Популярно об устройстве и производстве светодиодов

Светоизлучающие диоды, или сокращенно СИД, в английском варианте звучат как light-emitting diodes (LED). Еще в недавнем прошлом эти приборы использовались только в качестве индикаторов. А сегодня светодиоды широко применяют уже для освещения помещений жилых домов, промышленных объектов и коммерческих зданий. Почему повсеместно стали отдавать предпочтение именно этим источникам искусственного света и что собой представляет устройство светодиода?

Популярно об устройстве и производстве светодиодов

Немного истории LED

Конструкция LED-приборов принципиальным образом отличается от устройства всех предшествующих светоисточников. Впервые свечение вокруг контакта работающего детектора обнаружил еще в начале прошлого века инженер из Англии Раунд. Но практическое применение этому явлению нашел не англичанин, а талантливый русский изобретатель О. В. Лосев. Именно он открыл электролюминесценцию полупроводникового перехода, а также обнаружил две важнейших характеристики светодиодного свечения:

1. Излучение света происходит почти без выделения тепла.
2. Инерция как возникновения свечения, так и его затухания крайне низка. 

Сегодня именно эти свойства LED-приборов входят в список их основных преимуществ.

Собственно производство светодиодов было начато в США в начале второй половины 20 века. Впервые практически применимый диод, излучающий свет в красном диапазоне, изобрел американец Н. Холоньяк в 1962 г., поэтому именно он считается прародителем современного LED-прибора. Создателем синего светодиода стал японец Сюдзи Накамура, но произошло это событие гораздо позже – в 1993 г. С этого времени появилась возможность получать разные оттенки свечения, комбинируя красные и зеленые кристаллы с синими в одном корпусе.

Устройство светоизлучающего диода

В устройство светодиода входит специально выращенный полупроводниковый кристалл с так называемым электронно-дырочным (p-n) переходом. Последний представляет собой участок на стыке двух полупроводников, один из которых имеет электронную (n – negativ), а второй – дырочную (p – positiv) проводимость. При прохождении через этот участок прямого электрического тока возникает рекомбинация, или соединение, электронов и дырок. Процесс сопровождается выделением энергии, что визуально воспринимается как свечение. 

Поскольку не всякий p-n переход может испускать световое излучение, для получения светодиодного кристалла изготавливают многослойные полупроводниковые структуры. Таким образом получают основной элемент устройства светодиода, который и производит стабильное свечение. Цвет излучаемого света зависит от того, из какого материала изготовлен кристалл. Для получения более яркого свечения в полупроводниковую структуру вводят добавки.

В процессе производства светодиодов кристалл помещают на подложку из металла, которая выполняет функцию рефлектора, являясь одновременно катодом (электродом, подсоединяемым к отрицательному источнику тока). К анодному выводу кристалл подсоединяют, используя специальный проводок. После этого конструкцию устанавливают в корпус, который по аналогии с остальными осветительными приборами называется колбой. Ее верхняя часть может иметь выпуклую или плоскую форму. В первом случае свет собирается в узконаправленной пучок, во втором – рассеивается. Мощность излучаемого светового потока тем выше, чем меньше угол рассеивания света. В корпусе одного LED-прибора может быть несколько кристаллов. 

Преимущества светодиодов

Главным достоинством новых источников света стала их экономичность. Они выгоднее в применении, несмотря на пока еще более высокую цену по сравнению с остальными источниками искусственного света. Чтобы это осознать, достаточно оценить экономию, которую можно получить при пользовании менее мощной, но эффективной светодиодной лампой. При такой же яркости освещения LED-прибор потребляет в 6-8 раз меньше электроэнергии, чем лампа накаливания. Если сравнить новые светоисточники с традиционными энергосберегающими лампами КЛЛ, то экономия расходования электроэнергии в этом случае меньше – в 2-3 раза, но она также есть. 

Еще один значительный плюс светодиодных приборов – долговечность. Они как минимум в 25 раз дольше служат, чем лампы накаливания, и примерно в 3 раза долговечнее КЛЛ. Не менее важно и то, что в устройство светодиода не входят опасные вещества и компоненты, в нем нет бьющихся материалов, а при работе такие приборы настолько слабо нагреваются, что лампу свободно можно взять открытой рукой. Комплекс преимуществ, свойственных этим светильникам, и послужил импульсом к широкомасштабному производству светодиодов, которое наблюдается в последнее время.

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru