Светодиоды
| Реферат |
| на тему «Светодиоды» |
| [Введите
аннотацию документа. |
Оглавление
Понятие, виды, структура светодиодов 2
Свойства и характеристики светодиодов 7
Преимущества светодиодов и их применение. 12
Заключение 13
Список
литературы 14
Понятие, виды, структура светодиодов
Светодиод-это
полупроводниковый прибор, преобразующий
электрический ток 
Так как светодиод является полупроводниковым прибором, то при включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод («минус»), а другой — анод («плюс»).
Светодиод
состоит из полупроводникового кристалла
на подложке, корпуса с контактными
выводами и оптической системы. Современные
светодиоды мало похожи на первые корпусные
светодиоды, применявшиеся для индикации.
Рис.1. Схематическое устройство светодиода
Принцип
работы светодиода заключается в
следующем: свечение возникает при
рекомбинации электронов и дырок
в области p-n-перехода. Значит, 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 излучает свет. Причины следующие. Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, 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 той или иной степени противоречат друг другу.
Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.
Чем
больший ток проходит через светодиод,
тем он светит ярче. Ведь чем больше
ток, тем больше электронов и дырок
поступают в зону рекомбинации в
единицу времени.
Но ток нельзя увеличивать
до бесконечности. Из-за внутреннего
сопротивления полупроводника и
p-n-перехода диод перегреется и выйдет
из строя.
Светодиод
хорош тем, что в нём, в отличие
от лампы накаливания или
Рис.
2. Световая отдача различных типов светодиодов
в сравнении с другими источниками света
Плох светодиод только одним — ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближайшие 2 — 3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.
Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.
В
60-х и 70-х годах были созданы
светодиоды на основе фосфида и арсенида
галлия, излучающие в желто-зеленой,
желтой и красной областях спектра.
Их применяли в световых индикаторах,
табло, приборных панелях автомобилей
и самолетов, рекламных экранах, различных
системах визуализации информации. По
светоотдаче светодиоды обогнали обычные
лампы накаливания.
По долговечности,
надежности, безопасности они тоже их
превзошли. Одно было плохо — не существовало
светодиодов синего, сине-зеленого и белого
цвета.
К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.
Цвет светодиода зависит исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей.
У светодиодов на основе карбида кремния SiC оказался слишком мал кпд и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и служили недолго. Оставалась надежда на нитриды.
Нитрид
галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом
равновесное давление паров азота составляет
40 атмосфер; ясно, что растить такие кристаллы
непросто.
Аналогичные соединения — нитрилы
алюминия и индия — тоже полупроводники.
Их соединения образуют тройные твердые
растворы с шириной запрещенной зоны,
зависящей от состава, который можно подобрать
так, чтобы генерировать свет нужной длины
волны, в том числе и синий. Но проблему
не удавалось решить до конца 80-х годов.
Изобретение
синих светодиодов сделало 
В
принципе такой способ должен быть
наиболее эффективным. Для каждого
из СД – красного, зелёного или синего
– можно выбрать значения тока, соответствующие
максимуму его внешнего квантового выхода
излучения. Но при этих токах и напряжениях
интенсивности каждого цвета не будут
соответствовать значениям, необходимым
для синтеза белого цвета. Этого можно
достигнуть, изменяя число диодов каждого
цвета и составляя источник из многих
диодов. Для практических применений этот
способ неудобен, поскольку нужно иметь
несколько источников различного напряжения,
много контактных вводов и устройства,
смешивающие и фокусирующие свет от нескольких
СД. Второй и третий способы – смешение
синего излучения СД с излучением либо
жёлто-зелёного люминофора, либо зелёного
и красного люминофоров, возбуждаемых
этим синим излучением.
