Преимущества светодиодов

Что имеют в виду, говоря слово "светодиод"?

Светодиод - это преобразователь электрического тока в световое излучение, полупроводниковый прибор. LED же - это аббревиатура от английског Light Emitting Diode.

Из чего построен светодиод?

Обычный светодиод сделан из корпуса с контактами, кристалла-полупроводника на подложке и оптической системы. Современные светодиоды разительноотличаются от первых корпусные светодиодов, применявшихся ранее в индикации.

Каков принцип работы светодиода?

При рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода возникает свечение. Следовательно, прежде всего требуется p-n-переход, или контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для чего приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют различными примесями - по одну сторону донорскими, по другую — акцепторными.

Но не каждый p-n-переход излучает свет. Почему?

1. Ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона.

2. Вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, отчего полупроводниковый кристалл должен иметь мало дефектов, при которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

На практике, для того чтобы соблюсти оба условия, одного р-n-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры или гетероструктуры, за изучение которых Жорес Алферов получил Нобелевскую премию в 2000 году.

Следует ли из этого, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?

Да.Чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но до бесконечности ток нельзя увеличивать. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод получит перегрев и выйдет из строя.

От чего зависит цвет светодиода?

Цвет светодиода зависит напрямую от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем выше энергия квантов, тем «синее» светодиод и тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

Каковы достоинства светодиода?

В отличие от ламп накаливания (люминесцентных ламп также) в светодиоде электрический ток преобразуется в световое излучение, что теоретически возможно сделать почти без потерь. Светодиод при необходимом теплоотводе нагревается мало, что делает его незаменимым для ряда приложений. Светодиод дает излучение в узкой части спектра, цвет его чист и оценен дизайнерами, а УФ- и ИК-излучения, почти всегда отсутствуют. Светодиод прочен в смысле механики и поразительно надежен, срок службы светодиодов может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампы накаливания; и в 5-10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Cветодиод - это низко­вольтный электроприбор, а значит, безопасный.

Есть ли у светодиода недостатки?

Пока что недостаток у светодиода один: высокая стоимость. Цена одного сегодняшнего люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем у галогенной лампы. Но специалисты утверждают, что этот показатель будет снижен в 10 раз в ближайшие годы.

Каким возмоожно получить белый свет с использованием светодиодов?

Известны три способа получения белого света от светодиодов.

Cмешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещают красные, голубые и зеленые светодиоды. Их излучение смешивает оптическая система, например линза. В результате получается белый свет.

На поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне наносится три люминофора, излучающих голубой, зеленый и красный свет.

Желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, таким образом излучения смешиваются, получая белый или близкий к белому свет.

Когда начали использовать светодиоды в освещении?

В начале светодиоды использовали только для индикации. Для освещения светодиоды еще не подходили - необходимо было еще научиться производить белые светодиоды, увеличить их яркость, а точнее светоотдачу.

В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их широко использовали в световых табло, индикаторах, приборных транспортных панелях, рекламных экранах и системах визуализации данных. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания, по долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Однако не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.

К концу 80-х годов в СССР производилось более 100 млн светодиодов в год, а в мире - несколько десятков миллиардов.

От чего зависит срок службы светодиода?

Принято счиать, что светодиоды исключительно долговечны, что совсем не верно. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его эксплуатации, тем выше температура и тем быстрее наступает старение светодиода. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и состав-ляет в настоящее время 20 — 50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Если яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод необходимо менять.

Выгорает ли цвет светодиода с течением времени?

Старение светодиода взаимосвязано не только со снижением его яркости, но также и с изменением цвета. Сегодня нет стандартов, которые бы дали возможность выразить количественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

Насколько вреден светодиод для глаз?

Спектр излучения светодиодов близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют. Есть предпосылки к тому, что вскоре влияние светодиодов на зрение изучено в полной мере.