Принцип светодиодного освещения

Светодиод (светоизлучающий диод)— твердотельное полупроводниковое устройство, способное преобразовывать электрическую энергию в видимый свет. Он может напрямую преобразовывать электричество в свет. Сердцем светодиода является полупроводниковый чип. Один конец чипа прикреплен к кронштейну, один конец является отрицательным электродом, а другой конец подключен к положительному электроду источника питания, так что весь чип залит эпоксидной смолой.

Полупроводниковая пластина состоит из двух частей. Одна часть представляет собой полупроводник P-типа, в котором преобладают дырки, а другой конец — полупроводник N-типа, где в основном присутствуют электроны. Но когда эти два полупроводника соединяются, между ними образуется P-N переход. Когда ток действует на пластину через провод, электроны будут выталкиваться в область P, где электроны будут рекомбинировать с дырками, а затем энергия будет излучаться в виде фотонов. Это принцип излучения светодиодов. Длина волны света, то есть цвет света, определяется материалом, образующим PN-переход.

Светодиод может напрямую излучать красный, желтый, синий, зеленый, голубой, оранжевый, фиолетовый и белый свет.

Первоначально светодиоды использовались в качестве источников индикаторного света приборов. Позже светодиоды различных цветов света стали широко использоваться в светофорах и экранах дисплеев большой площади, принося хорошие экономические и социальные выгоды. В качестве примера возьмем 12-дюймовый красный светофор. В Соединенных Штатах в качестве источника света используется долговечная лампа накаливания мощностью 140 Вт с низкой освещенностью и визуальной эффективностью, которая производит 2000 люмен белого света. После прохождения через красный фильтр теряется 90% света, остается только 200 люмен красного света. В новой лампе Lumileds использует 18 красных светодиодных источников света, которые потребляют в общей сложности 14 Вт мощности, включая потери в цепи, для создания такого же светового эффекта. Автомобильные сигнальные огни также являются важной областью применения светодиодных источников света.

Для общего освещения людям нужны источники белого света. В 1998 году был успешно разработан светодиод, излучающий белый свет. Этот вид светодиодов изготавливается путем упаковки чипов GaN и иттрий-алюминиевого граната (YAG). Чип GaN излучает синий свет (λp=465 нм, Wd=30 нм), а YAG-люминофор, содержащий Ce3+, изготовленный путем высокотемпературного спекания, излучает желтый свет после возбуждения синим светом с пиковым значением 550nLED лампы m. Подложка синего светодиода установлена ​​в отражающей полости чашеобразной формы и покрыта тонким слоем смолы, смешанной с YAG, толщиной около 200-500 нм. Часть синего света, излучаемого светодиодной подложкой, поглощается люминофором, а другая часть синего света смешивается с желтым светом, излучаемым люминофором, для получения белого света.

Для белых светодиодов InGaN/YAG путем изменения химического состава YAG-люминофора и регулирования толщины слоя люминофора можно получить белый свет различных цветов с цветовой температурой 3500-10000К. Этот метод получения белого света с помощью синего светодиода имеет простую структуру, низкую стоимость и высокую технологическую зрелость, поэтому он наиболее распространен.