Эти способы наиболее просты и в настоящее время наиболее экономичны. Состав кристалла с гетероструктурами на основе InGaN/GaN подбирается так, чтобы его спектр излучения соответствовал спектрам возбуждения люминофоров. Кристалл покрывается слоем геля с порошком люминофора таким образом, чтобы часть голубого излучения возбуждала люминофор, а часть – проходила без поглощения. Форма держателя, толщина слоя геля и форма пластикового купола рассчитываются и подбираются так, чтобы излучение имело белый цвет в нужном телесном угле.
Свойства и характеристики светодиодов
Светодиод
– низковольтный прибор. Обычный
светодиод, применяемый для индикации,
потребляет от 2 до 4В постоянного
напряжения при токе до 50 мА.
Светодиод,
который используется для освещения,
потребляет такое же напряжение, но
ток выше — от нескольких сотен мА
до 1А в проекте. В светодиодном
модуле отдельные светодиоды могут
быть включены последовательно, и суммарное
напряжение оказывается более высоким
(обычно 12 или 24 В).
При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В 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, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.
Для
сравнения эффективности 
Также интересной маркетинговой
характеристикой оказывается
Реакция
светодиода на повышение температуры
такова: p-n-переход – это «кирпичик»
полупроводниковой электронной
техники, представляющий собой соединённые
вместе два куска полупроводника
с разными типами проводимости (один
с избытком электронов – «n-тип»,
второй с избытком дырок – «p-тип»).
Если к p-n переходу приложить «прямое
смещение», т.е. подсоединить источник
электрического тока плюсом к р-части,
то через него потечёт ток. Современные
технологии позволяют создавать
интегральные схемы, содержащие огромное
количество p-n переходов на одном кристалле.
Нас интересует, что происходит после
того, как через прямо смещённый p-n переход
пошёл ток, а именно момент рекомбинации
носителей электрического заряда – электронов
и дырок. Оказывается, что такая рекомбинация
может быть излучательной, при этом в момент
встречи электрона и дырки выделяется
энергия в виде излучения кванта света
– фотона.
В случае безызлучательной рекомбинации
энергия расходуется на нагрев вещества.
В природе существует как минимум 5 видов
излучательной рекомбинации носителей
зарядов, в том числе так называемая прямозонная
рекомбинация. Для большинства полупроводниковых
диодов это явление – просто «побочный
эффект», не имеющий практического смысла.
Для светодиодов же излучательная рекомбинация
– физическая основа их работы.
Говоря
о температуре светодиода, необходимо
различать температуру на поверхности
кристалла и в области p-n-
Падение
яркости с повышением температуры
не одинаково у светодиодов разных
цветов. Оно больше у красных и
желтых, и меньше у зеленых, синих
и белых.
Ток
через светодиод нужно
Как видно из рисунка, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.
Zircon Filters — LED Light Filters
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
814
815
816
817
818
819
820
821
002
003
004
007
008
009
010
013
015
017
017
0005
019
020
021
022
024
025
026
027
029
035
036
046
048
049
052
053
053 9000
053
058
061
063
068
071
075
079
085
088
089
090
100
101
102
103
104
106
107
108
109
110
111
113
115
116
117
118
119
120
121
122
124
122
124
126
127
128
130
131
132
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143 9000 4
142
143 9000 4
0005144
147
148
151
152
153
154
156
157
158
159
161
162
164
165
169
170
172
174
176
179
180
181
182
183
192
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
212
213
218
219
223
230
232
236
232
236
232
236
232
236
232
236
237
238
241
242
243
244
245
246
247
248
249
278
279
281
283
285
283
285
0005
287
322
323
327
328
332
343
345
352
353
354
363
366
441
442
443
9000 9000443
9000 9000443
9000 9000443
9000 90000710444
500
501
502
503
504
505
506
507
508
525
550
600
601
602
603
603
650
651
652
653
700
702
703
704
706
707
708
709
710
711
712
712
712
714
715
716
719
721
722
723
724
725
727
728
729
730
731
733
735
733
75
0005
736
738
740
741
742
744
746
747
748
763
764
765
767
768
770
773 9000
773 9000
776
777
778
779
780
787
789
790
793
794
795
797
798
799
200
201
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
218
219
223
226
230 994
232
236
237
238
239
241
242
243
244
245
246
247
248
249
269
270
269
270
271
272
273
274
275
278
279
280
281
283
285
287
298
299
441
442
442
9000 9000442
9000 9000442
442
443
444
642
650
651
652
653
740
741
129
184
186
187
188
189
191
191
191
217
220
221
224
225
228
229
250
251
252
253
255
256
257
258
264
258
264 999
258
264 999
0004
265
400
402
404
410
414
414P
416
420
429
430
432
434
439
439P
450418
439P
450418
0005
452
460
462
464
705
717
718
720
749
750
774
775
791
3D Illusion Color Change LED Illusion Lamp перейти к содержанию
{{@if(it.
