Светодиод, он же light
emitting diode, или LED — это полупроводниковый прибор, который
преобразует электрический ток непосредственно в световое излучение.
Светодиод, как правило,
состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными
выводами и оптической системы.
Светодиод — это низковольтный
прибор. Обычный светодиод, который применяется для индикации, обычно потребляет
от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который
используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток должен быть
выше — от нескольких сотен мА до 1 А в проекте. Если речь идет о светодиодном
модуле, то отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное
напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).
При
подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе он может выйти из
строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5
В для одного светодиода.
Яркость
светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также
диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают
в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет светодиода определяется координатами
цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.
Для
сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется
светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности.
Также актуальной характеристикой является цена одного люмена. На
сегодняшний день цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше,
чем галогенной лампой. Но есть надежда, что в ближайшие 2 — 3 года этот
показатель будет снижен в десять раз.
Цвет светодиода зависит от
ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от
материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем
выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.
Спектр излучения светодиода
близок к монохроматическому, в чем его основное отличие от спектра солнца или
лампы накаливания. Хорошо это или плохо — на сегодняшний день не известно,
потому что, серьезных исследований в
этой области пока не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии
светодиодов на человеческий глаз отсутствуют.
Свечение светодиода возникает
при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Таким образом,
прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными
типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла
легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую —
донорскими.
Но не
всякий p-n-переход станет излучать свет. Для этого важно, чтобы ширина
запрещенной зоны в активной области светодиода была близка к энергии квантов
света видимого диапазона. Кроме того, вероятность излучения при рекомбинации
электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый
кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит
без излучения. Эти условия в некоторой мере противоречат друг другу.
Реально,
чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается
недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые
структуры.
Преимуществом светодиода
является то что, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы,
электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и
теоретически это можно сделать почти без потерь. Ведь, светодиод (при должном
теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых сфер
применения. Кроме того, светодиод излучает свет в узкой части спектра, его цвет
чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, обычно, отсутствуют.
Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может
достигать ста тысяч часов, что почти в сто раз больше, чем у лампы накаливания,
и в 5 — 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод —
низковольтный электроприбор, что делает его безопасным.
| 
