RU
CN
BY
EN
Принцип работы светодиода
Чтобы понять принцип работы светодиода, следует предварительно разобраться с основами электронного потока. Электроны представляют собой частицы с отрицательным зарядом, которые вращаются вокруг ядра. В одних материалах (например, металлах) они свободно перемещаются, а в других (например, изоляторах) прочно связаны с атомами и не могут передвигаться свободно. Полупроводники находятся между перечисленными выше группами материалов. Они способны проводить электричество, причем, на определенных условиях. Это интересное свойство делает полупроводники идеальными для использования в светодиодах.
В составе светодиода присутствует несколько основных компонентов:
· Полупроводниковый кристалл. Часто полупроводниковые кристаллы состоят из GaP (галлий-фосфид), GaAs (галлий-арсенид), Ge (германий).
· Контакты. Светоизлучающие диоды имеют несколько клемм: катод (n-слой), анод (p-слой).
· Линза, корпус. Внутренняя часть изделия заключена в стеклянном или прозрачном пластиковом корпусе. Этот корпус надежно предохраняет кристалл от внешнего воздействия и способствует планомерному распределению светового излучения.
Изделия отличаются по размерам и форме. Они могут быть представлены как отдельно, так и в виде группы элементов, сконцентрированных в едином корпусе (светодиодная матрица или светодиодный модуль). Внешний корпус может иметь конструктивные модули, например, отражатели для формирования направленного потока света или линзы.
Обсуждение роли полупроводникового материала и переходов в создании света
В излучении светового потока полупроводники играют важную роль. Чаще всего их изготавливают из германия или кремния. Для улучшения электрических свойств в материал добавляются примеси. Такой процесс называется легированием. Существует несколько видов легирования: р-типа и n-типа. Легирование n-типа подразумевает под собой добавление в полупроводники веществ с дополнительными электронами, способными свободно передвигаться в материале. Таким образом формируется переизбыток электронов. Легирование p-типа подразумевает под собой добавление веществ, у которых количество электронов меньше, чем у полупроводников. В результате, формируются положительно заряженные дыры в тех местах, где отсутствуют отрицательно заряженные частицы.
При размещении материала n-типа с материалом p-типа формируется p-n-переход. Дополнительные электроны из материала n-типа заполняют дыры на стыке с материалом p-типа. Образуется область, в которой отсутствуют свободные дырки или электроны. Для тока такая область выступает в качестве барьера. Наличие обедненного участка играет большую роль в работе LED. Если на p-n-переход поступает напряжение, электроны из материала n-типа начинают двигаться к переходу. В свою очередь дырки в материале p-типа начинают двигаться к переходу в обратном направлении. В обедненной зоне дырки и электроны сталкиваются, взаимодействуют и высвобождают лишнюю световую энергию.
Типы светодиодов
Существуют разные виды светодиодов:
· OLED (органические светодиоды) — технология, подразумевающая применение органических соединений (небольших молекул, полимеров) для излучения света. Органические материалы наносятся на подложку тонким слоем. Стимуляция электрическим током заставляет их излучать свет. Среди преимуществ таких изделий можно отметить гибкость и тонкость, что делает их востребованными при изготовлении телевизоров, смартфонов, вывесок. Благодаря повышенной энергетической эффективности они потребляют меньше энергии, чем другие технологии. OLED генерируют свет от органических материалов, поэтому обеспечивают лучшую контрастность и могут производить больший спектр цветов.
· LED (неорганические светодиоды) — изделия, способные проработать тысячи часов. В отличие от ламп накаливания, LED потребляют до 90% меньше электрической энергии. Кроме того, они выделяют достаточно малое количество тепла. Такие светодиоды широко применяются в световых дисплеях, бытовой технике, цифровых часах, светофорах.
Преимущества использования светодиодов в освещении
Светоизлучающие диоды применяются для освещения жилых домов. Высокая эффективность делает их незаменимыми для домовых хозяйств, планирующих сократить потребление энергии и снизить платежи по коммунальным услугам в несколько раз.
В коммерческом освещении светодиоды тоже получили широкое распространение. Их можно применять для освещения складских, торговых, офисных объектов. С помощью таких устройств можно наладить равномерное и яркое освещение, способствующее повышению уровня производительности.
Часто светодиоды используют при организации наружного освещения. Например, при освещении автомобильных стоянок, в качестве ландшафтного освещения, в уличных фонарях. Они не только долговечны и эффективны, но и с легкостью выдерживают воздействие экстремальных условий.
Преимущества использования светодиодов в дисплеях
Светодиоды активно применяют в изготовлении цифровых вывесок, которые отображают рекламные материалы и информацию в общественных местах. Благодаря тому, что светодиоды позволяют достичь высокой контрастности, их применение в цифровых вывесках является более предпочтительным по сравнению с другими аналогичными элементами. Кроме того, светодиодные вывести имеют высокое разрешение с живыми и яркими цветами, которые видны даже в условиях сильного солнечного света.
Еще одно применение светодиодов — изготовление телевизоров. Светодиоды делают телевизоры более энергетически эффективными, чем ЖК-модели. Они гарантируют более высокую контрастность и качество изображения. Не обходятся без светодиодов и производители ноутбуков, мониторов, мобильных устройств. Дисплеи на основе светодиодов легче и тоньше, а также тратят меньше энергии, чем стандартные модели.
В сфере развлечений светодиоды применяют при изготовлении крупногабаритных дисплеев, например, потолков, полов, стен. С помощью таких дисплеев обеспечивается эффект погружения в виртуальную реальность. Дисплеи могут быть адаптированы для отображения различных узоров и оттенков.
Тенденции развития светодиодных технологий
Светодиоды часто интегрируют с другими современными технологиями. С их помощью создают интеллектуальные объекты, которые адаптируются под потребности пользователей и условия работы. Такой подход позволяет наладить более эффективное и точное управление устройствами.
Стремительно светодиодные технологии развиваются и применяются в медицинской сфере. Их используют в устройствах визуализации, например, MRI машинах, сканнерах, рентгеновских аппаратах. Кроме того, светодиоды применяются в эндоскопах, адаптированных для малоинвазивных операций. Миниатюрные фонари, оснащенные светодиодами, освещают операционную область. Это позволяет специалистам максимально аккуратно выполнять операции. Светодиоды нашли применение в стоматологическом оборудовании, аппаратах для фототерапии, хирургических фарах.
Развитие светодиодных технологий позволило широко использовать такие источники света в автомобильном освещении. Их применяют для задних фонарей, фар, внутреннего освещения, стоп-сигналов. Кроме того, светодиоды используются на приборных панелях. Они обеспечивают яркое и четкое отображение важной для водителя информации.
Заключение
Долговечность, энергетическая эффективность, точность цветовой передачи, высокая яркость — основные, но далеко не все факторы, способствующие росту популярности светодиодов в разных сферах деятельности людей. Светодиоды мощнее, легче и тоньше привычных ламп. Они идеально подходят для дисплеев, освещения открытых пространств, организации интерьеров, изготовления изделий медицинского назначения.