Информация. Знаете-ли вы?. Особенности конструкции и принцип работы светоизлучающих диодов

Устройство светодиода

Светоизлучающие диоды (СИД, LED) представляют собой простейшие полупроводниковые устройства, генерирующие оптическое излучение при воздействии электрического тока. Эти миниатюрные приборы широко используются при изготовлении различных осветительных конструкций — рекламных вывесок, электронных табло и т. д. Выглядят светодиоды как миниатюрные лампочки. Однако, в отличие от лампы накаливания преобразование тока в свет происходит практически без потерь, а рабочий ресурс излучателей может достигать 100 тыс. часов. Как устроены LED-лампы и в чём заключается принцип их работы?

Конструкция

Основным элементом светоизлучающего диода является полупроводниковый кристаллический элемент, закреплённый на подложке. Сверху прибор закрыт прозрачной пластиковой линзой, а в нижней части корпуса располагаются 2 вывода — «плюс» и «минус». На катоде находится рефлектор — небольшая чаша (чаще всего выполненная из алюминия), вглубь которой помещён кристалл. Соединение с анодом осуществляется с помощью небольшого куска золотой проволоки. Цвет лампы зависит от того, какой материал выступает в качестве полупроводника.

Так, добавки фосфора, алюминия, гелия генерируют свечение в красно-жёлтом спектре (такие светодиоды часто используются в производстве светодиодных строк), а галлий и азот — зелёно-голубые оттенки. Добавление люминофора позволяет получить чисто белый свет.

Современные технологии позволяют создавать не просто отдельный светодиод, а целые светодиодные матрицы, об этом мы писали ранее здесь.

Принцип работы

Современные светодиоды работают на базе электронно-дырочного p-n-перехода. Когда через полупроводниковые элементы проходит ток, отрицательно заряженные электроны соединяются с ионами дырок, имеющими положительный заряд. При изменении типа проводимости к другому выделяется значительное количество энергии, которую можно наблюдать в виде свечения. Интенсивность света зависит от силы тока — чем она выше, тем большее количество электронов и дырок окажутся в зоне рекомбинации за ту же единицу времени, и тем ярче будет гореть лампа.

Большинство светодиодов рассчитаны на ток до 20 мА, однако выпускаются также четырёхкристалльные лампы, способные выдерживать электричество до 80 мА.