go-to-topgo-to-top

Главная Статьи Анатомия светодиода
Анатомия светодиода PDF  

Светодиод - это полупроводник. Его принцип работы основан на явлении электролюминесценции-холодного свечения возникающего при протекании тока. Состав материалов светодиода, образующих p-n переход определяет тип излучения. Светодиоды, или светоизлучающие диоды (в английском варианте LED – light emitting diodes) хорошо известны каждому как миниатюрные индикаторы (обычно красного или зеленого цвета), применяемые в аудио– и видеоаппаратуре и в бытовой технике. Появившиеся в начале 1990-х годов яркие светодиоды (AlGaInP) красного, оранжевого и желтого свечения, и позднее синие, зеленые и белые светодиоды InGaN сделали реальной мечту об использовании светодиодов вместо лампочки Томаса Эдиссона.

Появилось много новых применений светодиодов, как высокоэффективных источников света: светофоры и активные дорожные знаки, автомобили, подсветка сотовых телефонов, световая реклама, полноцветные светодиодные дисплеи, архитектура и многое другое. Более того, сверхяркие светодиоды начали вытеснять обычные лампы накаливания и галогеновые лампы. В настоящее время белые светодиоды, используемые для задач освещения, по объему потребления превысили 50% от общего потребления ярких светодиодов.

Светодиодные светильники служат реальной альтернативой традиционным источникам света, так как они обладают уникальными технологическими преимуществами, и размер их составляет всего лишь несколько миллиметров.

К преимуществам светодиодов можно отнести: низкое энергопотребление - не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания; долгий срок службы - до 100 000 часов; высокий ресурс прочности - ударная и вибрационная устойчивость; чистота и разнообразие цветов, направленность излучения; - регулируемая интенсивность; низкое рабочее напряжение; экологическая и противопожарная безопасность.

Светодиоды не содержат в своем составе ртути и почти не нагреваются. В отличие от ламп накаливания светодиод излучает свет определенного цвета. Спектр цветов, которые может излучать светодиод, простирается от желтого, оранжевого и красного до зеленого и синего. Цвет излучения определяется используемыми полупроводниковыми материалами и легирующими примесями. В последнее время получили широкое распространение «белые светодиоды». Белый светодиод – на самом деле, своеобразный гибрид светодиода и люминесцентной лампы. Это монохроматический синий диод, покрытый слоем люминофора, который под действием синего излучения светодиода излучает цвет в широкой области спектра – от зеленого до красного.

При смешении с собственным излучением светодиода получается свет, который человеческим глазом воспринимается как весьма близкий к обычному дневному свету, иногда с небольшим смещением в сторону холодных тонов. Существует еще один способ получения белого светодиода. Цветные светодиодные светильники содержат в одном корпусе «вперемешку» красные, зеленые и синие кристаллы, что позволяет получить при смешении их излучения белый цвет и всю цветовую гамму.

Современные светодиоды характеризуются высокими техническими характеристиками: высокой яркостью (тысячи кандел на квадратный метр) и высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую (до единиц люмен на ватт); надежностью и большим сроком службы (до сотен тысяч часов). Вследствие этого они имеют обширные и многообразные области применения. 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. В 1997 году был изготовлен первый светодиод, дающий белый свет. В настоящее время инженер Фред Шуберт из Центра фотонных исследований при Бостонском университете (США) создал более эффективный и более яркий белый светодиод. В основе прибора лежит синий светодиод из соединений галлия и индия с азотом. Его свет, попадая на слой из алюминия, галлия, индия и фосфора, производит оранжевые лучи. Смесь синего и оранжевого света воспринимается человеческим глазом как белая. 

В настоящее время светодиоды (светодиодные светильники и подсветка) нашли применение в самых различных областях: светодиодные фонари, автомобильная светотехника, рекламные вывески, светодиодные панели и индикаторы, бегущие строки и светофоры и т.д. Так же, в последнее время набирает популярность светодизайн интерьеров с использованием светодиодных светильников.

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию и где высоки требования по электробезопасности.

Светодиоды не имеют никаких стеклянных колб и нитей накаливания, что обеспечивает высокую механическую прочность и надежность. Отсутствие разогрева и высоких напряжений гарантирует высокий уровень электро- и пожаробезопасности, а безынерционность делает светодиоды незаменимыми, когда требуется высокое быстродействие. Cверхминиатюрность и встроенное в светодиод светораспределение позволяют создавать плоские, компактные и удобные в установке осветительные приборы.


