Светодиод (LED): как устроен, принцип работы, применение
Светоизлучающий диод, называемый сокращенно LED (от light-emitting diode), подобно выпрямительному диоду, использует явления, происходящие на p-n-переходе. Однако выбор материала позволяет не столько обеспечить хорошую проводимость тока в одном направлении, сколько преобразовать энергию тока в световую энергию. Явление преобразования энергии тока в световую энергию называется электролюминесценцией.
Как устроен светодиод?
Светодиоды, как и все полупроводниковые диоды, состоят из полупроводников p-типа и n-типа, соединенных вместе. Полупроводниковые материалы названы в честь доминирующих носителей тока в соответствующем типе материала. В n-типе доминирующими носителями тока являются электроны, которые несут отрицательный — отрицательный заряд, отсюда и название n-типа. В p-типе доминирующими носителями являются дырки, которые несут положительный заряд — положительный, отсюда и название p.
Зонная теория твердых тел утверждает, что валентные электроны, получившие энергию, соответствующую зоне проводимости, оставляют состояние со свободной энергией в валентной зоне. Это позволяет этому состоянию быть занятым другими электронами с энергией в зоне валентного уровня. Это явление можно описать как движение положительных носителей тока — т.е. дырок (рис. 1.).
В собственном полупроводнике количество электронов и дырок одинаково — каждый валентный электрон, который получает энергию из зоны проводимости, оставляет дырку в зоне проводимости. Количество электронов или дырок увеличивается при добавлении соответствующих легирующих добавок для «подпитки» одного типа носителей тока.
Если соединить p- и n-полупроводник, то в результате явления диффузии электроны из n-полупроводника «переходят» в p-полупроводник и дырки в обратном направлении.
Затем в области перехода электроны и дырки с обеих сторон объединяются. Это в конечном итоге приводит к пространственному распределению заряда на переходе — с повышенной концентрацией отрицательного заряда на стороне p-полупроводника и положительного заряда на стороне n-полупроводника — противоположно типичному распределению носителей в полупроводнике. Такое пространственное распределение заряда достигает насыщенного состояния и образует барьер, препятствующий дальнейшему движению заряда (рис. 2.).
Если к n-стороне полупроводника приложено отрицательное напряжение, а к p-стороне — положительное, внешнее электрическое поле заставляет электроны на n-стороне двигаться к барьеру, как и дырки на p-стороне. При достижении барьера электроны и дырки объединяются — электроны с энергией в диапазоне зоны проводимости переходят в диапазон энергии валентной зоны, испуская избыточную энергию в виде электромагнитного излучения. Это явление называется радиационной рекомбинацией.
Принцип работы светодиода
Световое излучение светодиода можно представить так, как показано на рисунке 3.
Энергетическое расстояние между валентной полосой и полосой проводимости называется энергетическим зазором (шириной запрещенной зоны) и обычно обозначается символом Eg. Когда электрон переходит в более низкое энергетическое состояние, он может испускать избыточную энергию в виде электромагнитного излучения, или он может передать часть этой энергии кристаллической решетке путем увеличения тепловых колебаний. Полупроводники, в которых электроны практически всю свою избыточную энергию излучают в виде электромагнитного излучения, используются для изготовления светодиодов.
Электроны испускают электромагнитное излучение порциями, называемыми фотонами. Энергия фотонов зависит от частоты электромагнитного излучения. Связь между энергией фотона и частотой выражается формулой Планка:
где Ef — энергия фотона, h — постоянная Планка, f — частота фотона.
Когда свет испускается в результате радиационной рекомбинации, энергия фотона приблизительно равна энергии ширины запрещенной зоны Eg.
Цвет света, который мы наблюдаем, напрямую зависит от частоты фотонов. Таким образом, цвет света, излучаемого диодом, зависит от величины энергии Eg материала диода.
Для светодиодов используются другие материалы, чем для выпрямительных диодов. Кремний и германий имеют слишком низкое значение Eg и, кроме того, передают часть энергии, потерянной при переходе в валентную зону, кристаллической решетке.
Примеры материалов, используемых для изготовления светодиодов, и цвета излучаемого ими света приведены в таблице:
Полупроводниковый состав | Цвет испускаемого излучения |
AlGaAs | красный, инфракрасный |
AlGaP | зеленый |
AlGaInP | оранжево-красный, оранжевый, желтый, зеленый |
GaAsP | красный, красно-оранжевый, желтый |
GaP | красный, желтый, зеленый |
GaN | зелёный, синий |
InGaN | зеленый, синий, ближний ультрафиолет |
SiC | синий |
Al2O3 | синий |
ZnSe | синий |
Схема конструкции светодиода показана на рис. 4.
Светоизлучающим элементом является светодиодный чип — т.е. светодиод, задача термопрокладки — отводить выделяемое тепло, а задача линзы — соответствующим образом фокусировать свет, излучаемый светодиодом.
Применение светодиодов
Ширина запрещенной зоны является характеристикой материала диода — именно поэтому диоды по своей природе испускают монохроматическое излучение. Изобретение в начале 1990-х годов диода с синей подсветкой и, соответственно, способность диодов создавать любой цвет света положили начало эпохе светодиодов. Значительное снижение стоимости производства светодиодных источников света в последние годы (например, светодиодные «лампочки» за последние пять лет стали дешевле почти в десять раз) означает, что светодиоды становятся доминирующим источником света практически во всех областях.
Белый свет от светодиодных источников обычно получают тремя способами:
- Три светодиода разного цвета помещаются в один корпус, чтобы в сумме получить белый свет. Этот тип диодов называется RGB. Если к этому типу диодов подключить регулятор, позволяющий регулировать ток, проходящий через отдельные диоды, то можно получить различные цвета света.
- Светодиод, излучающий ультрафиолет, покрыт трехцветным люминофором, который преобразует ультрафиолетовое излучение в белый свет.
- Синий светоизлучающий диод покрыт люминофором, который при возбуждении синим светом излучает желтый свет. При смешивании синего и желтого света получается белый свет.
Основными преимуществами светодиодов являются их эффективность, долговечность — светодиоды могут проработать до 100 000 часов, а также универсальность.
Эффективность источников света описывается величиной, называемой световой отдачей. Световая отдача, обозначаемая буквой , определяет общую мощность полученного света по отношению к мощности электрического тока, который этот свет производит. Она выражается формулой:
где Ф — световой поток, а P — мощность электрического тока, потребляемого источником, создающим поток. Световой поток — это величина, характеризующая мощность излучаемого света, а его единицей является люмен (лм). Световая отдача измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Сравнение световой отдачи различных источников света показано в таблице:
Источник света | Световая отдача [лм/Вт] | Приблизительный эквивалент традиционных ламп накаливания [единиц] |
Традиционная лампочка | 5‑20 | 1 |
Лампа с парами ртути | 15‑25 | 2 |
Галогенная лампа | 20‑30 | 2 |
Ртутная газоразрядная лампа | 30‑65 | 4 |
Энергосберегающая люминесцентная лампа | 40‑100 | 6 |
Светодиод (LED) | 50‑300 | 6 |
Металлогалогенная лампа | 80‑125 | 6 |
Галогенная ртутная лампа | 70‑100 | 7 |
Как видно из таблицы, диоды значительно превосходят по эффективности традиционные источники света: лампы накаливания, галогенные или люминесцентные лампы (флуоресцентные трубки). Диодам уступают более дорогие натриевые и металлогалогенные лампы, в которых свет излучается в результате разрядов, возникающих в парах металлов. Эти источники используются для освещения улиц, спортивных залов и стадионов.
