Как работает светодиод видео. Устройство светодиодных источников света
Вопросы снижения потребляемой электроэнергии решаются не только на государственном уровне. Эта проблема актуальна и для рядовых потребителей. В связи с этим, в квартирах, офисах и других учреждениях, начинают широко внедряться не только мощные, но и экономичные источники света. Среди них все более широкое распространение получают светодиодные лампы. Устройство и принцип работы светодиодной лампы позволяет использовать ее со стандартным патроном и подключать в электрическую сеть напряжением 220 В. Для того чтобы сделать правильный выбор, нужно знать основные преимущества и особенности современных источников света.
Большие экраны разделены на две основные группы: внутри и снаружи. Кроме того, они построены с большей разностью температур. Внутренние экраны имеют гораздо меньшее расстояние просмотра, чем наружные экраны, потому что шаг диодов используется только. 
Он состоит из материнской платы с управляющей электроникой, основного и резервного источника питания и сплошного металлического корпуса. Его фронт высажен кластерами.
Принцип действия светодиодных ламп
В работе светодиодных ламп используются физические процессы, которые значительно сложнее тех, что применяются в обычных лампах накаливания с металлической нитью. Суть явления заключается в появлении светового потока в точке соприкосновения двух веществ из разнородных материалов, после того как через них пропущен электрический ток.
Он объединяет базовые блоки в один механически устойчивый блок. Вы можете выбрать жесткую конструкцию, подходящую для постоянных установок, таких как фасады дома или съемную конструкцию, которая позволяет вам изменять форму вашего экрана по мере необходимости.
Используется классический металлический сетевой кабель. 
Он обрабатывает информацию изображения с нескольких входов и затем отправляет ее в блок управления экрана. Мы должны иметь дело с этим! Максимальный ток, который могут проходить штыри этого чипа, составляет около 40 мА. Мы видим, что мы превысили этот поток более чем в два раза.
Основной парадокс заключается в том, что каждый из используемых материалов, не является проводником электрического тока. Они относятся к категории полупроводников и способны пропускать ток лишь в одну сторону при условии их соединения между собой. В одном из них должны обязательно преобладать отрицательные заряды - электроны, а в другом - ионы с положительным зарядом.
Большая часть чипа состоит из транзисторов. Теперь они очень маленькие и также подвержены повреждению. Если цепь проходит через ток, она всегда преобразует электрическую энергию в тепловую. Для небольшого транзистора недостаточно места для охлаждения достаточно быстро. Это может привести к тому, что некоторые его части испарятся, что определенно не так, и вы найдете лучший штырь.
Подготовьтесь к шокирующему откровению - даже без резистора! Если нагрев не превышает определенного предела, эта процедура относительно безопасна. Люминесцентный диод или светоизлучающий диод представляет собой полупроводниковый электронный компонент, который излучает свет узкого спектра, когда он проходит через электрический ток в проницаемом направлении. Освещающий эффект является результатом яркого спаривания красных электронов и является формой электролюминесценции. Цвет испускаемого света зависит от химического состава используемого полупроводникового материала.
Кроме движения электрического тока, в полупроводниках происходят и другие процессы. При переходе из одного состояния в другое происходит выделение тепловой энергии. Путем экспериментов удалось найти такие сочетания веществ, у которых наряду с выделением энергии появлялось световое излучение. В электронике все устройства, пропускающие ток лишь в одном направлении стали называться , а те из них, которые обладают способностью испускать свет, стали называться светодиодами.
Производятся самые дешевые инфракрасные диоды, после чего самые дешевые красные. Зеленый цвет примерно на 20% дороже красного. Синий, по словам производителя, еще дороже красного, но в последнее время их цена резко упала. Мы также знаем их использование в широкоформатных дисплеях, используемых в рекламных целях. При длительном сроке службы и ударостойкости они также применяются в автомобилях даже в качестве замены торцевого тормоза или направленного света. Внутренние решения для замены ламп настолько дороги.
Лазерные диоды нашли широкое применение и в сохранении данных. К наиболее серьезным недостаткам относятся. Укороченная длина волны излучаемого света увеличивает напряжение, при котором ток в проницаемом направлении начинает увеличиваться. Основные монокристаллы диода покрыты сферическими навесами из эпоксидной смолы или акрилового полиэфира.
