Светодиод (светоизлучающий диод) — это твердотельный полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию в видимый свет. Он может напрямую преобразовывать электричество в свет. Сердце светодиода — полупроводниковый кристалл. Один конец кристалла крепится к кронштейну, один конец — к отрицательному полюсу, а другой — к положительному полюсу источника питания, таким образом, весь кристалл залит эпоксидной смолой.
Полупроводниковый кристалл состоит из двух частей. Одна часть представляет собой полупроводник p-типа, в котором преобладают дырки, а другая — полупроводник n-типа, в котором преобладают электроны. Однако при соединении этих двух полупроводников между ними образуется p-n-переход. При протекании тока через проводник через кристалл электроны перемещаются в область p-типа, где они рекомбинируют с дырками, испуская энергию в виде фотонов. В этом и заключается принцип работы светодиода. Длина волны света, то есть цвет, определяется материалом, из которого состоит p-n-переход.
Светодиод может напрямую излучать красный, желтый, синий, зеленый, оранжевый, фиолетовый и белый свет.
Сначала светодиоды использовались в качестве источника света для индикаторов приборов и счетчиков. Позже различные цветные светодиоды стали широко использоваться в светофорах и больших дисплеях, обеспечивая хорошие экономические и социальные преимущества. Возьмем в качестве примера 12-дюймовую красную сигнальную лампу светофора. В Соединенных Штатах в качестве источника света изначально использовалась 140-ваттная лампа накаливания с длительным сроком службы и низкой световой отдачей, которая давала 2000 люмен белого света. После прохождения через красный фильтр потери света составляют 90%, оставляя только 200 люмен красного света. В новой лампе Lumileds использует 18 красных светодиодных источников света, включая потери в цепи. Общая потребляемая мощность составляет 14 Вт, что обеспечивает такой же световой эффект. Автомобильные сигнальные лампы также являются важной областью применения светодиодных источников света.
Для общего освещения людям нужно больше источников белого света. В 1998 году был успешно разработан белый светодиод. Этот светодиод изготовлен путем упаковки чипа GaN и иттрий-алюминиевого граната (YAG) вместе. Чип GaN излучает синий свет (λ P = 465 нм, Wd = 30 нм), фосфор YAG, содержащий Ce3+, спеченный при высокой температуре, излучает желтый свет после возбуждения этим синим светом с пиковым значением 550n светодиодная лампа м. Подложка синего светодиода установлена в чашеобразной отражающей полости, покрытой тонким слоем смолы, смешанной с YAG, около 200-500 нм. Синий свет от подложки светодиода частично поглощается люминофором, а другая часть синего света смешивается с желтым светом от люминофора для получения белого света.
Для белых светодиодов InGaN/YAG, изменяя химический состав люминофора YAG и регулируя толщину слоя люминофора, можно получить различные виды белого света с цветовой температурой 3500–10000 К. Этот метод получения белого света с помощью синего светодиода отличается простотой конструкции, низкой стоимостью и высокой технологической отработанностью, поэтому он широко применяется.
Время публикации: 29 января 2024 г.