Как работают светодиоды разных видов и где их применяют

Популярность светодиодов растет стремительными темпами. Они активно применяются в электронике и бытовых приборах. Благодаря своим свойствам, эти электронные устройства широко используются при изготовлении осветительных приборов, мониторов, ноутбуков. Особенности полупроводниковых элементов дают возможность создавать безопасные, экономичные и надежные устройства. Чтобы эффективно пользоваться современными технологиями, полезно знать, как работает светодиод.

Разновидности с характеристиками

Существует 2 основные группы светодиодов по сфере использования: осветительные и индикаторные. Первые применяются в лампах, прожекторах и светильниках. Второй тип используется в электронике в качестве индикаторов, а также для декоративных целей: в гирляндах, рекламных LED-панелях.

Согласно конструктивным особенностям выделяют:

1. DIP — слаботочные элементы в виде кристалла, заключенного в оптическую линзу. Используются для создания индикаторов, декоративных светодиодных гирлянд.
2. Spider LED — разновидность DIP с 4 выходами. Отличается повышенной надежностью и более эффективным теплоотводом. Применяется в автомобилестроении.
3. SMD — используются для монтажа на поверхности печатной платы. Применяются для освещения и в качестве индикаторов. Один из самых распространенных типов LED-элемента.
4. COB или Chip On Board светодиоды. Кристалл находится прямо на плате. Применяются в осветительных приборах. Преимущества — эффективный теплоотвод, небольшие размеры.
5. Filament -элемент состоит из стекла и последовательно соединенных полупроводников, помещенных в колбу, стенки которой покрыты люминофором. Энергоэффективность и долговечность у них выше. Применяются при создании осветительных приборов.
6. OLED — устройство представляет собой тонкопленочные органические кристаллы, расположенные на полимерной подложке. Используются в экранах для мобильных устройств. Отличаются низким потреблением энергии, долговечностью и равномерным световым потоком по всех рабочей площади.

Они используются в бактерицидных лампах, медицинских приборах, стерилизаторах, пультах дистанционного управления для бытовой техники. Белые светодиоды различаются по цветовой температуре. Встречаются устройства холодного, нейтрального и теплого оттенков.

Внутреннее устройство светодиодов

Конструктивно DIP-светодиод устроен несложно. Он состоит из отдельного элемента в виде полусферического корпуса из полимерного материла. Внутри размещается катод на платформе с полупроводниковым кристаллом. Рядом находится анод, соединенный с ним тонким проводом. Наружные контакты элемента имеют разную длину. Длинная ножка — анод, короткая — катод.

Более сложные устройства, состоящие из нескольких полупроводников, могут обеспечить свечение разного цвета. Для управления работой предназначен микрочип, который определяет частоту мигания и очередность работы элемента.

SMD-светодиод имеет ряд отличий. Корпус предназначен для отвода тепла. Он имеет форму параллелепипеда, внутрь которого монтируется кристалл, соединенный с анодом контактным проводом. Конструкция закрыта сверху линзой. Наружные контакты — плоские.

COB-светодиоды состоят из подложки, выполненной из токопроводящего материала, на которой диэлектрическим клеем закреплены полупроводниковые элементы, объединенные по последовательно-параллельной схеме. Сверху нанесен слой люминофора. COB-элементы выдают стабильный поток света, но имеют меньший срок службы, чем другие типы светодиодов.

Светодиоды типа COG (Chip On Glass) являются продолжением развития COB-технологии. Главное различие — подложка выполняется из стекла. Таким образом изготавливается светодиодная нить, которая применяется в филаментных светильниках, имитирующих лампы накаливания.

Принцип работы элемента

Принцип работы светодиода не зависит от особенностей конструктивного исполнения. Заключается он в преобразовании потока электронов в излучение фотонов, которое происходит на кристалле. Он изготавливается из слоев полупроводников разного типа. При протекании тока между границами соприкосновения материалов происходит образование фотонов.

В полупроводнике n-типа преобладают электроны — отрицательно заряженные частицы. P-полупроводник имеет избыток дырок — положительно заряженных частиц. В полупроводниковой среде электроны могут двигаться в одном направлении — от p- к n-слою.

При подключении к источнику постоянного тока силы дырки из p-слоя и электроны из n-слоя перемещаются в p-n переходу. Здесь происходит рекомбинация частиц. Электроны переходят с высоких орбиталей на более низкие, что сопровождается освобождением энергии в виде потока фотонов.

Частота волны определяется веществом, из которого состоит p-n переход. Используя разные материалы, можно получать излучение разного цвета.

Почему светодиоды так популярны

Светодиоды обладают следующими преимуществами:

• низким энергопотреблением;
• механической прочностью;
• длительным сроком службы;
• небольшим размером;
• отсутствием инерции — световой поток сразу излучается на полную мощность;
• низкой стоимостью;
• разнообразием цветовой гаммы излучаемого света;
• незначительным нагревом в процессе работы;
• высокой безопасностью вследствие небольших значений силы и напряжения тока.

Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам и снижению стоимости, использование светодиодов активно растет.