Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Світлодіо́д (англ. LED - light-emitting diode) — напівпровідниковий пристрій, що випромінює некогерентне світло, при пропусканні через нього електричного струму (ефект, відомий як електролюмінесценція). Випромінюване світло традиційних світлодіодів лежить у вузькій ділянці спектра, а його колір залежить від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника. Сучасні світлодіоди можуть випромінювати світло від інфрачервоної ділянки спектра до близької до ультрафіолету . Існують методи розширення смуги випромінювання і створення білих світлодіодів. На відміну від ламп розжарювання, які випромінюють світловий потік широкого спектра, рівномірно у всіх напрямках, звичайні світлодіоди випромінюють світло певної довжини хвилі і в певному напрямі. Світлодіоди були удосконалені до лазерних діодів, — які працюють на тому ж принципі, але можуть напрямлено випромінювати когерентне світло.
Історія
Вперше інфрачервона емісія з напівпровідникових елементів, була зареєстрована Рубіном Браунштейном, працівником компанії Radio Corporation of America в 1955, який використовував арсенід галію (GaAs) та інші напівпровідникові сплави. Але перший світлодіод, тобто прилад, що дає випромінювання на напівпровідниковому переході, при пропусканні через нього електричного струму, як і патент на нього, був отриманий працівниками компанії Texas Instruments — Бобом Б'ярдом і Гарі Пітманом, в 1961 році. Згодом, світлодіоди, що працюють на GaAs та GaP (фосфід галію), почали виготовлятися комерційно — для використання як індикаторів. Перший світлодіод, який працює у видимому діапазоні, був розроблений групою Ніка Голоняка, в компанії General Electric, в 1962 р. [2].
Еволюція світлодіодів у 1960–1970-х роках, поступово привела до створення світлодіодів, що мають колір від червоного до зеленого, — постійно зсуваючи межу у сторону коротких хвиль. Іншим напрямком роботи, було підвищення ефективності світлодіодів. Найпопулярнішими матеріалами були GaP (червоний — зелений) та [en] (жовтий — інтенсивний червоний). При цьому з'явилося багато нових застосувань світлодіодів (у калькуляторах, цифрових годинниках, тестових приладах). Хоча надійність свілодіодів завжди перевищувала надійність ламп розжарювання, неонових ламп тощо, відсоток вибраковки ранніх пристроїв був набагато вищим. В тому було винне ручне збирання того часу. Індивідуальні оператори виконували вручну такі завдання, як розподіл епоксидної смоли, розміщення її крапельки в потрібну позицію, змішування епоксидної смоли. Це призводило до дефектів, таких, наприклад, як «витік епоксидної смоли», яка викликала підтікання, та інколи навіть скорочення p-n переходу. Окрім цього, високі числа дефектів в кристалі, підкладці і епітаксійному шарі, призводили до зменшеної ефективності і коротшої тривалості життя пристрою.
На початку 1980-х, з появою нового матеріалу — GaAlAs (галій-алюмінієвий арсенід), почалася революція у виробництві світлодіодів. [en]дозволив підвищити ефективність у 10 разів, що привело до нових використань: у зовнішніх знаках та написах, зчитуванні штрих-коду, передачі даних через оптичне волокно, у медичному обладнанні. Але GaAlAs працював тільки у червоній ділянці спектра (660 нм) та мав короткий час життя (більш 50 % падіння ефективності після 100 000 годин роботи). Частина цих проблем була вирішена завдяки появі лазерних діодів, які стали комерційно виготовлятися у 1980-х роках. Використання технологій, розроблених для лазерних діодів, дозволило зробити наступний стрибок виробникам світлодіодів. Однією з таких технологій, стало створення нового люмінесцентного матеріалу InGaAlP, який зробив можливим плавне настроювання кольору, за рахунок настроювання ширини забороненої зони. Так світлодіоди всіх можливих кольорів видимого спектра, почали виготовлятися за однією технологією, та значно зменшилась деградація приладів, навіть за умов високих температур та вологості.
Наступним кроком у розвитку, стала розробка компанією Toshiba методу нанесення (метал-оксидне хімічне парове нанесення, Metal Oxide Chemical Vapor Deposition), який зробив можливим створення складніших пристроїв, з ефективністю до 90 % (тобто 90 % електроенергії може бути перероблене на світло). В той самий час, корпорація Nichia запропонувала перші блакитні світлодіоди на GaN (нітриді галію), [en] (індій-галій-нітриді) та SiC (карбіді кремнію). Згодом з'явилися і перші білі світлодіоди, які комбінували три основні кольори. Але вони швидко були замінені широкосмуговими білими світлодіодами, що мають вторинний флюоресцентний шар.
