Почему у диодов разный цвет



За счет чего светодиоды меняют цвет?

Почему светодиоды, при изменении напряжения, меняют цвет?

Чтобы разобраться, за счет чего, в результате каких факторов внешнего и внутреннего воздействия, светодиоды меняют цвет, необходимо разобраться с общим устройством этого полупроводникового прибора. Оказывается, что изменение цветового спектра при свечении светодиода, независимо от типа и конструкции, происходит в результате изменения параметров напряжения. Оказывается, что под таким воздействием даже самый обыкновенный светодиод (например, оранжевый) изменит цвет по мере увеличения напряжения в сети. Сначала это будет желтый, затем светло-зеленый тон, а далее диод попросту перегорит.

Общий принцип явления

Внутреннее устройство любого полупроводникового диода (и светодиода, в том числе) – это два полупроводника, которые имеют разный уровень проводимости. В первом, электрический ток проходит за счет известного физического явления, обеспечивающего перемещение так называемых «свободных» электронов, а во втором – благодаря перемещению «дырок». Это места, где отсутствуют сами электроны.

На участке цепи, где обеспечено последовательное или параллельное соединение полупроводников, постоянно протекает процесс, называющийся рекомбинация. Электрон занимает положение «дырки», в результате, атом становится нейтральным. И вот в этот самый момент фиксируется излучение фотонов.

Эта излучаемая энергия, это не что иное, как цвет. Он может изменяться с учетом влияния следующих основных факторов:

1. Тип полупроводника, из которого светодиоды сделаны.
2. Какой вид примесей используется в месте контакта полупроводников.
3. Размер запретной зоны по ширине, место, где протекает процесс рекомбинации.
4. Параметры, величины, влияющие на проявление силы тока на данном участке электрической цепи.

Проще всего воздействовать на светодиод, добиваясь изменения цвета, регулируя величину электрического тока. Добиваются этого путем перемены параметров напряжения. В соответствии с законом Ома увеличение напряжения в цепи приводит к пропорциональному увеличению силы тока. Соответственно, в этот момент энергия фотона будет увеличиваться. Результатом будет перемещение цвета по направлению к холодной, синей части спектра.

Основные принципы формирования цвета с использованием светодиодов

Полезно будет вспомнить, что любой цвет и оттенок, формируется за счет трех основных цветов:

Комбинируя параметры этих трех цветов можно легко получать практически любые оттенки. Главное – правильно подбирать пропорции.

Исходя из этого параметра, чтобы любой световой прибор имел возможность менять цвета и оттенки, он должен иметь не менее трех источников света. Фактически, так оно и есть. Любой RGB-светодиод, это не что иное, как три излучающих кристалла, заключенных в едином корпусе.

Управление и контроль работы такого светодиода осуществляется за счет использования контроллера. Каждый светодиод, меняющий цвет, оснащен таким контроллером. Это устройство управляет каждым отдельным цветом.

Характерные особенности световых эффектов

Выясняя, как за счет рекомбинации дырок и электронов появляется неодинаковое излучение света, в результате чего светодиоды меняют цвет. Это излучение специалисты характеризуют параметрами квантового выхода. Эта величина получается в результате формирования определенного количества выделенных световых фантов.

• Внутренний. Находится внутри полупроводникового перехода.
• Внешний. Его место – непосредственно конструкция самого светодиода.

В первом случае теоретически можно обеспечить квантовый выход в параметрах, близких к 100% показателям. Но при одном условии – потребуется создавать экстремально высокие (для данного диода) токи и обеспечить эффективный отвод тепла.

Второй уровень предусматривает рассеивание части света внутри самого источника. Это свечение в основном поглощается элементами конструкции осветительного устройства, в результате снижается общая эффективность излучения.

RGBW светодиоды

Мы уже отмечали, что для формирования идеально белого цвета, необходимо обеспечить эффективную работу каждого RGB-светодиода, для чего максимально точно отбалансировать яркость свечения по каждому отдельному кристаллу. На практике это сделать достаточно сложно, поэтому, чтобы решить задачу кратчайшим путем, следует дополнить устройство диода кристаллом четвертого свечения. То есть, к красному, синему и зеленому кристаллам, являющимися обязательными компонентами современного диода, добавляется еще один кристалл – белый.