Универсальность светодиодов также является важным преимуществом. Мощность светодиодных источников варьируется от нескольких милливатт до нескольких десятков ватт. Они используются в качестве всех типов индикаторных лампочек в различных типах электрических и электронных устройств. Например: лампочки — индикаторы работы электрических и электронных устройств, индикаторы заряда батареи и т.д.
Светодиоды начали вытеснять традиционные источники света в подсветке ЖК-экранов телевизоров и ноутбуков несколько лет назад, что позволило уменьшить их толщину. Следующим шагом в развитии технологии стало использование органических соединений для производства светодиодов и появление технологии OLED и ее последующих вариантов (AMOLED, Super AMOLED). Дисплеи, изготовленные с использованием технологии OLED, очень тонкие, поскольку не требуют подсветки, так как диоды генерируют свет самостоятельно. Этот тип дисплея сначала получил широкое распространение в смартфонах, а затем в телевизионных экранах.
В данной статье представлены лишь некоторые из областей применения светодиодной технологии. Практически везде, где используются источники света, можно встретить светодиоды. К вышеперечисленным преимуществам этих светодиодов можно добавить, что они начинают светить сразу после включения, достаточно устойчивы к частоте включений, устойчивы к ударам и влиянию атмосферы, а также могут быть использованы для получения практически любого цвета света.
Все о светодиодах (LED).
Все быстрее растет популярность светодиодов и все шире становится территория применения их в светотехнике. Потребители, производители и продавцы стараются не отставать от современных нововведений, но лишь дизайнеры в полной мере ощутили все уникальные возможности светодиодов. Время, когда интерес к светодиодам проявляли лишь ученые, давно прошло. В наши дни тема «светодиоды» никого не удивит и поговаривают, что перспектива использования исключительно светодиодов очень реальна.
Уникальный свет по своим характеристикам излучается светодиодами, именно этими свойствами активно пользуются современные дизайнеры в области работы со светом и интерьерного оформления. Не перестает излучать и оптимизмом, который доказывается все большим спросом.
Но нельзя полностью раскрыть преимущества и недостатки светодиодов, не поговорив о его сущности.
Что же представляет собой светодиод?
Светодиод – прибор полупроводниковый, принцип работы которого заключается в преобразовании электрического тока в световое излучение. На английском: diode, light emitting или LED.
Структура светодиода.
Состоит светодиод из кристалла полупроводникового на подложке, оптической системы и корпуса с контактными выводами. Раньше применялись корпусные светодиоды для индикации, в наше время светодиоды значительно отличаются от первичных. На рисунке схематически представлена конструкция современного светодиода.
Особенности светодиода.
В сравнении с лампой накаливания и люминесцентной лампой, электрический ток преобразуется в светодиоде в световое излучение, что теоретически позволяет сделать это без потерь. На практике светодиод при должном теплоотводе имеет минимальный нагрев, что придает незаменимость для некоторых приложений. В узкой части светодиодного спектра излучается чистым цветом, а это особенно ценно для дизайнеров, при этом важно, что ИК и УФ излучения отсутствуют. Срок службы достигает ста часов (а это почти в сто раз больше срока службы лампы накаливания и в десять раз больше срока люминесцентной лампы!), в связи с исключительной надежностью и механической прочности. Необходимо отметить и высокую безопасность прибора, так как светодиод низковольтный.
Получение белого света с помощью светодиода.
Различают 3 способа получения белого света с помощью светодиода:
- Смешивание цветов (технология RGB). Красные, зеленые и голубые светодиоды плотно размещены на одной матрице, излучение их смешивается с помощью линзы (или другой оптической системы). Итог – белый свет.
- Принцип люминесцентной лампы. Светодиод излучает в ультрафиолетовом диапазоне, а на его поверхность наносится 3 люминофора, которые излучают красным, голубым и зеленым светом.
- Заключается в нанесении на голубой светодиод зеленого, желто-зеленного и красного люминофора. Все или только два излучения смешивается и образуется близкий к белому или белый свет.
Рис. 1. Световая отдача различных типов светодиодов в сравнении с другими источниками света
Оптические и электрические характеристики светодиодов.
Как уже говорил, светодиоды являются низковольтными приборами и применяются для индикации, потребляя 2-4В постоянного напряжения при 50мА токе. Светодиод, используемый для освещения, имеет такое же потребление напряжения, но при токе от нескольких сотен мА до А в проекте. Включение отдельных светодиодов в модуле может быть последовательным, а суммарное напряжение при этом более высокое (12 или 24 В).
Светодиод может выйти из строя, если при его подключении не соблюдать полярность. Для светодиода изготовителем определяется напряжение пробоя и составляет 5В. Характеристики яркости: световой поток, осевая сила света, диаграмма направленности. Разные конструкции светодиодов позволяют излучать свет в телесном углу 4-1400. Длина волны, цветовая температура и координаты цветности определяют цвет.
Сравнение эффективности светодиодов и других источников происходит с помощью светоотдачи – величина светового потока на 1 В электрической мощности. Цена 1 люмена – интересная маркетинговая характеристика.
Необходимость стабилизации тока через светодиод.
Совсем незначительные перемены напряжения приводят к большим переменам тока, поскольку в рабочем режиме ток имеет экспоненциальную зависимость от напряжения. А яркость светодиода нестабильна из-за прямой пропорциональности светового выхода к току, исходя из этого, появляется необходимость стабилизировать ток. Кроме этого, если ток превышает допустимый предел, то происходит перегрев, что приводит к ускоренному старению светодиода.
Регулируется ли яркость светодиода?
Да, очень хорошо регулируется яркость светодиодов за счет метода широтно–импульсной модуляции (ШИМ). Для этого необходим управляющий блок, который в реальности может быть совмещен с конвертером, блоком питания и контроллером управления цветом RGB матрицы. Суть метода: на светодиод подается импульсно-модулированный ток, сигнальная частота составляет сотни или тысячи Гц, а импульсная ширина может измениться. Светодиод не гаснет, а средняя яркость – управляема. При процессе диммирования в светодиоде небольшая перемена цветовой температуры несравнима со смещением для ламп накаливания.
Важно отметить, что за счет снижения напряжения питания нельзя регулировать яркость светодиода.
Срок службы светодиода.
Существует мнение, что светодиод исключительно долговечен, но это ошибочное мнение. Разберемся почему. Температура светодиода повышается в процессе службы после постоянного пропускания тока, а значит, старение наступает быстрее при увеличении пропуска тока. В связи с этим относительно короче срок службы у мощных светодиодов по сравнению с маломощными, и в настоящее время составляет от 20 до 50 тысяч часов. Старение характеризуется уменьшением яркости, а когда происходит снижение от 30% до 50%, то светодиод необходимо заменить.
Существует ли вред светодиодного света для глаз?
Из-за монохроматического спектра излучения, светодиод имеет кардинальное отличие от спектра лампы накаливания и солнечного спектра. Но сказать плохо это или хорошо точно нельзя, так как исследований в этой области не проводилось, а данных о вреде воздействия светодиода на человеческий глаз нет. Но все-таки надежда, что серьезное изучение влияния светодиода на человеческий глаз все-таки состоится.
Целесообразное применение светодиодов.