В самом начале испускание фотонов полупроводниковыми соединениями охватывало только узкую часть спектра. Они могли испускать только красный, желтый или зеленый свет, с очень низкой силой свечения. Поэтому в течение длительного времени светодиоды использовались только в качестве индикаторных ламп. К настоящему времени были получены такие материалы, соединения которых позволили значительно расширить диапазон светового излучения и охватить практически весь спектр. Тем не менее, длина каких-то волн всегда преобладает в свечении. Поэтому светодиодные лампы разделяются на источники холодного света - синего и теплого свечения - преимущественно красного или желтого.
Это приводит к их использованию в дисплеях. Контакты могут быть либо накладными, либо гибкими или гибкими. Параллельное подключение обычно является проблемой. Различия в процессе производства могут привести к сбою проводки. Менее надежными методами определения полярности являются.
Таким образом, мы можем сказать, что потребляемая энергия практически является функцией тока. Этот метод обычно используется. Другие включают в себя набор диодов разных цветов, расположенных в группах, связанных с общим анодом или катодом. Здесь мы можем достичь более широкого диапазона различных цветов без изменения полярности источника питания.
Устройство светодиодных источников света
Внешний вид светодиодных ламп практически не отличается от традиционных источников света с металлической нитью накаливания. Они оборудованы с резьбой, что позволяет использовать их с обычными патронами и не вносить изменений в электрооборудование помещений. Однако светодиодные лампы существенно отличаются сложным внутренним устройством.
Наиболее распространенными являются красные, желтые или зеленые. Большинство из них только сияют одним цветом, но также доступны в разноцветных цветах. Мы можем сэкономить место на печатной плате. Это может быть особенно полезно при разработке прототипов или изменении предполагаемой проводки.
Характеристические значения напряжения в проницаемом направлении
Это зависит от технологии производства, типа используемых полупроводников, температуры и тока. Они производят больше света на ватт энергии, чем лампочки, что полезно в устройствах с батарейным питанием или в энергосберегающих устройствах. Они могут излучать свет желаемого цвета без использования сложных цветных фильтров. Их корпус может быть сконструирован таким образом, чтобы концентрировать свет на определенном месте. Легкое тепло и флуоресцентные вещества в основном должны концентрировать свет на внешней оптической системе. В устройствах, где нам нужна функция «затемнения», она не меняет свой цвет при уменьшении подачи питания, в отличие от лампочек, которые при увеличении мощности дают больший желтый свет. Они ударопрочны. Они идеально подходят для использования на устройствах, где устройство часто включается и выключается, в отличие от лампочек, которые могут легко гореть при частом включении и выключении. Они имеют более высокие затраты на приобретение, чем традиционные источники света. Другие затраты также возникают из-за того, что один диод относительно слабый, и поэтому нам нужно больше. Однако, если взять общие затраты, они намного перевешивают лампочки и источники галогенных источников света. В случаях более высоких температур должно быть обеспечено достаточное охлаждение.
Источники света для систем машинного считывания
Их производительность сильно зависит от температуры окружающей среды. . Системы машинного сканирования часто требуют четкого и однородного освещения, чтобы лучше выполнять требуемую активность.
В их состав входят контактный цоколь, корпус, выполняющий функцию радиатора, плата питания и управления, плата со светодиодами и прозрачный колпак. Планируя использование светодиодных ламп в сети 220 В, следует помнить, что они не смогут работать с таким током и напряжением. Для того чтобы исключить перегорание светильников, в их корпусах устанавливаются платы питания и управления, снижающие напряжение и выпрямляющие ток.
Это позволяет контролируемой части освещать источник однородного света от точно определенных углов. Они легко пополняются небольшими недорогими объективами и рассеивателем, что помогает достичь высокой плотности света и контроля света. Их можно легко использовать для создания вспышки, их сила уже достаточно велика для достижения хорошо освещенных изображений даже при очень короткой длительности светового импульса. Однако может случиться так, что диод сжигается, если мы превысим его проницаемое напряжение, которое составляет примерно от 0, 5 до 3 вольт в зависимости от используемого цвета.
