Светоизлучающий диод: Светоизлучающий диод — это… Что такое Светоизлучающий диод?

Светоизлучающий диод — это… Что такое Светоизлучающий диод?

Светодиоды

Светодиоды высокой мощности

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника. Считается, что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк.

Как и в нормальном полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации.

Хорошими излучателями являются, как правило, прямозонные полупроводники типа A^IIIB^V (например, GaAs или InP) и A^IIB^VI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

Светодиоды используются в сигнальных и осветительных приборах, например, в «твердотельных лампах».

История

Первое известное сообщение о излучении света твердотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом из Маркони Лабс.

Вклад советских учёных

Обозначение светодиода в электрических схемах

Хотя люминесценцию в карбиде кремния впервые наблюдал Раунд в 1907 году, Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиолаборатории в 1923 г. показал, что она возникает вблизи p-n-перехода

[1].

О. В. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные) источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень высоким быстродействием. Полученные им два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.) формально закрепили за Россией приоритет в области светодиодов.^[2]

За изучение в 60-х гг. многослойных полупроводниковых структур, так называемых гетероструктур, российский физик академик Жорес Алфёров получил Нобелевскую премию 2000 года.

Применение светодиодов

Светодиодный фонарь для сценического освещения

Применение светодиодов в фарах

• В уличном, промышленном, бытовом освещении.
• В качестве индикаторов, в виде одиночных светодиодов (например индикатор включения на панели прибора) так и в виде цифрового или буквенно-цифрового табло (например цифры на часах)
• Массив светодиодов используется в больших уличных экранах, в бегущих строках. Такие массивы часто называют кластеры светодиодов, светодиодные кластеры, или просто кластеры.
• В оптопарах
• Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях и светофорах
• Светодиоды используются в качестве источников модулированного оптического излучения (передача сигнала по оптоволокну, пульты ДУ, светотелефоны)
• В подсветке ЖК экранов (мобильные телефоны, цифровые фотоаппараты, мониторы и т. д.)

Органические светодиоды — OLED

Основная статья: OLED

Многослойные тонкоплёночные структуры, изготовленные из органических соединений, которые эффективно излучают свет при пропускании через них электрического тока. Основное применение OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев.

Главная проблема для OLED — время непрерывной работы, которое должно быть не меньше 15 тыс.

часов. Одна проблема, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии, состоит в том, что «красный» OLED и «зелёный» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причем время качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства. Хотя сегодня «синий» OLED все-таки добрался до отметки в 17,5 тыс. часов непрерывной работы.

Дисплеи из органических светодиодов широко применяются в сотовых телефонах,

См. также

Ссылки

Производители светодиодов

Познавательные статьи о светодиодах

Примечания

1. ↑ ФИЗИК ЛОСЕВ Жизнь ученого Лосева Олега Владимировича
2. ↑ О. В. Лосев — изобретатель кристадина и светодиода К 100-летию со дня рождения. Автор: Ю. Р. Носов

1.2.1. Светоизлучающие диоды, СИД — Электронный учебно-методический комплекс по ТМ и О ЦВОСП

СИД представляет собой полупроводниковый прибор с р-n переходом, протекание электрического тока через который вызывает интенсивное спонтанное излучение. Известно много конструкций СИД, однако наибольшее применение получили поверхностные и торцевые СИД.

Спонтанное излучение обладает низкой монохроматичностью. Его называют некогерентным светом.(СИД)

Когерентными источниками называют такие источники, которые излучают синфазные оптические волны. В основе их работы лежит спонтанное излучение полупроводника охваченное  объемным резонатором (например, Фабри-Перо).

В поверхностном светодиоде волоконный световод присоединяется к поверхности излучения через специальную выемку  в полупроводниковой подложке. Такой способ стыковки СИД и стекловолокна обусловлен необходимостью ввода максимальной мощности спонтанного излучения в световод. (Рис.1.2)

Рисунок 1.2. Конструкция поверхностного светодиода

В конструкции торцевого светодиода предусмотрен вывод оптической мощности излучения через один из торцов. При этом другой торец выполнен в виде зеркала, которое отражает фотоны в активный слой. В приборе применяются дополнительные слои полупроводникового материала GaAlAs, который отличается от активного слоя показателем преломления и шириной запрещенной зоны. Это создает в активном слое оптический волновод, способствующий концентрации фотонов и усилению бегущей волны в инверсной насыщенной зарядами среде. Светоизлучающий торец СИД согласуется с волоконным световодом линзовой системой (Рис. 3).

Работа светодиодов основана на случайной рекомбинационной люминесценции избыточных носителей заряда, инжектируемых в активную область светодиода.

В результате инжекции не основных носителей заряда и дрейфа основных в активном слое происходит накопление и рекомбинация этих зарядов с выделением квантов энергии. При этом фотоны (кванты энергии),

 

 

Рисунок 1.3. Конструкция торцевого светодиода

(Ga- галлий, As – мышьяк, Al – алюминий)

 

случайно образовавшиеся, могут двигаться в любом случайном направлении, отражаться от границ различных слоев полупроводников, поглощаться кристаллами и излучаться с поверхности или из торца. Величина излучаемой мощности СИД примерно линейно зависит от величины тока инжекции.

Данная мощность больше у торцевых СИД, их еще называют СЛД – супер люминесцентными диодами.

 

Основные характеристики светодиодов

1.     Ватт-амперная характеристика светодиодов

— это зависимость излучаемой мощности от тока, протекающего через прибор (рис.4)

Рисунок 1.4 Ватт-амперные характеристики светодиодов

 

Характеристики имеют линейный и нелинейные участки. Нелинейность обусловлена предельными возможностями по спонтанной рекомбинации электронов и дырок и их ограниченным числом, зависящим от насыщенности примесными компонентами и общего объема активного слоя.

Ватт-амперная характеристика зависит от температуры кристалла. С ее повышением мощность излучения может значительно снижаться .

2.

Спектральная характеристика светодиодов показывает зависимость излучаемой мощности от длины волны излучения (Рис. 5).

 

Рисунок 1. 5. Спектральные характеристики светодиодов

По спектральной характеристике можно определить ширину спектра излучения на уровне половинной от максимальной мощности излучения. Ширина спектра СЛД Δλ₁ (10 ÷ 30 нм), для поверхностного СИД Δλ₂ (30 ÷ 60 нм).

Более узкий спектр излучения СЛД объясняется волноводным эффектом и некоторой согласованностью (когерентностью) излучательных рекомбинаций.

3.     Диаграмма направленности излучения светодиода показывает распределение энергии излучения в пространстве.

Рисунок 1.6. Угловая расходимость излучения

Угловая расходимость излучения оценивается на уровне уменьшения мощности в пространстве в два раза (Р_max/2), что отмечено на рисунке точками на пересечении лучей и кривых распределения мощности (рис. 6). Для поверхностного СИД величины φ_x =φ_y и могут составлять 110°…180°. Для СЛД величины φ_x и φ_y не равны и примерно составляют: φ_x = 60 °,

φ_y = 30.

4.    Внешняя квантовая эффективность светодиода показывает долю выводимой мощности излучения от полученной в результате спонтанной рекомбинации

Эта доля не превышает 2 – 10 %, что обусловлено большими потерями из-за рассеяния мощности внутри прибора и отражением фотонов на границе «полупроводник – воздух» и «полупроводник – световод» из-за различных показателей преломления полупроводника (n = 3,5) и среды (n = 1,5).

5.    Срок службы и надежность. Всем светодиодам присуще деградация параметров – постепенное уменьшение мощности при длительной эксплуатации. Срок службы зависит от материала и конструкции СИД, от температуры. При увеличении температуры на 10⁰ – 20⁰ срок службы снижается вдвое. Для использования в системах связи срок службы СИД должен составлять 10⁵, для наземных и для подводных линий связи — 10⁶.

Полупроводниковые СИД  являются приборами с низким входным сопротивлением и потребляют большой ток, поэтому для их возбуждения  следует использовать низкоомные транзисторы, обеспечивающие большой ток и требуемую линейность (Рис.7).

Рисунок 1. 7. Схема включения СИД в коллекторную схему транзистора

На схеме СИД включается в коллекторную цепь транзистора. Модулирующий сигнал поступает на базу транзистора и управляет коллектором и током, являющийся одновременно током инжекции СИД. С помощью резисторов R₁ и R₂  можно подобрать  необходимое значение начального тока, пробегающего через СИД.

Реальные схемы модуляции, как правило, включают цепь стабилизации режима работы и цепь обратной связи, которая уменьшает нелинейность ватт-амперной характеристики СИД.

Итак, сравнительно простая конструкция, высокая надежность, слабая зависимость от температуры делают СИД особенно подходящими для ВОСП на короткие расстояния при относительно невысокой информационной пропускной способности.  

 

СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД

Светоизлучающий диод — полупроводниковый прибор, светодиод, преобразующий электрическую энергию в энергию оптического излучения на базе явления инжекционной электролюминесценции (в полупроводниковом кристалле с полупроводниковым гетеропереходом, электронно-дырочным переходом, либо контактом металл — полупроводник).

В светоизлучающем диоде при протекании в нем переменного или постоянного тока в область полупроводника, которая прилегает к подобному переходу (контакту), инжектируются лишние носители тока — дырки и электроны; их рекомбинация сопровождена оптическим излучением. Светоизлучающий диод источает некогерентное излучение, однако, в отличие от тепловых источников света, — с менее широким спектром, из-за чего в видимой области излучение воспринимается как монохроматическое. Цвет излучения обусловлен выбором полупроводникового материала и его легирования. Используются соединения типа GaP, GaAs, SiC, и в том числе твердые растворы: GaAsl-xPx, AlxGal-xAs, Gal-xlnxP. В качестве легирующих примесей применяются: в GaP-Zn и О (красные светоизлучающие диоды) либо N (зеленые светоизлучающие диоды), в GaAs-Si либо Zn, либо Те (инфракрасные светоизлучающие диоды).

