Светодиод – полупроводниковый кристалл, генерирующий свет конкретного цвета. Диапазон спектра излучения светодиода в значительной степени зависит от химического состава использованных полупроводников. Он кардинально отличается от традиционных источников освещения (ламп накаливания, люминесцентных и газоразрядных ламп). В светодиоде нет нити накала и газа, а также отсутствуют хрупкая стеклянная колба и ненадежные подвижные детали.
История развития светодиодов
Первый светодиод с красным спектром излучения создан в 1962 г. Ником Холоньяком в корпорации General Electric. Монохромные красные светодиоды в 60-е годы XX века применялись для производства маленьких световых индикаторов в различных электроприборах. Первые светодиоды испускали слабый свет, имели относительно высокое энергопотребление, однако, данное направление оказалось очень перспективным и получило бурное развитие. В 70-х годах XX века появились светодиоды, излучающие желтый и зеленый свет. Их начали применять в различной мелкой электронике - калькуляторах, часах, аварийных указателях и т.п. Световой поток светодиодов постоянно улучшался, и к 1990 году вырос до значения 1 люмен (Лм).
В 1993 году в японской компании Nichia инженер Суджи Накамура впервые создал первый синий светодиод повышенной яркости. Так как синий, красный и зеленый цвета - главные составляющими света, то после этого изобретения, можно было получить любой цвет излучения светодиодов, в том числе и белый. Первые белые светодиоды изготовлены в 1996 году. В конце 90-х годов светодиодное освещение постепенно сменяет традиционные лампы с вольфрамовой нитью накала там, где необходим окрашенный свет.
В 2001 – 2005 годах световой поток светодиодов значительно увеличился и достиг значений в 100 лм и выше. Белые светодиоды обрели оттенки - теплые и холодные, приближенные к естественному освещению. Высокоэффективные светодиодные источники освещения составили конкуренцию традиционным практически во всех областях, уличное освещение в городах начали переводить на светодиодное. Получили распространение такие изделия как прожектор светодиодный и офисный светодиодный светильник. В настоящее время светодиодные источники освещения производятся различных форм, характеристик и назначения, например, светодиодные прожекторы, офисные светильники, светильники для бытового освещения, промышленные и уличные светодиодные светильники.
Принцип работы светодиодов
Светодиод состоит из одного полупроводникового p-n-перехода. В результате легирования, материал n-типа собирает отрицательные заряды, а материал р-типа – положительные. Атомы в материале n-типа обогащаются дополнительными электронами, а атомы в материале р-типа обогащаются вакантными местами на внешних электронных орбитах атомов.
При попадании диода в электрическое поле, электроны и дырки стремятся к p-n-переходу. При приближении носителей зарядов к p-n-переходу, электроны проникают в материал р-типа. При подключении отрицательного напряжения к материалу n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал р-типа, данный эффект назван прямым смещением.
Все светодиоды освещения схожи по строению. Они состоят из полупроводникового кристалла, установленного на подложку, контактов для подключения к сети, соединительных проводников для подсоединения контактов к кристаллу, теплоотводящего элемента, оптической линзы и корпуса.
Индикаторные светодиоды являются маломощными, поэтому все генерируемое в них тепло рассеивается внутри них самих. Осветительные же светодиоды выделяют значительно больше тепла, поэтому им дополнительно требуется корпус с прямым припаиванием к поверхности для обеспечения интенсивного отвода тепла (типичный пример массивного теплоотводящего корпуса - уличный светодиодный светильник)
Основные элементы и строение светодиодных приборов
Для использования в освещении, светодиоды должны быть объединены в единую систему, состоящую из драйвера, оптических линз, источника питания и теплоотводящего материала. Данные компоненты присутствуют в любом светодиодном светильнике.
Типовые светодиодные светильники включают в себя следующие составляющие:
-
Светодиодные элементы.
-
Блок питания, схемы управления и преобразователи напряжения.
-
Вентиляционные отверстия и радиаторы и другие устройства для отвода тепла.
-
Оптические линзы для смешивания, направления и рассеивания света.
Также светодиодные светильники включают в себя кабели для подключения к электропитанию. Линейные светильники, например, светильники для подсветки рабочей зоны на кухне, обычно снабжены соединительными элементами и перемычками для установки устройств в различной конфигурации.
Читайте также: Основные преимущества светодиодного освещения и светильников