Что такое светодиод

Светодиод (LED) – электронный источник света. Изначально был изобретен в России в 1920-ых, и обозначен в Америке как электронный компонент в 1962. Олег Владимирович Лосев был радио-техником, который заметил, что диоды, используемые в радио-приемниках, излучали свет, когда через них пропускали ток. В 1927, он издал детали в российском .

Все ранние устройства испускали красный свет низкой интенсивности, но современные светодиоды могут испускать все длины волнового спектра от ультрафиолетовых до инфракрасных (включительно) с очень высокой яркостью.

Светодиоды основаны на полупроводниках. Когда диод включают, электроны начинают повторно объединяться с дырками, испуская энергию в форме света. Этот эффект называют электролюминесценцией, и цвет света определен энергетическим кризисом полупроводника.

Светодиоды предоставляют много преимуществ в сравнении с традиционными источниками света включая более низкое потребление энергии, более длинную продолжительность жизни, повышенную надежность, меньший размер и более быстрое переключение. Однако, они относительно дороги и требуют более точного потока и управления высокой температурой чем традиционные источники света.

Применение светодиодов разнообразно. Они используются не только как индикаторы с низким применением энергии, но также и для замены традиционных источников света в общем и автомобильном освещении. Компактный размер светодиодов сделал более совершенными текстовые и видео дисплеи, в то время как их высокие нормы переключения полезны в технологии коммуникаций.

История

Открытия и первые устройства

Электролюминесценция была обнаружена в 1907 британским экспериментатором Х. Дж. в Лабораторий Marconi, используя кристалл кремниевого карбида. Российский физик Олег Владимирович Лосев независимо создал первое устройство в середине 1920-ых; его исследование было отмечено в российских, немецких и британских научных журналах, но никакого практического применения из открытия не было в течение нескольких десятилетий. Рубин Браунштайн наблюдал инфракрасную эмиссию, произведенную простыми диодными структурами, используя галлий (GaSb), GaAs, фосфид индия (InP), и кремниево германиевые (SiGe) сплавы при комнатной температуре и при 77 градусах по кельвину.

В 1961, экспериментаторы Роберт Биард и Гари Питтмэн, обнаружили, что GaAs испускал инфракрасную радиацию, при прохождении электрического тока.

Первый светодиод видимого спектра (красный) был разработан в 1962 Ником Холоньяком младшим, работая в Компании Дженерал Электрик. Холоньяк был назван "отец светодиодов". М. Джорджа Крэфорда, прежний аспирант Холоньяка, изобрел первый светодиод желтого цвета и улучшил яркость красного и красно-оранжевого светодиодов в десятки раз в 1972. В 1976, T.P. Пирсал получил первые светодиоды высокой яркости, высокой производительности, для волокон оптических телекоммуникаций, изобретая новые материалы полупроводников, приспособленные к оптическим длинам волн передачи оптики.

До 1968 видимые и инфракрасные светодиоды были чрезвычайно дорогостоящими – до 200$ за единицу, и посему имели небольшое практическое заявление. Корпорация Monsanto была первой организацией, которая наладила серийный выпуск видимых светодиодов, использующих фосфид арсенида галлия в 1968, чтобы произвести красный светодиоды подходящий для индикаторов. Hewlett Packard (HP) стал использовать светодиоды в 1968, первоначально используя GaAsP, поставляемый Monsanto. Технология в основном применялась в алфавитно-цифровых дисплеях.

Практическое использование

Первые коммерческие светодиоды обычно использовались в качестве замены светящихся индикаторов, сначала в дорогом оборудовании, таком как лабораторное и испытательное оборудование электроники, позже в таких приборах как телевизоры, радио, телефоны, калькуляторы. Эти красные светодиоды были достаточно слабо яркими и использовались только как индикаторы, поскольку их светоотдачи было недостаточно, чтобы осветить область. Позже появились светодиоды других цветов и также стали использоваться в различных приборах и оборудовании. Поскольку передовые технологии материалов стала более продвинутыми, светоотдача светодиодов была увеличена, поддерживая эффективность и надежность на приемлемом уровне. Появление светодиодов белого спектра большой мощности позволили использовать их в освещении. Большинство светодиоды было собрано в общих габаритах 5 мм и 3-миллиметра, но с увеличивающейся выходной мощностью, стало все более и более необходимо отводить лишнюю высокую температуру, для сохранения надежности, таким образом, более сложные устройства были приспособлены к эффективному отводу высокой температуры. Современные устройства с большой мощностью имеют лишь небольшое сходство с ранним светодиодами.

