Что такое светодиоды

Что такое светодиоды
В последнее время ведется много разговоров о
светодиодах, постоянно появляются новости обо все
более мощных светодиодах, новых разработках и новых
товарах на основе светодиодов (стоит вспомнить хотя
бы новые ЖК-мониторы со светодиодной подсветкой от
компании Apple). Так что же такое светодиод?
Светодиод — это прибор на основе полупроводника, который излучает свет
при пропускании через него электрического тока. Существует большое
количество различных полупроводниковых материалов, из которых делают
светодиоды, причем характеристики светодиодов (цвет свечения, яркость
свечения и т.д.) зависят от химического состава данных материалов.
Разновидности светодиодов
Светодиоды разделяются на разные разновидности в зависимости от
размеров, количества кристаллов в одном корпусе, яркости, мощности, по
цвету излучения, а также другим параметрам.
Геометрические форма и размеры. Самыми популярными являются
светодиоды в цилиндрическом корпусе стандартизированных размеров:
3/5/10 мм в диаметре, реже 8 мм, хотя иногда встречаются и до 20 мм в
диаметре. Также существуют SMD-светодиоды, которые отличаются очень
компактным размером — до 2 х 2 мм, предназначены они для припаивания
прямо на плату и обычно используются для подсветки экранов. Существуют
также светодиоды выполненные в корпусах квадратной или прямоугольной
формы.
Количество кристаллов. В большинстве случаев, в корпусе одного
светодиода находится один полупроводниковый кристалл, однако бывают
случаи, в которых в корпус одного светодиода устанавливают больше одного
кристалла, например, многоцветные светодиоды
В случае необходимости сделать многоцветный светодиод, в корпусе
одного светодиода устанавливается более одного полупроводникового
кристалла, причем сами кристаллы сделаны из разных материалов и
соответственно излучают разные цвета: синий, зеленый, красный, желтый и
так далее. Двухцветные светодиоды чаще всего используют как индикаторы
(обычно красный/зеленый цвет), трехцветные светодиоды чаще всего
используют для подсветки дисплеев и постройки светодиодных экранов, так
как данные светодиоды могут отображать три базовых цвета
(синий/зеленый/красный), при смешивании которых можно получить всю
палитру цветов, необходимых для отображения фото- и видеоматериалов с
достаточным качеством. Четырехцветные светодиоды достаточно редкие и
содержат кристаллы для отображения, как видно из названия, четырех цветов
(синий/зеленый/красный/желтый) и применяются в основном для создания
белого света с высокими качественными характеристиками CRI (Color
rendering index).
Светодиоды повышенной мощности
Для повышения яркости (количества света) светодиода иногда в корпус
одного светодиода устанавливают несколько светоизлучающих кристаллов
одного цвета (обычно ставят четыре кристалла), чем кратно увеличивают
яркость светодиода. Это можно сравнить с четырёхъядерными процессорами.
Яркость. Из-за
большого
спектра
применения
светодиодов,
производители выпускают светодиоды с различной яркостью: от не очень
ярких для индикаторных целей до суперярких, в основном для подсветки
чего-то. На показатель яркости также влияет диаграмма направленности
светодиода, например, светодиод одной мощности с углом излучения в 20
градусов кажется более ярким, чем светодиод такой же мощности, но с более
широким углом излучения, например 140 градусов.
Мощность. Для разных целей производятся светодиоды различных
мощностей: от сотых долей ватта до серьезных 5 и более ватт на одном
кристалле. Типичные моддерские, так называемые «ультраяркие»,
светодиоды имеют мощность примерно в 60 мВт (примерно 1/16 Вт), и если
их использовать в подсветке корпуса среднего размера, то их может
понадобиться примерно от 15 до 25 штук. Среднестатистический
четырехкристальный суперяркий светодиод имеет мощность примерно в 240
мВт (1/4 Вт) и таких светодиодов для подсветки корпуса среднего размера
нужно примерно от 4 до 8 штук, в зависимости от прочих особенностей. К
классу супермощных светодиодов относятся светодиоды с мощностью от
одного ватта, что на первый взгляд вроде бы и не много, однако это только на
первый взгляд — такие светодиоды в среднем в 15-20 раз ярче, чем самые
распространенные светодиоды! Одним или двумя такими светодиодами
можно подсветить весь корпус!
Цвет. В зависимости от полупроводника, на основе которого выполнен
светодиод, отличается цвет, излучаемый светодиодом. В продаже чаще всего
можно встретить светодиоды таких цветов: красный, оранжевый, желтый,
зеленый, синий, фиолетовый, ультрафиолетовый. Светодиоды всех цветов
находят свое применение в моддинге, причем как для индикаторных целей,
так и для подсветки. Существуют также светодиоды, работающие в
инфракрасном диапазоне, но поскольку их излучение не видно
невооруженному глазу — их применение ограничено пультами ДУ и
видеокамерами ночного видения.
Особого
внимания
заслуживают
синие,
фиолетовые
и
ультрафиолетовые светодиоды — все они вызывают люминесценцию
(флюоресценцию) некоторых красителей, но в разной степени. Синие
светодиоды вызывают не очень яркую люминесценцию, а также немного
искажают ее цвет, задевая своим синим излучением. Фиолетовые светодиоды
напротив — выглядят тусклыми, но вызывают сильную люминесценцию,
обычно их продают под видом ультрафиолетовых светодиодов, но это не так.
Типичные характеристики светодиодов
Две главных характеристики светодиодов это напряжение и сила тока.
Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и
исключения, например четырехкристальные светодиоды обычно рассчитаны
на 80 мА, так как в одном корпусе светодиода содержатся четыре
полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА, в свою
очередь одноваттные светодиоды обычно потребляют 300-400 мА. Рабочее
напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из
которого он сделан, соответственно есть зависимость между цветом свечения
светодиода и его рабочим напряжением.
При использовании светодиодов лучше уточнить, сколько светодиоду
необходимо вольт у продавца или изготовителя, но когда эта информация
недоступна, можно воспользоваться следующей таблицей.
Таблица примерных напряжений светодиодов
в зависимости от цвета
Цветовая
характеристика
Инфракрасные
Красные
Оранжевые
Желтые
Зеленые
Синие
Фиолетовые
Ультрафиолетовые
Белые
Длина волны
от 760 нм
610 — 760 нм
590 — 610 нм
570 — 590 нм
500 — 570 нм
450 — 500 нм
400 — 450 нм
до 400 нм
Широкий спектр
Напряжение
до 1.9 В
от 1.6 до 2.03 В
от 2.03 до 2.1 В
от 2.1 до 2.2 В
от 2.2 до 3.5 В
от 2.5 до 3.7 В
2.8 до 4 В
от 3.1 до 4.4 В
от 3 до 3.7 В