Світлодіоди, принцип роботи, переваги та недоліки

Для формування таких областей чистий напівпровідник дозовано збагачується (легується) домішками інших (по відношенню до напівпровідника) хімічних елементів. Це формує в єдиному напівпровідниковому кристалі дві ділянки з різним типом провідності – з недоліком або надлишком носіїв негативного електричного заряду (електронів), відповідно, це області з провідністю p- і n-типів. (р – positive, позитивний, тобто з нестачею носіїв негативних зарядів, n – negative, негативний, тобто з надлишком носіїв негативних зарядів). Між областями виникає тонка межа, яка називається p-n переходом.

При проходженні електричного струму в p-n переході відбувається взаємодія різнойменних носіїв зарядів з вивільненням енергії у вигляді випромінювання. Якщо говорити точніше – відбувається випромінювальна рекомбінація носіїв зарядів за рахунок їх інжекції (збільшення концентрації) в область p-n переходу з допомогою енергії зовнішнього джерела. Говорячи спрощено – відбувається пряме перетворення енергії електричного струму в світло.

Світіння виникає не в повному обсязі напівпровідника, а тільки в тонкій граничної області – p-n переході. Випромінюється в p-n переході світло поширюється в кристалі напівпровідника однаково в усіх напрямках, тому перехід сформований так, щоб вивести з нього світло з найменшими втратами (зазвичай поблизу поверхні грані кристала).

Змінюючи хімічний склад напівпровідника і легуючі домішки, можна створити світлодіоди, що випромінюють світло від ультрафіолетової (UV, або УФ) до інфрачервоної (IR, або ІК) області спектра.

Випромінювання в світлодіоді виникає при переході між певними рівнями енергії в досить вузькому діапазоні. Ці рівні енергії визначаються хімічним складом і властивостями самого напівпровідника. Тому світло, що випромінюється світлодіодом, займає такий же вузький діапазон в спектрі. Іншими словами, світлодіод випромінює саме певний колір, на відміну від лампи розжарювання, що випромінює всі кольори спектра одночасно. Наприклад «червоний» світлодіод випромінює у вузькій частині спектру, відповідної червоному кольору.

Колір випромінювання світлодіода залежить від напівпровідникового матеріалу, з якого виготовлений його кристал, і в деякій мірі – від температури його p-n переходу.

Колір випромінювання світлодіода залежить від напівпровідникового матеріалу, з якого виготовлений його кристал, і в деякій мірі – від температури його p-n переходу.

Переваги та недоліки LED світильників.

• Набагато більш тривалий термін служби (100000 годин) в порівнянні зі світильниками, які працюють на лампах розжарювання (10000 годин);

• Економічність. Вони менше всіх інших типів ламп витрачають електроенергію.

• Створюють потужний світловий потік.

• Відносяться до типів екологічних приладів через відсутність в їх складі токсичних компонентів.

• Міцність. Завдяки надійному корпусу, розбити лампу не так-то просто.

• LED характеризується спектром освітлення, близьким до природного.

Єдиний недолік – дорога ціна.