Процесс вторжения светодиодных технологий в "традиционное" освещение уже не только начался, но и активно развивается. Начался он с установок, где не требуется высокий уровень освещенности: дежурное и аварийное освещение, ночное интерьерное освещение, знаки и таблички, "маркировочное" освещение. Насыщенный цвет светодиодных "световых маркеров" позволяет использовать светодиоды для цветового зонирования пространства, создания цветовых акцентов.

Сочетание светопрозрачных конструкций (окна, стеновые панели, стеклянная мебель) с гибкими линейными светодиодными модулями позволяет создавать светящиеся и меняющие цвет формы. Применение сверхминиатюрных источников света позволяет создать "альтернативные" яркие световые образы для привычных предметов интерьера. С ростом световой отдачи и удешевлением приборов светодиодная "экспансия" распространяется не только на локальное, но и на общее освещение, в котором лидирующее положение пока занимают традиционные, галогенные лампы накаливания (жилые помещения) и люминесцентные лампы (офисные помещения).

Светодиоды как источник света применяются отдельно (в качестве точечной подсветки) или объединяются в модули самых различных форм и размеров: от линеек до кластеров, встраиваемых в светильники. Отдельное размещение светодиодов обусловлено их использованием в качестве миниатюрных источников света, чаще всего - в декоративных целях. Сейчас это и световое декорирование предметов интерьера - например мебели, зеркальных стен, подвесных потолков; архитектурных элементов из различных материалов, а также рекламной и сувенирной продукции. Отдельное размещение может играть также и глубоко функциональную роль (например, при внутренней подсветке информационных указателей).

Светодиодный кластер – источник света, представляющий собой компактный прибор с некоторым количеством светодиодов, помещенных в общий влагозащищенный корпус. Чем большее кол-во светодиодов входит в состав кластера, тем выше его сила света и стоимость. По форме кластеры бывают цилиндрические, прямоугольные и шестигранные. По количеству используемых светодиодов показатели могут варьироваться от 4 до 62. Кластеры могут быть одноцветными, двуцветными и полноцветными (RGB). Благодаря широкому спектру цветов, компактности и разнообразию модулей светодиоды дают возможность реализации множества оригинальных инновационных светотехнических решений в области дизайна. Компактные размеры светодиодных модулей обеспечивают монтаж в стесненных условиях. При этом монохроматическое излучение светодиодов способствует высокой насыщенности цвета.

Светодиодные модули- это выход из многих проблемных ситуаций, так или иначе связанных с компактностью, нестандартными формами осветительных установок и посадочной глубиной. Под каждую конкретную задачу, практически под любой элемент, требующий подсветки возможно изготовить модуль требуемой определенной формы и размеров, с определенным количеством и типом светодиодов, определенной конфигурацией их размещения на плате. И препятствием для художника по свету уже не станут архитектурные особенности объекта. Например, габариты светодиодной линейки позволяют встроить ее в любую конструкцию - от металлической трубы - поручня лестницы, до узкой потолочной ниши. А вот габариты лампы нужной мощности зачастую ставят дизайнера перед выбором: кардинально менять конструкцию и размеры подсвечиваемого элемента, или же отказаться от света вообще.

Многие предметы интерьера просто получают новую жизнь при грамотной подсветке. Очень эстетично выглядит такой вариант светового дизайна лестницы в стиле "техно": подсветка ступенек изнутри желтым цветом, поручни из хромированной трубы и исходящий изнутри этой трубы через овальные прорези насыщенный синий свет. В такой конструкции гораздо проще применить узкую линейку, нежели встраивать какой - бы ни было другой источник света, даже самый компактный. Кстати, в Европе обязательное условие при проектировании и строительстве лестниц - световая маркировка ступеней. Органично вытекающий вопрос замены перегоревших лапм в труднодоступных местах перестает быть проблемой при применении светодиодов: они просто не перегорают.


Игра света и цвета - наиболее эффективный способ создания живой и органичной среды в дизайне жилого пространства и архитектурной подсветке. Для получения цветного света применяются цветные лампы или светофильтры, пленочные и дихроичные. Однако, цветные лампы (а также дихроика) зачастую не обеспечивают нужной передачи цвета, его четкости и насыщенности, а пленочные светофильтры имеют особенность со временем выгорать или мутнеть. Светодиод благодаря насыщенности и четкости цвета решает и эти проблемы. Красный цвет у Вас окажется красным, а зеленый - зеленым. Вы не рискуете после установки светодиодного светильника получить алый или бледно-салатовый цвет вместо того, что замышлялось при проектировании. Цифровое же управление световыми установками на базе RGB-диодов позволяет получить до 16 миллионов различных оттенков.