Светоизлучающие диоды. В электронной, вычислительной и других областях техники, где тре­буются миниатюрные источники излучения невысокой яркости

В электронной, вычислительной и других областях техники, где тре­буются миниатюрные источники излучения невысокой яркости, находят применение светоизлучающие диоды. По принципу действия они аналогичны полупроводниковым прибо­рам с р-n переходом. Излучение возникает на переходе под действием приложенного постоянного напряжения в результате рекомбинации электронов и дырок, играющих роль положительно заряженных час­тиц. При рекомбинации, так же как в лампах дугового разряда, ис­пускаются фотоны. Спектр излучения определяется материалом полу­проводника и вводимыми примесями. Наиболее часто применяют арсенид галлия, который дает излучение с длиной волны 920 нм. В сочетании с люминофорами, называемыми антистоксовскими, которые преобразуют инфракрасное излучение в видимое, получают светоизлучающие диоды красного, зеленого и голубого цвета свечения. Светоизлучающие диоды имеют диаметр 3…7 мм, работают от источника по­стоянного тока. Световой поток светоизлучающих диодов очень мал, хотя световая отдача дости­гает очень высоких значений - нескольких сотен люменов на ватт.

Светодиод представляет собой твердый источник света, маленький кристалл, спрятанный в линзу, который излучает яркий свет при прохождении через него электрического тока. Свет от одного кристалла бывает только одной длины волны излучения, то есть одного единственного цвета. Кристалл прозрачный, поэтому определить цвет светодиода внешне невозможно (только если линза не подкрашена). Лишь белый светодиод в нерабочем состоянии можно выделить среди остальных по желтоватому цвету состава под линзой. Самый простой и недорогой способ получить белый цвет от светодиода - нанести люминофор на синий светодиод. Этот метод используется сегодня всеми производителями светодиодов и, к сожалению, еще не достиг своего совершенства. И производителям, и покупателям приходится делать выбраковку по цвету белых светодиодов. Проблема состоит в качестве и количестве наносимого люминофора. Так же как и в люминесцентных лампах, у белых светодиодов можно встретить теплый желтоватый оттенок, холодный голубоватый, а также уход в розовый спектр. Кроме того, повсеместное использование перспективных белых светодиодов пока осложняется их малой яркостью и высокой стоимостью.

Светодиод в отличие от лампы накаливания, например, не светит во все стороны. Кристалл, излучающий свет, облачен в линзу из оптической эпоксидной смолы. Именно линза организует поведение светового потока, направляя его в некоторый угол, в пределах которого мы видим яркий, бьющий в глаза свет. Это вовсе не означает, что за пределами этого угла мы не увидим ничего, однако свет не будет таким же ярким. При одинаковой мощности кристалла, свет, направляемый линзой в меньший угол значительно ярче, чем та же мощность, направленная в больший угол. Поэтому самые яркие светодиоды - светодиоды с узким углом излучения. Они засвечивают значительно более узкое пространство.

Светодиоды невозможно стряхнуть как обычную лампочку или повредить при перевозке. Со временем они не тускнеют и не становятся менее надежными. Светодиоды экологически безопасны, ни при их производстве, ни при их утилизации не выделяется вредных веществ. Но самое большое преимущество светодиодов, которое и дало толчок к активному использованию и развитию этих источников света - мизерное потребление электроэнергии.

Один из основных производителей светодиодов для освещения - фирма OSRAM, выпускает малогабаритные светодиоды типа LED. Конструктивно светодиод состоит из тонкопленочного синего кристалла, керамической несущей, для соединения с теплоотводом, и элементов, обеспечивающих надежную защиту от перенапряжения. Белое свечение организуется за счет преобразования цветов, основанного на методе покрытия кристалла люминофором. Крупными производителями светодиодов являются фирмы KINGBRIGHT и LUXEON. Выпускаемые светодиоды имеют модификации с оптическими устройствами и устройствами подключения к схеме управления.

В России производством полупроводниковых источников света занимается фирма BRILUX, выпуская источники света, содержащие несколько светодиодов

Для светодиодов основными светотехническими характеристиками являются яркость (мкКд), угол свечения, спектральные характеристики (для белых -цветовая температура (5500…6000 К), для цветных - длина волны). Более подробные характеристики - кривая силы света, спектральная плотность светового потока. Электрическими характеристиками являются мощность (мВт), потребляемый ток (10…100 мА), номинальное напряжение (1…3 В). Эксплуатационными характеристиками являются срок службы (50…100 тыс. часов), диапазон рабочих температур (-40…+70°С).