Полупроводниковому кристаллу светоизлучающего диода, как правило, придают форму полусферы или пластинки. Яркость излучения большинства светоизлучающих диодов находится на уровне 103 кд/м2, у новейших образцов светоизлучающих диодов — до 105 кд/м2. КПД светоизлучающих диодов видимого спектра излучения варьируется от 0,01% до нескольких процентов. В светоизлучающих диодах инфракрасного излучения для понижения потерь на полное внутреннее поглощение и отражение в теле кристалла используют полусферическую форму, а для улучшения характеристик направленности излучения светоизлучающие диоды помещают в конический или параболический отражатель. КПД светоизлучающих диодов, имеющих полусферическую форму кристалла, достигает 40%.

Промышленность выпускает светоизлучающие диоды в интегральном и дискретном исполнении.

Дискретные светоизлучающие диоды видимого излучения применяют в качестве сигнальных индикаторов; интегральные (многоэлементные) приборы являются многоцветными панелями и плоскими экранами, светоизлучающими цифро-знаковыми индикаторами, профильными шкалами — используют в различных системах отображения информации, в калькуляторах и электронных часах. Светоизлучающие диоды инфракрасного излучения используются в устройствах оптической связи, оптической локации, в дальномерах и т. д., матрицы данных светоизлучающих диодов — в устройствах вывода и ввода информации ЭВМ. В некоторых областях использования светоизлучающие диоды составляют конкуренцию родственному ему устройству — инжекционному лазеру, генерирующему когерентное излучение и отличающемуся от светоизлучающих диодов режимом работы и формой кристалла.

• Предыдущее: СВЕТОДАЛЬНОМЕР
• Следующее: СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ

Автоматика.

Электроэнергия. Электричество. Электрика. Электроснабжение. Программирование

Как работает светоизлучающий диод (Light-emitting diode)

Данное полупроводниковое устройство с электронно-дырочным переходом. Творящее оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в нешироком спектре диапазона. LED диоды незаменимые герои в мире электроники. В принципе, светодиоды просто крошечные лампочки, которые легко вмещаются в электрической цепи. Но в отличие от обычных ламп накаливания, они не имеют нити, которая выгорает. В светодиоде светится так-называемый p-n переход кристалла. Данное место где 1 вид сплава (-p) соединяется с иным типом (-n).  Задача – отыскать комибнацию проводников, чтоб из данной зоны с минимальными утратами выходило по возможности больше света.  Излучается свет – выделяется небольшое кол-во тепла. И у всякого светодиода температура чипа растёт с его мощностью. Обычная рабочая температура созданных на данный момент светодиодов от 50°С до 120°С, а с учетом развития технологий в ближайшее время имеет возможность подняться до 200°С.
В случае если мощные светодиоды объединены в одну цепь, да к тому же установлены в непроницаемый корпус, то нагрев будет солидным. И если не случается отвод тепла, полупроводниковый переход перегревается, меняются свойства кристалла, и через пару месяцев светодиод может перегореть.

 

Как работает светоизлучающий диод (Light-emitting diode)

Данное полупроводниковое устройство с электронно-дырочным переходом. Творящее оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в нешироком спектре диапазона. LED диоды незаменимые герои в мире электроники. В принципе, светодиоды просто крошечные лампочки, которые легко вмещаются в электрической цепи. Но в отличие от обычных ламп накаливания, они не имеют нити, которая выгорает. В светодиоде светится так-называемый p-n переход кристалла. Данное место где 1 вид сплава (-p) соединяется с иным типом (-n).  Задача – отыскать комибнацию проводников, чтоб из данной зоны с минимальными утратами выходило по возможности больше света.  Излучается свет – выделяется небольшое кол-во тепла. И у всякого светодиода температура чипа растёт с его мощностью. Обычная рабочая температура созданных на данный момент светодиодов от 50°С до 120°С, а с учетом развития технологий в ближайшее время имеет возможность подняться до 200°С.
В случае если мощные светодиоды объединены в одну цепь, да к тому же установлены в непроницаемый корпус, то нагрев будет солидным. И если не случается отвод тепла, полупроводниковый переход перегревается, меняются свойства кристалла, и через пару месяцев светодиод может перегореть.

Что такое диод?

Диод это самый простой вид полупроводниковых устройств. Проще говоря, это полупроводниковый материал с различной способностью проводить электрический ток. Большинство полупроводников сделаны из плохого проводника (poor conductor), который имеет примеси (атомы другого материала) добавленные к нему. Процесс добавления примесей называют допингом.

Материал светодиода в основном (AlGaAs).
AlGaAs применяют в промежуточных слоях порлупроводниковых гетероструктур и служит для вытеснения электронов в слой чистого арсенида галлия. Пример подобных полупроводниковых приборов — фотодатчики, использующие эффект квантовой ямы.
Также AlGaAs может быть использован для создания полупроводниковых лазеров ближнего IK-диапазона с длиной волны излучения 1,064 мкм.

 

Полупроводники обладают той особенностью, что электропроводность в них может быть обусловлена как подвижными электронами, так и дырками. Если концентрация электронов в полупроводнике значительно больше концентрации дырок, то мы говорим, что полупроводник имеет электронную проводимость, или проводимость n – типа (от negative – отрицательный). Если же значительно преобладают положительные дырки, то электропроводность называется дырочной, или p – типа (от positiv – положительный). Носители заряда, представлены в большинстве (электроны в полупроводнике n – типа и дырки в полупроводнике p – типа), получили название основных носителей заряда, а представленные в меньшинстве – неосновных. Если же концентрация электронов и дырок сравнимы между собой, то мы имеем смешанную проводимость.

 

Что касается односторонней проводимости диода

При приложении поля из p в n дырки из p дрейфуют в сторону n, а электроны – из n в сторону p, т.е. навстречу друг другу. Столкнувшись, они рекомбинируют. Несомненно, в целом в области p в результате этого дырок становится поменьше (как и электронов в области n). Но, потому как кристалл довольно крупный, в нем нарождается достаточное число новых дырок (и свободных электронов) для восстановления равновесия. Как видите, потоки зарядов есть, т.е. ток течет.

При приложении поля из n в p дырки дрейфуют, удаляясь от области n. Электроны также дрейфуют, удаляясь от области p. Так что в зоне перехода остается область, в которой свободных зарядов нет (обедненная зона, depletion zone). Но эта область не является электрически нейтральной: в части p она заряжена отрицательно (не хватает дырок), а в части n – положительно (не хватает электронов). За счет этого, в другой части кристалла (помимо обедненной зоны) внешнее поле нейтрализуется, все оно оказывается сосредоточнным в обедненной зоне, в которой свободных зарядов нет и потому ток идти не может. Очевидно, в обедненной зоне (истощённая зона) также временами рождаются дырки и свободные электроны, но, потому зона изрядно маленькая, это происходит достаточно редко.

 

Цвета и материалы полупроводника

 

Обычные светодиоды изготавливаются из различных неорганических полупроводниковых материалов, в следующей таблице приведены доступные цвета с диапазоном длин волн, падение напряжения на диоде, и материал:

 

	Цвет	Длина волны, нм	Напряжение, В	Материал проводника
	Инфракрасный	λ > 760	U < 1,9	Арсенид галлия (GaAs) Алюминия-галлия арсенид (AlGaAs)
	Красный	610 < λ < 760	1,63 < U < 2,03	Алюминия-галлия арсенид (AlGaAs) Галлия арсенид-фосфид (GaAsP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Галлия(III) фосфид (GaP)
	Оранжевый	590 < λ < 610	2,03 < U < 2,10	Галлия фосфид-арсенид (GaAsP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Галлия(III) фосфид (GaP)
	Желтый	570 < λ < 590	2,10 < U < 2,18	Галлия арсенид-фосфид (GaAsP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Галлия(III) фосфид (GaP)
	Зеленый	500 < λ < 570	1,9 < U < 4,0	Индия-галлия нитрид (InGaN) Галлия(III) нитрид (GaN) Галлия(III) фосфид (GaP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Алюминия-галлия фосфид (AlGaP)
	Голубой	450 < λ < 500	2,48 < U < 3,7	Селенид цинка (ZnSe) Индия-галлия нитрид (InGaN) Карбид кремния (SiC) в качестве субстрата Кремний (Si) в качестве субстрата (в разработке)
	Фиолетовый	400 < λ < 450	2,76 < U < 4,0	Индия-галлия нитрид (InGaN)
	Пурпурный	Смесь нескольких спектров	2,48 < U < 3,7	Двойной: синий/красный диод, синий с красным люминофором, или белый с пурпурным пластиком
	Ультрафиолетовый	λ < 400	3,1 < U < 4,4	Алмаз (235 nm) Нитрид бора (215 nm) Нитрид алюминия (AlN) (210 nm) Нитрид алюминия-галлия (AlGaN) Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN) (менее 210 nm)
	Белый	Широкий спектр	U ≈ 3,5	Синий/ультрафиолетовый диод с люминофором

 

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Основной — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице компактно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, испускание которых смешивается при помощи оптической системы, в частности линзы. В результате выходит белый свет. Второй способ заключается в том, что на плоскость светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И напоследок в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой свето-диод, так что два или три излучения смешиваются, создавая белый или близлежащий к белому свет.

 

Яркость светодиодов более чем хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания — сего-то как раз выделывать не полагается, — а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим особый регулирующий блок (по сути он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Способ ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-измененный ток, притом частота сигнала должна быть сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может меняться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет.

Небольшое отклонение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

 

Диод – простейший полупроводниковый прибор.

 

 

     При соединении областей P-N типа свободные электроны материала N-типа заполняют свободные дырки материала P-типа. Это заполнение создаёт изоляционную плёнку на границе соединения диода, так называемый потенциальный барьер (обедненная зона).

Чтобы избавиться от потенциального барьера, нужно подсоединить сторону N-типа к минусу, а сторону P-типа к плюсу электрической цепи (батареи). Тогда движение свободных электронов материала N-типа к плюсу, свободные дырки материала P-типа к минусу. Когда разница напряжения между электродами будет достаточно высока, электроны в потенциальном барьере вырвутся из дырок и начнут свободное движение. Потенциальный барьер исчезнет и заряд пойдёт сквозь диод.

 

 

  Когда минус источника питания подсоединён к N-типа, а плюс к P-типа материалу, электроны и дырки начинают движение и потенциальный барьер исчезает.

