодиоды бывают маломощные, мощные и сверхмощные (это деление условное, дальше поймете почему). К маломощным относятся светодиоды мощностью от нескольких сотых долей, до 0, 5 Вт, в основной своей массе — это индикаторные DIP — светодиоды , а также некоторые разновидности SMD — светодиодов, например SMD 3528. Чтобы заменить один мощный 1 Вт светодиод потребуется, примерно 20-30 светодиодов SMD 3528, мощность которых составляет 0, 06 Вт.

Светодиод SMD 3528

К категории мощные относят однокристальные светодиоды, мощность которых составляет 0, 5-10 Вт. Вообще, в этой категории существует довольно большая путаница. Многие, наверное, сейчас возразят: «Как же так, ведь я видел светодиоды и на 20 Вт и на 30, и даже на 100 Вт. » Да, действительно, они существует, но это уже не светодиоды в первоначальном их значении, а многокристальные светодиодные сборки или как их еще называют светодиодные матрицы. А самые мощные и жизнеспособные однокристальные светодиоды, на сегодняшний день — это все таки 10 ваттные, производимые мировым лидером в этой области компанией CREE.

Мощный светодиод фирмы CREE

Ну и последняя категория — это сверхмощные, ультраяркие светодиоды. На самом деле как уже говорилось раньше — это светодиодные сборки (матрицы), имеющие не один полупроводниковый кристалл, а множество, что в совокупности и позволяет увеличить общую мощность устройства в десятки раз, в среднем от 20 до 120 Вт. Такие матрицы в основном используются в мощных прожекторах, светильниках, лампах способных осветить десятки квадратных метров площади.

Мощная светодиодная матрица

Мощность светодиода зависит от таких физических характеристик как рабочий ток и рабочее напряжение. Ну и последний признак в нашей классификации — интенсивность излучаемого света. Начнем с того, что все светодиоды по интенсивности свечения можно разделить на светодиоды со слабоинтенсивным свечением и интенсивным, для первых применятся единица измерения силы света кандела (Cd), для вторых единица измерения светового потока люмен (Lm). К светодиодам со слабоинтенсивным свечением в основном относятся, рассмотренные ранее, так называемые индикаторные светодиоды, излучающее свет в определенном направлении, ограниченном телесным углом.

Светодиод со слабоинтенсивным свечением

Телесный угол — это часть пространства, объединяющая все лучи, выходящие из одной точки и пересекающие некоторую плоскость (стягивающая плоскость). Понятие телесного угла сложное для понимания. Одна кандела — это сила света, излучаемого, примерно, одной стандартной свечой. Кандела собственно и переводится с латинского (candela) как свеча. Таким образом, если сила света, излучаемого светодиодом равна 10 канделам, значит он светит примерно как десять свечей.

Одна кандела — это сила света, примерно, одной свечи

В отличии от светодиодов со слабоинтенсивным свечением диоды с интенсивным имеют более тупой угол излучения. В основном в них не применяются встроенные рефлекторы и линзы, препятствующие прохождению света, рассеивающие его.

Читайте также:  Как избежать аварии на дороге?

Светодиод с интенсивным свечением

Единица измерения светового потока, излучаемого такими светодиодами люмен, равный световому потоку, излученному источником с силой света в 1 канделу, в телесный угол (если он имеет форму круглого конуса), с углом раскрытия равным, примерно 65 градусов (стерадиан). Приводя к аналогии со свечами — это будет выглядеть примерно так

Свеча со световым потоком в один люмен

В целом можно сказать, что интенсивность свечения светодиода зависит от двух показателей — мощность и угол рассеивания, чем больше эти два показателя, тем интенсивнее свечение светодиода, тем большую часть пространства он может осветить.

Сфера применения светодиодов, на сегодняшний день, очень разнообразна. Самый простой пример применения светодиодов в быту — это использование цифровых светодиодных табло в бытовой технике (СВЧ — печи, различные кухонные комбайны, духовые шкафы и т. д.). Так же очень часто в последнее время производители техники, для бытовых нужд населения, используют светодиоды в качестве подсветки ( всем, наверное, не раз приходилось пользоваться холодильником, при открытии которого в нем загорается свет). Красная точка, горящая на кнопке включения, выключения телевизора, индикатор на утюге, сигнализирующий о степени его нагретости, зажигалка с фонариком, электронные часы — все это светодиоды, применяемые для бытовых нужд населения.

В промышленном, уличном освещении, в рекламной сфере светодиоды применяются для подсветки зданий, сооружений, в основном в виде светодиодной ленты. Большими светодиодными лампами, со сверхяркими, мощными светодиодами освещаются городские улицы, площади, парки. Большие, красивые рекламные экраны, бегущие строки под плакатами, тоже состоят из светодиодов. Каждый из нас, хотя бы раз в жизни летал на самолете, либо, передвигался на поезде и читал расписание рейсов на информационных светодиодных табло в залах ожидания или на вокзале, кстати для цифрового табло самолетов также в основном применяют светоизлучающие диоды. Немые регулировщики улиц и перекрестков — светофоры, поставленные в целях поддержания правопорядка на улицах города, тоже диодные.

В области развития информационных технологий и передачи данных светодиоды используются как источники модулированного оптического излучения, т. е. по средствам излученного светодиодом света по оптоволокну передается информация на огромные расстояния. В данный момент Вы сидите и просматриваете этот сайт, используя всемирную информационную паутину интернет, скорей всего информация от сервера на котором расположен сайт, передается на Ваш компьютер, также с помощью с помощью излученного светодиодом света по оптоволокну. Данная технология передачи данных постепенно вытесняет обычный проводной способ, т. к. при ее использовании увеличивается скорость передачи данных, улучшается качество приема сигнала при тех же издержках на производство и содержание.

Мы рассмотрели практическую значимость светодиодов, условно разграничив ее на сферы деятельности, где они применяются. В общем можно сказать, что светодиоды окружают нас повсеместно. Вы, сидя сейчас в своей уютной комнате или в офисе, или еще где-то можете в этом убедиться оглянувшись по сторонам — индикаторы светящиеся на Вашем ноутбуке, на системном блоке или на телевизоре изготовлены, вероятнее всего с применением светодиодов, возможно на Вас надеты электронные часы со светодиодным табло или светодиодной подсветкой, возможно в помещении где Вы находитесь, потолок подсвечивается с помощью светодиодной ленты, или комната освещается светодиодной лампой, если нет, то в скором времени все равно это будет так.

За последнее десятилетие в области развития применения светодиодов сделан огромный скачек вперед и это только начало. Светодиод — это инструмент, с помощью которого можно создавать по истине уникальные вещи, в плане красоты, изящности, практической значимости, дело остается только за Вашей фантазией.