Принцип світлодіодного освітлення

LED (світлодіод)це твердотільний напівпровідниковий пристрій, який може перетворювати електричну енергію у видиме світло. Він може безпосередньо перетворювати електроенергію в світло. Серцем світлодіода є напівпровідниковий чіп. Один кінець мікросхеми прикріплений до кронштейна, один кінець є негативним електродом, а інший кінець підключений до позитивного електрода джерела живлення, так що вся мікросхема залита в епоксидну смолу.

Напівпровідникова пластина складається з двох частин. Одна частина - це напівпровідник Р-типу, в якому переважають дірки, а інший кінець - напівпровідник N-типу, де в основному присутні електрони. Але коли ці два напівпровідники з'єднані, між ними утворюється P-N перехід. Коли струм діє на пластину через дріт, електрони будуть виштовхуватися в область P, де електрони рекомбінуватимуться з дірками, а потім енергія буде випромінюватися у вигляді фотонів. Це принцип випромінювання світлодіодів. Довжина хвилі світла, тобто колір світла, визначається матеріалом, з якого утворюється P-N-перехід.

Світлодіод може безпосередньо випромінювати червоне, жовте, синє, зелене, блакитне, оранжеве, фіолетове та біле світло.

Спочатку світлодіоди використовувалися як індикаторні джерела світла для приладів. Пізніше світлодіоди різних світлових кольорів широко використовувалися у світлофорах і екранах великої площі, що приносило хороші економічні та соціальні вигоди. Візьмемо для прикладу 12-дюймовий червоний світлофор. У Сполучених Штатах як джерело світла використовується довговічна візуально ефективна лампа розжарювання потужністю 140 Вт, яка випромінює 2000 люменів білого світла. Після проходження через червоний фільтр 90% світла втрачається, залишаючи лише 200 люменів червоного світла. У новій розробленій лампі Lumileds використовує 18 червоних світлодіодних джерел світла, які споживають загалом 14 Вт електроенергії, включаючи втрати в ланцюзі, для створення такого ж світлового ефекту. Автомобільні сигнальні вогні також є важливою сферою застосування світлодіодних джерел світла.

Для загального освітлення людям потрібні джерела білого світла. У 1998 році було успішно розроблено світлодіод, що випромінює біле світло. Цей тип світлодіодів виготовляється шляхом упаковки чіпів GaN та ітрій-алюмінієвого гранату (YAG). Чіп GaN випромінює синє світло (λp=465 нм, Wd=30 нм), а люмінофор YAG, що містить Ce3+, виготовлений шляхом високотемпературного спікання, випромінює жовте світло після збудження синім світлом з піковим значенням 550nLED лампа м. Синя світлодіодна підкладка встановлюється в чашоподібну відбиваючу порожнину та покривається тонким шаром смоли, змішаної з YAG, приблизно 200-500 нм. Частина синього світла, випромінюваного світлодіодною підкладкою, поглинається люмінофором, а інша частина синього світла змішується з жовтим світлом, випромінюваним люмінофором, для отримання білого світла.

Для білих світлодіодів InGaN/YAG шляхом зміни хімічного складу люмінофора YAG і регулювання товщини шару люмінофора можна отримати біле світло різних кольорів з колірною температурою 3500-10000K. Цей спосіб отримання білого світла через синій світлодіод має просту структуру, низьку вартість і високу технологічну зрілість, тому є найбільш використовуваним.