Продолжение разработок

Первые сверхяркие светодиоды синего цвета были продемонстрированы Шуджи Накамура корпорации Nichia и были основаны на InGaN. В 1995, Альберто Барбиери в Кардиффском университете (Великобритания) в лаборатории исследовал эффективность и надежность светодиодов высокой яркости и продемонстрировал очень внушительный результат при использовании прозрачного контакта оловянной окиси индия (ITO) на (AlGaInP/GaAs). Существование синих светодиодов высокой яркости быстро привело к созданию первого белого светодиода, который использовал люминесцентное покрытие, чтобы смешать желтый (вниз переделанный) свет с синим, чтобы произвести свет похожий на белый.

Развитие передовых технологий заставило эффективность и светоотдачу светодиодов увеличиваться по экспоненте, с удвоением, происходящим о каждых 36 месяцах с 1960-ых, в пути, подобном закону Мура.

В феврале 2008, университет Bilkent в Турции сообщил о 300 люменах видимого света светодиода построенного на нанокристале.

В январе 2009, исследователи от Кембриджского университета сообщили, что уменьшили издержки процесса выращивания (GaN) светодиодов на кремнии на 90 %, используя шестидюймовые кремниевые вафли вместо двухдюймовых вафель сапфира.

Технология

Физика

Как нормальный диод, светодиод состоит из чипа полупроводника, пропитанного, или лакируемый примесями, чтобы создать p-n соединение. Как в других диодах, электрические токи идут от p-стороны, или анода, n-стороне, или катоду, но не в обратном направлении. Когда электрон встречает отверстие, он попадает на более низкий уровень энергии, и выпускает энергию в форме фотона.

Длина волны света, излучаемого, а следовательно его цвет, зависит от энергии ширины запрещенной зоны материалов, формирующих p-n соединение. В кремнии или диодах германия, электроны и дырки повторно объединяются неизлучающим переходом, который не производит оптической эмиссии, потому что они - косвенные материалы ширины запрещенной зоны. У материалов, используемых для светодиодов, есть прямая ширина запрещенной зоны с энергиями, соответствующими почти инфракрасному, видимому или почти ультрафиолетовому свету.

Светодиодное развитие началось с инфракрасных и красных устройств, сделанных с арсенидом галлия. Выбор в науке материалов сделал возможным производство устройств с короткими длинами волны, производя свет во множестве цветов.

Светодиоды обычно делаются на основании n-типа, с электродом, приложенным к слою p-типа, депонированному на его поверхности. Основания P-типа, не так распространены. Много коммерческих светодиодов, особенно GaN/InGaN, также используют основание сапфира.

У большинства материалов, используемых для указанного производства, есть очень высоко преломляющие индексы. Это означает, что много света будет отражено, назад к материалу в поверхности перехода материала/воздуха. Поэтому уменьшение возврата в светодиоды - важный аспект производства светодиодов.

Эффективность и эксплуатационные параметры

Типичный индикаторный светодиод разработан, чтобы работать с потреблением не более чем 30-60 милливатт электроэнергии. В 1999, Philips Lumileds разработала светодиоды, адаптированные к непрерывному использованию. Используемый в этих светодиодах намного больший полупроводник требует большей подводимой мощности. Он устанавливается на металлических отводах тепла для удаления высокой температуры от кристала.

Одно из главных преимуществ освещения на основе светодиодов - высокая производительность, как отношение светоотдачи к подводимой мощности. Белые светодиоды быстро развивались и достигли эффективности стандартных систем освещения. В 2002, Lumileds сделал светодиоды на пять ватт с люминесцентной эффективностью 18-22 люменов за ватт [lm/W]. Для сравнения обычные 60–100 ватные лампочки накаливания производят приблизительно 15 lm/W, и стандартные люминесцентные лампы производят до 100 lm/W.

