Що ж таке LED технології, насправді?
Якщо коротко, то в цій статті ми розповімо Вам найнеобхідніші факти, щоб розібратися в питанні - що собою являє світлодіод і що таке LED технології, в цілому.
Світлодіод - це напівпровідниковий прилад з електронно-дірковим переходом, що створює оптичне випромінювання при пропущенні через нього електричного струму в прямому напрямку. По-англійськи світлодіод називається light emitting diode, або скорочено - LED.
Складається світлодіод з напівпровідникового кристала на підкладці, корпусу з контактними виводами і оптичної системи.
Але, як працює LED? Світіння виникає при рекомбінації електронів і дірок в області p-n-переходу. Значить, перш за все потрібен p-n-перехід, тобто контакт двох напівпровідників з різними типами провідності. Для цього приконтактні шари напівпровідникового кристала легують різними домішками: по одну сторону акцепторними, по іншу - донорськими. Але не всякий p-n-перехід випромінює світло. Чому? По-перше, ширина забороненої зони в активній області LED повинна бути близька до енергії квантів світла видимого діапазону. По-друге, ймовірність випромінювання при рекомбінації електронно-діркових пар повинна бути високою, для чого напівпровідниковий кристал повинен містити мало дефектів, через які рекомбінація відбувається без випромінювання. Ці умови в тій чи іншій мірі суперечать один одному. Реально, щоб дотримати обидві умови, одного р-п-переходу в кристалі виявляється недостатньо, і доводиться виготовляти багатошарові напівпровідникові структури, так звані гетероструктури, за вивчення яких російський фізик академік Жорес Алфьоров одержав Нобелівську премію 2000 року.
Чи означає це, що чим більший струм проходить через LED, тим він світить яскравіше? Зрозуміло, так. Адже чим більше струм, тим більше електронів і дірок надходять в зону рекомбінації в одиницю часу. Але струм не можна збільшувати до безкінечності. Через внутрішній опір напівпровідника і p-n-переходу LED перегріється і вийде з ладу.
Чим гарний LED? Дійсно, LED (при належному тепловідведенні) мало нагрівається, що робить його незамінним для деяких додатків. Далі, LED випромінює у вузькій частині спектру, його колір чистий, що особливо цінують дизайнери, а УФ- і ІЧ-випромінювання, як правило, відсутні. LED механічно міцний і винятково надійний, його термін служби може досягати 100 тисяч годин, що майже в 100 разів більше, ніж у лампочки розжарювання, і в 5-10 разів більше, ніж у люмінесцентної лампи. LED - низьковольтний електроприлад, а отже, безпечний.
Коли LED почали застосовуватися для освітлення? Спочатку LED застосовувалися виключно для індикації. Щоб зробити їх придатними для освітлення, необхідно було перш за все навчитися виготовляти білі LED, а також збільшити їх яскравість, а точніше світловіддачу, тобто відношення світлового потоку до споживаної енергії. У 60-х і 70-х роках були створені LED на основі фосфіду і арсеніду галію, що випромінюють в жовто-зеленій, жовтій і червоній областях спектра. Їх застосовували в світлових індикаторах, табло, приладових панелях автомобілів і літаків, рекламних екранах, різних системах візуалізації інформації. За світловіддачею LED обігнали звичайні лампи розжарювання. По довговічності, надійності, безпеці вони теж їх перевершили. Одне було погано - не існувало LED синього, синьо-зеленого і білого кольору.
Від чого залежить колір LED? Виключно від ширини забороненої зони, в якій рекомбінують електрони і дірки, тобто від матеріалу напівпровідника, і від легуючих домішок. Чим більш "синє" LED, тим вище енергія квантів, а значить, тим більше повинна бути ширина забороненої зони.
Які електричні та оптичні характеристики LED? LED - низьковольтний прилад. Звичайний LED, застосовуваний для індикації, споживає від 2 до 4 В постійної напруги при струмі до 50 мА. LED, який використовується для освітлення, споживає таку ж напругу, але струм вище - від декількох сотень мА до 1 А в проекті. У LED модулі окремі LED можуть бути включені послідовно і сумарна напруга виявляється більш високою (зазвичай 12 або 24 В). При підключенні LED необхідно дотримуватись полярності, інакше прилад може вийти з ладу. Напруга пробою вказується виробником і звичайно становить більше 5 В для одного LED. Яскравість LED характеризується світловим потоком і осьовою силою світла, а також діаграмою спрямованості. Існуючі LED різних конструкцій випромінюють в тілесному куті від 4 до 140 градусів. Колір, як зазвичай, визначається координатами кольоровості і колірною температурою, а також довжиною хвилі випромінювання. Для порівняння ефективності LED між собою і з іншими джерелами світла використовується світловіддача: величина світлового потоку на один Ватт електричної потужності.
Чим визначається термін служби LED? Вважається, що LED виключно довговічні. Але це не зовсім так. Чим більший струм пропускається через LED в процесі його служби, тим вище його температура і тим швидше настає старіння. Тому термін служби у потужних LED коротше, ніж у малопотужних сигнальних, і становить в даний час 20 - 50 тисяч годин. Старіння виражається в першу чергу в зменшенні яскравості (коли яскравість знижується на 30% або наполовину),
Чи "Псується" колір LED з плином часу? Старіння LED пов'язано не тільки зі зниженням його яскравості, але і зі зміною кольору. В даний час немає стандартів, які дозволили б висловити кількісно зміну кольору LED в процесі старіння і порівняти з іншими джерелами.
