Здравствуйте, Гость

Войти в личный кабинет



ВАША КОРЗИНА ПУСТА
http://www.electra.com.ua/components/com_jshopping/files/img_products грн /magazin/cart/delete.html /magazin/product/view.html Ваша корзина пуста. Показать/скрыть подробности Параметры ⇓ Товар добавлен в корзину Товаров ВАША КОРЗИНА ПУСТА Товаров в корзине на сумму Удалить
currency

electra 3

Строение и принцип работы светодиодов, их применение в электротранспорте

Опубликовано в Тех. характеристики Просмотров: 3073

svetodiodi1Светоизлучающий диод (светодиод) – полупроводниковый прибор, который трансформирует пропускаемый через него электрический ток в некогерентное световое излучение.
Светодиоды, известные многим как LED, кардинально отличаются от традиционных источников света: в них нет нити накала и газа, они не имеют хрупкого стеклянного корпуса и ненадежных деталей.
В 1907 году Генри Джозефом Раундом было впервые открыто явлении электролюминесценции при изучении прохождения электрического тока в карбиде кремния (SiC). Исследователем было замечено зеленое, желтое и оранжевое свечение на катоде. Немного позже, в 1923 году

физик Олег Владимирович Лосев наблюдал за свечением кристаллов карборунда (карбид кремния SiC). В 1927 году Лосев опубликовал подробный отчет о проведенном исследовании, однако, мировая общественность не придала открытию явления электролюминесценции особого значения, публикация Лосева получала огласку только в 1950 года.

Первые практические красные светодиоды видимого света были изобретены в 1962 г. Ником Холоньяком, в то время, когда он работал в компании «General Electric». Эти светодиоды с конца 1960-х начали применятся в качестве световых индикаторов в электронных приборах. Технология производства светодиодов оказалась очень перспективной, и над её усовершенствованием начало работать множество ученых. В 1972 году, бывший аспирант Ника Холоньяка, Георг Крафорд изобрел первый желтый светодиод, и в конечном итоге, благодаря использованию фосфида галлия (GaP), смог произвести более яркий красный и оранжевый светодиод. В конце 1970-х гг. мир увидел и зеленые светодиоды. Светодиоды начали широко применять в калькуляторах, наручных часах, светофорах.

Суджи Накамура, инженер компании «Nichia», в 1979 году создал синий светодиод, однако миру он представил свое открытие лишь в 1994 году. К концу 1980-х гг. появились первые сверхяркие светодиоды. Белые же светодиоды стали известны миру в 1996 году. С изобретением белых светодиодов стала вполне реальной замена ламп накаливания и люминесцентных ламп светодиодным освещением.

До 1969 года инфракрасные светодиоды стоили довольно дорого, в порядке 200 долларов, поэтому, соответственно, они не пользовались большим спросом. Компания «Monsanto» cтала первой организацией массового производства красных светодиодов, выпускаемых на основе GaAsP. Уже в 1970-х светодиодные устройства, производимые «Fairchild Optoelectronics», продавались по цене всего лишь пять центов.

svetodiodi2

Будущее за светодиодными технологиями... Уже сегодня светодиоды составили конкуренцию традиционным лампам накаливания и неоновым лампам, и применяются не только в качестве индикаторов или источников освещения в портативных устройствах, но даже для освещения жилых домов и офисов. Ученые подсчитали, что в ближайшие 10 лет светодиоды станут самыми распространенными источниками света.

svetodiodi3

Уже сегодня светодиодные технологии нашли применения и в электрическом транспорте. Светодиоды используются в качестве индикаторов работы электроники, осветительных элементов электронных панельных устройств, применяются для формирования яркого переднего и заднего освещения электрических транспортных средств, освещения салонов электромобилей.

svetodiodi5

В последнее время очень популярной стала светодиодная подсветка колес, которая способна значительно улучшить видимости на дороге в ночное и вечернее время практически любого транспортного средства: автомобиля, мотоцикла, скутера, велосипеда. Система светодиодной подсветки позволяет колесам перенять на себя функцию габаритных огней.

svetodiodi4

Светодиоды делятся на два вида: индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды являются наименее дорогими, маломощными источниками света, применяемыми в качестве световых индикаторных элементов в электронных приборах, для подсветки компьютерных дисплеев или же приборной панели автомобилей. В индикаторных светодиодах все сгенерированное тепло рассеивается внутри их конструкции. В отличии от индикаторных, осветительные светодиоды характеризуются высокими показателями яркости и мощности.

Конструкция осветительного светодиода предполагает использование полупроводникового кристалла, подложки для его установки, контактов для электроподключения, соединительных проводников, теплоотвода, линзы и корпуса. Светодиоды могут производится с использованием стеклянной линзы или же прозрачного внешнего пластикового корпуса.

Кристаллы полупроводника светодиода создают p-n переход. Ток проходит в прямом направлении - от анода в катоду. При протекании через диод тока происходит инжекция носителей заряда (электронов или дырок) в базовую область диодной структуры. Процесс рекомбинации инжектированных носителей заряда сопровождается переходом из высокого энергетического уровня на низкий, в то же время избыток энергии выделяется в качестве излучения кванта света.