Одним з кроків стало також створення «Лабораторією фундаментальних досліджень», компанії NTT, світлодіода, що випромінював хвилі в ультрафіолетовій частині спектра, завдовжки 210 нм. Випромінювання з такою короткою довжиною хвилі знайшло широке застосування в медицині і техніці. Відомо, що невидиме для людського ока ультрафіолетове випромінювання має знезаражуючий ефект. Окрім того, ці світлодіоди змогли замінити червоні лазерні діоди, при читанні даних з оптичних дисків, чим забезпечили подальше збільшення густини запису.
Сучасні напрямки розвитку, включають розробку органічних світлодіодів (які повинні дозволити виробництво дешевих та екологічно безпечних пристроїв), використання квантових точок (які дозволяють отримувати біле світло) та просування далі у короткохвильову область.
Принцип дії
При протіканні через діод прямого струму відбувається інжекція електронів.
Процес самовільної рекомбінації інжектованих електронів, що відбувається, як в базовій області, так і в самому p-n переході, супроводжується їхнім переходом з високого енергетичного рівня на нижчий. Електрон після рекомбінації знаходиться у дуже нестабільному стані, оскільки він має зайву енергію (Евх,). В такому стані електрон довго перебувати не може. Він перейде на стаціонарну орбіту з нижчим енергетичним рівнем (Ест.) і випромінить квант світла. Тому Eкв.св. = Eнадл., Eнадл. = Евх — Ест. Щоб кванти енергії (фотони), які вивільнились при рекомбінації відповідали квантам видимого світла, збільшують кількість p-n переходів.
Не всі напівпровідникові матеріали ефективно випромінюють світло при рекомбінації. Гарними випромінювачами є, як правило, прямозонні напівпровідники типу AIIIBV (наприклад, GaAs або InP) і AIIBVI (наприклад, ZnSe або CdTe). Варіюючи склад напівпровідників, можна створювати світлодіоди різних довжин хвиль, — від ультрафіолету (GaN) до середнього інфрачервоного діапазону (PbS).
Діоди, виготовлені з непрямозонних напівпровідників (наприклад, кремнієвий Si або германієвий Ge діоди, а також сплави SiGe, SiC), світло практично не випромінюють. Утім, у зв'язку з розвиненістю кремнієвої технології, роботи зі створення світлодіодів на основі кремнію активно ведуться. Останнім часом, великі надії пов'язують з технологією квантових точок і фотонних кристалів.
Застосування
| Цей розділ потребує додаткових для поліпшення його . (травень 2010) |
Ефективність світлодіодів найбільше проявляється там, де потрібно виробляти потужні кольорові світлові потоки (світлові сигнали). Світло від лампи розжарювання доводиться пропускати через спеціальні оптичні фільтри, що виділяють певну частину спектра (червону, синю, зелену). 90 % енергії світлового потоку, від лампи розжарення, втрачається, при проходженні світла крізь світлофільтр. Усі ж 100 % випромінювання світлодіода, є забарвленим світлом, і в застосуванні світлофільтра немає потреби. Більше того, близько 80-90 % споживаної потужності лампи розжарення, витрачається на її нагрів, — для досягнення потрібної колірної температури (шкала Кельвіна), на яку вони спроектовані.
Світлодіодні лампи, є енергоощадними та споживають від 3 % до 60 % потужності, необхідної для звичайних ламп розжарення, аналогічної яскравості та станом на 2017 рік, мають високий індекс передавання кольору. Удароміцна конструкція твердотілих випромінювачів (світлодіодів), дозволяє використовувати світлодіодні лампи за підвищених вібрацій. Світлодіоди не бояться частих вмикань і вимикань. Термін служби світлодіодної лампи— до 50 000 годин.
Використовуючи світлодіоди можна одержати світло з високою насиченістю кольору. Світлодіоди застосовують в індикаційній техніці (світлові індикатори та інше), при побудові світлодіодних джерел світла (інформаційні табло, світлофори, ліхтарики, гірлянди тощо).
Виробники
| Цей розділ статті ще . |
Див. також
Література
- Енергоефективні світлодіодні освітлювальні системи: [монографія] / З. Готра, В. Корнага, В. Мартіросова, Г. Нікітський, І. Пастух, А. Рибалочка, В. Сорокін, В. Щиренко; ред.: В. Сорокін; НАН України, Ін-т фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова, Нац. ун-т «Львів. політехніка», НАМН України, Ін-т медицини праці. — Київ: Авіцена, 2016. — 334, [1] c.