Практически во всех светотехнических областях нашли свое применение светодиоды. Исключение является лишь освещение производственных территорий, хотя для аварийного освещения они все-таки используются. Из-за чистого цвета, светодиоды пользуются огромной популярностью в дизайнерском освещении и в светодинамических системах. В местах, где высокие требования электробезопасности, жесткая экономия электроэнергии, частое и дорогое обслуживание очень выгодно применение светодиодов.
Возможности светодиодов и их применение.
Первые светодиоды, в 60х годах 20 века, были изобретены в эпоксидной оболочке, которые при подключении к электротоку выделяли монохроматический свет. До 80х годов массовое применение их как источников света было ограничено высокими затратами на производство, низкой яркостью и отсутствием светодиодов белого и синего цвета. Поэтому применение светодиоды находили лишь для наружных электронных табло, которыми оборудовали системы для регулирования дорожного движения, медицинское оборудование и оптоволоконные системы.
До начала 21 века появление синих, белых и сверх ярких диодов, постоянное снижение рыночной стоимости, привлекло внимание производителей к такому виду источника света. Стали использовать светодиоды как индикаторы режимов работы электронных устройств, а также для подсветки ЖК экранов мобильных телефонов и другого оборудования. Стремительное развитие и широкое применение светодиодов основных цветов привело к тому, что появилась возможность получения цветов любых оттенков и конструирования из них дисплеев с полноцветной графикой и анимацией.
В связи с малой потребностью в электроэнергии светодиоды стали оптимальным выбором для декоративного освещения, особенно где наблюдаются проблемы с энергетикой.
Главными качествами конкурентоспособности светодиодов по отношению к лампам накаливания и люминесцентным лампам:
- срок службы (в 6-8 раз превышает срок люминесцентных ламп);
- простота в эксплуатации;
- нет необходимости регулярного обслуживания;
- антивандальные свойства.
Существенным аспектом, который влияет на отсутствие стремительного распространения, является высокая стоимость светодиода.
Основные преимущества светодиодов.
Экономичность в работе.
Конечно же, главным достоинство для потребителя является экономичность и долговечность прибора. Ресурс использования светодиодов – 100 тыс. часов, что примерно составляет 10-12 лет. В сравнении со сроком люминесцентной или неоновой лампы (10 тыс. часов), светодиоды долговечны. Лампы мы сменим 10-30 раз, а светодиоды до сих пор будут работать, еще и экономят деньги снижая затраты на энергию до 87%.
Удобные светодиоды.
Структура светодиодного модуля многокомпонентная и имеет неприхотливую схему подключения. Возьмем цепочку из полусотни светодиодов, в которой 1-2 неисправных диода не выводят из строя фрагмент и не влияют на световое излучение. Такой огромный ресурс решает проблему с заменой светодиодов. Помимо этого, светодиоды способно функционировать при самых различных температурах.
Надежность.
Существует такая надежность, от которой зависят жизни людей. Светодиоды применяются в устройствах отображения информации, для примера светофоры и дорожные знаки, и это ведет к увеличению расстояния, которое воспринимает человеческий глаз. Именно по этой причине во многих европейских городах нет светофоров, а вместо них светодиодные схемы, которые также используют в надводных и воздушных системах.
Другими важными свойствами светодиодов являются антивандальные качества и прочность. Прибор изготовлен из пластика, что значительно уменьшает возможность повредить светодиод. 3-4 вольта – необходимое напряжение для работы светодиода, поэтому они очень распространены там, где требуются повышенные меры безопасности или отсутствует высокое напряжение. Применение проводов с сильной изоляцией большого сечения не требуется при низком напряжении и это значительно облегчает подключение к сети. Существует порог срабатывания у газоразрядных трубок и для загорания источника света необходимо подать напряжение. А светоизлучающие диоды при подключении к сети сразу излучают свет и яркость, возможно, регулировать путем изменения напряжения. Также важным достоинством является устойчивость к низким температурам. Этого свойства не хватает газоразрядным источникам, так как при минусовой температуре у них возникают проблемы с неоном.
Эстетически красивый вид.
Если бы технологии LED не были изобретены, то обязательно их придумали дизайнеры. Светодиоды имеют неограниченные возможности для манипуляций с цветовым спектром. Практически незаметные плавные световые переходы для человеческого глаза уступают живописи по выразительности, но далеко впереди по сравнению с другими источниками света. Уникальная светодинамика светодиодных модулей удовлетворит желания самого великого дизайнера. Важно заметить, что не только эстетическое, но и экологическое значение имеет своеобразная игра со спектром: спектры, комфортные для глаза человека, часто бывают, дискомфортны для растительности. Для решения такой проблемы применяется зональное разделение растений и человеческой зоны.
Компактность и представительный вид.
Нельзя не сказать о компактности прибора. Очень выразительный и необычный вид приобретают стенды, украшенные светодиодами. Со временем в некоторых развитых странах возрастает доля рынка таких изделий и символом такой своеобразной революции является светодиодное полотно в 500 м над главной улицей Las-Vegas.
Недостатки светодиодов.
- Высокая стоимость.
Является главным недостатком таких приборов. Затраты на светодиоды в 2 раза превышают стоимость неонового изделия такой же яркости. Но в современном мире растет конкуренция и объемы производства, что со временем медленно, но верно понижают стоимость. По прогнозам специалистов, цены скоро понизятся больше чем в 10 раз. - Сложность конструирования объемных букв и изображений.
Для этого потребуется объединить огромное количество отдельных светодиодов, которые обеспечат яркий свет и привлекут внимание человека. Поэтому необходимы универсальные модули, которые в дальнейшем будут интегрироваться в разные образы.
Применение светодиодов.
- Световая реклама – вывески, борды;
- при замене неона;
- для дизайна помещений, лестниц и мебели;
- ландшафтная и архитектурная подсветка;
- дисплеи;
- информационные табло;
- дисплеи с бегущей строкой;
- освещение в автобусах, автомобилях, грузовиках;
- светофоры;
- подсветка ЖК-дисплеев мобильных телефонов, цифровых камер.
Светодиоды – приборы будущего?
Прогноз специалистов – цены на светодиоды значительно упадут. При таком развитии событий неон, люминесцентные лампы и другие известные источники света уйдут на второй план. Перспектива светодиодов не только в низкой цене, но и в гибкости конструкции, особенно ценно это для дизайнеров и изготовителей рекламы. Очень легко объединить светодиоды в разные формы и фигуры и также легко присоединить к любой поверхности. Автономное использование осветительных приборов отходит на второстепенный план и теперь модно и удобно встраивать свет в объекты, что придает интерьеру фантастический вид и освобождает зрительное пространство.
Восхитительное зрелище формируют используемые светодиоды насыщенного цвета в зонировании пространства и создании цветовых акцентов. Очень интересно наблюдать за внедрением светодиодных технологий в нашу жизнь. При сочетании конструкций из светодиодов создаются необычные и удивительные формы для дизайна привычных помещений.
Остро стоит вопрос о наружном освещении. Обслуживание такого вида освещения очень сложное и поэтому здесь находят свое применение светодиоды. Характеристики модулей светодиодов значительно превышают альтернативы, а стоимость в процессе эксплуатации оказывается вполне сравнимой. Насыщенный и яркий свет светодиодных модулей незаменим при подсветке воды и фонтанов. С помощью светодиодного освещения можно создавать захватывающие дух картины. Необходимость светодиодов в современном мире очевидна.