Спектральные характеристики светодиодов зависят от используемых в нем полупроводников. Сегодня при изготовлении светодиодов применяют следующие полупроводниковые материалы: карбид кремния (SiC), фосфид галлия (GaP), арсенид-фосфид галлия (GaAsP), GaAsAl, а также нитрид галлия (GaN), индий-галлий (AlinGaP), InGaN. Разные материалы испускают фотоны с волнами разной длины, что в свою очередь соответствуют разным цветам. При добавлении в полупроводниковый материал веществ-активаторов изменяется в определенно степени цвет излучения светодиодов.

Одним из главных преимуществ светодиодных источников освещения является высокая световая отдача. Световой поток, формируемый светодиодом, измеряется в люменах (лм).

Длина волны излучения (Ар), измеряемая в Нм, характеризует цвет излучения светодиода. Основным цветам соответствуют следующие показатели длины волн: фиолетовый: 390-440, желто-зеленый: 550-575, синий: 440-480, желтый: 575-585, голубой: 490-520, синий: 460-490, оранжевый: 585-620, зеленый: 520-550, красный: 620-770, красно-оранжевый: 610-620.

Для белого светодиода характерна цветовая температура, то есть температура, при которой черное тело начинает излучать свет такого же спектрального состава, как рассматриваемый свет. Теплее свет становится при понижении цветовой температуры, а холоднее при повышении. Нормальной считается цветовая температура солнца, т.е. 5500К. Белые светодиоды могут иметь цветовую температуру в пределах 2500-15000К.

Энергоэффективность светодиодов

Цвет Длина волн излучения(нм) Светоотдача (лм/Вт)
Красный 620 < λ <645 72
Красно-оранжевый 610 < λ <620 98
Зеленый 520 < λ <550 93
Голубой 490 < λ <520 75
Синий 460 < λ <490 37

Как правило, излучение светодиодов монохроматическое, но также могут изготавливаться светодиоды с управляемым цветом свечения на основе двух светоизлучающих переходов. Цвет излучения при этом прямо зависит от соотношения проходимых токов.

Главный метод изготовления светодиодов - эпитаксиальное наращивание. Иногда при использовании карбида кремния могут практиковать метод диффузии примесей из газовой фазы внутри кварцевых ампул.

Все светодиоды характеризуются определенным показателем яркости. Спектральная характеристика светодиода дает представление о цвете его свечения.
Излучение светодиода может быть рассеянным или узконаправленным.

Производительность светодиода прямо зависит от температуры его эксплуатации. При увеличении температуры светодиод излучает более тусклый свет, и при более низких температурах светодиодный световой поток увеличивается Как правило, светодиоды выдерживают диапазон температур от –40°С до +80°С. Однако, эксплуатация светодиодов при температуре свыше +65°С приводит к постепенному разрушению светодиода.

Всем светодиодам присуще быстродействие: они достигают максимальной яркости за микросекунды.

Что же относительно срока службы светодиодов? Светодиоды характеризуются очень низким уровнем износа, если работают при малых токах и в условии низких температур. Многие продавцы утверждают, что срок службы светодиодов составляет 100000 часов и более, но этот показатель не совсем правдоподобен. Реальный срок службы светодиодов может находится в пределах от нескольких месяцев до пяти-шести лет при условии непрерывного режима работа. Срок службы светодиодов прямо зависит от качества используемого в конструкции светодиодного кристалла, корпуса, в который помещен кристалл, условий их эксплуатаций, номинального тока. Чем качественнее светодиодный кристалл – тем продолжительнее срок службы светодиода. Интересен тот факт, что светодиоды с наиболее качественными кристаллами выпускают в Китае, а не в Европе или Америке, как считает большинство. Правда тут нечему удивляться, поскольку сегодня многие европейские и американские производители имеют свои заводы в КНР, и огромное количество поставляемой на рынок продукции под европейский или американских брендом выпускаются именно китайскими мастерами.

Если рассчитывать в часах срок службы светодиодов, то он будет находиться в пределах 50 000-60 000 часов, цифра свыше 100 000 присуща лишь индикаторным светодиодам.

Питать светодиоды необходимо только стабилизированным постоянным током не выше номинального. Повышенный ток приводит к снижению срока службы светодиода. Нельзя использовать светодиоды в цепи переменного тока.

Подключаются светодиоды всегда анодом к плюсу, катодом – к минусу. Поскольку светодиоды не имеют защиты от переполюсовки, ошибка при подключении может привести к снижению их срока службы.

Если в одном светодиоде разместить несколько кристаллов красного, зеленого и синего цвета – мы получим полноцветные белые или же RGB светодиоды. Эти светодиоды способны воспроизводить практически любой оттенок цвета. Способность полноцветных светодиодов излучать свет любого света без использования светофильтров отличает их от иных источников света.

Главным недостатком RGB светодиодов является быстрое нарушение баланса между свечением цветных кристаллов. Как правило, по истечении небольшого срока времени, из-за высокой скорости деградации синих кристаллов, цвет свечения светодиода становится немного теплее, и при длительном периоде эксплуатации приобретает желтый оттенок.

© Сергей Вольтер 2013
Любое копирование, перепечатка и распространение материалов статей без разрешения правообладателя запрещены и преследуются по закону. Нарушение авторских прав будет рассматриваться согласно статьи 52 Закона Украины «О авторском праве и смежных правах», статьи 176 Криминального Кодекса Украины, статьи 432 Гражданского кодекса Украины, статьи 51-2 Кодекса Украины об административных правонарушениях.