Led светодиод



Светодиод

Светодиодът или светоизлъчващият диод на английски: light-emitting diode, LED е полупроводников диод, който се състои от p-n преход, който излъчва некохерентна светлина в тесен спектър, когато през него протича електрически ток в права посока. Обикновено светодиодът съдържа един или няколко излъчващи светлина кристали, разположени в един корпус с леща, която формира светлинния поток.

Цветът на излъчване на светодиода се определя както от състава на използвания полупроводников материал, така и от легиращите примеси. Цветът често се дава в нанометри (nm), което е дължината на вълната на светлината. Светодиодите не са напълно монохроматични, а излъчват в тесен диапазон на спектъра.

Разработването на светодиоди исторически започва с червени и инфрачервени прибори, направени от GaAs. Постиженията в науката за материалите позволяват да се произвеждат прибори в по-късовълновия диапазон на спектъра, излъчващи светлина с различни цветове.

Конвенционалните светодиоди са направени от различни неорганични полупроводникови материали, произвеждащи следните цветове:

AlGaAs – червен, инфрачервен; AlGaP – зелен; AlGaInP – оранжево-червен, оранжев, жълт и зелен; GaAsP – червен, оранжево-червен, оранжев и жълт; GaP – червен, жълт, зелен; GaN – зелен, син и бял (с AlGaN-бариера); InGaN – близка УВ, синьо-зелен, син; SiC – син; Al2O3 – син; ZnSe – син; C – ултравиолет; AlN, AlGaN, AlGaInN – от близката до далечната ултравиолетова.

Съдържание

Първото известно съобщение за излъчване на светлина от твърдотелен диод е направено през 1907 г. от британския експериментатор Хенри Раунд от Marconi Company. Раунд пръв открива и описва електролуминесценцията, която той наблюдава, изучавайки преминаването на ток през двойка метал – силициев карбид (карборунд, SiC), и описва жълто, зелено и оранжево светене на катода.

Същите експерименти, независимо от Раунд, са повторени през 1923 г. от съветския физик О. В. Лосев, който, експериментирайки с изправителен контакт от карборунд и стоманен проводник, забелязва в точката на контактуване на двата разнородни материала слабо светение – електролуминесценция на полупроводниковия преход (по това време още не съществува понятието P-n преход). Лосев правилно оценява практическата значимост на откритието си, което позволява да се създават малогабаритни безвакуумни източници на светлина с много ниско захранващо напряжение (под 10 V) и с много голямо бързодействие. Той получва два патента (авторски свидетелства) за това откритие. Важното значение обаче на това наблюдение не е разбрано от научната общност и затова не е изследвано в течение на десетилетия.

През 1961 г. Робърт Байард и Хари Питман от компанията Texas Instruments откриват и патентоват технологията на инфрачервения светодиод.

Първият в света практически приложим светодиод, работещ в светлинния (червен) диапазон, е разработен от Ник Холоняк в Университет на Илинойс в Ърбана-Шампейн за компанията General Electric през 1962 г. Затова именно Холоняк се смята за „баща на съвременния светодиод“. Неговият бивш студент, Джордж Крафорд (M. George Craford), изобретява първия в света жълт светодиод и подобрява 10 пъти яркостта на червените и червено-оранжеви светодиоди през 1972 г. През 1976 г. Т. Пирсъл (T. Pearsall) създава първия в света високоефективен светодиод с висока яркост за използване в телекомуникациите, специално адаптиран за предаване на данни по оптични влакна.

Светодиодите остават много скъпи до 1968 г. (около $200 бройката) и практическото им използване е ограничено. Компанията Monsanto е първата, която организира масово производство на светодиоди, работещи в диапазона на видимата светлина и използвани в електронните индикатори. Компанията Hewlett Packard успява да използва тези светодиоди в своите първи масови джобни калкулатори.

В началото на 1990-те години Исама Акасаки, работещ заедно с Хироши Амано в университета на Нагоя, а също Судзи Накамура, работещ по това време като изследовател в японската корпорация Nichia Chemical Industries, успяват да изобретят евтин син светодиод. За откриването на евтиния син светодиод на тримата е присъдена Нобелова награда по физика през 2014 г. [1] [2] . Синият светодиод, в съчетание със зелен и червен, дава бяла светлина с висока енергийна ефективност, което позволява впоследствие да се създадат, освен всичко друго, светодиодни лампи и екрани със светодиодна подсветка.

Сини светодиоди Редактиране

Сините светодиоди за пръв път са произведени компанията RCA през 1972 година. SiC светодиодите са били първите, създадени с комерсиална цел и биват продадени в САЩ от Cree Inc. през 1989 година. Въпреки това, нито един от тези сини светодиоди не е бил много ярък.

Първият ярко светещ син светодиод е представен от Шуджи Накамура през 1994 г., който е базиран на галиево-индиева-калаена сплав (InGaN). През това време Исаму Акасаки и Кироши Амано работили по добиването на така важните зародишни образувания от галиев нитрит (GaN) в пристанищния град Нагоя. През 1995 г. Алберто Барбиери разучавал ефикасността и надеждността на ярко светещите диоди в лабораторията на университета Кардиф. Там той демонстрирал „прозрачния контакт“ на диода, използвайки индиевокалаен оксид (Indium tin oxide, ITO).