Устройство такой платы оказывает серьезное влияние на срок эксплуатации лампы. В некоторых моделях перед устанавливается лишь резистор, а в некоторых случаях недобросовестные производители обходятся без него. В результате, лампы дают очень яркое свечение, но очень быстро сгорают из-за отсутствия стабилизирующих устройств. Поэтому качественные светильники непременно оборудуются стабилизаторами, например, балластными трансформаторами. В наиболее распространенных управляющих схемах используются сглаживающие фильтры, в состав которых входит конденсатор и резистор. В наиболее дорогих моделях в блоках управления и питания используются микросхемы.
Кроме того, почти невозможно передать только белый свет, только с помощью люминофора можно было достичь света, подобного белу. Интересно, что каждый цвет нуждается в разных значениях напряжения для его излучения, здесь он записан в таблице. Если нам нужно изменить цвет, достаточно уменьшить или увеличить яркость диодов, чего мы достигнем, изменив напряжение.
Сечение диода с деталями на блоке излучения. Этот эффективный источник света работает по принципу полупроводников, который преобразует электрический ток непосредственно в свет. Их можно применять практически ко всем новым и существующим источникам света с соблюдением правил их установки и использования.
Каждый отдельно взятый светодиод излучает довольно слабый свет. Поэтому для достижения нужного светового эффекта, группируется необходимое количество элементов. С этой целью используется плата, изготовленная из диэлектрического материала, с нанесенными токопроводящими дорожками. Примерно такие же платы применяются в других электронных устройствах.
Они также обеспечивают более высокий срок службы и, следовательно, большую экономию. Они могут излучать свет желаемого цвета без использования цветных фильтров. Наиболее распространенные белые, желтые, красные, оранжевые, зеленые и синие. Самый продаваемый цвет света, конечно, белый, и это характеризуется так называемой температурой цветности, упрощенной оттенком и индексом цветопередачи, то есть способностью точно отображать весь спектр цветов. Таким образом, вы можете выбрать «теплый, нейтральный или холодный» белый свет.
Такие контроллеры оснащены цифровыми элементами управления с различными цветовыми эффектами, которые могут быть изменены вручную, запрограммированы и т.д. Могут быть изготовлены светлые светильники, которые имеют нефиксированный, но изменяющий пользователя оттенок белого, такой как текущая ситуация и настроение. Свет может быть не всегда одинаковым, но динамичным или даже многоцветным.
Светодиодная плата является еще и понижающим трансформатором. С этой целью все элементы включаются последовательно в общую цепь, и сетевое напряжение равномерно распределяется между ними. Единственным существенным недостатком такой схемы является обрыв всей цепочки в случае перегорания хотя-бы одного светодиода.
Угол может быть настроен по внешней оптике по мере необходимости. В результате угол излучения обычно находится в пределах от 10 до 120 градусов и может быть не только круглым, но и эллиптическим или другим по желанию и назначению. Они намного более устойчивы к ударам и вибрациям, чем обычные источники света.
Они идеальны для использования в устройствах с частым отключением и включением, поскольку обычные лампы могут быть неисправными при частом включении и выключении. Они очень маленькие и могут быть легко смонтированы на печатной плате. Они были наиболее распространены с самого начала их производства. Чаще всего они известны с диаметром круглого рукава 3 и 5 мм. Однако эти корпуса также имеют ограниченные возможности для истощения тепла.
Защиту всей лампы от попадания влаги, пыли и других негативных воздействий обеспечивает прозрачный колпак. Некоторые свойства колпака позволяют усилить общее свечение. Дело в том что его внутренняя сторона покрыта слоем люминофора, который начинает светиться под действием энергии квантов. Поэтому снаружи поверхность колпака выглядит матовой. Люминофор обладает более широкий спектр излучения, в несколько раз превышающий аналогичный показатель у светодиодов. В результате, излучение становится сравнимо с естественным солнечным светом. Без такого покрытия светодиоды оказывают раздражающее действие на глаза, вызывая усталость и болевые ощущения.