Подведем итог

Очевидно, что в конструкции современного светодиода имеются элементы, позволяющие при определенных условиях менять цвет. Основная причина этого – поведение контроллера, который под воздействием меняющегося напряжения передает соответствующие команды на RGB-светодиод.

Источник

Напряжение, ток и типы светодиодов, от чего зависит их цвет

Про светодиоды, которые ворвались в нашу жизнь написано много. Но какое правильное и безопасное напряжение для светодиодов и ток, какие бывают их типы, и собственно, от чего зависит их цвет? Давайте попробуем в этом разобраться, чтобы правильно и грамотно их использовать.

Из существующих типов светодиодов, это традиционные неорганические в традиционной форме диода, которая была доступна с 1960 года. Он изготовлен из наиболее широко используемых полупроводниковых соединений, таких как алюминиевый арсенид галлия, арсенида фосфида галлия, и многих других. Используются как панели индикаторов, одноцветные 5 мм, светодиоды для поверхностного монтажа, и даже двухцветные и многоцветные светодиоды, мигающие, буквенно-цифровые светодиодные дисплеи.

Органические светодиоды -типа светодиодных дисплеев на основе органических материалов, которые изготовлены в виде листов и обеспечивают диффузный свет. Обычно изготовляются с использованием очень тонкой пленки органического материала, которая размещена на подложке из стекла. Электрические заряды от электронных схем, заставляют их светиться.

Светодиоды высокой яркости (HBLEDs), являются своего рода неорганическими светодиодами, которые начинают использоваться для освещения с большой светоотдачей. Ввиду их нагрева от значительных мощностей они должны быть установлены на радиаторах для удаления нежелательного тепла.

Из них уже изготовляют компактные люминесцентные лампочки и лампы. HBLEDs имеют больший уровень эффективности и более длительный срок службы, особенно когда они включаются, и выключаются много раз. Вообще, в мире выпускается более 30 миллиардов различных светодиодов, и их потребление растет семимильными шагами, поэтому всегда можно приобрести вот здесь светодиодные лампы оптом здесь — led-st.ru, и в розницу.

Полупроводниковые соединения в светодиодах классифицируют по валентности. Для арсенида галлия- галлий имеет валентность три, мышьяк валентность пять, их относят к называемой группе III-V полупроводниковых материалов. Диод излучает свет, когда его переход смещен в прямом направлении. При подаче напряжения на переход протекает ток, в результате рекомбинации возникают световые фотоны.

Было обнаружено, что большинство света возникает на площади перехода ближе к P-зоне, что отражено в конструкции светодиодов, направленной на минимум внутреннего поглощения. Цвет свечения во многом связан с конструкцией и типом используемых полупроводниковых материалов и приложенным напряжением. Чистый арсенид галлия высвобождает энергию в инфракрасной части спектра. Для светового излучения в видимом красном конце спектра алюминий арсенида галлия (AlGaAs). Добавление в полупроводник фосфора также может дать красный свет. Для других цветов используются другие материалы. Так фиолетовый цвет (длина волны 400-400-450 нм) получают с использованием в светодиоде индия нитрида галлия (InGaN) при напряжении 2,8-4,0 В, синий (450-500 нм) – с использованием такого же материала и добавлением карбида кремния (SiC) с напряжением 2,5-3,7 В, синий (500-570 нм) -фосфида галлия (GaP), алюминиевого фосфида индия галлия (AlGaInP), алюминиевого фосфида галлия (AlGaP) при напряжении 1,9-4,0 В (на графиках по горизонтали напряжение на переходе, по вертикали- рабочий ток, каждому графику соответствует цвет).

Светодиоды должны включаться с использованием ограничивающего ток через него резистора. Резистор должен быть рассчитан на требуемый уровень тока по закону Ома. Для многих светодиодов рабочий ток составляет около 20 мА, при меньшем токе свет будет тусклее. При большем токе светодиод сразу или быстрее выйдет из строя. При расчете тока учитывают напряжение на светодиоде – в прямосмещенном состоянии оно составляет чуть более вольта, хотя точное напряжение зависит от диода и, в частности его цвета.

