Что такое светодиоды и история светодиодов

Что такое светодиод?

Проще говоря, светоизлучающий диод (LED) – это полупроводниковое устройство, которое излучает свет, когда через него проходит электрический ток. Свет образуется, когда частицы, переносящие ток (известные как электроны и дырки), объединяются в полупроводниковом материале.

 

Поскольку свет генерируется внутри твердого полупроводникового материала, светодиоды описываются как твердотельные устройства. Термин твердотельное освещение, который также включает органические светодиоды (OLED), отличает эту технологию освещения от других источников, в которых используются нагретые нити накала (лампы накаливания и вольфрамовые галогенные лампы) или газоразрядные (люминесцентные лампы).

Применение светодиодов

Использование светодиодов делится на четыре основные категории:

а. Визуальные сигналы, при которых свет проходит более или менее прямо от источника к человеческому глазу, чтобы передать сообщение или смысл

b. Освещение, при котором свет отражается от объектов, чтобы дать визуальный отклик этих объектов

c. Измерение и взаимодействие с процессами без человеческого зрения

d. Узкополосные датчики света, в которых светодиоды работают в режиме обратного смещения и реагируют на падающий свет, а не на излучение.

Компоненты светодиода

Светодиодный продукт содержит следующие компоненты

Светодиодный кластер: излучает необходимое количество света.

Электроника драйвера: изменяет переменный ток в доме на постоянный и поддерживает нужный ток для питания светодиода. Электронный балласт преобразует входное напряжение в 12 В или 24 В, которые часто встречаются на платах светодиодов. Также возможны другие напряжения, даже для светодиодов, управляемых переменным током. Драйвер – это мозг светодиодной лампы.

Два основных компонента драйвера светодиода – это интегральная схема драйвера и схема драйвера, которую также называют электрическим механизмом управления.

Вместо использования микросхем и схем драйверов необходимое падение напряжения может быть достигнуто с помощью резистора. Но резисторы могут привести к недопустимым перепадам напряжения и более высоким токам, чем рассчитаны на светодиоды.

Радиатор: необходимо отводить тепло, выделяемое электронными частями и светодиодом. Неправильно спроектированные радиаторы или с избыточными управляющими токами могут привести к перегреву. Это может привести к повышению температуры перехода, что, в свою очередь, поставит под угрозу как срок службы, так и свет, излучаемый светодиодами.

Как работают светодиодные фонари?

На самом деле это действительно просто и очень дешево в производстве, поэтому было так много ажиотажа, когда впервые были изобретены светодиодные лампы!

Светодиодные лампы состоят из двух типов полупроводниковых материалов (p-типа и n-типа). Материалы как p-типа, так и n-типа, также называемые экстрагирующими материалами, были легированы (погружены в вещество, называемое «легирующим агентом»), чтобы слегка изменить их электрические свойства по сравнению с их чистой, неизмененной или «внутренней» формой. (Я печатаю).

Материалы p-типа и n-типа создаются путем введения исходного материала в атомы другого элемента. Эти новые атомы заменяют некоторые из ранее существовавших атомов и тем самым изменяют физическую и химическую структуру. Материалы p-типа создаются с использованием элементов (таких как бор), которые имеют меньше валентных электронов, чем внутренний материал (часто кремний). Материалы n-типа создаются с использованием элементов (таких как фосфор), которые имеют больше валентных электронов, чем собственный материал (часто кремний). Конечный результат – создание p-n-перехода с интересными и полезными свойствами для электронных приложений. Каковы именно эти свойства, в основном зависит от внешнего напряжения, приложенного к цепи (если есть), и направления тока (то есть, какая сторона, p-тип или n-тип, подключена к положительной клемме, а какая – к отрицательный вывод).

История о светодиодах

Светоизлучающий диод – это электрический элемент, который излучает свет при подключении к постоянному току. Он работает по принципу электролюминесценции и может излучать свет в видимом спектре, а также в инфракрасном и ультрафиолетовом. Для них характерно низкое энергопотребление, малый размер, более длительный срок службы и более быстрое переключение, чем у ламп накаливания, и поэтому они имеют широкий спектр применения.

В 1907 году британский экспериментатор в лабораториях Маркони Генри Джозеф Раунд впервые заметил, что когда к кристаллу карборунда (карбида кремния) прикладывается потенциал 10 вольт, он излучает желтоватый свет. Однако первым, кто исследовал это и предложил рабочую теорию, был Олег Владимирович Лосев из России. В 1927 году Олег опубликовал статью «Детектор светового карборунда и эффект обнаружения и колебаний с кристаллами».