Перевод статьи опубликованной в журналах: lespiedGrafika, Латвия и Reklamos ir Marketingo Idejos, Литва.
Как устроены и работают светодиоды
Излучающие свет полупроводниковые приборы широко используются для работы систем освещения и в качестве индикаторов электрического тока. Они относятся к электронным устройствам, работающим под действием приложенного напряжения.
Поскольку его величина незначительная, то подобные источники относятся к низковольтным приборам, обладают повышенной степенью безопасности по воздействию электрического тока на организм человека. Риски получения травм возрастают тогда, когда для их свечения используются источники повышенного напряжения, например, бытовой домашней сети, требующие включения в схему специальных блоков питания.
Отличительной чертой конструкции светодиода является более высокая механическая прочность корпуса, чем у ламп «Ильича» и люминесцентных. При правильной эксплуатации они работают долго и надежно. Их ресурс в 100 раз превышает показатели нитей накаливания, достигает ста тысяч часов.
Однако, этот показатель характерен для индикаторных конструкций. У мощных источников для освещения применяются повышенные токи, а срок эксплуатации снижается в 2÷5 раз.
Устройство светодиода
Обычный индикаторный светодиод изготавливают в эпоксидном корпусе с диаметром 5 мм и двумя контактными выводами для подключения к цепям электрического тока: анодом и катодом. Визуально они отличаются по длине. У нового прибора без обрезанных контактов катод короче.
Запомнить это положение помогает простое правило: с буквы «К» начинаются оба слова:
Когда же ножки светодиода обрезаны, то анод можно определить подачей на контакты напряжения 1,5 вольта от простой пальчиковой батарейки: свет появляется при совпадении полярностей.
Светоизлучающий активный монокристалл полупроводника имеет вид прямоугольного параллелепипеда. Он размещён около светоотражающего рефлектора параболической формы из алюминиевого сплава и смонтирован на подложке с нетокопроводящими свойствами.
На окончании светового прозрачного корпуса из полимерных материалов расположена линза, фокусирующая световые лучи. Она совместно с рефлектором образует оптическую систему, формирующую угол потока излучения. Его характеризуют диаграммой направленности светодиода.
Она характеризует отклонение света от геометрической оси общей конструкции в стороны, что приводит к увеличению рассеивания. Такое явление возникает из-за появления при производстве небольших нарушений технологии, а также старения оптических материалов во время эксплуатации и некоторых других факторов.
Внизу корпуса может быть расположен алюминиевый или латунный поясок, служащий радиатором для отвода тепла, выделяемого при прохождении электрического тока.
Этот принцип конструкции широко распространен. На его основе создают и другие полупроводниковые источники света, использующие иные формы структурных элементов.
Принципы излучения света
Полупроводниковый переход p-n типа подключают к источнику постоянного напряжения в соответствии с полярностью выводов.
Внутри контактного слоя веществ p- и n-типов под его действием начинается движение свободных отрицательно заряженных электронов и дырок, которые обладают положительным знаком заряда. Эти частицы направляются к притягивающим их полюсам.
В переходном слое заряды рекомбинируют. Электроны проходят из зоны проводимости в валентную, преодолевая уровень Ферми.
За счет этого часть их энергии освобождается с выделением световых волн различного спектра и яркости. Частота волны и цветопередача зависят от вида смешанных материалов, из которых сделан p-n переход.
Для излучения света внутри активной зоны полупроводника требуется соблюсти два условия:
1. пространство запрещенной зоны по ширине в активной области должно быть близко к энергии излучаемых квантов внутри видимого человеческому глазу диапазона частот;
2. чистоту материалов полупроводникового кристалла необходимо обеспечивать высокую, а количество дефектов, влияющих на процесс рекомбинации — минимально возможным.
Эта сложная техническая задача решается несколькими путями. Один из них — создание нескольких слоев p-n переходов, когда образуется сложная гетероструктура.
Влияние температуры
При увеличении уровня напряжения источника сила тока через полупроводниковый слой возрастает и свечение увеличивается: в зону рекомбинации поступает повышенное количество зарядов за единицу времени. Одновременно происходит нагрев токоведущих элементов. Его величина критична для материала внутренних тоководов и вещества p-n перехода. Излишняя температура способна их повредить, разрушить.
Внутри светодиодов энергия электрического тока переходит в световую непосредственно, без излишних процессов: не так, как у ламп с нитями накаливания. При этом образуются минимальные потери полезной мощности, обусловленные низким нагреванием токопроводящих элементов.
За счет этого создается высокая экономичность этих источников. Но, их можно применять только там, где сама конструкция защищена, блокирована от внешнего нагрева.
Особенности световых эффектов
При рекомбинации дырок и электронов в разных составах веществ p-n перехода создается неодинаковое излучение света. Его принято характеризовать параметром квантового выхода — количеством выделенных световых квантов для единичной рекомбинированной пары зарядов.
Он формируется и происходит на двух уровнях светодиода:
1. внутри самого полупроводникового перехода — внутренний;
2. в конструкции всего светодиода в целом — внешний.
На первом уровне квантовый выход у правильно выполненных монокристаллов может достигать величины, близкой к 100%. Но, для обеспечения этого показателя требуется создавать большие токи и мощный отвод тепла.
Внутри самого источника на втором уровне часть света рассеивается и поглощается элементами конструкции, чем снижает общую эффективность излучения. Максимальное значение квантового выхода здесь намного меньше. У светодиодов, испускающих красный спектр, оно достигает не более 55%, а у синих снижается еще больше — до 35%.
Виды цветовой передачи света
Современные светодиоды излучают:
- желтый:
- зеленый;
- красный;
- синий;
- голубой;
- белый свет.
Желто-зеленый, желтый и красный спектр
В основе p-n перехода используются фосфиды и арсениды галлия. Эта технология была реализована в конце 60-х годов для индикаторов электронных приборов и панелей управления транспортной техники, рекламных щитов.
Такие устройства по светоотдаче сразу обогнали основные источники света того времени — лампы накаливания и превзошли их по надежности, ресурсу и безопасности.
Голубой спектр
Излучатели синего, сине-зеленого и особенно белого спектров долго не поддавались практической реализации из-за трудностей комплексного решения двух технических задач:
1. ограниченных размеров запрещенной зоны, в которой осуществляется рекомбинация;
2. высоких требований к содержанию примесей.
Для каждой ступени повышения яркости синего спектра требовалось увеличение энергии квантов за счет расширения ширины запретной зоны.
Вопрос удалось разрешить включением в вещество полупроводника карбидов кремния SiC или нитридов. Но, у разработок первой группы оказался слишком низкий КПД и маленький выход излучения квантов для одной рекомбинированной пары зарядов.
Повысить квантовый выход помогло включение в полупроводниковый переход твердых растворов на основе селенида цинка. Но, такие светодиоды обладали повышенным электрическим сопротивлением на переходе. За счет этого они перегревались и быстро перегорали, а сложные в изготовлении конструкции отвода тепла для них эффективно не работали.
Впервые светодиод голубого свечения удалось создать при использовании тонких пленок из нитрида галлия, наносимых на сапфировую подложку.
Белый спектр
Для его получения используют одну из трех разработанных технологий:
1. смешивание цветов по методике RGB;
2. нанесение трех слоев из красного, зеленого и голубого люминофора на светодиод ультрафиолетового диапазона;
3. покрытие голубого светодиода слоями желто-зеленого и зелено-красного люминофора.