Если подсоединить электроны по-другому, P-тип к минусу и N-тип к плюсу, тогда электрический ток протекать сквозь диод не будет, т.к. негативные электроны материала N-типа будут притягиваться к плюсу, дырки материала N-типа к минусу. Электроны и дырки движутся в ложном направлении, ток не проходит через соединение, потенциальный барьер увеличивается.

 

 

    Когда плюс ИП подсоединён к  N-типа и минус к P-типа материалу, свободные электроны собираются на одной стороне и свободные дырки на другой. Потенциальный барьер возрастает.

Взаимодействие между электронами и дырками имеет интересный побочный эффект – оно создаёт свет.

 

 

Чем больше ток, тем ярче светит LED (Излучающий кристалл – диод). Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

 

 Обозначение на схеме

 

 

(Просмотрено 1799 раз)

Что такое светоизлучающий диод?

 Светоизлучающий диодСветодиод (LED) — эффективное электрическое средство для создания света. Используя полупроводниковый контур, называемый диодом, светодиод производит свет в различных цветах, в зависимости от материалов, используемых при его изготовлении. Светодиоды более компактны, надежны и долговечны, чем традиционные лампочки, и используют небольшую часть энергии. Впервые использовались в 1970-х годах, светодиоды стали все более популярными и повсеместными в 21 веке. Светоизлучающий диод может в конечном итоге заменить лампочку, поскольку технология разработки делает ее более дешевой и эффективной. Светодиодное оборудование для АЗС тоже изготовлено из светодиодов.
Светодиоды работают над свойством, называемым электролюминесценцией, в котором некоторые материалы генерируют свет при заряде электрическим током. Эффект был впервые задокументирован в 1907 году, а светодиодная технология была впервые внедрена российским ученым Олегом Лосевым спустя два десятилетия. Высокая стоимость материалов означала, что практические применения для светодиода не были разработаны до 1960-х годов. К 1970-м годам небольшие красные огни использовались в небольших устройствах, таких как часы и калькуляторы, и в качестве индикаторов питания для более крупных приборов. Достижения в области полупроводниковой технологии дали светодиоды более широкий спектр и применения на заре 21-го века.
Диод — это схема, которая управляет потоком электричества с использованием полупроводникового материала, такого как кремний. Светоизлучающий диод использует это свойство для управления электронами в создании света. Этот процесс более энергоэффективен, чем стандартные лампочки, что означает, что небольшое количество электроэнергии теряется, а диод может прослужить намного дольше, чем лампочка. Первые светодиоды имели ограниченный диапазон цветов, главным образом красный, синий и желтый. Достижения в области технологий увеличили яркость светодиодов и дали им цвета по всему спектру.
Светодиодные лампы дороже, чем лампы накаливания или флуоресцентные лампочки, но их длительная жизнь делает их идеальными для мест, где трудно заменить лампочки. Они часто используются в качестве внутреннего и внешнего освещения для автомобилей, лодок и самолетов. Многие сигналы трафика, уличные фонари и знаки также используют некоторую форму светодиодной матрицы. Светодиоды обеспечивают подсветку для освещения экранов ноутбуков, телефонов и мобильных устройств. К началу 2010 года они приняли широкий спектр декоративных и практических применений освещения.
Светоизлучающий диод имеет некоторые недостатки. На высоких уровнях мощности он был склонен к потере эффективности, инженеры по электротехнике называют droop. Он может быть чувствительным к изменениям температуры, напряжения и уровня тока. Создание белых светодиодов задерживалось на многие годы из-за ограничений светодиодного спектра, свойства полупроводниковых материалов. Поскольку эти ограничения преодолеваются благодаря продвигающимся технологиям, ожидается, что светодиодная технология станет все более распространенной во всем мире. 

Светоизлучающий Диод, Китай Светоизлучающий Диод каталог продукции Сделано в Китае

Цена FOB для Справки: 17,00-18,00 $ / Комплект
MOQ: 100 Набор

• сертификация: RoHS,CE
• Упаковка: Box
• Стандарт: h5/HB2/h23/9008/9004/9007/h2/h4/880/881/h37/h20
• Торговая Марка: Guangzhou Lightech Auto Lighting Co. , Ltd.
• Происхождение: China
• Код ТН ВЭД: 85122010

• Поставщики с проверенными бизнес-лицензиями

  Поставщики, проверенные инспекционными службами

  Guangzhou Lightech Auto Lighting Co. , Ltd.
• провинция: Guangdong, China

Розетки, выключатели и электроустановочные изделия

Артикул: 2CKA001784A0793

Производитель: ABB

Коллекция:

Цвет:

Степень защиты (IP):

Номинальный ток: 0.002 А

Цвет лампы: Красный

Тип лампы: Светодиод. (LED), Светодиод.

Номин. напряжение: 230-230, 220-240

Модель/исполнение:

Цоколь (патрон) лампы: Цоколь штырьковый/втычной

Номин. потребл. ток: 2

Назначение/область применения: Выключатель/кнопка нажимная

Мощность лампы: 0.46

*Фирма-производитель оставляет за собой право на внесение изменений в конструкцию, дизайн и комплектацию приборов без предварительного уведомления. Вся информация на сайте носит справочный характер и не является публичной офертой. Количество товара ограничено и определяется продавцом.

Как работает светодиод »Электроника

Используемые полупроводниковые технологии и материалы являются ключом к пониманию того, как работают светодиоды.

---

Light Emitting Diode Tutorial Включает:
LED Как работает светодиод Как делается светодиод Технические характеристики светодиодов Срок службы светодиода Светодиодные пакеты Светодиоды высокой мощности / яркости Светодиодное освещение Органические светодиоды, OLED

Другие диоды: Типы диодов

---

Светодиодная технология считается само собой разумеющимся, поскольку светодиоды широко используются.Однако используемые технологии и материалы являются ключом к пониманию того, как работает светодиод.

Хотя основной PN переход использовался в течение многих лет, только в 1962 году был разработан светодиод, и его действие стало понятным.

Светодиод, символ цепи светодиода

Светодиодная технология: как работает светодиод

Светодиод — это специализированная форма PN-перехода, в которой используется составной переход. Полупроводниковый материал, используемый для перехода, должен быть составным полупроводником.Обычно используемые полупроводниковые материалы, включая кремний и германий, представляют собой простые элементы, и переходы, сделанные из этих материалов, не излучают свет. Вместо этого сложные полупроводники, включая арсенид галлия, фосфид галлия и фосфид индия, являются составными полупроводниками, и переходы, сделанные из этих материалов, действительно излучают свет.

Эти сложные полупроводники классифицируются по валентным зонам, которые занимают их составляющие. Что касается арсенида галлия, галлий имеет валентность три, а мышьяк — пять, и это то, что называется полупроводником группы III-V, и есть ряд других полупроводников, которые подходят к этой категории.Также возможно использование полупроводников, изготовленных из материалов III-V групп.

Как работает светоизлучающий диод

Светодиод излучает свет при прямом смещении. Когда к переходу прикладывается напряжение, чтобы сделать его смещенным в прямом направлении, течет ток, как в случае любого PN перехода. Дырки из области p-типа и электроны из области n-типа входят в переход и рекомбинируют, как обычный диод, чтобы позволить току течь. Когда это происходит, высвобождается энергия, часть которой находится в форме световых фотонов.

Обнаружено, что большая часть света излучается из области перехода, более близкой к области P-типа. В результате конструкция диодов сделана так, чтобы эта область сохранялась как можно ближе к поверхности устройства, чтобы гарантировать, что минимальное количество света поглощается структурой.

Для получения видимого света необходимо оптимизировать стык и выбрать правильные материалы. Чистый арсенид галлия выделяет энергию в инфракрасной части спектра.Чтобы довести световое излучение до видимого красного конца спектра, к полупроводнику добавляют алюминий, чтобы получить арсенид алюминия-галлия (AlGaAs). Также можно добавить фосфор, чтобы получить красный свет. Для других цветов используются другие материалы. Например, фосфид галлия дает зеленый свет, а фосфид алюминия, индия, галлия используется для желтого и оранжевого света. Большинство светодиодов основано на полупроводниках галлия.

Светодиодные материалы и цвета света

Длина волны Диапазон (нм)	Цвет	В F при 20 мА	Материал
<400	Ультрафиолет	3.1 — 4,4	Нитрид алюминия (AlN) Нитрид алюминия-галлия (AlGaN) Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN)
400–450	фиолетовый	2,8 — 4,0	Нитрид индия-галлия (InGaN)
450–500	Синий	2,5 — 3,7	Нитрид индия-галлия (InGaN) Карбид кремния (SiC)
500–570	Зеленый	1.9 — 4,0	Фосфид галлия (GaP) Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP) Фосфид алюминия-галлия (AlGaP)
570–590	Желтый	2,1 — 2,2	Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP) Фосфид галлия (GaP)
590–610	Оранжевый / янтарный	2,0 — 2,1	Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaUInP) Фосфид галлия (GaP)
610–760	Красный	1.6 — 2,0	Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs) Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP) Фосфид галлия (GaP)
> 760	Инфракрасный	<1,9	Арсенид галлия (GaAs) Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs)

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

LED (светоизлучающие диоды) — MRSEC Education Group — UW – Madison

Теория полос

Как описано ниже, простые идеи химического связывания могут быть использованы для обеспечения качественного понимания того, как цвет света, излучаемого светодиодом, регулируется изменениями химического состава полупроводника.
Ниже приводится краткий обзор теории зон при закреплении этих устройств.

Когда два атома соединяются вместе, образуя M2, образуются две молекулярные орбитали.Когда три атома соединяются вместе, образуя M3, образуются три молекулярные орбитали.

В протяженном твердом теле многие атомы взаимодействуют друг с другом, и будет такое же количество молекулярных орбиталей, делокализованных по всему твердому телу, как количество объединяемых атомных орбиталей. Энергетическое разделение орбиталей настолько мало от одной такой делокализованной орбитали к другой, что они образуют так называемую «полосу». Полоса представляет собой своего рода электронную магистраль, позволяющую электронам перемещаться по твердому телу, тем самым проводя электричество.Однако для этого зона не может быть пустой или заполненной электронами. Только если полоса частично заполнена, может возникнуть чистый поток электронов, соответствующий электрическому току.