- Юнович А. Э. Светодиоды и их применение для освещения
- Кашкаров А. П. Устройства на светодиодах и не только. -М.: ДМК Пресс, 2012. -218 с.
- Шуберт Ф. Светодиоды /пер. с англ. под ред. Юновича А. Э. -2 изд. М.: Физматлит, 2008. -496 с.
 | Це незавершена стаття з фізики. Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її. |
| Ця стаття потребує додаткових для поліпшення її . (липень 2018) |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Svitlodio d angl LED light emitting diode napivprovidnikovij pristrij sho viprominyuye nekogerentne svitlo pri propuskanni cherez nogo elektrichnogo strumu efekt vidomij yak elektrolyuminescenciya Viprominyuvane svitlo tradicijnih svitlodiodiv lezhit u vuzkij dilyanci spektra a jogo kolir zalezhit vid himichnogo skladu vikoristanogo u svitlodiodi napivprovidnika Suchasni svitlodiodi mozhut viprominyuvati svitlo vid infrachervonoyi dilyanki spektra do blizkoyi do ultrafioletu Isnuyut metodi rozshirennya smugi viprominyuvannya i stvorennya bilih svitlodiodiv Na vidminu vid lamp rozzharyuvannya yaki viprominyuyut svitlovij potik shirokogo spektra rivnomirno u vsih napryamkah zvichajni svitlodiodi viprominyuyut svitlo pevnoyi dovzhini hvili i v pevnomu napryami Svitlodiodi buli udoskonaleni do lazernih diodiv yaki pracyuyut na tomu zh principi ale mozhut napryamleno viprominyuvati kogerentne svitlo Blakitnij zelenij ta chervonij svitlodiodi Svitlodiodnij vulichnij svitilnikIstoriyaVpershe infrachervona emisiya z napivprovidnikovih elementiv bula zareyestrovana Rubinom Braunshtejnom pracivnikom kompaniyi Radio Corporation of America v 1955 yakij vikoristovuvav arsenid galiyu GaAs ta inshi napivprovidnikovi splavi Ale pershij svitlodiod tobto prilad sho daye viprominyuvannya na napivprovidnikovomu perehodi pri propuskanni cherez nogo elektrichnogo strumu yak i patent na nogo buv otrimanij pracivnikami kompaniyi Texas Instruments Bobom B yardom i Gari Pitmanom v 1961 roci Zgodom svitlodiodi sho pracyuyut na GaAs ta GaP fosfid galiyu pochali vigotovlyatisya komercijno dlya vikoristannya yak indikatoriv Pershij svitlodiod yakij pracyuye u vidimomu diapazoni buv rozroblenij grupoyu Nika Golonyaka v kompaniyi General Electric v 1962 r 2 prof Nik Golonyak grupa yakogo vinajshla pershij napivprovidnikovij svitlodiod sho pracyuye u vidimomu diapazoni Evolyuciya svitlodiodiv u 1960 1970 h rokah postupovo privela do stvorennya svitlodiodiv sho mayut kolir vid chervonogo do zelenogo postijno zsuvayuchi mezhu u storonu korotkih hvil Inshim napryamkom roboti bulo pidvishennya efektivnosti svitlodiodiv Najpopulyarnishimi materialami buli GaP chervonij zelenij ta en zhovtij intensivnij chervonij Pri comu z yavilosya bagato novih zastosuvan svitlodiodiv u kalkulyatorah cifrovih godinnikah testovih priladah Hocha nadijnist svilodiodiv zavzhdi perevishuvala nadijnist lamp rozzharyuvannya neonovih lamp tosho vidsotok vibrakovki rannih pristroyiv buv nabagato vishim V tomu bulo vinne ruchne zbirannya togo chasu Individualni operatori vikonuvali vruchnu taki zavdannya yak rozpodil epoksidnoyi smoli rozmishennya yiyi krapelki v potribnu poziciyu zmishuvannya epoksidnoyi smoli Ce prizvodilo do defektiv takih napriklad yak vitik epoksidnoyi smoli yaka viklikala pidtikannya ta inkoli navit skorochennya p n perehodu Okrim cogo visoki chisla defektiv v kristali pidkladci i epitaksijnomu shari prizvodili do zmenshenoyi efektivnosti i korotshoyi trivalosti zhittya pristroyu Na pochatku 1980 