В сентябре 2003, новый тип синих светодиодов был продемонстрирован компанией Cree, Inc., чтобы обеспечить 24 мВт при 20 миллиамперах. В 2006 компания продемонстрировала, опытный образец с рекордным показателем люминесцентную эффективность 131 lm/W в 20 мА. Корпорация Nichia разработала светодиоды с люминесцентной эффективностью 150 lm/W в передовом потоке 20 мА.

Нужно отметить, что мощные (≥ 1 W) светодиоды необходимы для общих целей освещения. Типичные операционные потоки для этих устройств начинаются в 350 мА.

Отметим, что эти полезные свойства светодиодов, получены в низкой температуре в лаборатории. В реальных условиях освещения, в более высокой температуре и с потерями, полезные действия намного ниже. Тестирование образцов коммерческих светодиодных ламп, разработанных, чтобы заменить лампы накаливания, показало, что средняя эффективность была все еще приблизительно 31 lm/W в 2008 (проверенная работа колебалась от 4 lm/W до 62 lm/W).

Cree выпустил пресс-релиз 19 ноября 2008 о лабораторном опытном образце, достигнув 161 люмена/ватта при комнатной температуре. Общий объем производительности составил 173 люмена, и коррелированая цветная температура, как сообщали, была 4689 K.

Срок жизни и отказ

Такие твёрдые устройства как светодиоды практически не изнашиваются, если через них пропускается низкий ток и эксплуатация ведётся при низких температурах. Многие из светодиодов, произведенных в 1970-ых и 1980-ых, находятся все еще в работе сегодня. Типичные указанные сроки службы составляют 25000 - 100000 часов, но высокая температура, и неправильные параметры настройки питания могут сократить этот срок очень значительно.

Самый общий признак отказа - постепенное понижение светоотдачи и падение эффективности. Внезапные отказы, хотя и редкий, также может произойти. Первые красные светодиоды были известны своей короткой продолжительностью жизни. С увеличением мощности светодиоды стали подвергаться более высоким температурам. Это вызывает напряжение на материале и может вызвать раннюю деградацию светоотдачи. Чтобы количественно классифицировать жизненный цикл в стандартизированной манере, было предложено использовать сроки L75 и L50, которые являются временем достижения 75%-ой и 50%-ой светоотдачи светодиода соответственно. L50 эквивалентен полужизни светодиода.

Цвета и материалы

Ультрафиолетовый и синий LEDs

Синие светодиоды основаны на широких полупроводниках ширины запрещенной зоны GaN (галлий азотируют), и InGaN (галлий индия азот). Они могут быть добавлены к существующим красно-зеленым светодиодам, чтобы сформировать белый свет, хотя белые светодиоды сегодня редко используют этот принцип.

Первые синие светодиоды были сделаны в 1971 в лабораториях RCA. Однако, у этих устройств было слишком мало светоотдачи, чтобы они нашли практическое применение. В конце 1980-ых, ключевые прорывы в эпитаксиальном росте GaN и допинге p-типа Isamu Akasaki и Hiroshi Amano (Нагоя, Япония) возвещали о начале современной эры GaN светодиодов на основе оптикоэлектронных устройств. Основываясь на этом, Шуджи Накамура с Корпорации Nichia в 1993 продемонстрировал синие светодиоды высокой яркости.

К концу 1990-ых синие светодиоды получили широкое распространение. У них есть активная область, состоящая из одного или более квантовых колодцев InGaN, зажатых между более толстыми слоями GaN, названного слоями оболочки. Изменяя относительную фракцию GaN по квантовым колодцам InGaN, световое излучение может быть различно от фиалки до янтаря. Галлий алюминия AlGaN, азотируя изменения фракции AlN, может использоваться, для воспроизведения ультрафиолетовых светодиодов, но эти устройства еще не достигли уровня эффективности и технологической зрелости синих/зеленых устройств InGaN-GaN. Зеленые светодиоды на приблизительно 350-370 нм, произведенные от системы InGaN-GaN, намного более эффективны и более ярки, чем зеленые светодиоды, произведенные с, неазотируемых материальных систем.

