Светодиод — прибор в виде полупроводникового кристалла. Это источник оптического излучения определенного цвета. Химический состав используемого полупроводника в светоизлучающем диоде существенно влияет на узкий диапазон спектра света. Конструктивно светодиод не похож на лампы с нитью из вольфрама, газоразрядные и люминесцентные типовые источники традиционного освещения. В полупроводниковом приборе отсутствуют непрочные подвижные элементы, ненадежная колба из стекла, газовый состав или нить накаливания.
История развития светоизлучающих диодов
Бытовые LED-светильники стали массово продаваться только в XXI веке. Открытие же эффекта светодиодного свечения принадлежит Генри Рауду из Англии. Это произошло еще в 1907 году. Начальное изобретение было дополнено Олегом Лосевым в 1922 году, который увлекался электронными техническими устройствами передачи данных посредством электромагнитных колебаний.
В 1962 году был изобретен первый монохромный светоизлучающий диод красного свечения. Это сделал Ником Холоньяк из General Electric. В 1960-е годы светодиоды с красным спектром излучения использовались во время изготовления небольших индикаторов, которые применялись в разных электрических приборах. Первые светоизлучающие диоды являлись источниками слабого света, но потребляли большое количество электрической энергии. Несмотря на недостатки, это направление продолжили развивать из-за вполне реальных перспектив.
В 1970-е годы были созданы светоизлучающие диоды с зеленым и желтым спектром свечения. Эти полупроводниковые приборы стали внедрять в разную небольшую электронику, включая:
- калькуляторы;
- аварийные указатели;
- часы.
Постепенно происходило улучшение светового потока светоизлучающих диодов. Его значение выросло до 1 люмена только к началу 90-х годов XX века.
Суджи Накамура из Японии стал в 1993 году изобретателем первого яркого светодиода с синим излучением. Он работал в это время инженером в компании Nichia. После этого изобретения стало возможным получать свет нужного цвета, потому что любой его оттенок создается при определенном сочетании красного, синего и зеленого спектра.
Производство первых светодиодов с белым излучением началось в 1996 году. Под конец XX века лампы накаливания стали заменять LED-освещением в местах, где требовался цветной свет.
Увеличение светового потока светоизлучающих диодов до 100 и более люмен произошло в период с 2001 по 2005 год. В это же время появились белые LED-диоды с холодным и теплым естественным оттенком. В результате началась повсеместная замена традиционных ламп накаливания эффективным светодиодным освещением. LED-светильники стали использовать в разных областях и местах, включая улицы населенных пунктов и частные территории с жилыми домами.
Сейчас светодиодные светильники изготавливают многие бренды. Выпускаемая продукция отличается формой, техническими характеристиками и назначением. Ее используют в бытовых условиях, офисах и на предприятиях.
Как работает светодиод ?
LED-диод состоит из одного электронно-дырочного перехода. В этом месте происходит контакт двух полупроводников, у которых разные типы проводимости. Данная область еще называется p-n-переход.
Отрицательно заряженные частицы накапливаются на материале n-типа. Это происходит по причине его легирования. Поэтому у атомов данного материала увеличивается число электронов. Сбор же положительно заряженных частиц выполняется на материале р-типа тоже из-за легирования. При этом на орбитах его атомов появляются места, свободные от электронов.
Если LED-диод попадает в электрополе, то пустые места и сами электроны устремляются к электронно-дырочному переходу. По мере уменьшения расстояния между p-n-переходом и заряженными частицами начинает происходить проникновение электронов в материал, у которого р-тип. Когда к материалу n-типа подключается отрицательное напряжение, тогда через светодиод начинает проходить ток. Он течет между двумя материалами в направлении от n-типа к р-типу. Это прямое смещение. Именно такое название получил данный процесс.
Все светоизлучающие диоды имеют одинаковое строение. В их конструкции присутствует полупроводниковый кристалл. Он размещен на подложке. В конструкции LED-диодов еще присутствует:
- корпус;
- контакты, позволяющие выполнить подключение к электросети;
- специальный элемент для отвода тепла;
- проводники, посредством которых выполнено соединение контактов и кристалла;
- оптическая линза.
Светодиоды, использующиеся в качестве индикаторов — это маломощные полупроводниковые приборы. Рассеивание выделяемой ими тепловой энергии происходит в них самих. LED-диоды освещения же отличаются генерацией тепла в существенно большем количестве. Из-за этого их корпусы напрямую припаяны к основам, что позволяет эффективно отводить вырабатываемую тепловую энергию.
Элементы и конструкция LED-приборов
В любом LED-светильнике присутствует блок питания, светодиод, элемент отвода тепла и оптическая линза. Из этих компонентов состоит каждая светодиодная осветительная система. Если отсутствует один из них, тогда не удастся пользоваться LED-освещением.
Отвод генерируемой тепловой энергии выполняется обычно через радиаторы и специально созданные вентиляционные отверстия. Оптическая же линза используется, чтобы рассеивать, направлять и смешивать свет. При этом источником энергии является блок питания, где преобразуется напряжение.
В каждом LED-светильнике также присутствует кабель, с помощью которого выполняется подключение к электрической сети. Конструкция же линейного светодиодного осветительного прибора отличается еще наличием перемычек и соединительных деталей, с помощью которых проводится установка устройства в требуемой конфигурации.