При первом способе на единой матрице размещают сразу три монокристалла, каждый из которых излучает свой спектр RGB. За счет конструкции оптической системы на основе линзы эти цвета смешивают и получают на выходе суммарный белый оттенок.
У альтернативного метода смешение цветов происходит за счет последовательного облучения ультрафиолетовым излучением трех составляющих слоев люминофора.
Особенности технологий белого спектра
Методика RGB
- задействовать в алгоритме управления освещением различные комбинации монокристаллов, подключая их поочередно вручную или автоматизированной программой;
- вызывать различные цветовые оттенки, меняющиеся по времени;
- создавать эффектные осветительные комплексы для рекламы.
Простым примером такой реализации служат цветовые елочные гирлянды. Подобные алгоритмы также широко используют дизайнеры.
Недостатками светодиодов RGB конструкции являются:
- неоднородный цвет светового пятна по центру и краям;
- неравномерный нагрев и отвод тепла с поверхности матрицы, ведущий к разным скоростям старения p-n переходов, влияющий на балансировку цветов, изменению суммарного качества белого спектра.
Эти недостатки вызваны разным расположением монокристаллов на базовой поверхности. Они сложно устраняются и настраиваются. За счет подобной технологии RGB модели относятся к наиболее сложным и дорогим разработкам.
Светодиоды с люминофором
Они проще в конструкции, дешевле в производстве, экономичнее при пересчетах на излучение единицы светового потока.
Для них характерны недостатки:
- в слое люминофора происходят потери световой энергии, которые понижают светоотдачу;
- сложность технологии нанесения равномерного слоя люминофора влияет на качество цветовой температуры;
- люминофор обладает меньшим ресурсом, чем сам светодиод и быстрее стареет при эксплуатации.
Особенности светодиодов разных конструкций
Модели с люминофором и RGB-изделия создаются для разного промышленного и бытового применения.
Способы питания
Индикаторный светодиод первых массовых выпусков потреблял около 15 мА при питании от чуть меньшей величины, чем два вольта постоянного напряжения. Современные изделия имеют повышенные характеристики: до четырех вольт и 50 мА.
Светодиоды для освещения питаются таким же напряжением, но потребляют уже несколько сотен миллиампер. Производители сейчас активно разрабатывают и проектируют устройства до 1 А.
С целью повышения эффективности светоотдачи создаются светодиодные модули, которые могут использовать последовательную подачу напряжения на каждый элемент. В таком случае его величина возрастает до 12 либо 24 вольт.
При подаче напряжения на светодиод требуется учитывать полярность. Когда она нарушена, то ток не проходит и свечения не будет. Если же используется переменный синусоидальный сигнал, то свечение происходит только при прохождении положительной полуволны. Причем его сила так же пропорционально меняется по закону появления соответствующей величины тока с полярным направлением.
Следует учитывать, что при обратном напряжении возможен пробой полупроводникового перехода. Он происходит при превышении 5 вольт на одном монокристалле.
Способы управления
Для регулировки яркости излучаемого света применяют один из двух методов управления:
1. величиной подключаемого напряжения;
Первый способ простой, но неэффективный. При снижении уровня напряжения ниже определённого порога светодиод может просто потухнуть.
Метод же ШИМ исключает подобное явление, но он значительно сложнее в технической реализации. Ток, пропускаемый через полупроводниковый переход монокристалла, подается не постоянной формой, а импульсной высокой частоты со значением от нескольких сотен до тысячи герц.
За счет изменения ширины импульсов и пауз между ними (процесс называют модуляцией) осуществляется регулировка яркости свечения в широких пределах. Формированием этих токов через монокристаллы занимаются специальные программируемые управляющие блоки со сложными алгоритмами.
Спектр излучения
Частота выходящего из светодиода излучения лежит в очень узкой области. Ее называют монохроматической. Она кардинальным образом отличается от спектра волн, исходящего от Солнца или нитей накаливания обычных осветительных ламп.
О влиянии такого освещения на человеческий глаз ведется много дискуссий. Однако, результаты серьезных научных анализов этого вопроса нам неизвестны.
Производство
При изготовлении светодиодов используется только автоматическая линия, в которой работают станки-роботы по заранее спроектированной технологии.
Физический ручной труд человека полностью исключен из производственного процесса.
Подготовленные специалисты осуществляют только контроль за правильным протеканием технологии.
Анализ качества выпускаемой продукции тоже входит в их обязанности.
- Несколько простых схем питания светодиодов
- Примеры использования светодиодов
- Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Все про светодиоды
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:
Светодиодный источник света
Светодиодные источники света (англ. light-emitting diode, LED) или LED — тип источников света, в которых используются светодиоды — полупроводниковые приборы, излучающие свет под действием проходящего через кристаллы электрического тока или фотодиоды — поглощающие свет, которые под действем лучей света накапливают электроны, создавая электрический потециал.
Мощные полупроводниковые светодиоды, включая органические, или полимерные(OLED) были созданы в конце ХХ века для замены традиционных источников света: ламп накаливания, дуговых и газоразрядных ламп, или источников света
- 1 Введение
- 2 История
- 3 Технология
- 3.1 Физика
- 3.2 Эффективность и эксплуатационный характер
- 5.1 Индикаторы и характеристики
- 5.2 Освещение
Введение [ ]
Испускающий свет (ВЕДОМЫЙ) ( [1] ) диод является источником света полупроводника. LEDs используются как лампы индикатора во многих устройствах и все более и более стали использоваться для освещения. Введенный в качестве практического электронного компонента в 1962, [2] в начале LEDs испускал красный свет низкой интенсивности, но сейчас современные версии доступны для видимых, ультрафиолетовых и инфракрасных длин волн, притом с очень высокой яркостью.
При повторном включении диода электроны в состоянии повторно объединиться с фотонов. Этот эффект называют электролюминесценцией, и цвет света (в соответствии с энергией фотона (длиной волны)) и определен энергетическим состоянием полупроводника. ВЕДОМЫЙ (диод) является обычно маленьким по площади (меньше чем 1 мм²), и интегрированные оптические компоненты используются, чтобы сформировать его лучевой образец и помочь в отражении. [4] LEDs имеют много преимуществ перед накальными источниками света, включая более низкое потребление энергии, более длинную целую жизнь, улучшенную надежность, меньший размер, более быстрое переключение, и большую длительность и надежность в работе. Однако, они относительно дороги и требуют более точного потока и управления высокой температурой, чем традиционные источники света. Продукты LEDs для общего освещения более дороги, чем флуоресцентные источники, лампы сопоставимой продукции.
Они также более приятные при использовании в столь же разнообразных условиях после замены традиционных источников света в освещении авиации, автомобильного транспорта арои освещении (особенно индикаторы) и в транспортных сигналах. Компактный размер LEDs позволил получить новый текст, видео показы и применить как более развиваемые датчики, одновременно имея высокие нормы переключения они полезны в передовой технологии коммуникаций. [5]
История [ ]
Основная статья: История светодиодного источника света
Электролюминесценция была обнаружена в 1907 британским экспериментатором H. J. Round и Marconi Labs в Лаборатории Marconi, используя кристалл кремниевого карбида и датчика крупицы «кота». [6] , [7] Российский Олег Владимирович Лосев независимо сообщил относительно создания ВЕДОМОГО в 1927. [8] , [9] Его исследование было опубликовано в российских, немецких и британских научных журналах, но никакого практического использования не было сделано из открытия в течение нескольких десятилетий. [10] , [11] Рубин Браунстайн Радио-Корпорации Америки сообщил относительно инфракрасной эмиссии от арсенида галлия (GaAs) и други[ сплавов полупроводника в 1955. [12] Бронштеин наблюдал инфракрасную эмиссию, произведенную простыми диодными структурами, используя галлий antimonide (GaSb), GaAs, фосфид индия (InP), и кремниевый.