AlGaN и AlGaInN делают доступными еще более короткие длины волн. Ультрафиолетовые светодиоды в диапазоне длин волны становятся доступными на рынке. Эмитенты практически ультрафиолетового спектра с длинной волны приблизительно 375-395 нм уже относительно дешевы и часто встречаются, например, в качестве замены лампы черного излучения для осмотра антиподделывания ультрафиолетовых отметок водяных знаков в некоторых документах и бумажных деньгах. Светодиоды с более короткими длинами волн существенно дороже, хотя и коммерчески доступны (для длин волны 247 нм). Ультрафиолетовые светодиоды, испускающие волны 250-270 нм, должны найти применение как устройствах стерилизации и дезинфекции, поскольку фоточувствительность микроорганизмов приблизительно соответствует спектру поглощения ДНК, с пиком приблизительно в 260 нм. Недавнее исследование показало, что коммерчески доступные UVA светодиоды (365 нм) уже являются эффективной дезинфекцией и устройствами стерилизации. При использовании азотосодержащего алюминия в лаборатории удалось получить волны в 210 нм.

Белый свет

Есть два способа произвести белый свет высокой интенсивности в светодиодах. Первый способ – нужно использовать отдельные светодиоды, которые испускают три первичных цвета – красный, зеленый, и синий, и затем смешивают все цвета, чтобы произвести белый свет. Другой должен использовать люминесцентный материал, чтобы преобразовать монохроматический свет из синего цвета, или ультрафиолетового к свету белого - широкого спектра (похожим образом работает люминесцентная лампа).

RGB Системы

Белый свет может быть произведен, смешивая по-другому покрашенный свет, наиболее общепринятая методика должна использовать красный, зеленый и синий (RGB). Следовательно, этот метод называют разноцветными белыми светодиодами (иногда называемый RGB светодиоды). Поскольку его механизм связан со сложным электрооптическим проектом, чтобы управлять смешиванием и распространением различных цветов, этот подход редко используется, при получении белых светодиодов в промышленности. Однако этот метод особенно интересен многим исследователям и ученым из-за гибкости смешивания различных цветов. В принципе, у этого механизма также есть более высокая квантовая эффективность в производстве белого света.

Есть несколько типов разноцветных белых светодиодов: di - тримаран - и tetrachromatic белые светодиоды. Несколько ключевых факторов, которые играют роль среди этих разных подходов, включают цветную стабильность, способность предоставления цвета, и люминесцентную эффективность. Часто более высокая эффективность будет означать более низкое цветное предоставление, представляя компромисс между люминесцентной эффективностью и цветным предоставлением. Например, у двуцветных белых светодиоды есть лучшая люминесцентная эффективность (120 lm/W), но самая низкая способность предоставления цвета. Наоборот, хотя у tetrachromatic белых светодиоды есть превосходная способность предоставления цвета, у них часто плохая люминесцентная эффективность. Белые Trichromatic светодиоды являются промежуточным вариантом, обладая хорошей люминесцентной эффективностью (> 70 lm/W) и справедливой способностью предоставления цвета.

Многокрасочное предложение светодиодов не просто решение производства белого света, но так же целая новая техника производства света различных цветов. В принципе, большинство заметных цветов может быть произведено, смешивая различное количество трех первичных цветов, и это позволяет произвести точный динамический цветной контроль. Поскольку много усилия посвящено исследованию этой техники, у многокрасочных светодиодов должно быть глубокое влияние на фундаментальном методе, который мы используем, чтобы произвести и управлять цветом. Однако, некоторые технические проблемы должны быть решены прежде, чем этот тип светодиодов сможет действительно играть роль на рынке. В первую очередь, конечно, зависимость эмиссии светодиода по экспоненте с увеличением температуры, приводящая к существенным изменениям в цветовой стабильности. Такая проблема не является приемлемой для коммерческого использования. Поэтому, было предложены много новых решений, направленных на преодоление этой проблемы, которые сейчас рассматриваются.

