Популярность светодиодов растет стремительными темпами. Они активно применяются в электронике и бытовых приборах. Благодаря своим свойствам, эти электронные устройства широко используются при изготовлении осветительных приборов, мониторов, ноутбуков. Особенности полупроводниковых элементов дают возможность создавать безопасные, экономичные и надежные устройства. Чтобы эффективно пользоваться современными технологиями, полезно знать, как работает светодиод.
Разновидности с характеристиками
Существует 2 основные группы светодиодов по сфере использования: осветительные и индикаторные. Первые применяются в лампах, прожекторах и светильниках. Второй тип используется в электронике в качестве индикаторов, а также для декоративных целей: в гирляндах, рекламных LED-панелях.
Согласно конструктивным особенностям выделяют:
- DIP слаботочные элементы в виде кристалла, заключенного в оптическую линзу. Используются для создания индикаторов, декоративных светодиодных гирлянд.
- Spider LED разновидность DIP с 4 выходами. Отличается повышенной надежностью и более эффективным теплоотводом. Применяется в автомобилестроении.
- SMD используются для монтажа на поверхности печатной платы. Применяются для освещения и в качестве индикаторов. Один из самых распространенных типов LED-элемента.
- COB или Chip On Board светодиоды. Кристалл находится прямо на плате. Применяются в осветительных приборах. Преимущества эффективный теплоотвод, небольшие размеры.
- Filament -элемент состоит из стекла и последовательно соединенных полупроводников, помещенных в колбу, стенки которой покрыты люминофором. Энергоэффективность и долговечность у них выше. Применяются при создании осветительных приборов.
- OLED устройство представляет собой тонкопленочные органические кристаллы, расположенные на полимерной подложке. Используются в экранах для мобильных устройств. Отличаются низким потреблением энергии, долговечностью и равномерным световым потоком по всех рабочей площади.
LED-элементы различаются цветом излучаемого свечения. Встречаются монохромные и трехцветные элементы. Для специализированных целей созданы элементы, излучающие в ИК- и УФ-диапазоне.
Они используются в бактерицидных лампах, медицинских приборах, стерилизаторах, пультах дистанционного управления для бытовой техники. Белые светодиоды различаются по цветовой температуре. Встречаются устройства холодного, нейтрального и теплого оттенков.
Внутреннее устройство светодиодов
Конструктивно DIP-светодиод устроен несложно. Он состоит из отдельного элемента в виде полусферического корпуса из полимерного материла. Внутри размещается катод на платформе с полупроводниковым кристаллом. Рядом находится анод, соединенный с ним тонким проводом. Наружные контакты элемента имеют разную длину. Длинная ножка анод, короткая катод.
Более сложные устройства, состоящие из нескольких полупроводников, могут обеспечить свечение разного цвета. Для управления работой предназначен микрочип, который определяет частоту мигания и очередность работы элемента.
SMD-светодиод имеет ряд отличий. Корпус предназначен для отвода тепла. Он имеет форму параллелепипеда, внутрь которого монтируется кристалл, соединенный с анодом контактным проводом. Конструкция закрыта сверху линзой. Наружные контакты плоские.
COB-светодиоды состоят из подложки, выполненной из токопроводящего материала, на которой диэлектрическим клеем закреплены полупроводниковые элементы, объединенные по последовательно-параллельной схеме. Сверху нанесен слой люминофора. COB-элементы выдают стабильный поток света, но имеют меньший срок службы, чем другие типы светодиодов.
Светодиоды типа COG (Chip On Glass) являются продолжением развития COB-технологии. Главное различие подложка выполняется из стекла. Таким образом изготавливается светодиодная нить, которая применяется в филаментных светильниках, имитирующих лампы накаливания.
Принцип работы элемента
Принцип работы светодиода не зависит от особенностей конструктивного исполнения. Заключается он в преобразовании потока электронов в излучение фотонов, которое происходит на кристалле. Он изготавливается из слоев полупроводников разного типа. При протекании тока между границами соприкосновения материалов происходит образование фотонов.
В полупроводнике n-типа преобладают электроны отрицательно заряженные частицы. P-полупроводник имеет избыток дырок положительно заряженных частиц. В полупроводниковой среде электроны могут двигаться в одном направлении от p- к n-слою.
При подключении к источнику постоянного тока силы дырки из p-слоя и электроны из n-слоя перемещаются в p-n переходу. Здесь происходит рекомбинация частиц. Электроны переходят с высоких орбиталей на более низкие, что сопровождается освобождением энергии в виде потока фотонов.
Частота волны определяется веществом, из которого состоит p-n переход. Используя разные материалы, можно получать излучение разного цвета.
Почему светодиоды так популярны
Светодиоды обладают следующими преимуществами:
- низким энергопотреблением;
- механической прочностью;
- длительным сроком службы;
- небольшим размером;
- отсутствием инерции световой поток сразу излучается на полную мощность;
- низкой стоимостью;
- разнообразием цветовой гаммы излучаемого света;
- незначительным нагревом в процессе работы;
- высокой безопасностью вследствие небольших значений силы и напряжения тока.
Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам и снижению стоимости, использование светодиодов активно растет.