Светодиоды и их применение

Светодиод или LED (LightEmittingDiode) – это электронный источник света, представляющий собой полупроводниковый прибор, преобразующий пропускаемый через него электрический ток в световое излучение. Световое излучение возникает при рекомбинации носителей электрического заряда (электронов и дырок) в области p-n-перехода. При переходе электронов с одного энергетического уровня на другой осуществляется выделение энергии в виде излучения кванта света – фотона. При этом, как и в обычных диодах, электрический ток должен проходить через светодиод в прямом направлении, то есть от p-стороны (анода) к n-стороне (катоду).

Светодиод состоит из одного или нескольких полупроводниковых кристаллов, пропитанных или лакированных примесями для создания p-n-перехода, размещенных в корпусе с контактными выводами и оптической системы, формирующей световой поток. Излучающий полупроводниковым кристаллом свет попадает в миниатюрную оптическую систему, состоящую из рефлектора и прозрачного корпуса (линзы) светодиода. Таким образом, изменяя конфигурацию рефлектора и линзы можно добиться необходимого угла и направленности излучения светодиода.

Спектральные характеристики излучаемого светодиодом света напрямую зависят как от типа и химического состава используемых в нем полупроводниковых материалов, так и легирующих примесей, образующих p-n-переход. Светодиодное развитие началось с инфракрасных устройств, изготовленных на основе арсенида галлия. В настоящее время светодиоды изготавливаются из различных неорганических полупроводниковых материалов, производя свет во множестве цветов. Но не все полупроводниковые материалы могут быть использованы для создания светодиодов, поскольку не все из них при рекомбинации могут эффективно излучать свет. К лучшим излучателям света относятся прямозонные полупроводники типа А^IIIB^V (например, арсенит галлия (GaAs) или фосфид индия (InP)) и A^IIB^VI(например, селенид цинка (ZnSe)), а такие непрямозонные полупроводники как, например, кремний и германий практически не излучают свет. Важнейшими полупроводниковыми материалами для создания светодиодов являются: алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In) и фосфор (P) создающие свечение в диапазоне от красного до желтого цвета; индий (In), галлий (Ga) и азот (N), используемые для получения голубого и зеленого цвета. Для получения белого цвета кристалл, излучающий голубой цвет, покрывают слоем люминофора - фосфором. Таким образом, варьируя состав полупроводников можно изготавливать светодиоды различных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Создание белых светодиодов положило начало для развития нового направления использования светодиодов в осветительных приборах: энергосберегающие светодиодные светильники, предназначенные для освещения объектов различного назначения, представляют реальную конкуренцию всем известным источникам искусственного света.

Преимущества и недостатки светодиодов

Благодаря своим конструктивным особенностям светодиоды по сравнению с другими источниками искусственного света обладают следующими преимуществами:

• экономичность за счет малого потребления электроэнергии;
• высокая механическая прочность и виброустойчивость из-за отсутствия чувствительных составляющих таких как, например, нить накаливания;
• длительный срок службы до 100 000 часов;
• высокая светоотдача;
• высокий коэффициент цветопередачи;
• малый угол излучения;
• отсутствие мерцания;
• малый размер;
• бесшумная работа;
• экологичность за счет отсутствия в составе каких-либо вредных веществ;
• безопасность за счет использования низких напряжений;
• широкий диапазон рабочих температур;
• стабильная работа при очень низких температурах;
• мгновенное включение;
• безинертность;
• и др.

Единственным недостатком светодиодов на данный момент остается его относительно высокая цена.

Области применения светодиодов

На сегодняшний день светодиоды находят свое применение во всех областях светотехники:

• уличное, промышленное и бытовое освещение;
• дизайнерская и архитектурная подсветка;
• фонари и светофоры;
• автомобильная светотехника;
• дорожные знаки;
• рекламные вывески;
• индикаторы (индикация включения на панели приборов различного назначения, буквенно-цифровых табло, бегущих строках, больших уличных экранов и т.д.);
• подсветка ЖК-экранов мобильных телефонов, мониторов, телевизоров;
• и др.

Таким образом, светодиоды, не смотря на свою относительно высокую стоимость, благодаря своим преимуществам относительно других источников искусственного света имеют большой потенциал для своего дальнейшего развития и повсеместного внедрения в нашу повседневную жизнь.