Светодиод или LED (light emitting diode) — это
полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в
световое излучение. Светодиод состоит из полупроводникового кристалла на
подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Свечение
возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода.
В
светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы,
электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение.
Светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых областей применения. Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод. Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.
Светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1 А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).
При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя.
Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов.
Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения. Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания — этого-то как раз делать нельзя, — а так называемым методом широтноимпульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет.
Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.
Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5 — 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.
Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за
исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в
аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении
благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их
применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко
экономить электроэнергию и где высоки требования по
электробезопасности.