Десятилетиями не было прогресса по разным причинам. Рубин Браунштейн, работавший в Radio Corporation of America, сообщил в 1955 году, что некоторые простые диоды излучают инфракрасный свет при подключении к току. В 1961 году Гэри Питтман и Боб Биард из Texas Instruments обнаружили, что этот диод из арсенида галлия излучает инфракрасный свет каждый раз, когда он подключен к току. В том же году они получили патент на инфракрасный светодиод. Ник Холоняк-младший, сотрудник General Electric, разработал в 1962 году первый светодиод, излучающий свет в видимой части частотного диапазона. Это был красный светодиод. В 1972 г. аспирант Холоняка М. Джордж Крафорд изобрел первый желтый светодиод и более яркий красный светодиод. Томас П. Пирсалл разработал светоизлучающий диод высокой яркости в 1976 году для использования с волоконной оптикой в ​​телекоммуникациях. Сюдзи Накамура из Nichia Corporation выпустил первый синий светодиод в 1979 году, но до 1994 года он был слишком дорогим для коммерческого использования. Теперь светодиоды могут быть одного или нескольких цветов.

Сначала светодиоды были очень дорогими, около 200 долларов за штуку. Из-за этого они использовались как индикаторы только в высокопрофессиональном лабораторном оборудовании. Fairchild Semiconductors удалось в 1970-х годах снизить стоимость отдельных светодиодов до 5 центов за счет использования планарного процесса в производстве полупроводниковых микросхем для светодиодов. Используя инновационные методы упаковки и планарный процесс производства микросхем, Fairchild превратила светодиоды в коммерческий продукт с множеством применений.

Светодиоды с видимым светом используются в качестве замены ламп накаливания и неоновых ламп, в качестве элементов в семисегментных дисплеях, в больших экранах RGB, в семафорах и других визуальных сигналах, в калькуляторах, часах и фонариках. Инфракрасные светодиоды используются в устройствах для дистанционного управления телевизорами, DVD-дисками и других местах, где требуется беспроводное управление.

У светодиодов много преимуществ, но есть и недостатки. Преимущества заключаются в том, что они излучают больше света на ватт, чем лампы накаливания, они намного меньше, их время включения / выключения намного короче, чем у других типов электрических источников света (они быстрые), их срок службы намного больше и они намного меньше. труднее повредить. Их недостатки – высокая цена за люмен, высокая зависимость от температуры наружного воздуха и легкий перегрев при слишком высокой температуре наружного воздуха и отсутствии радиатора. Несмотря на свои недостатки, светодиоды находят свое место в использовании человеком и никуда не денутся.

Преимущества светодиодной технологии

Световой поток: в 2002 году световой поток светодиодов составлял около 20 люмен на ватт. Сегодня светодиодные коммерческие осветительные приборы могут производить более 130 люмен на ватт. Новые конструкции светодиодов могут производить до 200+ люмен на ватт. Это больше, чем свет, производимый лампами накаливания (15 люмен на ватт) или люминесцентными лампами (80-95 люмен на ватт).

 

Срок службы: светодиодные фонари служат от 30 000 до 100 000 часов. Срок службы большинства имеющихся в продаже светодиодных фонарей составляет от 50 000 до 100 000 часов. Это означает, что после установки светодиод прослужит от 10 до 30 лет, в зависимости от количества часов работы в день. Длительный срок службы снижает расходы на техническое обслуживание и делает эти лампы пригодными для использования в труднодоступных местах.

 

Рабочие характеристики: светодиоды работают и не чувствительны к низким температурам. Кроме того, на них не влияет цикличность включения. Это делает их более безопасными и эффективными в холодных условиях. Они также лучше подходят для приложений, требующих частого включения и выключения света. Светильники не подвержены вибрации, что делает их лучшим выбором для таких мест, как мосты.

 

Ударопрочность: компоненты светодиода, находящиеся под напряжением, отделены от внешней поверхности качественной изоляцией. Электроды встроены в матрицу лампы, а электроника драйвера заключена в ее оболочку. Слой интерфейсного материала между светодиодом и радиатором гарантирует, что ток не может протекать к радиатору.

 

Устойчивость к вибрации: посмотрев на светодиод в начале сообщения, вы увидите, что электроды заключены в прозрачный акрил. Нет подвешенных нитей, так как светодиоды устойчивы к вибрации. Многие заядлые фанаты езды по бездорожью используют светодиодные фонари в своих внедорожниках только из-за этой функции.