Бели светодиоди Редактиране

Съществуването на сините светодиоди и високата им ефективност бързо довеждат до създаването на първия бял светодиод със структурата YAG (Yttrium aluminium garnet). Бялата диодна светлина се получава, като върху синия светодиод се наложи жълто фосфорно покритие.

През 2001 и 2002 г. успешно е направена демонстрация на процесите на вграждане на галиево-нитридните светодиоди в силиций. През януари 2012 г. в Osram са представени мощните светодиоди, вградени в силициеви подложки, създадени за комерсиални цели.

Осветление Редактиране

Изобретяването на синия светодиод дава възможност за лесното и ефикасно генериране на бяла светлина. Чрез обвиването на синия светодиод с фосфорен материал, част от синята светлина може да бъде превърната в зелена, жълта и червена светлина. Тази смесица от цветни светлини се възприема от човека като бяла светлина и така може да бъде използвана като основно осветление. Първият бял диод е бил скъп и неефикасен, но въпреки това развитието на светодиодните технологии е довело до това, тяхната ефикасност и излъчването им на светлина да расте експоненциално с появяващи се двойни темпове на приблизително всеки 36 месеца, от 1960 г. насам. Тази тенденция се отдава на паралелното развитие и на други полупроводникови технологии, постижения в оптиката и материалните науки. Тази тенденция е наречена закон на Haitz (д-р Роналд Хайтс).

Като технология и като материали светодиодите напредват все повече. Излъчваната от тях светлина се изправя, като същевременно ефикастността и надеждността се запазват в приемливи граници. Изобретяването и развитието на мощните светещи в бяло светодиоди довежда до използването им като основно осветление и бавно измества обикновените лампи с нажежаваема жичка и луминесцентното осветление. Синият светодиод беше последното парче от пъзела за създаването на RGB (червено, зелено, синьо) светодиодите, които притежават гама от най-видимите цветове. Сега светодиодите могат да произвеждат над 300 lm/W, с живот до 100 000 часа.

Принципът на действие на светодиодите се основава на процесите на рекомбинация, протичащи при свързване на p-n преход в права посока.

Функцията APN може да конвертира абсорбираната светлинна енергия в свой пропорционален електрически ток. В точката, където P-N се пресичат, се излъчва светлина, когато електрическата енергия се прилага върху нея. Това явление основно е наречено електролуминесценция, която може да бъде определена като излъчване на светлина от полупроводника под влияние на електрическото поле. Носителите на заряд рекомбинират P-N кръстопътя, като електроните преминават от N-региона и се рекомбинират с действащите в P-регион дупки. Свободните електрони са в зона на проводимост на енергийните нива, докато дупките са във валентната енергийна лента. По този начин енергийните нива на дупките ще бъдат по-малко от енергийните нива на електроните. Една част от енергията трябва да бъде разсеяна в случай на рекомбиниране на електроните и дупките. Тази енергия се излъчва под формата на топлина и светлина.

Електроните разсейват енергията под формата на топлина за силициевите и германиевите диоди, но при полупроводниците от галиев арсенид фосфид (GaAsP) и галиев фосфид (GaP) електроните разсейват енергия чрез излъчване на фотони. Ако полупроводникът е полупрозрачен, той става източник на светлина в точката на пресичане P-N, като по този начин се превръща в диод, излъчващ светлина. Когато преходът е обърнат (N-P), то тогава от светодиода няма да бъде произведена никаква светлина, и дори е възможно той да бъде повреден.

Ефективност – светодиодите са значително по-ефективни в сравнение с лампите с нажежаема жичка. Ефективността на осветителните тела се означава чрез величината ефективност на преобразуване – количеството произведена светлина за всеки ват консумирана електрическа енергия (лумен на ват (lm/W)). [3] [4] Лампите с нажежена жичка разчитат на загряването на проводник, така че той да започне да излъчва светлина. По този начин около 90% от консумираната от тях енергия се отделя под формата на топлина. При светодиодите светлината се получава в резултат на движението на електрони през полупроводников материал. При този процес се отделя много малко количество топлина, поради което тяхната ефективност на преобразуване е много по-висока. [3]

Контрол върху фокуса – в зависимост от изработката на телата им при светодиодите може да се определя дали да излъчват светлина във всички посоки или да са концентрирани в една точка, докато луминесцентните лампи излъчват във всички посоки. [5]

Дълъг живот – в сравнение с обикновените лампи и луминесцентните светодиодното осветление има най-дълъг живот – около 50 000 часа [4] .

Отлично качество на цвета – в рамките на посочения от производителя гарантиран живот на продукта качеството на цвета остава постоянно

Без премигване – за разлика от луминесцентните лампи, светодиодните излъчват с еднакъв интензитет.