Они являются краеугольным камнем большинства наших продуктов, особенно светодиодов, бухгалтерских книг. Мы можем разделить их по мощности: малая мощность, средняя мощность и высокая мощность. Они содержат от десятков до сотен отдельных микросхем, чаще всего в последовательной параллельной проводке, размещенной на теплопроводящей подложке. Они достигают такого высокого светового потока, но предъявляют значительные требования к удалению тепла.
Эта компоновка вместе с двухсторонним фосфором обеспечивает высокий угол излучения. Существующие технологии также обеспечивают более высокий срок службы и, следовательно, большую экономию. Для общего освещения наиболее часто используется так называемый динамический белый цвет, оттенок которого можно изменить от холодного до теплого тона.
Лучше всего изучать полезные качества, устройство и принцип действия светодиодных ламп на схемах при напряжении электрической сети 220 вольт. Чаще всего такие светильники применяются в промышленном и уличном освещении, а в бытовых условиях традиционные источники света заменяются светодиодными лампочками, работающими при низком напряжении, в основном от 12 вольт. Однако мощность лампы и ее светоотдача не имеют прямой зависимости между собой. Этот фактор следует учитывать при выборе светодиодных светильников.
В светодиодных лампах, рассчитанных на 220 вольт, в схеме отсутствует трансформатор. В связи с этим возникает дополнительная экономия при эксплуатации таких светильников. Данная особенность отличает их от светодиодных ламп с другими мощностями. Поэтому выбор светильников происходит не по мощности, а по степени освещенности, создаваемой ими.
Преимущества светодиодных ламп
В настоящее время большое значение придается экономичной и долговечной работе осветительных приборов. Поэтому на первый план выходят светильники, создающие яркое освещение с выделением минимального количества тепла и небольшим энергопотреблением. Они обладают низкой чувствительностью к перепадам тока и напряжения, могут выдерживать большое количество включений и выключений.
Всеми этими качествами в полной мере обладают светодиодные лампы. Они имеют несколько разновидностей, отличающихся по конструктивным и техническим характеристикам, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант. Все лампы отличаются наличием или отсутствием , степенью экологической безопасности, необходимостью в использовании выпрямителей тока и других дополнительных приборов.
Светодиод - это разновидность диода, электронного прибора обладающего односторонней проводимостью электрического тока. Диод, или как его еще называют выпрямительный диод, обладая своими уникальными свойствами изменять электрическое сопротивление в зависимости от полярности приложенного к нему напряжения, применяют для выпрямления переменного тока. Конструкция выпрямительного диода может строиться как на базе радиоэлектронных ламп, так и на базе полупроводниковых кристаллов.
В отличие от выпрямительного диода светодиод выполняется только на базе полупроводниковых кристаллов. Принцип действия у обоих электронных приборов основан на инжекции (диффузии) электронов и дырок в области p -n перехода, то есть области контакта двух полупроводников с разным типом проводимости. Под инжекцией подразумевается переход избыточных электронов из области n -типа в область p -типа, а также переход избыточных дырок из области p -типа в область n -типа, где существует их недостаток. В результате инжекции в обеих областях, возле границы перехода, образуются не скомпенсированные слои электронов и дырок. На стороне n -перехода слой дырок, а на стороне p -перехода слой электронов. Эти слои образуют так называемый запирающий слой, внутреннее электрическое поле которого препятствует дальнейшей инжекции (рисунок 1).
Рисунок 1. Запирающий слой p -n перехода
Наступает определенное равновесие. При подаче отрицательного напряжения к области кристалла с проводимостью n -типа и положительного напряжения к области кристалла с проводимостью p -типа под действием внешнего электрического поля направленного против запирающего поля открывается путь основным носителям через p -n переход. Запирающий слой становится тоньше и его сопротивление уменьшается. Происходит массовое перемещение свободных электронов из n -области в p -область и дырок из p -области в n -область. В цепи возникает электрический ток (рисунок 2).
Рисунок 2. Включение в прямом направлении
Если подать обратное напряжение, то запирающий слой становится толще и электрическое сопротивление значительно увеличивается. Электрический ток при подаче обратного напряжения практически отсутствует (рисунок 3).