Светодиоды, основанные на фосфоре

Этот метод подразумевает покрытие светодиодов одного цвета (главным образом синих светодиодов сделанных из InGaN) фосфором различных цветов, чтобы произвести белый свет. Светодиоды называют, фосфор базированными белыми светодиодами. В зависимости от цвета оригинала может использоваться фосфор различных цветов. При этом при применении нескольких люминесцентных слоев отличных цветов, испускаемый спектр расширяется, эффективно увеличивая индекс предоставления цвета (CRI) данного светодиода.

Фосфорные светодиоды обладают более низкой эффективностью, чем нормальные светодиоды, из-за потери высокой температуры и связанных с фосфором проблемами деградации. Однако, люминесцентный метод - все еще самая популярная техника для производства белых сверхярких светодиодов. Проектирование и производство источников света или осветительных арматур, использующих одноцветные эмитенты с люминесцентным преобразованием более просты и более дёшевы, чем сложные системы RGB, и потому большинство белых светодиодов высокой интенсивности на рынке произведены, используя люминесцентное преобразование света.

Белый светодиоды может также быть получен покрытием ультрафиолетовых светодиодов смесью высокой производительности, основанной на красном и синем фосфоре плюс зеленая медь и алюминий, лакирующей цинковый сульфид (ZnS:Cu, Al). Это - метод, аналогичный работе люминесцентных ламп. Этот метод менее эффективен, чем синий цвет, поскольку светодиод с фосфором YAG:Ce, требует больше энергии чтобы нагреться, но он обладает лучшими спектральными особенностями. Из-за более высокой излучающей основы ультрафиолетового светодиоды чем синего, оба подхода предлагают сопоставимую яркость. Другая проблема заключена в том, что ультрафиолетовый свет может просочиться от работающего со сбоями источника света и нанести ущерб человеческим глазам или коже.

Прочие белые светодиоды

Другой метод не использовал фосфора вообще и был основан на выращенном цинковом селениде (ZnSe) на основании ZnSe, которое одновременно испускало синий свет от его активной области и желтый свет от основания.

Органические светодиоды (OLEDs)

Если материал слоя испускания светодиода - органическое соединение, то устройство называют органическим светодиодом (OLED). При этом материал испускания светодиодов может быть маленькой органической молекулой в прозрачной фазе, или полимером. Материалы полимера могут быть гибкими; такие светодиоды известны как PLEDs или FLEDs.

По сравнению с регулярным светодиоды OLEDs легче. Ещё одной выгодой полимерных светодиодов является их гибкость. Некоторые возможные будущие применения органических светодиодов:

- Недорогие, гибкие дисплеи

- Источники света

- Стенные художественные оформления

- Люминесцентная ткань

Органические светодиоды использовались, как основа дисплеев для портативных электронных устройств, таких как мобильники, цифровые камеры, и MP3-плейеры. Большие дисплеи были продемонстрированы, но их продолжительность жизни все еще слишком коротка (<1 000 часов), чтобы иметь практический смысл.

Сегодня эффективность органических светодиодов существенно более низка в сравнении с эффективностью неорганических светодиодов.

Квантовые точечные светодиоды (экспериментальные)

Новый подход, разработан Михаэлем Боверсом, аспирантом в университете Vanderbilt в Нашвилле - светодиод с квантовыми точками, которые испускают белый свет в ответ на синий свет от основного. Эта техника производит теплый, желтовато-белый свет, подобный лампам накаливания.

Квантовые точки – полупроводники - нанокристалы, которые обладают уникальными оптическими свойствами. Их цвет эмиссии может быть настроен от видимого до инфракрасного спектра. Это позволяет, Квант усеивают светодиоды, чтобы создать почти любой цвет на диаграмме CIE. Это обеспечивает больше цветных вариантов и лучшее белое предоставление цвета светодиодами. Квантовые точечные светодиоды доступны в тех же самых типах модулей, что и традиционные светодиоды основанные на фосфоре.