Зона, содержащая валентные электроны, известна как валентная зона. Полоса незанятых орбиталей известна как зона проводимости. Проводимость возникает, когда электроны продвигаются из валентной зоны в зону проводимости, где они могут перемещаться по твердому телу. Энергетическое разделение между валентной зоной и зоной проводимости известно как запрещенная зона.

Энергия запрещенной зоны Eg, показанная двунаправленной стрелкой, представляет собой расстояние между верхней частью валентной зоны и нижней частью зоны проводимости. Размер запрещенной зоны уменьшается при переходе от изолятора к полупроводнику к металлу, где он фактически равен нулю. Электронно-дырочные пары показаны для полупроводника как закрашенные кружки (электроны) в зоне проводимости и белые кружки (дырки) в валентной зоне.

Спектра

Спектр поглощения:

В широком диапазоне энергий электроны могут возбуждаться из валентной зоны в зону проводимости (поглощение; на рисунке показаны электронные переходы, A, и соответствующий спектр поглощения, B).

Спектр излучения:

Возбужденные электроны будут падать из нижней части зоны проводимости в верхнюю часть валентной зоны с испусканием света с очень узкой шириной полосы (излучение; на рисунке показан электронный переход A и соответствующий спектр излучения B).

Полупроводниковые материалы

Полупроводники обычно изготавливаются из комбинаций элементов, имеющих кристаллическую структуру, аналогичную структуре алмаза, и такое же среднее количество валентных электронов на атом, что и у атомов в алмазе.

Алмазная ячейка

Кристаллы углерода, кремния, германия и альфа-формы олова 14-й группы периодической таблицы имеют алмазную структуру, элементарная ячейка которой показана выше. Элементарная ячейка алмаза содержит все атомы одного и того же элемента, расположенные в тетраэдрической геометрии.

Элемент цинковой обманки

Кристаллы углерода, кремния, германия и альфа-формы олова 14-й группы периодической таблицы имеют алмазную структуру, элементарная ячейка которой показана выше.Элементарная ячейка алмаза содержит все атомы одного и того же элемента, расположенные в тетраэдрической геометрии.

Многие комплементарные пары атомов со стехиометрией 1: 1 (AZ) и таким же средним числом валентных электронов на атом, что и атомы в группе 14, такие как ZnS, GaAs и ZnSe, имеют структуру цинковой обманки, как показано выше. В элементарных ячейках цинковой обманки есть атомы двух элементов, каждый из которых имеет тетраэдрическую геометрию и связан исключительно с атомами другого типа.

Часть таблицы Менделеева, подчеркивающая образование
твердых тел 1: 1 AZ, которые являются изоэлектронными
с твердыми телами группы 14.Дополнительные пары
обозначены аналогичной штриховкой: например,
Ge, GaAs, ZnSe и CuBr.

Твердотельные решения

Твердотельные решения, состоящие из трех и четырех элементов, обычно используются в светоизлучающих диодах. В случаях стехиометрии 1: 1, таких как GaAs, Al может быть заменен на долю Ga или P может быть заменен на фракцию As, таким образом производя полупроводники Al1-xGaxAs или GaP1-xAsx соответственно. Можно даже комбинировать четыре элемента для получения Al1-xGaxPyAs1-y.

A 1,0 Z 0,0 A 0,8 Z0,2 A 0,6 Z 0,4 A 0,4 Z 0,6 A 0,2 ​​ Z 0,8 A 0,0 Z 1.0
Твердые растворы замещения A 1-X Z X с различной стехиометрией (различными значениями x).

Синий свет излучается светодиодами, содержащими In, Ga и N, тогда как светодиоды GaP излучают зеленый свет, а светодиоды, содержащие Ga, P и As, излучают красный свет. Могут быть изготовлены светодиоды, представляющие собой твердофазные растворы трех элементов GaP1-xAsx, где x изменяется от 1 до 0. Если x равно 0,6, светодиод красный. Светодиод излучает оранжевый свет, когда x равно 0,35. Если x равно 0,15, светодиод излучает желтый свет. Зеленый свет излучается при x = 0, т. Е. Светодиоды с составом GaP.

Светодиодная лента из красных, оранжевых, желтых, зеленых,
и синих светодиодов.

Буквы, обведенные красным, оранжевым, желтым, зеленым и синим светодиодами.

Энергия запрещенной зоны также может быть описана качественно в терминах химических связей. Энергию запрещенной зоны можно рассматривать как энергию, необходимую для освобождения электрона от связи в твердом теле, что позволяет ему стать подвижным и, таким образом, вносить вклад в электрическую проводимость. Подключение светодиода к батарее в электрической цепи обеспечивает источник энергии для освобождения электронов от их связей.Когда некоторые из электронов возвращаются, чтобы восстановить связи, примерно энергия запрещенной зоны высвобождается, поскольку это является обратным процессу, используемому для создания мобильных электронов, требующих энергии. Некоторая часть выделяемой энергии находится в форме света. Таким образом, для любого светодиода цвет света является приблизительной мерой энергии запрещенной зоны полупроводника, составляющего светодиод.

Энергию запрещенной зоны можно регулировать, изменяя химический состав полупроводника. Рассматривая первые твердые тела со структурой алмаза, наблюдается плавное изменение электропроводности по убыванию периодической таблицы.В самом алмазе атомы углерода относительно малы и расположены близко друг к другу, так что связывающие электроны очень прочно удерживаются атомами. Это соответствует большой ширине запрещенной зоны и плохой электропроводности. Действительно, алмаз — превосходный электроизолятор. При переходе к кремнию и германию атомы становятся больше и дальше друг от друга, а связывающие электроны удерживаются гораздо менее прочно. Это соответствует меньшей ширине запрещенной зоны и большему пулу подвижных электронов при комнатной температуре, что соответствует проводимости полупроводника.Наконец, в случае олова атомы еще больше и дальше друг от друга. Энергия запрещенной зоны для олова очень мала, а большая концентрация подвижных электронов соответствует металлической проводимости.

Для многих комбинаций элементов в составных полупроводниках тенденцию изменения ширины запрещенной зоны можно качественно предсказать на основе межатомного расстояния, причем, как отмечалось выше, более короткие связи соответствуют большей энергии запрещенной зоны. Как показано на иллюстрации, соединение Ga с As, P и, наконец, с N приводит к постепенному уменьшению длины связи и соответствующему увеличению энергии запрещенной зоны и цвета светодиода.Фактически это семейство твердых тел позволяет настраивать ширину запрещенной зоны от ближней инфракрасной области (GaAs) к красному (богатые As твердые растворы GaAsxP (1-x)), к зеленому (GaP) и, в последнее время, к синему ( GaN).

Подготовка светодиодов

Дизайн и изготовление светодиодов демонстрируют точный контроль как химического состава, так и роста материалов, в результате чего создаются устройства с заданными электрооптическими свойствами. Такие методы, как металлоорганическая эпитаксия из паровой фазы (OMVPE, также известная как металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы или MOCVD), обеспечивают кинетически контролируемый рост полупроводниковых слоев, который можно использовать для локализации и оптимизации излучательной рекомбинации электронов и дырок в твердом теле.Как отмечалось выше, химический состав слоев регулирует их ширину запрещенной зоны и, следовательно, цвет света, связанный с испускаемыми фотонами, которые возникают в результате излучательной рекомбинации.

Полупроводники группы 13-15 (называемые полупроводниками III-V исследователями в данной области), состоящие из слоев светодиодных кристаллов, производятся путем совместного разложения молекул газа-прекурсора группы 13 и группы 15. Например, используя газы высокой степени очистки, такие как триметилгаллий и арсин, слой полупроводникового GaAs может быть сформирован путем разложения газов на нагретой подложке в соответствии с уравнением 1.

(Ch4) 3Ga (g) + Ash4 (g) -> GaAs (s) + 3 Ch5 (g) (1)

Простое химическое осаждение из паровой фазы (CVD) хорошо проиллюстрировано на веб-странице, созданной Hsin-Tien Chiu.

Такие методы выращивания позволяют практически мгновенно изменять химический состав путем изменения концентрации и состава газообразных предшественников. Более общее несбалансированное уравнение для настройки химического состава — это уравнение 2, где значение n может быть 0, 1, 2 и 3, отражая состав частиц, полученных из предшественников триалкила, которые присутствуют в условиях роста:

x (Ch4) nAl (g) + y (Ch4) nGa (g) + z (Ch4) nIn (g) + Ph4 (g) -> AlxGayInxP (s) + Ch5 (g) (2)

Нижние индексы продукта указывают на то, что эти материалы образуют семейство твердых растворов, обладающих в данном случае общей кубической кристаллической структурой цинковой обманки, но переменным составом с (x + y + z) = 1.Обычно используются химические составы, которые почти согласованы по решетке, так что атомные слои продолжают расти эпитаксиально, а дефекты сводятся к минимуму.

Химическое осаждение из газовой фазы оксидов металлов для синего диодного лазера.

Science Watch в выпуске за январь / февраль 2000 года содержит информацию о синем лазерном диоде и интервью с Сюдзи Накамурой, человеком, который произвел первый синий светодиод.

У

Lumileds есть хорошая презентация улучшений светодиодов за последние годы.

Цепь синего светодиода

Схема для зажигания синего светодиода очень проста в сборке.

Он состоит из синего светодиода, резистора 1 кОм и зажима батареи 9 В.

У светодиодов

один вывод длиннее другого. Этот длинный вывод должен быть соединен с клеммой (+) батареи 9 В. К одному выводу зажима должен быть припаян резистор 1 кОм, а противоположный конец резистора припаян к светодиоду, так как показано ниже.

Щелкните здесь, чтобы узнать, где можно получить детали для создания собственной схемы синих светодиодов.

Органические светодиоды (OLED)

Матрицы органических светодиодов очень перспективны в качестве замены жидкокристаллических дисплеев. OLED-светодиоды обладают тем преимуществом, что излучают свет, тогда как ЖК-дисплеи должны иметь подсветку. Это отличный пример нанотехнологий.

Базовый дизайн OLED
Copyright Chemical & Engineering
Новости, 26 июня 2000 г.