h z poyavoyu novogo materialu GaAlAs galij alyuminiyevij arsenid pochalasya revolyuciya u virobnictvi svitlodiodiv en dozvoliv pidvishiti efektivnist u 10 raziv sho privelo do novih vikoristan u zovnishnih znakah ta napisah zchituvanni shtrih kodu peredachi danih cherez optichne volokno u medichnomu obladnanni Ale GaAlAs pracyuvav tilki u chervonij dilyanci spektra 660 nm ta mav korotkij chas zhittya bilsh 50 padinnya efektivnosti pislya 100 000 godin roboti Chastina cih problem bula virishena zavdyaki poyavi lazernih diodiv yaki stali komercijno vigotovlyatisya u 1980 h rokah Vikoristannya tehnologij rozroblenih dlya lazernih diodiv dozvolilo zrobiti nastupnij stribok virobnikam svitlodiodiv Odniyeyu z takih tehnologij stalo stvorennya novogo lyuminescentnogo materialu InGaAlP yakij zrobiv mozhlivim plavne nastroyuvannya koloru za rahunok nastroyuvannya shirini zaboronenoyi zoni Tak svitlodiodi vsih mozhlivih koloriv vidimogo spektra pochali vigotovlyatisya za odniyeyu tehnologiyeyu ta znachno zmenshilas degradaciya priladiv navit za umov visokih temperatur ta vologosti Nastupnim krokom u rozvitku stala rozrobka kompaniyeyu Toshiba metodu nanesennya metal oksidne himichne parove nanesennya Metal Oxide Chemical Vapor Deposition yakij zrobiv mozhlivim stvorennya skladnishih pristroyiv z efektivnistyu do 90 tobto 90 elektroenergiyi mozhe buti pereroblene na svitlo V toj samij chas korporaciya Nichia zaproponuvala pershi blakitni svitlodiodi na GaN nitridi galiyu en indij galij nitridi ta SiC karbidi kremniyu Zgodom z yavilisya i pershi bili svitlodiodi yaki kombinuvali tri osnovni kolori Ale voni shvidko buli zamineni shirokosmugovimi bilimi svitlodiodami sho mayut vtorinnij flyuorescentnij shar Odnim z krokiv stalo takozh stvorennya Laboratoriyeyu fundamentalnih doslidzhen kompaniyi NTT svitlodioda sho viprominyuvav hvili v ultrafioletovij chastini spektra zavdovzhki 210 nm Viprominyuvannya z takoyu korotkoyu dovzhinoyu hvili znajshlo shiroke zastosuvannya v medicini i tehnici Vidomo sho nevidime dlya lyudskogo oka ultrafioletove viprominyuvannya maye znezarazhuyuchij efekt Okrim togo ci svitlodiodi zmogli zaminiti chervoni lazerni diodi pri chitanni danih z optichnih diskiv chim zabezpechili podalshe zbilshennya gustini zapisu Suchasni napryamki rozvitku vklyuchayut rozrobku organichnih svitlodiodiv yaki povinni dozvoliti virobnictvo deshevih ta ekologichno bezpechnih pristroyiv vikoristannya kvantovih tochok yaki dozvolyayut otrimuvati bile svitlo ta prosuvannya dali u korotkohvilovu oblast Princip diyiShematichna diagrama principu roboti svitlodioda Pri protikanni cherez diod pryamogo strumu vidbuvayetsya inzhekciya elektroniv Proces samovilnoyi rekombinaciyi inzhektovanih elektroniv sho vidbuvayetsya yak v bazovij oblasti tak i v samomu p n perehodi suprovodzhuyetsya yihnim perehodom z visokogo energetichnogo rivnya na nizhchij Elektron pislya rekombinaciyi znahoditsya u duzhe nestabilnomu stani oskilki vin maye zajvu energiyu Evh V takomu stani elektron dovgo perebuvati ne mozhe Vin perejde na stacionarnu orbitu z nizhchim energetichnim rivnem Est i viprominit kvant svitla Tomu Ekv sv Enadl Enadl Evh Est Shob kvanti energiyi fotoni yaki vivilnilis pri rekombinaciyi vidpovidali kvantam vidimogo svitla zbilshuyut kilkist p n perehodiv Ne vsi napivprovidnikovi materiali efektivno viprominyuyut svitlo pri rekombinaciyi Garnimi viprominyuvachami ye yak pravilo pryamozonni napivprovidniki tipu AIIIBV