В 1961, экспериментаторы Роберт Биард и Гэри Питтман, работающие над Инструментами Техаса, [13] нашли, что GaAs испускал инфракрасное излучение, когда был применен электрический ток, и получил патент на ВЕДОМОГО инфракрасного излучателя.
Первый практический видимый спектр (красный) ВЕДОМЫЙ был развит в 1962 Ником Холоньяком младшим, работая с Компанией Дженерал Электрик. [14] Holonyak замечен как «отец испускающего свет диода». [15]
Технология [ ]
Физика [ ]
Как нормальный диод, ВЕДОМЫЙ состоит из чипа полупроводникового материала, лакируемого с примесями, чтобы создать p-n соединения. Как в других диодах, поток течет легко от p-стороны, или анода, к n-стороне, или катоду, но не в обратном направлении. Электроны курьеров-обвинения и поток отверстий в соединение движутся от электродов с различными напряжениями. Когда электрон встречает отверстие, он падает как бы в яму с более низкий уровенем энергия, и отдаёт энергию в форме фотона.
Длина волны испускаемого света определяет его цвет, и зависит от энергии промежутка полосы материалов, формирующих p-n соединение. В кремнии или диодах германия, электроны и отверстия повторно объединяются неизлучающим переходом, который не производит никакой оптической эмиссии, потому что они — косвенные материалы промежутка полосы. Материалы, используемые свет ВЕДОМОГО, имеют прямой промежуток полосы с энергиями, соответствующими почти инфракрасному, видимому или почти ультрафиолетовому свету, цвету.
ВЕДОМОЕ развитие началось с инфракрасных и красных устройств, сделанных с арсенидом галлия. Авансы в науке материаловедения сделали возможным производство устройств с когда-либо-более-короткими длинами волны, производя свет с разнообразием цветов.
LEDs обычно основываются на основании n-типа, с электродом, приложенным к слою p-типа, депонированному (базируемому) на его поверхности. Основа P-типа, в то время менее общие основы используются также. Много коммерческих LEDs, особенно GaN/InGaN, также используют основание сапфира.
Большинство материалов, используемых для ВЕДОМОГО производства, имеет очень высокие преломляющие показатели. Это означает, что столько света будет отражено назад в материал в материальном/воздушном поверхностном интерфейсе, сколько на него падает. Поэтому Легкое извлечение света в LEDs — важный аспект ВЕДОМОГО производства, обуславливает большое количество научных исследований.
Эффективность и эксплуатационный характер [ ]
Типичный индикатор LEDs разработан для режима эксплуатации не более, чем при напряжении 30-60 мвт электроэнергии. Приблизительно в 1999, Philips Lumileds вводил работу LEDs, способный к непрерывному использованию с одним ваттом. Используемый намного больший полупроводник этих LED-зуммируемых размеров, чтобы можно было обращаться с большей подводимой мощностью. Кроме того, элементы полупроводника были установлены на металлических слизняках, чтобы было удаление высокой температуры от ВЕДОМОГО.
Одно из ключевых преимуществ ВЕДОМОГО на основе освещения — его высокая эффективность, что было измерено его легкой продукциии при подводимой мощности энергии. Белый LEDs быстро стал соответствовать и догнал эффективность стандартных накальных систем освещения. В 2002, Lumileds сделал LEDs доступным в пять ватт с люминесцентной эффективностью 18-22 люменов/ватт [lm/W]. Для сравнения, обычные 60–100 накальных лампочек производят приблизительно 15 lm/W, а стандартные флуоресцентные огни производят до 100 lm/W! Возвращаясь следует, что проблема состоит в том, что эффективность падает драматично при увеличении потока излучения. Этот эффект известен как свисание и эффективно ограничивает легкую продукцию данного ВЕДОМОГО излучателя за счёт увеличивающегося нагревания и оно больше, чем для легкой продукции с увеличением потока в люменах. [16] , [17] , [18]
В сентябре 2003, новый тип синих ВЕДОМЫЙ демонстрировался компанией Cree, Inc, чтобы обеспечить 24 мВт в 20 milliamperes [mA]. Это произвело коммерчески упакованный белый свет, дающий 65 lm/W в 20 mA, становясь самым ярким белым, который (ВЕДОМЫМ) был коммерчески доступный в то время, и больше чем в четыре раза более эффективным, чем стандарт incandescents. В 2006 они демонстрировали опытный образец с рекордной белой ВЕДОМОЙ люминесцентной эффективностью 131 lm/W в 20 мамах. Кроме того, «Сеульский Полупроводник» имеет планы получить отдачу в 135 lm/W к 2007 и 145 lm/W к 2008, которые приблизились бы к усовершенствованию порядка величины по стандарту incandescents и лучше даже, чем стандарт fluorescents.[30] Корпорация Nichia развила белое, ВЕДОМОЕ с люминесцентной эффективностью 150 lm/W в передовом потоке 20 mA!.[31]
Должно быть отмечено, что мощный ((≥ 1 W) LEDs необходимы для практических общих заявлений освещения. Типичные операционные потоки для этих устройств начинаются в 350 mA.
Отметьте, что эти полезные действия для ВЕДОМОГО чипа проведены только в низкой температуре в лаборатории. В применяемом освещении, работающем с более высокой температурой и с потерями кругооборота процесса, [19] .
«Кри» выпустил пресс-релиз 3 февраля 2010 о лабораторном опытном образце, ВЕДОМОМ, который достиг 208 люменов/ватт при комнатыной температуре. Корреляционная цветная температура, как сообщали, была 4579 K. [20]
Цвет и материалы [ ]
Основная статья: Цвет и материалы светодиодов
Обычные светодиодные (LED) светильники делают из разнообразных неорганических полупроводников; доступный спектр:
- Инфракрасное излучение
- Красный цвет
- Оранжевый цвет
- Жёлтый цвет
- Зелёный цвет
- Синий цвет
- Фиолетовый цвет
- Ультрафиолетовое излучение
- Белый цвет
Использование [ ]
Системы LEDs характеризуются четырьмя главными категориями:
- Зрительное (визуальное) восприятие сигнала, который в виде света идет более или менее непосредственно в человеческий глаз, и передаётся в мозг.
- Освещение, когда ВЕДОМЫЙ свет отражен от объекта, даёт визуальный ответ этих объектов.
- Излучение света с характеристиками, независимыми с процессами, которые вовлекают человеческую визуальную систему. [21]
- Сужение полосы датчиков света, где ВЕДОМЫМ управляют способом обратного уклона и отзывчивого к свету инцидента вместо того, чтобы испустить свет.
Индикаторы и характеристики [ ]
Низкое потребление энергии, низкие эксплуатационные расходы и небольшой размер современного LEDs привели к системам в качестве индикаторов статуса и их показы юазируются на разнообразии оборудования и сооружений. Большая область ВЕЛА, показы стадионов и как динамические декоративные показы. Тонкие, легкие показы сообщения используются в аэропортах и железнодорожных станциях как показы предназначения для поездов, автобусов, трамваев, и паромов.