Мигновен старт – за разлика от луминесцентните, при светодиодите не е необходимо да се изчаква [3]

Без ултравиолетови лъчи – за разлика от луминесцентните лампи, светодиодите не излъчват UV лъчи, които са вредни за човека [6]

Не съдържат живак – за разлика от луминесцентните лампи не съдържат живак [6]

По-голяма електробезопасност – светодиодите работят във вериги с много ниско напрежение

Устойчиви на вибрации – могат да работят без проблем в такива условия, тъй като нямат жичка, която да се скъса, или тръба, която да се счупи

Устойчиви при ниски температури – светодиодите не само могат да работят успешно при ниски температури, но това даже увеличава техния живот [6]

Малки размери – дори големината на белия светодиод е няколко пъти по-малка от тази на конвенционалните крушки

По-голяма пожаробезопасност – поради това, че не отделят такова голямо количество топлина, се намалява и рискът от пожар

Екологично производство – съгласно проучване на OSRAM производството на светодиодни осветителни тела не ползва повече природни ресурси и енергия от производството на компактни луминисцентни лампи и е значително по-екологично от производството на лампите с нажежаема жичка.

Висока първоначална цена – основният недостатък на светодиодното осветление към момента е високата му покупна цена. Тези разходи се възвръщат многократно в по-продължителен период под формата на спестена енергия, но първоначалната инвестиция все още пречи на по-широкото разпространение

Чувствителност към висока температура – по-високите температури могат да увредят светодиода. Затова от една страна е необходима добра система, която да отвежда топлината, получена при самата работа на мощните светодиоди (т.нар. топлоотвеждащ радиатор). [7] [8] Също така е необходимо да се създаде подходяща защита от високи температури на външната среда. Toshiba е успяла да произведе светодиод, който може да работи от -40 до 100 °C, поради което то може да се използва както за външни, така и за вътрешни осветителни решения. [9]

Чувствителни към промяна на напрежението – съгласно закона на Ом силата на тока I е правопропорционална на приложеното електрическо напрежение U и обратно пропорционална на съпротивлението на проводника R. Поради това малка промяна в напрежението в системата води до голяма промяна в силата на тока. Излъчването на светлина от светодиода е право пропорционално на силата тока. Ако силата на тока надвиши границите, препоръчани от производителя, това може да доведе до увреждане на светодиода и до скъсяване на неговия живот. [10]

Цветът на светодиодите се определя от вида на материалите, от които са направени.

Led светодиод

Прожектор във формата на химикалка. Захранване с 2 батерии тип AAA R03. Диаметър 12mm, дължина 140mm. Лампа 2.2V с лупа. Подходящ за рекламен надпис.

Метален прожектор с крушка с резба E10 4.8V. Захранване с 4 батерии R20/D. Дължина 305mm, диаметър на рефлектора 80mm.

Специални оферти

Нови продукти

Най-продавани

Метален акумулаторен прожектор с 3W LED светодиод и регулировка на фокуса. Комплект с 1 батерия LI-ION 3, 7V 3000mAh 18650. Дължина 155mm, диаметър 26-35mm. 3 светлинни режима — нормален, 50% и мигащ.

Фенер за глава YJ-1837 с 12 бели светодиода и 2 режима на светене. Вградена акумулаторна батерия. Зареждане от 220VAC.

Метален прожектор с 1 бял светодиод с лупа и регулировка на фокуса. Захранване с 3 батерии 1.5V R03/AAA. Дължина 98-105mm, диаметър 27mm, рефлектор 35mm. Без батерии в комплекта. Различни цветове.

USB 2.0 FLASH DRIVE флаш памет TEAM GROUP T-181 32GB. Различни цветове.

Промоции

USB 2.0 FLASH DRIVE MAXELL MESSENGER 32GB.

Флаш памет 2GB 2.0 с USB и micro USB букси. FLASH DRIVE. Различни цветове .

Тонколона WS887 с BLUETOOTH, FM цифров тунер и микрофон. Възпроизвежда MP3 файлове от micro SD TF CARD и от FLASH. Вградена Li-ion акумулаторна батерия. Зареждане през USB слот 5V за около 2 часа. Размери 65x71mm. Различни цветове.

Акумулаторен, соларен, светодиоден LED COB прожектор JY-819 с 2 режима на светлина. Възможност за зареждане от слънчева светлина или от USB порт на компютър. Размери 170x130x50.

Led светодиод

Для конструирования светодиодных светильников постоянно требуются источники питания — драйвера. При большом объеме вполне можно наладить сборку драйверов самостоятельно, но себестоимость таких драйверов получается не такой уж и низкой, а изготовление и пайка двухсторонних печатных плат с SMD-компонентами — процесс в домашних условиях довольно трудоемкий.

Я решил обойтись готовым драйвером. Нужен был недорогой драйвер без корпуса, желательно с возможностью настройки тока и диммированием.

Выбор пал на китайского производителя QIHANGвыпускающего широкий спектр данной продукции.

Где и как купить можно прочитать в моей статье на профильном блоге mysku.ru. Скажу только, что мне 20Вт драйвера на 6-10 светодиодов 600мА обошлись примерно по $2.5

Характеристики драйвера

• Артикул: QH-20WLP6

10X3W
Входное напряжение: AC 85

277V
Выходное напряжение: DC 18

35V