Рисунок 3. Включение в обратном направлении
Нужно помнить, что допустимая величина обратного напряжения у светодиодов, при которой не происходит его пробоя, значительно ниже, чем у выпрямительных диодов. Зачастую эта величина равна максимальному значению прямого напряжения. Поэтому, включая светодиод в электрическую цепь переменного тока, не следует забывать про амплитудное значение напряжения. Для синусоидального напряжения частотой 50 Гц его амплитудное значение в 1,41 раза больше чем действующее. Такие включения используются редко, так как назначение светодиода все-же "светиться", а не "выпрямлять". Обычно светодиод включается на постоянное напряжение.
Видео 1. Полупроводники
При перемещении свободных электронов через p -n переход электроны и дырки излучают фотоны по причине их перехода с одного энергетического уровня на другой. Не все полупроводниковые материалы эффективно излучают свет при инжекции. Например, диоды, выполненные из кремния, германия, карбида кремния, свет практически не излучают. А диоды, выполненные из арсенида галлия или сульфида цинка, обладают наилучшими излучающими способностями.
Излучаемый свет не когерентен и лежит в узком спектре. В связи с этим у каждого светодиода свой спектр волн, со своей длиной и частотой, которые могут быть видны или не видны человеческому глазу. В качестве примера применения светодиодов с не видимым спектром излучения, можно привести светодиоды, применяемые в пультах дистанционного управления любой современной радио-электронной аппаратуры. Для того чтобы увидеть излучение возьмите пульт дистанционного управления и любой сотовый телефон имеющий фото-видео камеру. Переведите телефон в режим съемки видео, направьте объектив камеры на передний край пульта и нажмите на пульте любую из кнопок. При этом на экране телефона вы будете наблюдать свечение светодиода.
Спектр излучения зависит от химического состава кристалла полупроводника. Каждый спектр излучения имеет свой цвет. Поэтому светодиоды излучающие свет в видимом человеческому глазу спектре, воспринимаются разноцветными, красными, зелеными, синими.
Свечение твердотельного диода впервые обнаружил британский экспериментатор Генри Раунд (Henry Round). В 1907 году, проводя свои исследовательские работы он случайно заметил, что вокруг точечного контакта работающего диодного детектора возникает свечение. Однако вывода о практическом применении этого явления им сделано не было.
Через несколько лет, в 1922 году, Олег Владимирович Лосев во время своих ночных радиовахт, точно также как и Генри раунд, случайно стал наблюдать за возникающим свечением кристаллического детектора. Для получения устойчивого свечения кристалла, он подавал на точечный контакт диодного детектора напряжение от гальванической батарейки и тем пропускал через него электрический ток. Это была первая попытка найти практическое применение работы светодиода.
В 1951 году в США начались исследовательские работы по разработке "полупроводниковых лампочек", действие которых было основано на "эффекте Лосева". В 1961 году, была открыта и запатентована технология изготовления инфракрасного светодиода, авторами которой стали Роберт Байард и Гари Питтман. Через год, в 1962 году, Ник Холоньяк (Nick Holonyak), работающий в компании General Electric, изготовил первый в мире красный светодиод, работающий в световом диапазоне и нашедший впоследствии первое практическое применение. Он имел низкую энерго-эффективность, потреблял сравнительно большой ток, но при этом имел тусклое свечение. Тем не менее, технология получилась перспективной и получила дальнейшее развитие.
Следующим шагом в развитии светодиодной техники явилось изобретение желтого светодиода. Бывший ученик Ника Холоньяка - Джордж Крафорд, в 1972 году вместе с изобретением желтого светодиода, увеличил в 10 раз яркость свечения красных и красно-оранжевых светодиодов. Практически одновременно с этими изобретениями, в начале 70-х годов, были получены светодиоды зеленого цвета. Свое применение они нашли в калькуляторах, наручных часах, электронных приборах, световых указателях и дорожных светофорах. Значительного увеличения светового потока, до 1 люмена (Лм), красных, желтых и зеленых светодиодов смогли достичь только к 1990 году.