Одиночному цветному свету хорошо удовлетворяют работа светофоров и сигналов признаков поведения транспорта в чрезвычайной ситуации, как освещение транспортного средства, фонари судов и ВЕДОМЫЕ лучи света Рождественских огней. В холодных климатах, ВЕДОМЫЙ светофор может остаться покрытым снегом. [22] Красные или желтые LEDs используются в индикаторе и алфавитно-цифровых показах в окружающих средах, где вечернее видение должно быть сохранено: кабины самолета, субмарина и мосты судна, обсерватории астрономии, и в области, например вечернее наблюдение времени животных и военное полевое использование.
Из-за их длинной жизни и быстрого переключения, LEDs использовались для автомобильных сильных тормозных средств с выдачей сигналов как у: у грузовика и автобусах — тормозных сигналов, сигналов поворота в течение некоторого времени, но много транспортных средств теперь используют LEDs для систем освещения задними фонарями. Использование LEDs также имеет преимущества моделирования, потому что LEDs способны к формированию намного более тонких огней, чем накальные лампы с параболическими отражателями. Поддаются существенному усовершенствованию сокращения времи срабатывания, потраченное на освещение, что (возможно быстрее на 0.5 секунды, чем накальная колба) улучшает безопасность, давая водителям больше времени, чтобы реагировать. Сообщалось, что на нормальном шоссе ускорение света равняется увеличенному времени реакции длины одного автомобиля, следующему позади. Белые ВЕДОМЫЕ фары начинают применять в двойном кругообороте интенсивности (то есть тыловые маркеры и тормоза), и если LEDs не пульсируются в достаточно быстрой частоте, они могут создать множество аварий, где призрачные изображения ВЕДОМОГО появятся, просматривают ли глаза быстро поперек множества.
Из-за относительной дешевизны низкой продукции LEDs, они также используются во многих временных заявлениях, типа glowsticks, throwies, светящаяся ткань Lumalive. Художники также использовали LEDs для ВЕДОМОГО искусства.
Приемники радио Weather/all-hazards с Определенным Сообщением Области, Кодирующим (ТО ЖЕ САМОЕ) имеют три LEDs: красный для предупреждений, апельсин для часов, и желтыйдля advisories и показа даты изготовления.
Освещение [ ]
С развитием высокой эффективности и высокой власти LEDs стало возможно включить LEDs в производство ламп освещения. Лампочки замены были сделаны аналогично креплениям накальных ламп. LEDs используются как уличные огни и в другом архитектурном освещении, где требуется цветное меняющееся освещение. Механическая надежность и длинная целая жизнь используются в автомобильном освещении на автомобилях, мотоциклах и на огнях велосипеда.
LEDs используются для того, чтобы осветить улицы и гаражи. В 2007, итальянский деревенский Torraca был первым местом, которое преобразует его всю систему освещения к LEDs. [23]
LEDs используются в освещении авиации. Аэробус использует ВЕДОМОЕ освещение в Аэробусе A320, Расширенный с 2007, и Боинг планирует его использование в модели 787. LEDs также используются теперь в освещении вертолетной станции и аэропортов. ВЕДОМЫЕ крепления аэропорта в настоящее время включают средние огни взлетно-посадочной полосы интенсивности, огни средней линии взлетно-посадочной полосы и освещение преграды.
LEDs являются также подходящими для того, чтобы быть подсветкой для телевидения в ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МОНИТОРАХ и легких показов портативных компьютеров. RGB LEDs увеличивают цветную гамму на целых 45 %. Экраны для телевидения и компьютерных показов могут быть сделаны все более и более тонкими при использовании LEDs для подсвечивания. [24]
LEDs используются все более и более обычно для освещения аквариума. Специфический для аквариумов рифа, ВЕДОМЫЕ огни имеют у эффективных источников света уменьшенную высокую температуру, чтобы помочь поддерживать оптимальные температуры аквариума. ВЕДОМЫЕ источники LEDs на основе крепления в аквариумах также имеют преимущество. При ручной установке можно создать условия для произвества определенного цветного спектра, идеальнойго для передачи окраски кораллов, рыбы, и беспозвоночных, оптимизируя photosynethically активную радиацию(ПАРИТЕТ), которая увеличивает рост и устойчивость фотосинтетической жизни, типа кораллов, анемонов, моллюсков, и макроморских водорослей. Эти монтажи могут быть произведены с помощью электроники и запрограммированы, чтобы моделировать различные условия освещения в течение дня, отражая фазы солнца и луны для динамического использования рифа. ВЕДОМЫЕ крепления типично стоят до пяти раз больше, нежели подобные оцененные флуоресцентные или осветители разгрузки высокой интенсивности, разработанные для аквариумов рифа, а не как высокая продукция до настоящего времени.
Нехватка излучения IR/heat делает идеальным LEDs для банков при использования огней стадии RGB LEDs, которые можгут легко изменить цвет и уменьшить температуру нагревания традиционного освещения, так же и в медицинском освещении, где внезапный яркий свет может быть вредным.
Так как LEDs являются маленькими, длительными и требуют небольшого количества власти, они используются в руке, как устройства типа прожекторов. ВЕДОМЫЕ огни стробоскопа или фотовспышки вспышки фотокамеры работают в безопасном, низком напряжении, в противоположность 250 + вт, обычно найденные в ксеноне, flashlamp-базирующемся, освещая. Это особенно применимо к камерам на мобильных телефонах, где место — в большом почете, и большая увеличивающая напряжение схема нежелательна. LEDs используются для инфракрасного освещения в вечерних заявлениях видения, включая камеры безопасности. Кольцо LEDs вокруг видео камеры, нацеленной вперед в retroreflective фон, позволяет насыщенность цвета keying в видео производстве.
LEDs используются для декоративного освещения также. Использования включают, и не ограничены внутренней/наружной обстановкой лимузинами, грузовыми трейлерами, конверсионными фургонами, судами круиза, RVs, лодками, автомобилями, и сервисными грузовиками. Декоративное ВЕДОМОЕ освещение может также войти в форму освещенного обозначения компании, быть освещением проходов в театры и аудитории.
Экологичность [ ]
Только одна лампа накаливания весом в 610г производится компанией «КОМПАНИИ2 эмиссия».[92] Потребление средней лампочки происходит в течение 10 часов в день. Одних накальных луковиц в 40 ватт производится «КОМПАНИИ2 эмиссия» каждый год весом 89 кг. При введении в производство эквивалентных 13 ватных люминесцентных лампочек компанией «КОМПАНИИ2» будут соответствовать 29 кг по тому же самому отрезку времени. Углеродистый след в среде от освещения может быть уменьшен на 68 %, если заменить все накальные луковицы на новый LEDs (Люминесцентный электрический светодиод) в теплых климатических зонах. В холодных климатах, экономия энергии может быть ниже, так как требуется большее нагревание, чтобы дать компенсацию за более низкую температуру.
LEDs также нетоксичны в отличие от более популярной энергии с эффективным выбором луковицы, у которых компактный флуоресцентный элемент содержит следы вредной ртути. Хотя и в этом случае количество ртути является маленьким, которое вводится меньше в окружающую среду.