product.soldBadgeText)}}
{{ it.product.soldBadgeText | сейф }}
{{/если}} {{@if(it.product.saleBadgeText)}}
{{ it.product.saleBadgeText | сейф }}
{{/если}} {{@if(it.product.savingBadgeText)}}
{{ it.product.savingBadgeText | сейф }}
{{/если}}
{{ it.product.title }}
- Избранное
- Бестселлер
- По алфавиту, А-Я
- По алфавиту Z-A
- Цена, от низкой к высокой
- Цена, от высокой к низкой
- Дата, старая к новой
- Дата, от нового к старому
- В наличии
- Нет в наличии
$ От
до
$ К
Очистить фильтры (0) Очистить фильтры (0)
Лампа для иллюзий Egypt Anubis 3D — Plus Minus Co.
Сэкономьте до 71%
Светодиодные разноцветные POI Balls 3D Illusion, шары, горячие, светодиодные, пои — Plus Minus Co.
Распродано
Скидка 50%
Разноцветные светодиодные шары POI$9.95 19,95 $
Египетское искусство 3D LED Night Light Illusion Color Lamp — Plus Minus Co.
Сэкономьте до 39%
Светодиодный ночник в виде гриба, изменение цвета || Plusminusco.com 3D иллюзия, свет, молекула, гриб — Plus Minus Co.
Продано
3D-наклейки на стену с космическими планетами для гостиной 3D Illusion — Plus Minus Co.
Распродано
Скидка 51%
3D-наклейки на стену с планетами из космоса для гостиной$ 15,95 32,95 $
3d Космическая галактика Наклейка на стену для детской комнаты 3D Illusion — Plus Minus Co.
Продано
Скидка 63%
3D Космическая галактика Наклейка на стену для детской комнаты$9.95 26,95 $
Дельфин Подводные пещеры Пол 3D Наклейка Наклейка на стену 60 * 90CM — Plus Minus Co.
Сохранить 38%
Дельфин Подводные пещеры Этаж 3D Стикер Стикер стены 60 * 90CM$ 18,95 30,95 $
6 шт./компл. 3D-наклейка на лестницу с водопадом, стояки, фреска, закат, 3D-иллюзия — Plus Minus Co.
Распродано
Сэкономьте до 39%
Деревянный красочный 3D Light Magic Projector ball 3D Illusion с питанием от USB — Plus Minus Co.
Продано
Деревянный красочный 3D Light Magic Projector ball Питание от USB$ 26,99
Подарок ко дню Святого Валентина 3D светодиодные настольные лампы с 7 цветами Night — Plus Minus Co.
Сэкономьте до 56%
Love Heart — 3D акриловая оптическая иллюзия светодиодная лампа 7 цветов — Plus Minus Co.
Скидка 62%
Love Heart — 3D Акриловая оптическая иллюзия Светодиодная лампа 7 цветов$ 33,95 89,95 $
Наклейки на стену с изображением волка, винил, сделай сам, настенная наклейка с изображением животных для 3D-иллюзии, холст — Plus Minus Co.