OLED состоит из одного или нескольких специальных органических / полимерных материалов между двумя электродами, один из которых является прозрачным.Приложение напряжения к электродам вызывает образование дырок и электронов. Свет излучается, когда эти электроны и дырки рекомбинируют. Цвет света зависит от используемых органических / полиэфирных соединений. Полноцветные OLED-панели можно создавать, используя комбинацию красных, зеленых и синих секций, как показано выше.

OLED обещают заменить некоторые приложения для ЖК-дисплеев. Поскольку молекулы излучают свет, нет необходимости в подсветке дисплея, что значительно экономит электроэнергию.Излучаемый свет различается по цвету. Использование полимеров, излучающих красный, зеленый и синий цвет, устраняет необходимость в фильтрах, необходимых для полноцветных ЖК-дисплеев.

Обещание использования OLED в больших цветных телевизорах не оправдало шумихи. Период полураспада синих органических светодиодов все еще слишком мал для этого приложения. Однако полные дисплеи для пользовательских продуктов, которые, как ожидается, через несколько лет будут заменены более новыми / лучшими версиями, такими как сотовые телефоны, музыкальные плееры, дисплеи цифровых камер и т. Д., производятся. В среднем, продолжаются исследования синих OLED, чтобы получить более длительный период полураспада, время, в течение которого излучаемая яркость уменьшится до половины от ее первоначального значения.

Kodak описывает, что это такое и их атрибуты.

Universal Display Corporation описывает используемые материалы и связанные с ними технологии: TOLED, FOLED и PHOLED. Они также описывают свои последние разработки.

«Скоро в ноутбуке рядом с вами» описывает последние разработки в области OLED в мониторах портативных компьютеров.

Light-Emitting Diodes — обзор

10.16 Внутренняя эффективность светодиода

Эффективность светодиода определяется как с точки зрения электрического КПД, так и с точки зрения эффективности потока фотонов. Выходная излучаемая мощность, деленная на потребляемую электрическую мощность, является показателем электрического КПД, тогда как микромоли выходных фотонов, деленные на Джоули затраченной энергии, являются показателем эффективности фотонов. Оба определения используются специалистами светодиодной индустрии как показатель эффективности светодиода. С другой стороны, эффективность использования энергии можно определить как выход биомассы свежих продуктов на единицу потребляемой энергии (г / кВт · ч), а эффективность использования света — как биомассу свежих продуктов на квант затраченной энергии (г / моль).Эти определения в основном используются исследователями фотобиологии растений. Такие термины эффективности стали центром внимания, и были проведены исследования для сравнения различных типов светодиодов в этих терминах. Масса и др. (2006) сообщили, что красные светодиоды имеют электрический КПД 21,5%, синие — 11%, холодно-белые флуоресцентные лампы — 22%, а галогениды натрия и металла под высоким давлением — 35% и 29% соответственно. Два года спустя Бурже (2008) сообщил, что эффективность красных светодиодов выросла до 25%, за ними следует синий — до 20%, а белые светодиоды — до 10%.Красный стал более эффективным, чем галогенид металла и HPS, но не был таким эффективным, как LPS (27%). Белые светодиоды в то время были менее эффективны, чем узкополосные светодиоды из-за низкой эффективности люминофорного покрытия синих светодиодов. Cocetta et al. (2017) предположили, что эффективность светодиодов увеличивается каждое десятилетие в 10 раз, а производительность — в 20 раз на основе закона Хейтца. Шесть лет спустя эффективность синих светодиодов поднялась до пика (49%), за ними последовали холодно-белые — 33%, а затем красные — 32% (Nelson and Bugbee, 2014).Эффективность потока фотонов составляла 1,87 мкмоль Дж ^-1 для синих светодиодов с максимальной длиной волны 455 нм, 1,72 для красных 655 нм и 1,52 для холодных белых с индексом цветопередачи 5650. Эффективность фотонов в настоящее время считается наиболее полезной единицей для реакции растений на свет, включая фотосинтез. Взаимосвязь между электрическим КПД и фотонной эффективностью зависит от длины волны, основанной на уравнении Планка, E = hc / λ.

Три года спустя Cocetta et al. (2017) дополнительно охарактеризовали свойства различных светодиодных диапазонов волн на основе повышения их электрического КПД и эффективности потока фотонов.HPS при 1,76 мкмоль J ^-1 и 38% использовался в качестве эталона освещения для эпохи до появления светодиодов.

С точки зрения электрического КПД синие светодиоды в последнее время продолжают лидировать со средним показателем 54,85%, а красные светодиоды идут дальше со средним показателем 47,62%. На третьем месте белые светодиоды с эффективностью 42,5%. Коротковолновые зеленые светодиоды (525–530 нм) имеют эффективность только 16,7%, тогда как более длинноволновые зеленые светодиоды (575,5 нм) имеют эффективность 30,5%.

Cocetta et al. (2017) сообщили, что красные светодиоды имеют наивысшую эффективность потока фотонов — 2.42 мкмоль J ^-1 , затем синий и белый при 2,17 мкмоль J ^-1 и 1,94 мкмоль J ^-1 , соответственно. Зеленые светодиоды имеют самые низкие значения PFE при 0,73 мкмоль J ^-1 и 1,46 мкмоль J ^-1 для более коротких и более длинных волн, соответственно.

Красный и синий являются наиболее эффективными светодиодами благодаря превосходному легированию диодов нитридом индия-галлия (InGaN) для синего и фосфидом индия-галлия-алюминия (InGaIP) для красного. Еще одно существенное изменение заключается в том, что белые спектры, полученные из смешанных лучей монохроматических светодиодов G + R + B, более электрически эффективны, чем белые светодиоды с преобразованием люминофора.

Основываясь на последних (2019 г.) опто-полупроводниковых светодиодах Osram в технических паспортах для садоводства, лучшие синие светодиоды являются наиболее эффективными с точки зрения электричества — 71%, за ними следуют красный и дальний красный с эффективностью по 59% каждый. Светодиоды дальнего красного цвета имеют эффективность потока фотонов 3,50 мкмоль Дж ^-1 , за которыми следуют красные светодиоды с эффективностью 3,14 мкмоль Дж ^-1 . Тепло-белые светодиоды имеют эффективность потока фотонов 2,76, за которыми следуют синий и белый с низким индексом цветопередачи (CRI) с эффективностью 2.42 мкмоль J ^-1 и 2,02 мкмоль J ^-1 соответственно.

Кто изобрел светодиод или светоизлучающий диод?

Светодиод, который обозначает светоизлучающий диод, представляет собой полупроводниковый диод, который светится при приложении напряжения. Эти устройства используются повсюду в вашей электронике, новых типах освещения и цифровых телевизионных мониторах.

Как работает светодиод

Сравните, как светоизлучающий диод работает с более старой лампой накаливания. Лампа накаливания работает, пропуская электричество через нить накаливания внутри стеклянной колбы.Нить накала нагревается и светится, и это создает свет; однако он также создает много тепла. Лампа накаливания теряет около 98% тепла, выделяемого для производства энергии, что делает ее весьма неэффективной.

Светодиоды являются частью нового семейства технологий освещения, называемого твердотельным освещением; Светодиоды классные на ощупь. Вместо одной лампочки в светодиодной лампе много маленьких светодиодов.

Светодиоды основаны на эффекте электролюминесценции, когда определенные материалы излучают свет при подаче электричества.В светодиодах нет накала, которая нагревается, но они освещаются движением электронов в полупроводниковом материале, обычно арсениде алюминия-галлия. Свет излучается pn переходом диода. Принцип работы светодиода сложен, но понятен, если изучить детали.

Фон

Электролюминесценция, естественное явление, на котором построена светодиодная технология, была открыта в 1907 году британским радиоисследователем и помощником Гульельмо Маркони Генри Джозефом Раундом во время экспериментов с карбидом кремния и кошачьим усом.

В 1920-е годы российский радиоведущий Олег Владимирович Лосев изучал явления электролюминесценции в диодах, используемых в радиоприемниках. В 1927 году он опубликовал статью под названием «Детектор и обнаружение светящегося карборунда [карбида кремния] и обнаружение с помощью кристаллов», в которой подробно описал свои исследования, и хотя в то время на основе его работы не было создано практических светодиодов, его исследования действительно повлияли на будущих изобретателей.

Спустя годы, в 1961 году, Роберт Биард и Гэри Питтман изобрели и запатентовали инфракрасный светодиод для Texas Instruments.Это был первый светодиод; однако, поскольку он был инфракрасным, он находился за пределами видимого светового спектра. Люди не могут видеть инфракрасный свет. По иронии судьбы, Бэрд и Питтман только случайно изобрели светоизлучающий диод, когда они фактически пытались изобрести лазерный диод.

Светодиоды видимого диапазона

В 1962 году Ник Холоньяк, инженер-консультант General Electric, изобрел первый светодиод видимого света. Это был красный светодиод, и Holonyack использовал фосфид арсенида галлия в качестве подложки для диода.Холоняк заслужил честь называться «Отцом светодиодов» за свой вклад. Он также имеет 41 патент, а другие его изобретения включают лазерный диод и первый диммер.

В 1972 году инженер-электрик Джордж Крафорд изобрел первый светодиод желтого цвета для Monsanto, используя в нем фосфид арсенида галлия. Крэфорд также изобрел красный светодиод, который был в 10 раз ярче, чем у Holonyack.

Monsanto была первой компанией, которая начала массово производить светодиоды видимого диапазона.В 1968 году Monsanto выпустила красные светодиоды, используемые в качестве индикаторов. Но только в 1970-х годах светодиоды стали популярными, когда Fairchild Optoelectronics начала производить недорогие светодиодные устройства (менее пяти центов каждое) для производителей.

В 1976 году Томас П. Пирсалл изобрел высокоэффективный и чрезвычайно яркий светодиод для использования в волоконной оптике и волоконной связи. Пирсалл изобрел новые полупроводниковые материалы, оптимизированные для передачи длин волн оптического волокна. В 1994 году Сюдзи Накамура изобрел первый синий светодиод с использованием нитрида галлия.

Совсем недавно, по состоянию на май 2020 года, Arrow Electronics, фирма из списка Fortune 500, предоставляющая услуги, связанные с электронными компонентами и компьютерными продуктами, отметила самые последние разработки в области светодиодов:

«… ученые разработали метод, который позволяет одному светодиоду воспроизводить все три основных цвета. Это имеет большое значение для активных светодиодных дисплеев, для которых обычно требуется от трех до четырех крошечных отдельных светодиодов, размещенных рядом друг с другом для визуализации полный спектр.»