Датчики с узкой полосой света [ ]
Открытие и применение LEDs — датчиков узкой полосы света велись Форрестом Мимсом. Mims был первым человеком, который понял, что LEDs не только способен испустить свет, но также и воспринимать (поглощать)свет. [25] Это двойное действие (эмиссия/обнаружение) LEDs или “Эффект Mims” было неизвестно перед его открытием [цитата, необходимая]. Например, в настоящее время открытие широко используется в создании фотодатчиков, фотосенсоров и т.п. (см.рис.1,2,3,4).
Интерес Mims к LEDs начался, когда он экспериментировал с фоточувствительными устройствами в 1962. В секции «Обратного рассеяния» в проблеме онлайн «Ученого Гражданина» Форрест Мимс описывает это непосредственно в: [26]
В то время как старший средней школы в 1962, я сначала получил идею, которую легкие датчики должны быть в состоянии удвоить как легкие датчики. Таким образом я соединил автомобильную катушку зажигания с фоторезистором сульфида кадмия, включил власть, и наблюдал яркие вспышки зеленого света, испускаемого полупроводником. Зеленые вспышки отчетливо отличались от желтых вспышек электрической дуги. Изучая правительство (мой майор) в колледже, я нашел, что определенные кремниевые фотодиоды могут испустить почти инфракрасную радиацию, которая может быть обнаружена подобными фотодиодами. Я сумел послать смодулированные тоны между такими фотодиодами. В 1971 я демонстрировал способность многих LEDs обнаружить свет, экспериментируя с оптической системой коммуникации волокна. Помещая единственное, ВЕДОМОЕ в каждом конце волокна, было возможно послать сигналам оба пути через волокно с только единственным, двойным устройством полупроводника цели в каждом конце волокна.
Более поздние эксперименты Mims были сделаны в 1971, когда он использовал два LEDs, чтобы выполнить двунаправленную коммуникацию (двухстороннюю). В 1980 Mims демонстрировал двунаправленную ВЕДОМУЮ коммуникацию голоса через воздух, использующий почти инфракрасный (940 нм) LEDs и также через 100-метровую длину оптического волокна (650 нм). Эта демонстрация была сделана на 1325 Улицах L в Вашингтоне, округ Колумбия — тот же самый участок, где Александр Грэм Белл изобрел lightwave коммуникации точно 100 годами ранее! Подарок для демонстрации, которая спонсировалась «Национальным Географической Обществом, был сделан представителями от Национальной Географической лаборатори Учреждения и Звонка Smithsonian». «Звонок» сначала демонстрировал его Фототелефон [27] 3 июня 1880.
См. также [ ]
Ссылки [ ]
- ↑ «LED». http://en.wiktionary.org/wiki/LED. Retrieved 2008-01-04.
- ↑ «Nick Holonyak, Jr. 2004 Lemelson-MIT Prize Winner». Lemenson-MIT Program. http://web.mit.edu/invent/a-winners/a-holonyak.html. Retrieved 2007-08-13
- ↑ Quantum-dot LED may be screen of choice for future electronics Massachusetts Institute of Technology News Office, December 18, 2002
- ↑ Moreno, Ivan; Sun, Ching-Cherng (2008). «Modeling the radiation pattern of LEDs». Optics Express 16 : 1808. doi:10.1364/OE.16.001808. PMID 18542260
- ↑http://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode
- ↑ H. J. Round (1907). «A Note on Carborundum». Electrical World 19: 309.
- ↑ Margolin J. «The Road to the Transistor». http://www.jmargolin.com/history/trans.htm.
- ↑ Losev, O. V. (1927). Telegrafiya i Telefoniya bez Provodov 44: 485–494.
- ↑ SU patent 12191
- ↑ Zheludev, N. (2007). «The life and times of the LED — a 100-year history» (free-download PDF). Nature Photonics 1 (4): 189–192. doi:10.1038/nphoton.2007.34. http://www.nanophotonics.org.uk/niz/publications/zheludev-2007-ltl.pdf.
- ↑ Thomas H. Lee, The design of CMOS radio-frequency integrated circuits, Cambridge University Press, 2004 ISBN 0521835399, page 20, visible as a Google Books preview
- ↑ Braunstein, Rubin (1955). «Radiative Transitions in Semiconductors». Physical Review 99: 1892. doi:10.1103/PhysRev.99.1892.
- ↑ «The first LEDs were infrared (invisible)». The Quartz Watch. The Lemelson Center. http://invention.smithsonian.org/centerpieces/quartz/inventors/biard.html. Retrieved 2007-08-13
- ↑ «Nick Holonyak, Jr. 2004 Lemelson-MIT Prize Winner». Lemenson-MIT Program. http://web.mit.edu/invent/a-winners/a-holonyak.html. Retrieved 2007-08-13.
- ↑ Perry, T.S. (1995). «M. George Craford [biography]». IEEE Spectrum 32: 52–55. doi:10.1109/6.343989.
- ↑ Efremov, A. A. et al. (2006). «Effect of the joule heating on the quantum efficiency and choice of thermal conditions for high-power blue InGaN/GaN LEDs». Semiconductors 40: 605. doi:10.1134/S1063782606050162.
- ↑ «Smart Lighting: New LED Drops The ‘Droop'». http://www.sciencedaily.com/releases/2009/01/090113123718.htm.
- ↑ «The LED’s Dark Secret: Solid-state lighting won’t supplant the lightbulb until it can overcome the mysterious malady known as droop,» by Richard Stevenson, IEEE Spectrum, August 2009″. http://www.spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/the-leds-dark-secret.
- ↑ (PDF) DOE Solid-State Lighting CALiPER Program Summary of Results: Round 9 of Product Testing.. U.S. Department of Energy. October 2009. http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/caliper_round-9_summary.pdf.
- ↑ CREE (February 3, 2010). «Cree Breaks 200 Lumen Per Watt Efficacy Barrier». Press release.
- ↑ EPIC European Photonics Industry Consortium
- ↑ LED advantages outweigh potential snow hazards in traffic signals, LEDs magazine 7 January 2010
- ↑ LED There Be Light, Scientific American, March 18, 2009
- ↑ Eisenberg, Anne (June 24, 2007). «In Pursuit of Perfect TV Color, With L.E.D.’s and Lasers». New York Times. http://www.nytimes.com/2007/06/24/business/yourmoney/24novel.html. Retrieved 2010-04-04
- ↑ «Using Light-Emitting Diodes as Sensors». The Citizen Scientist: Feature 2. http://www.sas.org/tcs/weeklyIssues_2009/2009-02-06/feature1/index.html. Retrieved 2009-02-12.
- ↑ «LEDs as Light Detectors». The Citizen Scientist: Backscatter. http://www.sas.org/tcs/weeklyIssues/2004-06-25/backscatter/. Retrieved 2009-02-12.
- ↑ «Photophone». A Collection of Historical Articles: Bell — The Photophone. http://www.elsevier.com/authored_subject_sections/P11/misc/Einstein.pdf. Retrieved 2009-02-12.
Лампы и Накаливания Лампа накаливания • Галогенная лампа Флуоресцентные Компактная люминесцентная лампа ) • Ртутная люминесцентная лампа • Лампа чёрного света Натриевая газоразрядная лампа • Ксеноновая лампа-вспышка • Электродуговые Ксеноновая дуговая лампа • Cвеча Яблочкова • На сгорании Прочие Светодиоды ( Люминесценции Осветительное
оформлениеОптическое волокно