В 1993 году, японский инженер, работник компании Nichia, Суджи Накамура (Shuji Nakamura), смог получить первый светодиод высокой яркости который излучал синий цвет. Это изобретение стало революцией в развитии светодиодной техники, так как были получены светодиоды трех основных цветов, красного, зеленого и синего. С этого момента можно было получить свечение любого цвета, включая белого.
В 1996 году появились первые белые светодиоды. Они состояли из двух светодиодов – синего и ультрафиолетового с люминофорным покрытием.
К 2011 году были построены конструкции светодиодов белого свечения, которые обеспечивали светоотдачу до 210 Лм/Вт. Каким же образом ученые и инженеры добились таких успехов. Для этого рассмотрим известные на сегодняшний день способы получения светодиодов белого цвета.
Известно, что все цвета и оттенки складываются из трех основных цветов - красного, зеленого, синего. Белый свет не исключение. Существует четыре варианта получения излучения светодиодами белого цвета (рисунок 4).
Рисунок 4. Получение светодиодов излучающих белый свет
Первый вариант - использование в конструкции светодиода трех отдельных p -n переходов излучающих красный, зеленый и синий свет. При этом варианте для каждого p -n перехода требуется свой собственный источник питания. Регулируя напряжение на каждом p -n переходе добиваются создания белого свечения со своим оттенком (цветовой температурой).
Второй вариант - при этом варианте в конструкции светодиода используется один p -n переход синего свечения, покрытый желтым или желто-зеленым люминофором. Такой вариант применяется чаще всего, так как для работы светодиода требуется один источник питания. Однако цветовые характеристики этого светодиода уступают характеристикам светодиодов получаемых другими способами.
Третий вариант - здесь также используется один p -n переход синего свечения, но покрытый слоями люминофоров двух цветов - красного и зеленого. Конструкции светодиодов, изготавливаемые данным способом, позволяют получить лучшие цветовые характеристики.
Четвертый вариант - конструкция светодиода при этом варианте строится на основе ультрафиолетового светодиода покрываемого тремя слоями люминофоров красным, зеленым и синим. Конструкции таких светодиодов самые не экономичные, так как преобразование коротковолновых ультрафиолетовых лучей в длинноволновые видимые лучи, во всех трех слоях люминофора, сопровождается потерями энергии.
Значение светоотдачи сверхярких светодиодов белого цвета в 210 Лм/Вт пока было достигнуто только в лабораторных условиях. Максимальная же светоотдача ярких светодиодов доступных для общего применения не превышает 120 Лм/Вт. Такие светодиоды очень дороги и используются редко. Основная масса светодиодов имеет светоотдачу 60 - 95 Лм/Вт.
Светоотдача светодиода, так же как и любого другого источника света работающего под действием электрической энергии, зависит от величины проходящего через него тока. Чем больше ток, тем больше светоотдача. Но также как и любого другого источника света, большая часть энергии в нем превращается в тепло. Нагрев светодиодов сопровождается падением их светоотдачи. В связи с этим производители вынуждены использовать массивные металлические корпуса для охлаждения кристалла и рассеивания выделяющегося тепла в окружающую среду. Такие меры позволяют несколько повысить эффективность его использования.
Если сравнивать энергоэффективность различных источников света то выяснится, что светодиоды имея коэффициент полезного действия 40 - 45% являются самыми экономичными. К примеру, лапы накаливания имеют КПД равный 2 - 5%, - 15 - 25%, - 24 - 30%.
Режим работы светодиода, когда кристалл имеет температуру близкую к комнатной, несомненно, благоприятно сказывается на его сроке службы. При таких режимах работы светодиод способен работать до 50000 часов не теряя светоотдачи. Если ставится цель повысить светоотдачу увеличивая ток, то это само собой пагубно сказывается на его сроке службы. В первую очередь к концу срока службы значительно падает светоотдача. Падение происходит плавно и достигает 70% от начального значения. Во вторых увеличивается вероятность его полного выхода из строя.
Этот факт говорит о том, что выбирая светильники и лампы при разработке проектов освещения необходимо каждый раз оценивать какой из них более выгоден с экономической точки зрения.