Источники

Основы работы с светодиодными диодами

| Типы, цвета и применение светодиодов

Светоизлучающий диод или просто светодиод — один из наиболее часто используемых источников света в наши дни. Будь то фары вашего автомобиля (или дневные ходовые огни) или освещение гостиной вашего дома, применения светодиодов бесчисленны.

В отличие от (почти) устаревших ламп накаливания, светодиоды (и люминесцентные лампы) нуждаются в специальной цепи, чтобы они работали. Их просто называют драйверами светодиодов (или балластом в случае люминесцентных ламп).

Поскольку светодиоды неизбежны в нашей жизни, заинтересованным людям (инженерам, разработчикам драйверов и т. Д.) Будет полезно познакомиться с основами работы со светоизлучающими диодами. Эта статья представляет собой краткое руководство по светодиодам, которое включает в себя краткое введение, электрические обозначения светодиода, типы, конструкцию, характеристики, драйверы светодиодов и многое другое.

ПРИМЕЧАНИЕ: Существует более простая версия этой статьи «Светодиод — светоизлучающий диод», которая дает более простой обзор светодиода, не вдаваясь в технические детали.

Введение

Двумя наиболее важными полупроводниковыми источниками излучения света, широко используемыми в различных приложениях, являются ЛАЗЕРНЫЕ диоды и светодиоды. Принцип работы ЛАЗЕРНЫХ диодов основан на вынужденном излучении, тогда как у светодиодов — на спонтанном излучении.

Светоизлучающие диоды — наиболее распространенный видный источник света, доступный в электронных компонентах. Например, они широко используются для отображения времени и многих других типов данных на экранах определенных устройств отображения.Светодиоды — это опто-полупроводниковые устройства, которые легко преобразуют электрический ток в освещение (или свет). Площадь светодиода обычно очень мала, и при разработке диаграммы направленности можно использовать множество интегрированных оптических компонентов. Его главное преимущество — низкая стоимость производства и более длительный срок службы, чем у лазерного диода.

Светодиод состоит из двух основных полупроводниковых элементов. Это положительно заряженные дырки P-типа и отрицательно заряженные электроны N-типа.

Когда положительная сторона P диода подключена к источнику питания, а сторона N — к земле, то соединение считается прямым смещением, что позволяет электрическому току проходить через диод. Основные и неосновные носители заряда на стороне P и стороне N объединяются друг с другом и нейтрализуют носители заряда в обедненном слое на PN-переходе.

Миграция электронов и дырок, в свою очередь, высвобождает некоторое количество фотонов, которые выделяют энергию в виде монохроматического света с постоянной длиной волны, обычно в нм, что напоминает цвет светодиода.Цветовой спектр излучения светодиодов обычно чрезвычайно узок.

В общем, это может быть определено как определенный конкретный диапазон длин волн в электромагнитном спектре. Выбор цвета излучения светодиода довольно ограничен из-за природы полупроводника, используемого в производстве. Обычно доступные цвета светодиодов — красный, зеленый, синий, желтый, желтый и белый.

Свет красного, синего и зеленого цветов можно легко комбинировать для получения белого света с ограниченной яркостью.Рабочее напряжение красного, зеленого, желтого и желтого цветов составляет около 1,8 вольт. Фактический диапазон рабочего напряжения светодиода можно определить по напряжению пробоя полупроводникового материала, используемого в конструкции светодиода. Цвет излучаемого в светодиодах света определяется полупроводниковыми материалами, которые образуют PN-переход диода.

Это происходит из-за различий в структуре запрещенной зоны полупроводниковых материалов, и поэтому разное количество фотонов испускается с разными частотами.Однако длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов на стыке, а интенсивность света зависит от количества мощности или энергии, подаваемой через диод. Выходную длину волны можно поддерживать с помощью составных полупроводников, чтобы можно было наблюдать требуемый цвет, обеспечивая выход в видимом диапазоне.

Свет можно производить и управлять с помощью электронных средств разными способами. В светодиодах свет создается за счет электролюминесценции, которая представляет собой твердотельный процесс.При определенных условиях получения света твердотельные процедуры могут производить когерентный свет, как и в лазерных диодах.

Типы светодиодов

Светодиоды можно условно разделить на две основные категории светодиодов. Это

• видимые светодиоды
• невидимые светодиоды

видимые светодиоды в основном используются для переключателей, оптических дисплеев и для освещения без использования каких-либо фотодатчиков. Невидимые светодиоды используются в приложениях, включая оптические переключатели, анализ и оптическую связь и т. Д., с использованием фотодатчиков.

Эффективность

Рейтинг светодиодов определяется их световой отдачей. Он определяется как отношение светового потока к входной электрической мощности, подаваемой на диод, и может выражаться в люменах на ватт. Световой поток представляет собой реакцию глаза на световые волны различной длины.

Цвет	Длина волны (нм)	Типичная эффективность (лм / Вт)	Типичная эффективность (Вт / Вт)
Красный	620 —	72	0.39
Зеленый	520-550	93	0,15
Синий	460-490	37	0,35
Голубой	490-520	75	0,26
Красный — оранжевый	610 — 620	98	0,29

Конструкция светодиода

Структура и конструкция светоизлучающих диодов сильно отличаются от обычных полупроводниковых сигнальных диодов.Свет будет излучаться светодиодом, когда его PN-переход смещен в прямом направлении. PN-переход покрыт прозрачным твердым пластиковым корпусом полусферической формы из эпоксидной смолы, который защищает светодиод от атмосферных возмущений, вибраций и тепловых ударов. PN-переход формируется с использованием материалов с наименьшей шириной запрещенной зоны, таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, фосфид галлия, нитрид галлия-индия, нитрид алюминия-галлия, карбид кремния и т. Д.

На самом деле переход светодиодов не излучает много света, поэтому Корпус из эпоксидной смолы построен таким образом, что фотоны света, излучаемые переходом, отражаются от окружающей основы подложки и фокусируются через куполообразную вершину светодиода, которая сама действует как линза, концентрирующая большее количество света.

Это причина, по которой излучаемый свет кажется самым ярким в верхней части светодиода.

Обычно светоизлучающие диоды, излучающие красный свет, построены на подложке из арсенида галлия, а диоды, излучающие зеленый / желтый / оранжевый свет, являются фиктивными на подложке из фосфида галлия. Для излучения красного цвета слой N-типа легирован теллуром (Te), а слой P-типа легирован цинком. Контактные слои сформированы из алюминия на стороне P и олова на стороне N соответственно.

Светодиоды предназначены для обеспечения максимальной рекомбинации носителей заряда на поверхности PN-перехода следующими способами.

• При увеличении концентрации легирования подложки электроны дополнительных неосновных носителей заряда перемещаются к вершине структуры, рекомбинируют и излучают свет на поверхности светодиода.
• Путем увеличения диффузионной длины носителей заряда, то есть L = √ Dτ, где D — коэффициент диффузии, а τ — время жизни носителей заряда.При превышении критического значения будет вероятность повторного поглощения выпущенных фотонов в устройство.

Когда диод подключен с прямым смещением, носители заряда приобретают достаточное количество энергии, чтобы преодолеть барьерный потенциал, существующий в PN-переходе. Когда применяется прямое смещение, неосновные носители заряда как P-типа, так и N-типа инжектируются через переход и рекомбинируют с основными носителями. Эта рекомбинация основных и неосновных носителей заряда может быть излучательной или безызлучательной.Излучательная рекомбинация излучает свет, а безызлучательная рекомбинация производит тепло.

Органические светоизлучающие диоды (OLED)

В органических светодиодах сложный полупроводниковый материал, используемый при разработке светодиодов, является органическим по своей природе. Органический полупроводниковый материал является электропроводным в какой-то части или во всей молекуле за счет сопряженного электрона; в результате это органический полупроводник. Материал может находиться в кристаллической фазе или в полимерных молекулах. Его преимущества заключаются в тонкой структуре, меньшей стоимости, низком напряжении для вождения, отличной диаграмме направленности, высокой яркости, максимальном контрасте и интенсивности.

Цвета светоизлучающих диодов

В отличие от обычных полупроводников, сигнальных диодов, которые используются для схем переключения, выпрямителей и схем силовой электроники, изготовленных из кремниевых или германиевых полупроводниковых материалов, светоизлучающие диоды производятся из сложных полупроводниковых материалов, таких как Арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, карбид кремния и нитрид галлия-индия смешиваются вместе в различных соотношениях для получения уникальной отличительной длины волны цвета.

Различные полупроводниковые соединения излучают свет в определенных областях видимого светового спектра и, следовательно, производят свет с разными уровнями интенсивности. Выбор полупроводникового материала, используемого при производстве светодиода, будет определять длину волны излучения фотонов и результирующий цвет излучаемого света.

Диаграмма направленности

Определяется как угол излучения света по отношению к излучающей поверхности. Максимальное количество мощности, интенсивности или энергии будет получено в перпендикулярном направлении с излучающей поверхностью.Угол излучения света зависит от излучаемого цвета и обычно колеблется от 80 ° до 110 °.

