Светодиоды Led что это такое

Светоизлучающие диоды или просто светодиоды, известные как LED (от агл.- light emitting diode), стали очень привычными благодаря использованию в качестве миниатюрных индикаторов в аудио-видеоаппаратуре и бытовой технике. Светодиод - полупроводниковый элемент, преобразующий энергию электрического тока в световую. Светильники LED - это крошечные светящиеся точки (иногда размером в несколько миллиметров), отдельные или объединенные в модули, собирающиеся в световые блоки.

LED состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Свечение возникает при рекомбинации электронов и отверстий в области p-n-перехода, т.е. контакта двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую - донорскими. Но не всякий p-n-переход излучает свет. Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области LED должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

Светодиодные лампы для дома, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь (КПД 90%!). LED мало нагревается, что делает его незаменимым при подсветке продуктов питания и продукции, для которой температурный режим хранения имеет большое значение.

LED излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения отсутствуют. Один светодиодный светильник потребляет 12-15 Вт, в то время как обычная комнатная лампочка 30-70 Вт. Если освещение используется ежедневно, то экономия электроэнергии будет ощутимой. Принципиальным отличием светодиодных источников света от всех остальных является их беспрецедентно большой срок службы. Среднее время работы LED элемента с гарантией неизменности светового потока составляет 50-70 тыс. часов. Если источник эксплуатировать 8 часов в сутки, его ресурса может хватить примерно на 17 лет! Установив один раз светодиодный модуль, в дальнейшее мне нужно будет беспокоиться о его обслуживании. Наконец, LED - низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

В современных условиях, вопрос экономии электроэнергии, а соответственно и уменьшение платы за её использование, волнует подавляющее число не только коммунальные службы, но и простых граждан и юридических лиц. Во многих странах мира в т.ч. и в России, разрабатываются программы по энергосбережению. Готовятся законопроекты, запрещающие продажу обычных ламп в Евросоюзе (с 2009 года), в Австралии и США (с 2010 года) и полном переходе на технологии LED, которые завоевывают всё больше места на современном рынке, благодаря своей экономичности, долговечности и экологической безопасности.

Что это такое? Еще в 1923 году инженер О.В. Лосев, проводя радиотехнические исследования, отметил свечение, испускаемое полупроводниковыми детекторами. При этом излучения тепла элементами конструкции не было, а свет рождался внутри карбидокремниевого кристалла. Но на открытие не обратили внимание, т.к. в тот период в электронике происходили открытия и поинтересней.

Лишь в 60-х годах появились первые светодиоды. Они стали идеальными сигнализаторами состояния Вкл/Выкл в радиоаппаратуре и вскоре засветились на лицевых панелях радиоприемников и телевизоров.

В начале 90-х годов малоизвестная японская фирма Hure представила на рынке светодиоды (AlGaInP) в десятки раз более яркие, чем их предшественники. Получение светодиодов с большей яркостью стало возможным за счет поиска и использования новых материалов с большей светоотдачей и цветовым спектром. Первыми появились источники света на светодиодах, содержащие алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In) и фосфор (P) с цветовой палитре от красного до желто-зеленого с светоотдачей 20 лм/Вт.

В 1993 году японская корпорация Nichia объявила об открытии высокоэффективного материала - нитрида галлия, и на свет вышли светодиоды с цветами от голубого до зеленого. Теперь светодиоды освоили практически весь видимый световой спектр, что существенно расширило области их применения. Полупроводниковая палитра засверкала всеми цветами радуги. Наконец в последние годы были открыты органические полупроводники, позволяющие создавать источники света на сверх ярких диодах, сделав реальностью мечту о замене светодиодами лампочек Эдиссона.

Где используется?

На сегодняшний день область применения технологии LED, как высокоэффективных источников света, огромна. Условно её можно разделить на две широкие категории: с использованием прямого света и освещение. Прямой светодиодный свет используется для передачи информации, например в алфавитно-цифровых табло и видеодисплеях, где светодиоды формируют пиксели дисплея. В сигнальных устройствах: дорожные сигналы, светофоры и знаки, в автомобильных стоп-сигналах и индикаторах поворота.

В освещении, светодиод используется, чтобы осветить поверхность, пространство или какой-либо объект, вместо того, чтобы быть видимым непосредственно. Это и использование светодиодов в фонариках, интерьерная подсветка (как правило применяются энергосберегающие лампы MR16), освещение фасадов зданий, подсветка дисплеев и клавиш мобильных телефонов, освещение в автомобилях.

Чем выгодно?

Прежде всего, светодиоды - энергосберегающие источники света, их эффективность заключается в низком энергопотребление. Один светодиодный светильник потребляет 12-15 Вт, в то время как обычная комнатная лампочка 30-70 Вт. Если освещение используется ежедневно, то экономия электроэнергии будет ощутимой. Принципиальным отличием светодиодных источников света от всех остальных является их беспрецедентно большой срок службы. Среднее время работы LED элемента с гарантией неизменности светового потока составляет 50 тыс. часов. Если источник эксплуатировать 8 часов в сутки, его ресурса может хватить примерно на 17 лет! Установив один раз светодиодный модуль, в дальнейшее мне нужно будет беспокоиться о его обслуживании.

Что же касается воздействия на человека, то монохроматизм светодиодов означает также полное отсутствие у них губительного ультрафиолетового излучения.

Еще одно непревзойденное достижение светодиодных технологий - качество цветного света. LED лампам светофильтры не нужны. Каждый из светодиодов светится своим (только одним) цветом - красным, синим или зеленым. LED светильники состоят из десятков, а иногда и сотен светодиодов. А смешение в них зеленых, синих и красных элементов в определенных пропорциях, при соответствующей технической поддержке, обеспечивает плавную смену цветов. И здесь цветовые возможности становятся поистине безграничными: оборудование, работающее по цветовой модели RGB, позволяет получить количество оттенков большее, чем способен воспринять человеческий глаз, - до 16 миллионов!

Энергосберегающие светильники успешно заменяют галогенные лампы в интерьерной подсветке, локальной подсветке различных объектов. Светодиодные лампы надежно и долго работают в грунтовых, тротуарных, уличных и ландшафтных светильниках. Эти лампы идеальны для применения в аварийном освещении. Основным преимуществом светодиодных ламп для дома и в быту, вообще, является низкая температура нагрева, что позволяет их использовать при подсветке продуктов питания и продукции, для которой температурный режим хранения имеет большое значение.