Обычно красный светодиод имеет прямое напряжение чуть менее 2 вольт, и около 2,5 вольт для зеленого или желтого цвета. Светодиоды чаще всего бывают на рабочее напряжение 3 В и 12 В, но есть и на другие напряжения. О напряжении светодиода всегда говорит продавец.

При прикладывании напряжения обратной полярности, светодиод часто пробивается и выходит из строя. Поэтому защитить его от этого можно обычным дополнительным диодом, или специальной простейшей схемой. Либо надо просто быть внимательным при подключении светодиода, сохраняя его полярность, узнав о ней у продавца или в характеристиках. На схеме, к верхнему выводу прикладывается «+» питания.

Первый зарегистрированный эффект свечения светодиода был зафиксирован еще в начале ХХ века. В 1907 г. британский инженер по имени HJ Round, работавший у Маркони, провел некоторые эксперименты с использованием кристаллических детекторов, и в итоге получил их свечение. Результаты исследований он опубликовал в 1907 году в журнале Electrical World. Дальнейшие успехи были связаны с теоретическими и практическими исследованиями русского инженера, работавшего в медуниверситете, выходца из дворян Олега Владимировича Лосева. Он обнаружил, и исследовал излучение света от выпрямителя из оксида цинка и кристаллов карбида кремния. В результате своих наблюдений и исследований, Лосев опубликован ряд работ в технической прессе в период между 1924 и 1930 годами в СССР, а затем в других британских и немецких изданиях. С развитием материаловедения идея светового излучения диодов всплыла в 1951 году. В середине 1960-х. с использованием галлия, мышьяка и фосфора получили светодиоды, включая и красное свечение, но с эффективностью произвело на красный свет, и хотя эффективность устройства была низкой (обычно около 1 — 10 mcd при токе 20 мА), и они начали широко использоваться в качестве индикаторов на оборудовании. И пошло, и поехало, например, светодиодные ленты на каждом шагу на улицах, в магазинах, офисах и жилых домах.

Светодиоды дают полет мысли для самого разнообразного их применения. Так например, если дома есть старые неиспользуемые мобильные телефоны с устаревшими блоками питания для них, то всегда можно самому сделать, например, светодиодную подсветку — ночник из зарядного устройства.

Так мы кратко узнали, какое напряжение, ток и типы светодиодов, от чего зависит их цвет.

Источник

Почему светодиод светится разными цветами?

От чего зависит цвет светодиода? Может от цвета пластиковой оболочки? А как тогда обстоят дела с SMD светодиодами, у которых кристалл можно увидеть невооруженным глазом и там уж точно никакой цветной оболочки нет. Давайте же узнаем, почему светодиод светится разными цветами и от чего это зависит?

Начнем с самого простого варианта . Различный цвет свечения светодиода можно получить, просто окрасив его оболочку в тот или иной цвет. Такие светодиоды встречаются довольно часто, а в их основе находиться обычный белый светодиод . Таким нехитрым образом можно получить самые разные цвета свечения.

Кстати , устройство обычного белого светодиода не такое уж и простое. В основе таких диодов находиться бирюзовые или ультрафиолетовые светодиоды , в которых для белого свечения применяют специальный состав — люминофор .

Из чего состоят кристаллы?

А как быть со светодиодами, у которых прозрачная оболочка, или же с SMD светодиодами? В таких светодиодах применяются особые материалы для создания светоизлучающего кристалла.

Наиболее распространенным материалом для производства кристаллов являются различные соединения Галлия . В основном используются соединения Галлий Фосфида трехвалентного, в которые добавляют различные примеси. С помощью этих соединений получают светодиоды со свечением красного, оранжевого желтого и зеленого цвета. Но из текста мало понятно, давайте рассмотрим графические материалы.

Как видим, для обеспечения определенного свечения светодиодов используются различные соединения химических материалов. Обратите внимание, некоторые соединения применяются в светодиодах с различным цветом светимости. Это означает, что в таких светодиодах материал-основа дополнительно обрабатывается различными химическими соединениями.

