Светодиод (LED, Light Emitting Diode, светоизлучающий диод) представляет собой твердотельный полупроводниковый прибор, который преобразует электрическую энергию в световое излучение. Светодиод состоит из полупроводникового кристалла, вмонтированного в герметичный корпус (для защиты от влаги и других воздействий окружающей среды) с выводами для питания электрическим током и с площадкой для отвода тепла.

История развития светодиодов насчитывает более 100 лет. Первые эксперименты, связанные с излучением света твердотельным диодом, были проведены в 1907 году. Однако первые в мире светодиоды, которые могли быть применены на практике, были созданы гораздо позже – в 1962 году. Первые led светодиоды стоили очень дорого, поэтому находили ограниченное применение для изготовления индикаторов и световых табло. Постепенно яркость и светоотдача светодиодов достигла уровня ламп накаливания. Прорыв случился в 1990 году, когда был изобретен дешевый синий светодиод (за это открытие ученые получили Нобелевскую премию по физике). С тех пор во всем мире ведется массовое производство светодиодов, LED-лампы применяются в самых разнообразных отраслях нашей жизни.

Область применения led светодиодов

Сегодня светодиоды используются повсеместно для освещения жилых и общественных помещений, для изготовления светофоров, дорожных знаков и автомобильных фар, для организации декоративного и уличного освещения (гирлянды, фонари). Светодиодные ленты встраиваются в рекламные щиты и другие световые инсталляции. Одиночные светодиоды или светодиодные табло применяются в качестве индикаторов различных электронных приборов. Из массива светодиодов изготавливаются уличные экраны и рекламные бегущие строки. LED-подсветка применяется при производстве мобильных телефонов, компьютерных мониторов, телевизоров, планшетов. Также широкое применение светодиоды находят при строительстве домашних теплиц.

Характеристики светодиодов

Чтобы понимать, какие светодиоды подойдут для решения той или иной задачи, следует иметь представление об их технических характеристиках (мощность, сила тока, напряжение светодиода). В зависимости от области применения светодиоды подразделяются на две группы:

Индикаторные светодиоды применяются для изготовления цифровых панелей автомобилей и другой техники, световой рекламы, некоторых видов декоративной подсветки. Инфракрасные индикаторные светодиоды, невидимые глазу, встраиваются в пульты дистанционного управления. Индикаторные светодиоды питаются напряжением до четырех вольт и потребляют 50 мА.

Осветительные светодиоды излучают белый свет (холодный или теплый) и применяются для освещения помещений, сооружений, уличных объектов. Характеристики светодиодов данного типа отличаются от индикаторных: для питания светодиодов, предназначенных для освещения, требуется напряжение до 4 вольт и несколько сотен миллиампер. Для повышения светоотдачи светодиоды объединяются в модули, которые питаются напряжением 12 или 24 вольта.

Цвета светодиодного излучения

Излучение светодиода находится в узком диапазоне спектра и кардинально отличается от света Солнца и ламп накаливания. Основные доступные видимые цвета led светодиодов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый. Стоит упомянуть, что видимый диапазон включает длины волн электромагнитного излучения от 390 нм (фиолетовый цвет) до 770 нм (темно-красный цвет). Цвет излучения определяется тем, из какого материала изготовлен полупроводник. Рассмотрим способы получения основных цветов. Для получения желтого и желто-зеленого спектра применяются фосфиды и арсениды галлия. Голубое свечение создается при использовании нитрита галлия, наносимого на сапфировую подложку.

Белый свет состоит из нескольких спектральных цветов, смешанных в определенной пропорции. Его получают несколькими способами: смешиванием цветов по технологии RGB, нанесением красного, зеленого и голубого люминофора на ультрафиолетовый светодиод, или же нанесением желто-зеленого и зелено-красного люминофора на голубой led светодиод. Если внимательно рассмотреть через увеличительное стекло экран монитора, то можно увидеть массив красных, зеленых и синих точек, формирующих полноценную гамму цветов. Люминофор, нанесенный на кристалл светодиода, частично поглощает энергию излучения синего цвета, формируя белый цвет.

Зависимость светового излучения светодиода от силы тока и потребляемой мощности

Светодиод работает только при определенной полярности питающего напряжения. На один ввод подается напряжение положительной полярности (+), на другой – отрицательной (-). В отличие от галогенных ламп, для питания светодиода требуется ток только постоянной полярности. При постепенном и плавном повышении напряжения светодиод не пропускает ток и не излучает свет. Излучение возникает только при достижении определенного порогового значения напряжения. Для белого и синего светодиода пороговое напряжение составляет примерно 3 вольта. Причем в этой точке даже небольшой прирост напряжения приводит к резкому увеличению тока. Вот почему так важен контроль потребляемой светодиодом мощности и силы тока.

Преимущества led светодиодов

• Механическая прочность, устойчивость к вибрационным нагрузкам.
• Повышенная световая отдача – отношение излучаемого светового потока к потребляемой мощности.
• Низкое энергопотребление.
• Длительный срок службы (от 30 до 100 тысяч часов).
• Независимость от количества циклов включения и выключения.
• Широкий спектр белого излучения – от теплого до холодного.
• Мгновенное включение, постоянная яркость свечения.
• Безопасность эксплуатации, низкая температура поверхности светодиодной лампы.
• Устойчивость к пониженным температурам.
• Экологическая безопасность – в светодиодах отсутствует ртуть, фосфор и другие опасные компоненты.

С каждым годом светодиоды находят все более широкое применение. Относительно высокая стоимость (по сравнению с лампами накаливания) окупается долговечностью светодиодов. Сегодня мы можем с уверенностью сказать, что Light Emitting Diode – самая перспективная технология света.