Gallium Арсенид Галлия Фосфид Галлия Фосфид алюминия Фосфид алюминия

Цвет	Длина волны (нм)	Падение напряжения (В)	Материал полупроводника
Инфракрасный	> 760
		Алюминий Арсенид галлия
Красный	610-760	1.6 — 2,0	Алюминий Арсенид галлия
			Фосфид арсенида галлия
			Алюминий Галлий Фосфид индия
			Фосфид галлия
Оранжевый	590 — 610	2,0 — 2,1
			Алюминий Галлий фосфид индия
			Фосфид галлия
Желтый	570-590	2.1 — 2,2	Фосфид арсенида галлия
			Алюминий Галлий Фосфид индия
			Фосфид галлия
Зеленый	500 — 570	1,9 — 4,0	Галлий Фосфид индия
			Алюминий фосфид галлия
			Нитрид индия и галлия
Синий	450-500	2.5 — 3,7	Селенид цинка
			Нитрид индия и галлия
			Карбид кремния
			Кремний
Фиолетовый	400 — 450	2,8 — 4,0	Нитрид индия галлия Фиолетовый
Нитрид индия галлия Фиолетовый
		несколько типов	2,4 — 3,7	Двойные синие / красные светодиоды
				Синий с красным люминофором
Белый с фиолетовым пластиком
ультрафиолетовый		3.1 — 4,4	Алмаз
			Нитрид бора
			Нитрид алюминия
			Нитрид алюминия-галлия
			Алюминий-галлий Нитрид индия
Розовый	несколько типов	3,3	Синий с люминофором
			Желтый с красным, оранжевым или розовым фосфором
			Белый с розовым пигментом
Белый	Широкий спектр	3.5	Синий / УФ-диод с желтым люминофором

Цвет света, излучаемого светодиодом, не определяется цветом пластикового корпуса, на котором расположен светодиод. Кожух используется как для усиления светового излучения, так и для обозначения его цвета, когда он не работает от источника питания. В последние годы также доступны синие и белые светодиоды, но они дороже обычных стандартных цветных светодиодов из-за производственных затрат на смешивание двух или более дополнительных цветов в точном соотношении в полупроводниковом соединении.

Общие характеристики источников света

Ток возбуждения против светового выхода

При высоких значениях прямого тока возбуждения температура PN-перехода полупроводника увеличивается из-за значительного рассеивания мощности. Такое повышение температуры на переходе приводит к снижению эффективности излучательной рекомбинации. В результате плотность тока еще больше увеличивается; внутреннее последовательное сопротивление будет иметь тенденцию к снижению светоизлучающей эффективности любого источника света.

Квантовая эффективность

Квантовая эффективность любого источника света определяется как отношение скорости излучательной рекомбинации, которая излучает свет, к общей скорости рекомбинации, и определяется как:

η = Rr / Rt

Скорость переключения

Скорость переключения источника света похожа на то, как быстро источник света может включаться и выключаться при подаче электроэнергии для создания соответствующей картины оптического выхода. Светодиоды имеют более низкую скорость переключения, чем обычные ЛАЗЕРНЫЕ диоды.

Спектральная длина волны

Пиковая спектральная длина волны определяется как длина волны, при которой генерируется максимальная интенсивность света. Он определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого в производстве светодиодов.

Спектральная ширина

Спектральная ширина источника света определяется как диапазон длин волн, в котором источник света излучает свет. Источник света должен излучать свет в пределах более узкой спектральной ширины.

Вольт-амперные характеристики светодиода

Перед тем, как излучать свет из любого светодиода, через него должен протекать ток, поскольку светодиод является устройством, зависящим от тока, а его выходная сила света прямо пропорциональна прямому току, проходящему через светодиод.

Светоизлучающий диод должен быть подключен в комбинации с прямым смещением к источнику питания, и он должен быть ограничен по току с помощью резистора, подключенного последовательно, для защиты от избыточного тока. Светодиод не следует подключать напрямую к батарее или источнику питания, потому что через него будет протекать избыточный ток, и светодиод может повредиться.

Каждый светодиод имеет собственное индивидуальное прямое падение напряжения вдоль PN перехода, и этот параметр определяется полупроводниковым материалом, используемым при производстве светодиода для определенной величины прямого тока проводимости, обычно для прямого тока около 20 мА.

При низких прямых напряжениях в управляющем токе диода преобладает ток безызлучательной рекомбинации из-за рекомбинации носителей заряда по длине светодиодного кристалла. При более высоких прямых напряжениях в управляющем токе диода преобладает ток радиационной диффузии.

Даже при более высоких напряжениях, чем обычно, ток диода ограничивается последовательным сопротивлением. Диод никогда не должен достигать обратного напряжения пробоя на короткое время, так как это может привести к необратимому повреждению диода.На рисунке ниже показаны ВАХ светодиодов разного цвета.

Расчет сопротивления серии светодиодов

Светоизлучающий диод хорошо работает, когда он включен последовательно с сопротивлением, в результате прямой ток, необходимый светодиоду, обеспечивается напряжением питания через комбинацию. Значение сопротивления последовательного резистора можно рассчитать по следующей формуле. Обычно прямой ток нормального светодиода составляет 20 мА.

Многоцветный светоизлучающий диод

На рынке доступно большое количество светодиодов различных форм и размеров, разных цветов и различной интенсивности светового потока. Красный светодиоды арсенида фосфида галлия диаметром 5 мм являются наиболее часто используемыми светодиодами, и их производство очень дешево. В настоящее время производятся светодиоды с многоцветным излучением, и они доступны во многих корпусах, большинство из которых представляют собой два-три светодиода в одном корпусе.

Двухцветные светодиоды

Двухцветные светодиоды представляют собой тип светодиодов, подобных одноцветным светодиодам, только с одним дополнительным светодиодным чипом, заключенным в корпус. Двухцветные светодиоды могут иметь два или три вывода для подключения; это зависит от используемого метода. Обычно два вывода светодиода подключаются обратно параллельно. Анод одного светодиода соединен с катодом другого светодиода и наоборот. Когда питание подается на любой из анодов, светится только один светодиод.Мы также можем включить оба светодиода одновременно с динамическим переключением на высокой скорости.

Трехцветный светоизлучающий диод

Обычно трехпроводный светодиод имеет общий катодный вывод, к которому оба других светодиодных чипа подключены внутри. Должен быть включен один или два светодиода, необходимо заземлить общий катод. Токоограничивающие резисторы подключены к обоим анодам для индивидуального управления током.

Для одно- или двухцветной светодиодной подсветки необходимо подключить источник питания к любому из анодов по отдельности или одновременно.Эти трехцветные светодиоды состоят из одиночных КРАСНЫХ и ЗЕЛЕНЫХ светодиодных чипов, подключенных к одному и тому же катоду. Этот тип диодов генерирует дополнительные оттенки основных цветов, включая два светодиода с разным соотношением прямого тока.

Схемы драйверов светодиодов

Интегральные схемы Для управления светодиодами можно использовать комбинационные или последовательные схемы. Светодиоды можно включать и выключать с помощью интегральных схем. Выходные каскады логических вентилей TTL или CMOS могут использоваться для управления светодиодами в качестве переключателей в двух режимах конфигурации.Это режимы конфигурации источника и приемника.

Выходной ток, выдаваемый интегральными схемами в конфигурации режима стока, может составлять около 50 мА, а в конфигурации режима источника прямой ток может составлять около 30 мА. Однако ток, подаваемый светоизлучающим диодом, должен ограничиваться резистором, подключенным последовательно.

Управление светодиодом с использованием транзистора

Вместо использования интегральных схем, светодиоды могут управляться с помощью дискретных компонентов, таких как биполярные транзисторы PNP и NPN.Дискретные компоненты могут использоваться для управления более чем одним светодиодом, как в больших структурах светодиодной матрицы.

Меньшее количество приложений использует в своей работе только один светодиод. Переходные транзисторы используются для управления током через несколько светодиодов таким образом, что прямой ток, управляемый светодиодом, составляет около 10-20 мА. Если для управления светодиодом используется транзистор NPN, то последовательный резистор действует как источник тока. Если для управления светодиодами используется транзистор PNP, то последовательный резистор действует как приемник тока.

Приложения, такие как массив подсветки экрана, уличные фонари или в качестве замены люминесцентной лампы или лампы накаливания, для большинства приложений требуется более одного светодиода. Как правило, параллельное управление несколькими одиночными светодиодами вызывает неравномерное распределение тока между светодиодами; даже в этом случае все светодиоды рассчитаны на одинаковое прямое падение напряжения.

Если один светодиод не работает, последовательные светодиоды могут быть преодолены путем установки параллельных стабилитронов или кремниевых выпрямителей (SCR) на каждом отдельном светодиоде последовательно.SCR — это разумный выбор, потому что они рассеивают меньше энергии, если они должны работать вокруг вышедшего из строя светодиода.

В случае параллельной комбинации включение отдельного драйвера для каждой строки дороже, чем использование нескольких драйверов с соответствующей выходной мощностью.

Управление интенсивностью света светодиода с помощью ШИМ

Интенсивность света, излучаемого светодиодом, регулируется током, протекающим через него. Поскольку ток через него меняется, яркость света можно регулировать.Если через диод пропускается большой ток, светодиодный свет светится намного лучше, чем обычно.

Если ток превышает максимальное значение, интенсивность света еще больше возрастает и светодиод рассеивает тепло. Предел прямого тока, установленный для проектирования светодиода, составляет от 10 до 40 мА. Когда требуемый ток очень меньше, может быть вероятность выключения светодиода.

В таких случаях для управления яркостью света и током, требуемым светодиодами, используется процесс, известный как широтно-импульсная модуляция, для многократного включения и выключения светодиода в зависимости от требуемой интенсивности света.Устройства линейного управления рассеивают избыточную энергию в виде тепла, в результате для передачи необходимого количества мощности используются драйверы PWM, поскольку они вообще не передают мощность.

Прежде всего, чтобы подавать импульсы ШИМ в схемы светодиодов, сначала требуется генератор ШИМ. Есть разное количество генераторов ШИМ.

Светодиодные дисплеи

Одноцветные, двухцветные, многоцветные и несколько других светодиодов объединены в один корпус.Их можно использовать как подсветку, полосы и гистограммы. Одним из важнейших требований к цифровым устройствам отображения является визуальный числовой дисплей. Типичный пример такого единого пакета из нескольких светодиодов виден на семисегментных дисплеях.

Семисегментный дисплей, как следует из названия, состоит из семи светодиодов в одном корпусе дисплея. Его можно использовать для отображения информации.

Информация на дисплее может быть в виде цифровых данных, состоящих из цифр, букв, символов, а также буквенно-цифровых символов.Семисегментный дисплей обычно имеет восемь комбинаций входных соединений, по одной для каждого светодиода, а оставшийся — общая точка подключения для всех внутренних светодиодов.

Если катоды всех светодиодов соединены вместе и путем подачи логического ВЫСОКОГО сигнала, то загораются отдельные сегменты. Таким же образом, если аноды всех светодиодов соединены вместе и посредством подачи логического сигнала LOW, то отдельные сегменты подсвечиваются.

Преимущества светодиодов, недостатки и области применения

Преимущества

• Небольшой размер микросхемы и низкая стоимость
• Длительный срок службы
• Высокая энергоэффективность
• Низкая температура
• Гибкость дизайна
• Экологичность
59
• Высокая скорость переключения
• Высокая сила света
• Предназначен для фокусировки света в определенном направлении
• Менее подвержен повреждениям
• Меньше излучаемого тепла
• Более устойчив к тепловым ударам и вибрациям
• Отсутствие УФ-лучей

Недостатки

• Зависимость выходной мощности излучения и длины волны светодиода от температуры окружающей среды.
• Чувствительность к повреждениям повышенным напряжением и / или током.
• Теоретический общий КПД достигается только в особых холодных или импульсных условиях.

Приложения

• В автомобилях и велосипедных фарах
• В светофоре Индикаторы, знаки и сигналы
• На табло для отображения данных
• В медицинских приложениях и игрушках
• Невизуальные приложения
• В лампах и многом другом
• Пульт дистанционного управления

Светоизлучающий диод (LED) — Last Minute Engineers

Светодиоды есть везде — в наших телефонах, в наших машинах и даже в наших домах.Всякий раз, когда загорается электронное устройство, есть большая вероятность, что за ним находится светодиод.

Светодиоды похожи на крошечные лампочки. Низкое энергопотребление, небольшой размер, быстрое переключение и длительный срок службы делают их идеальными для мобильных устройств и других приложений с низким энергопотреблением.

LED означает Light Emitting Diode . Это особый тип диодов, преобразующих электрическую энергию в свет. По своим электрическим характеристикам они очень похожи на обычный диод с PN переходом. Вот почему символ светодиода похож на обычный диод с PN переходом, за исключением того, что он содержит стрелки, указывающие от диода, указывающие, что диод излучает свет.

Конструкция светодиода

Светодиоды настолько распространены, что бывают самых разнообразных форм, размеров и цветов. Скорее всего, вы будете использовать стандартные светодиоды со сквозным отверстием на двух ножках. На следующем рисунке показаны его части.

Конструкция светодиода сильно отличается от обычного диода. PN-переход светодиода окружен прозрачной жесткой пластмассовой оболочкой из эпоксидной смолы.

Оболочка сконструирована таким образом, что фотоны света, излучаемые переходом, фокусируются вверх через куполообразную вершину светодиода, которая сама действует как линза.Вот почему излучаемый свет кажется самым ярким в верхней части светодиода.

Как и в обычном диоде, положительная сторона светодиода называется анодом , а отрицательная сторона светодиода называется катодом . Катод обычно обозначается более коротким выводом, чем анод. Мало того, на внешней стороне пластикового корпуса обычно есть плоское пятно или выемка, которые также могут указывать на катодную сторону светодиода.

Не все светодиоды имеют полусферическую форму, некоторые из них имеют прямоугольную форму, а некоторые — цилиндрическую, но в основном они имеют одинаковую конструкцию.

Изображение предоставлено: wikipedia.org

Светодиод работает

Как и обычный диод, светодиод работает только в режиме прямого смещения. Когда светодиод смещен вперед, свободные электроны пересекают PN-переход и рекомбинируют с дырками. Поскольку эти электроны падают с более высокого уровня на более низкий, они излучают энергию в виде фотонов (света).

В обычных диодах эта энергия излучается в виде тепла, в то время как в светодиодах энергия излучается в виде света. Этот эффект называется Электролюминесценция .

Цвета светодиодов

Светодиоды доступны в широком диапазоне цветов, наиболее распространенными из которых являются красный, зеленый, желтый, синий, оранжевый, белый и инфракрасный (невидимый) свет.

В отличие от обычных диодов, изготовленных из германия или кремния, светодиоды состоят из таких элементов, как галлий, мышьяк и фосфор. Смешивая эти элементы в разных пропорциях, производитель может производить светодиоды, излучающие разные цвета, как показано в таблице ниже.

Ультрафиолет	<400	3.1-4,4	Нитрид алюминия (ALN) Нитрид алюминия-галлия (AIGaN)
Фиолетовый	400-450	2,8-4,0	Нитрид индия-галлия (InGaN)
Синий	450-500	2,5-3,7	Нитрид индия-галлия (InGaN) Карбид кремния (SiC)
Зеленый	500-570	1,9-4,0	Фосфид галлия (GaP) Фосфид алюминия-галлия (ALGaP)
Желтый	570-590	2.1-2,2	Фосфид арсенида галлия (GaAsP) фосфид галлия (GaP)
Оранжевый	590-610	2,0-2,1	Фосфид арсенида галлия (GaAsP) фосфид галлия (GaP)
Красный	610-760	1,6-2,0	Арсенид алюминия-галлия (AIGaAs) Фосфид арсенида галлия (GaAP) Фосфид галлия (GaP)
Инфракрасный	> 760	> 1.9	Арсенид галлия (GaAs) Арсенид алюминия-галлия (ALGaAs)

Фактический цвет светодиода определяется длиной волны излучаемого света, которая, в свою очередь, определяется фактическим полупроводниковым материалом, из которого изготовлен диод. .

Следовательно, цвет света, излучаемого светодиодом, НЕ определяется цветом корпуса светодиода. Он просто увеличивает светоотдачу и указывает его цвет, когда он не освещен.

Напряжение и ток светодиода

Для большинства светодиодов малой мощности типичное падение напряжения составляет от 1.2–3,6 В для токов от 10 до 30 мА. Точное падение напряжения, конечно, будет зависеть от используемого полупроводникового материала, цвета, допуска, а также других факторов.

Поскольку светодиод в основном представляет собой диод, его кривые ВАХ могут быть построены для каждого цвета, как показано ниже.

Если не указано иное, следует учитывать номинальное падение напряжения 2 В и прямой ток 20 мА.

Яркость светодиода

Яркость светодиода напрямую зависит от того, сколько тока он потребляет.Чем больше тока он потребляет, тем ярче будет светодиод.

Яркость светодиода можно регулировать, контролируя количество проходящего через него тока.

Токоограничивающий резистор

Если вы подключите светодиод непосредственно к батарее или источнику питания, он попытается рассеять как можно больше энергии и почти мгновенно выйдет из строя.

Поэтому важно ограничить количество тока, протекающего через светодиод. Для этого используем резисторы. Резистор ограничивает поток электронов в цепи и предотвращает попытки светодиода потреблять слишком большой ток.

Токоограничивающий резистор помещается между светодиодом и источником напряжения следующим образом:

В приведенной выше схеме резистор имеет узловое напряжение VS слева и узловое напряжение VF справа, напряжение на резисторе разница между двумя напряжениями.

Применяя закон Ома, токоограничивающий резистор рассчитывается как:

Базовый пример

Рассмотрим красный светодиод с прямым падением напряжения 1,8 В, подключенным к источнику питания 5 В постоянного тока.Рассчитайте номинал токоограничивающего резистора, необходимого для ограничения прямого тока примерно до 10 мА.

Решение:

Используя приведенную выше формулу, резистор ограничения тока равен:

Это говорит о том, что нам понадобится резистор 320 Ом, чтобы ограничить ток до 10 мА. Но 320 Ом не является стандартным предпочтительным значением, поэтому нам нужно будет выбрать следующее по величине значение, которое составляет 330 Ом.

Давайте пересчитаем прямой ток для токоограничивающего резистора 330 Ом:

Мы получили новое значение прямого тока 9.6 мА, что нормально.

Многоцветные светодиоды

Большинство светодиодов излучают только один цветной свет. Однако теперь доступны многоцветные светодиоды, которые могут воспроизводить диапазон разных цветов в одном устройстве. На самом деле они имеют несколько светодиодов, изготовленных в одном корпусе.

Светодиоды RGB

На первый взгляд светодиоды RGB (красный, зеленый, синий) выглядят так же, как обычные светодиоды, однако внутри обычного корпуса светодиодов на самом деле есть три светодиода: один красный, один зеленый и, да, один синий.Управляя яркостью каждого отдельного светодиода, вы можете смешивать практически любой цвет, какой захотите.

Светодиод RGB имеет четыре контакта: по одному для каждого цвета и общий контакт. У одних общий штифт — это анод, а у других — катод.

Двухцветные светодиоды

В отличие от светодиодов RGB, в корпусе двухцветных светодиодов отсутствует синий светодиод. Обычно есть только два светодиода, красный и зеленый. Регулируя интенсивность каждого отдельного светодиода, вы можете смешивать только оттенки красного и зеленого.

Двухцветный светодиод имеет три контакта: по одному для каждого цвета и общий контакт. Подобно светодиоду RGB, у некоторых общий вывод — это анод, а у других — катод.

Определение светодиода (светоизлучающего диода)

Название компании Страна UNITED STATESUNITED KINGDOMCANADAAUSTRALIAINDIA —— AfghanistanÅland IslandsAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaire, Синт-Эстатиус и SabaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика theCook IslandsCosta RicaCôte D’IvoireCroatiaCubaCuraçaoCuraçaoCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские острова (Мальвинские острова) Фарерские островаФиджиФинляндияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные территорииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарствоГрецияГренландияГренадаГваделупа-ГуамГватемалаГернаГерна BissauGuyanaHaitiHeard / McDonald Isls.HondurasHong KongHungaryIcelandIndonesiaIran, Исламская Республика ofIraqIrelandIsle из ManIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea, Корейская Народно-Демократическая Республика ofKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народная Демократическая RepublicLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedonia, бывшая югославская Республика ofMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные Штаты ofMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPalestine, Государственный ofPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarRéunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint BarthélemySaint Елены, Вознесения и Тристан-да-Кунья, Сент-Китс и Невис, Сент-Люсия, Сент-Мартен (Французская часть), Сен-Пьер и MiquelonSaint Винсент и GrenadinesSamoaSan MarinoSao Томе и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSerbia и MontenegroSeychellesSierra LeoneSingaporeSint Маартен (Голландская часть) SlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Джорджия и Южные Сандвичевы IslandsSouth SudanSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwanTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTimor-LesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабские EmiratesUnited Штаты Экваторияльная Острова УругвайУзбекистан ВануатуВатикан Венесуэла, Боливарианская Республика Вьетнам Виргинские острова, Британские Виргинские острова, U.