Принцип роботи світлодіодної лампи

Світлодіод (світлодіод) — це твердотільний напівпровідниковий прилад, який може перетворювати електричну енергію у видиме світло. Він може безпосередньо перетворювати електрику на світло. Серцем світлодіода є напівпровідниковий чіп. Один кінець чіпа прикріплений до кронштейна, один кінець — негативний полюс, а інший кінець — до позитивного полюса джерела живлення, таким чином, весь чіп інкапсульований епоксидною смолою.

Напівпровідниковий чіп складається з двох частин. Одна частина – це напівпровідник P-типу, в якому домінують дірки, а інший кінець – напівпровідник N-типу, в якому домінують електрони. Але коли ці два напівпровідники з'єднані, між ними утворюється PN-перехід. Коли струм діє на чіп через дріт, електрони виштовхуються в область P, де рекомбінуються з дірками, а потім випромінюють енергію у вигляді фотонів. Це принцип випромінювання світлодіодів. Довжина хвилі світла, тобто колір світла, визначається матеріалом, з якого утворено PN-перехід.

Світлодіод може безпосередньо випромінювати червоне, жовте, синє, зелене, зелений, помаранчеве, фіолетове та біле світло.

Спочатку світлодіоди використовувалися як джерело світла індикаторних приладів та вимірювальних приладів. Пізніше різні світлодіоди світлого кольору широко використовувалися у світлофорах та дисплеях великої площі, що приносило позитивні економічні та соціальні переваги. Візьмемо, наприклад, 12-дюймову червону лампу світлофора. У Сполучених Штатах як джерело світла спочатку використовувалася 140-ватна лампа розжарювання з тривалим терміном служби та низькою світловою ефективністю, яка виробляла 2000 люменів білого світла. Після проходження через червоний фільтр втрати світла становлять 90%, залишаючи лише 200 люменів червоного світла. У нещодавно розробленій лампі Lumileds використовує 18 червоних світлодіодних джерел світла, включаючи втрати в ланцюзі. Загальне споживання енергії становить 14 Вт, що може створювати такий самий світловий ефект. Автомобільні сигнальні лампи також є важливою сферою застосування світлодіодних джерел світла.

Для загального освітлення людям потрібно більше джерел білого світла. У 1998 році був успішно розроблений білий світлодіод. Цей світлодіод виготовлений шляхом поєднання кристала GaN та ітрій-алюмінієвого граната (YAG). Кристал GaN випромінює синє світло (λP=465 нм, Wd=30 нм), а люмінофор YAG, що містить Ce3+, спечений при високій температурі, випромінює жовте світло після збудження цим синім світлом з піковим значенням світлодіодної лампи 550 нм/м. Підкладка синього світлодіода встановлена ​​в чашоподібному резонаторі для відбиття, покритому тонким шаром смоли, змішаної з YAG, приблизно 200-500 нм. Синє світло від підкладки світлодіода частково поглинається люмінофором, а інша частина синього світла змішується з жовтим світлом від люмінофора для отримання білого світла.

Для білого світлодіода InGaN/YAG, змінюючи хімічний склад люмінофора YAG та регулюючи товщину шару люмінофора, можна отримати різноманітне біле світло з колірною температурою 3500-10000K. Цей метод отримання білого світла за допомогою синього світлодіода має просту структуру, низьку вартість та високу технологічну зрілість, тому він широко використовується.