Цвет получаемый совмещением.

Несколько иначе обстоят дела с инфракрасными и ультрафиолетовыми диодами, так как они излучают свет соответственно в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах. А вот бирюзовый светодиод состоит из двух светодиодных кристаллов — синего и красного, которые вместе дают такой цвет.

Кстати, двух и трехцветные светодиоды довольно распространены. Зачем изобретать новые материалы дающие определенное свечение, если можно просто подобрать несколько цветных диодов, дающих нужный цвет и объединить их в одном корпусе! Таким образом устроены RGB светодиоды . Вот только в них применяется сразу три светодиодных кристалла — красный, синий и зеленый соответственно.

Теперь вы знаете, почему светодиоды могут давать различное свечение. Как видим, все довольно просто — есть несколько основных видов светодиодов, которые дают основные цвета, а уже с их помощью различных комбинаций этих кристаллов можно получить новый, определенный цвет свечения.

Источник

Свежие записи

Свежие комментарии

• Анастасия Хныкина к записи Как скомбинировать обои при оформлении интерьера любого стиля в 2021 году
• Елена к записи Как скомбинировать обои при оформлении интерьера любого стиля в 2021 году

Сравнение светодиодов: виды, типы, классификация, характеристики и назначение

Современный рынок осветительных приборов в значительной степени состоит из светодиодных светильников, являющихся устройствами нового поколения. Они активно применяются в качестве источников света как для городского и домашнего освещения, так и для подсветки матриц различных технических устройств. Светодиодные чипы крайне разнообразны по габаритам, функциональным и техническим характеристикам, энергоэффективности и области применения. Проведя их сравнение, можно с лёгкостью выбрать подходящий прибор в 2020 году.

Устройство и принцип работы светодиодов

Светодиодом называется прибор-полупроводник, способный преобразовывать электрический ток в видимое световое излучение. Часто применяемое обозначение светодиода ЛЕД является абберевиатурой light-emitting diode – светоизлучающий диод.

В отличие от ламп, излучение которых лежит в широком спектре, кристалл светодиода по внешнему полю излучает конкретный цвет. Диапазон освещения определяется химическими особенностями полупроводников, используемых в каждом случае.

Все модели светодиодов содержат следующие элементы:

• катод, отвечающий за подачу отрицательной части волны постоянного тока на полупроводниковый кристалл;
• анод, осуществляющий подачу положительной части волны на кристалл;
• рассеиватель, увеличивающий угол свечения;
• рефлектор, который отражает световой поток на рассеиватель;
• кристалл или чип полупроводника, осуществляющий излучение светового потока, используя p-n переход.

• Устройство светодиода

Конструкция диода включает два полупроводника, легированных разными примесями. Один из них содержит свободные электроны, а второй – отверстия (дырки). Это обеспечивает p-n переход между полупроводниками, когда электроны переходят от донора к реципиенту, занимая свободные отверстия и выделяя фотоны. Данная реакция возможна при наличии источника постоянного тока. На практике применяются гетероструктуры – многослойные полупроводники, имеющие самый маленький вес.

Зная, какие бывают светодиоды по мощности и по внешнему виду, можно выбрать прибор для разных случаев. Они делятся на две большие группы:

1. Индикаторные. Маленькие светодиоды относительно небольшой мощности с умеренной яркостью. Применяются для цветовой индикации, при подсветке приборных панелей и прочего.
2. Осветительные. Их мощность может доходить до нескольких десятков Ватт, за счёт чего достигается свечение высокой интенсивности. Используются в составе светодиодных лент и ламп для освещения помещений, в фарах и иных приборах.

Основные параметры светодиодов

Перед тем, как рассматривать особенности существующих конструкций, следует ознакомиться с основными характеристиками приборов:

1. Светоотдача, или эффективность (Лм/Вт). Является отношением светового потока к используемой мощности. Эта величина высчитывается перед тем, как определить применимость диодов для различных осветительных систем. Модели 2020 года обладают показателями 120-140 Лм/Вт, то есть в несколько раз больше, чем у ламп накаливания.
2. Цветовая температура (Кельвины). Применяется в следующих диапазонах:

• 2500-3000 К – тёплый белый свет (WW);
• 4000-5000 К – нейтральный белый свет (NW);
• 6500-95000 К – холодный белый свет (CW).