napriklad GaAs abo InP i AIIBVI napriklad ZnSe abo CdTe Variyuyuchi sklad napivprovidnikiv mozhna stvoryuvati svitlodiodi riznih dovzhin hvil vid ultrafioletu GaN do serednogo infrachervonogo diapazonu PbS Diodi vigotovleni z nepryamozonnih napivprovidnikiv napriklad kremniyevij Si abo germaniyevij Ge diodi a takozh splavi SiGe SiC svitlo praktichno ne viprominyuyut Utim u zv yazku z rozvinenistyu kremniyevoyi tehnologiyi roboti zi stvorennya svitlodiodiv na osnovi kremniyu aktivno vedutsya Ostannim chasom veliki nadiyi pov yazuyut z tehnologiyeyu kvantovih tochok i fotonnih kristaliv ZastosuvannyaCej rozdil potrebuye dodatkovih posilan na dzherela dlya polipshennya jogo perevirnosti Bud laska dopomozhit udoskonaliti cej rozdil dodavshi posilannya na nadijni avtoritetni dzherela Zvernitsya na storinku obgovorennya za poyasnennyami ta dopomozhit vipraviti nedoliki Material bez dzherel mozhe buti piddano sumnivu ta vilucheno traven 2010 Efektivnist svitlodiodiv najbilshe proyavlyayetsya tam de potribno viroblyati potuzhni kolorovi svitlovi potoki svitlovi signali Svitlo vid lampi rozzharyuvannya dovoditsya propuskati cherez specialni optichni filtri sho vidilyayut pevnu chastinu spektra chervonu sinyu zelenu 90 energiyi svitlovogo potoku vid lampi rozzharennya vtrachayetsya pri prohodzhenni svitla kriz svitlofiltr Usi zh 100 viprominyuvannya svitlodioda ye zabarvlenim svitlom i v zastosuvanni svitlofiltra nemaye potrebi Bilshe togo blizko 80 90 spozhivanoyi potuzhnosti lampi rozzharennya vitrachayetsya na yiyi nagriv dlya dosyagnennya potribnoyi kolirnoyi temperaturi shkala Kelvina na yaku voni sproektovani Svitlodiodni lampi ye energooshadnimi ta spozhivayut vid 3 do 60 potuzhnosti neobhidnoyi dlya zvichajnih lamp rozzharennya analogichnoyi yaskravosti ta stanom na 2017 rik mayut visokij indeks peredavannya koloru Udaromicna konstrukciya tverdotilih viprominyuvachiv svitlodiodiv dozvolyaye vikoristovuvati svitlodiodni lampi za pidvishenih vibracij Svitlodiodi ne boyatsya chastih vmikan i vimikan Termin sluzhbi svitlodiodnoyi lampi do 50 000 godin Vikoristovuyuchi svitlodiodi mozhna oderzhati svitlo z visokoyu nasichenistyu koloru Svitlodiodi zastosovuyut v indikacijnij tehnici svitlovi indikatori ta inshe pri pobudovi svitlodiodnih dzherel svitla informacijni tablo svitlofori lihtariki girlyandi tosho VirobnikiCej rozdil statti she ne napisano Vi mozhete dopomogti proyektu napisavshi jogo Div takozhOrganichnij svitlodiod Lazernij diod Svitlodiodna lampaLiteraturaEnergoefektivni svitlodiodni osvitlyuvalni sistemi monografiya Z Gotra V Kornaga V Martirosova G Nikitskij I Pastuh A Ribalochka V Sorokin V Shirenko red V Sorokin NAN Ukrayini In t fiziki napivprovidnikiv im V Ye Lashkarova Nac un t Lviv politehnika NAMN Ukrayini In t medicini praci Kiyiv Avicena 2016 334 1 c Yunovich A E Svetodiody i ih primenenie dlya osvesheniya Kashkarov A P Ustrojstva na svetodiodah i ne tolko M DMK Press 2012 218 s Shubert F Svetodiody per s angl pod red Yunovicha A E 2 izd M Fizmatlit 2008 496 s Ce nezavershena stattya z fiziki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi Cya stattya potrebuye dodatkovih posilan na dzherela dlya polipshennya yiyi perevirnosti Bud laska dopomozhit udoskonaliti cyu stattyu dodavshi posilannya na nadijni avtoritetni dzherela Zvernitsya na storinku obgovorennya za poyasnennyami ta dopomozhit vipraviti nedoliki Material bez dzherel mozhe buti piddano sumnivu ta vilucheno lipen 2018