Обратите внимание! Нейтральный свет диодов считается оптимальным для офисной работы, так как подсвечиваемые предметы имеют наибольшую чёткость.

Также выделяют цветные (синий, красный, жёлтый, зелёный) и RGB световые диоды.

3. Мощность светодиода (Вт, мА). Необходима для выбора подходящего источника питания. Диоды бывают:

• малой мощности – менее 0,5 Вт (20-60 мА);
• средней мощности – от 0,5 до 3 Вт (100-700 мА);
• большой мощности – более чем 3 ватта (от 1000 мА).

Обратите внимание! Чтобы продлить срок службы блока питания, его необходимо выбирать с запасом в 15-20%, превышающим реальную мощность светодиода.

4. Угол свечения (градусы). Обычно составляет 120-140 о , для индикаторных – 15-45 о .

5. Ресурс, или деградация (часы). Определяет длительность эксплуатации. На ресурс влияют:

• токовая деградация, когда через световые диоды пропускается избыточная сила тока;
• температурная деградация, возникающая при некачественном отводе электронной энергии.

Обратите внимание! Чтобы лучшие светодиоды прослужили заявленное количество часов, температура в точке пайки должна быть не более 65 о С.

Индикаторные светодиоды

Индикаторные светодиодные чипы наиболее распространены. Применяются для различной подсветки и индикации, от фонарей и светофоров до бытовой техники. Современные модификации обладают большой силой света, хотя это достаточно маломощные светодиоды.

Функцию отражателей, концентрирующих световой поток, выполняют стенки и опорная пластина. Приборы имеют прямоугольные торцы с диаметром 3-10 мм и выпуклые линзы. Для них требуется источник питания в 2,5-5 В (предел по току – 20-25 мА), а если используется интегрированный резистор – 12 В. Угол свечения бывает либо широким (110-140 о ), либо узким (15-45 о ). Светоотдача белых светодиодов находится на уровне 3-5 Лм.

• Строение индикаторного светодиода

Индикаторный диод обладает следующими преимуществами:

• небольшая стоимость;
• безопасные токи и напряжение светодиодов;
• высокий уровень защиты от внешних воздействий;
• небольшое потребление энергии с низкой теплоотдачей, позволяющей устройствам работать продолжительное время без охлаждающих радиаторов.

Среди индикаторных выделяют следующие типы светодиодов:

Наиболее технологичной и популярной является группа SMD светодиодов.

Сравнение SMD светодиодов

Применение SMD диодов повсеместно. Эти относительно маломощные светодиоды являются основой лампочек общего освещения, индикаторных панелей и систем аварийного освещения. Наибольшей популярностью пользуются светодиодные ленты на СМД диодах. Существуют и их вариации в виде модулей и линеек, где используются планарные светодиоды.

Определить тип и размер корпусов SMD диодов можно по маркировке, цифры которой обозначают ширину и длину. Новые модификации конструируются на группах, состоящих из четырёх равных по мощности светодиодов разных цветов – «G+R+W+B». Это увеличивает светоотдачу и расширяет световые оттенки, поэтому такой тип светодиодов самый яркий.

Классификация светодиодов по типоразмерам следующая:

Таблица включает усреднённые технические характеристики, которые показывают лучшие светодиоды с белым светом. Самые мощные лампы холодного и тёплого белого света обладают меньшим световым потоком и, имея равную яркость светодиодов, дают лучшее освещение, чем цветные.

Обратите внимание! Светоотдача тёплых тонов может быть на 10% меньше той, что отражают маркировка и характеристики, а холодных – на 10% больше, поэтому они самые энергоэффективные.

Реальные технические характеристики и качество светодиодов в значительной степени определяет марка светодиодов, причём колебания могут доходить до 15%. Качественные светодиоды выпускают крупные японские, европейские и китайские бренды. Бюджетные же устройства неизвестных китайских производителей, занесённые в каталог, обычно очень слабые, и вместо заявленных 0,5 Ватт могут выдавать 0,15 или даже 0,09.

Такие низкие показатели мощности объясняются тем, что внутри корпуса смонтирован кристалл меньшего размера. Это характерно для низкокачественной китайской продукции. Поэтому, самостоятельно проектируя источник питания, стоит стремиться к реальным показателям тока в нагрузке, равным около 95% от заявленного. При небольшой недогрузке можно увеличить рабочий ресурс даже для устройств, где используются не самые лучшие светодиоды.

Осветительные светодиоды

Выбирая, какие светодиоды самые яркие, стоит остановиться на осветительных. Это сверхмощные светодиоды с высокой интенсивностью излучения. Выпускаются исключительно в белом цвете, тёплом и холодном, корпус предназначен для поверхностного монтажа. Используются в лампах и светодиодных лентах, фарах, фонарях и прочем, где необходимы мощные сверхъяркие светодиоды.

Не существует естественных кристаллов, излучающих белый свет. Поэтому, чтобы создать светодиоды белого свечения, используются различные технологии, основанные на смешивании трёх основных цветов (RGB). Цветовая температура определяется способом их сочетания. Популярным методом является покрытие кристалла слоями люминофора, каждый из которых отвечает за один из трёх базовых цветов. Другой способ заключается в нанесении пары слоёв люминофора на голубой кристалл.

Можно выделить следующие преимущества осветительных диодов:

• различное цветовое свечение;
• возможность выбора световой температуры;
• энергосбережение, сокращающее расходы электричества;
• малый коэффициент пульсации;
• разнообразная рассеиваемая мощность.

• Строение осветительного светодиода

Среди осветительных выделяются следующие виды светодиодов:

Обратите внимание! Спектр свечения Filament намного приятнее для человеческого глаза, чем виды SMD и COB, и схож со светом ламп накаливания.

Типы светодиодов: особенности

Решая, какие светодиоды лучше для освещения, стоит учесть, что по величине светового потока сверхъяркий PCB Star лидирует, хоть и является разновидностью SMD диодов. Разница заключается в том, что он является точечным мощным источником света, а не совокупностью кристаллов, что упрощает фокусировку. По этой причине эти мощные сверхъяркие светодиоды удобно применять для фонаря.

Наиболее универсальными являются SMD светодиоды. Можно выделить следующие преимущества этого типа:

• высокая энергоэффективность;
• прочный полимерный корпус;
• средняя стоимость;
• ремонтопригодность;
• длительный период эксплуатации;
• хороший показатель охлаждаемости за счёт применения радиатора.

Данные светодиоды повышенной яркости имеют и недостатки:

• меньшая эффективная освещённость, чем у Filament;
• неравномерное распределение светового потока в различных направлениях;
• бьющий направленный свет.

Филаментные приборы являются более технологичными. Такая модель представляет собой стеклянную полоску, металлизированную с обеих сторон, за счёт чего подаётся питание. Сверху на полоску приклеено некоторое количество светодиодов, покрытое люминофором. Полоски, несущие мощные светодиоды, помещаются в стеклянную колбу, имеющую вид привычной лампочки с гелием. По сути филаментная лампочка является COB диодом, помещённым в газовую среду.

К преимуществам Filament диодов относится следующее:

• равномерность светового потока в разных направлениях;
• яркий свет, не «режущий» глаза;
• высокая энергоэффективность;
• длительный период эксплуатации;
• привычный вид колбы;
• возможность утилизации с бытовыми отходами.

Можно выделить и ряд недостатков:

• хрупкий стеклянный корпус;
• высокая стоимость;
• у дешёвых моделей – плохая охлаждаемость;
• непригодность к ремонту.

Видео по теме (на примере сравнения лент SMD диодов 3528, 5050, 5630, 5730):

Если у вас остались вопросы после прочтения статьи «Сравнение светодиодов: виды, типы, классификация, характеристики и назначение», задайте их в комментарии, мы обязательно постараемся дополнить материал ответами на них.

Источник