Типы светодиодов

Светодиоды можно классифицировать по размерам, мощности и цветности.

Миниатюрные светодиоды

Они являются главным образом простыми светодиодами, используемыми как индикаторы, размерами от 2 мм до 8 мм. Они обычно просты в проектировании и не требуют отдельного тела охлаждения. Типичные действующие квалификационные отметки располагаются приблизительно от 1 мА к вышеупомянутым 20 мА.

Светодиоды повышенной мощности

Сверхмощные светодиоды (HPLED) - сотни мама (против десятков мама для обычных светодиодов), некоторые с больше чем одним ампером тока, выделяют большое количество света. Так как перегревание является разрушительным, сверхяркие светодиоды должен быть очень эффективным, чтобы минимизировать лишнюю высокую температуру - потому, они устанавливаются на отводах высокой температуры. Если высокая температура от сверхярких светодиодов не будет удалена, то устройство сгорит в секуну.

Один сверхяркий светодиод может часто заменять лампу накаливания в фонаре, или они могут быть собранными в большом количестве в один прожектор.

На ноябрь 2008 некоторые сверхяркие светодиоды, произведенные Cree Inc. превышают 95 lm/W и продаются в лампах, призванных заменить сверкающий, галоген, и даже флуоресцентные огни, поскольку светодиоды обладают более конкурентоспособной себестоимостью.

Типы светодиодов в зависимости от применения

• Моргающие светодиоды используется как индикаторы привлечения внимания, не требуя внешней электроники. Моргающие светодиоды напоминают стандартные светодиоды, но они содержат интегрированный кругооборот мультивибратора внутри, который заставляет светодиод вспыхивать с типичным периодом одной секунды. В распространяемой линзе светодиоды видны как маленькие черные точки. Большинство моргающих светодиодов излучают свет одного цвета, но более сложные устройства, могут вспыхнуть несколькими цветами, используя смешивание цвета RGB.

   

   

• Цветные мигающие светодиоды - фактически два различных светодиода в одном. Это устройство состоит из двух работающих навстречу светодиодов – когда один гаснет связанный с ним второй загорается. Электрический ток в одном направлении производит один цвет, ток в противоположном направлении производит другой цвет. Чередование двух цветов с достаточной частотой вызывает появление смешанного третьего цвета. Например, красное/зеленое, модуль светодиодов управляемый этим способом, можно использовать, чтобы получить желтый свет.

   

   

• Трёхцветные светодиоды - два светодиода в одном, но они связаны, чтобы работать отдельно – чтобы два светодиоды могли управляться независимо, и светить одновременно. Обычно они имеют общую часть – анод или катод.

   

   

• RGB светодиоды содержат красный, зеленый и синий эмитенты, вообще используя связь с четырьмя проводами с одним общим анодом или катодом.

   

   

• Монохромные дисплеи с семью сегментами и формат starburst – ещё одно применение светодиодов. Дисплеи с семью сегментами отображают все числа и ограниченный набор букв. Дисплеи Starburst могут показать все символы. Светодиодные дисплеи с семью сегментами были в широко распространенном употреблении в 1970-ых и 1980-ых, но увеличение использования жидкокристаллических дисплеев, с их более низким расходом энергии и большей гибкостью отображения, уменьшил популярность числовых и алфавитно-цифровых светодиодных дисплеев.

   

   

   

Условия использования

Источники энергии

Особенности питания светодиода подобны другим диодам, в которых ток зависит по экспоненте от напряжения. Это означает, что незначительное изменение в напряжении может привести к большому изменению тока. Если максимальное номинальное напряжение превышено даже на немного, номинальный ток может быть сильно превышен и стать потенциально разрушительным или разрушившим светодиод. Типичные решения в том, чтобы использовать постоянные элементы питания, или вхождение светодиода в сеть с напряжением многим ниже максимальной оценки. Так как большинство домашних источников энергии (батареи, сеть) не являются постоянными источниками, светодиоды должны включаться в цепь с преобразователями переменного источника в постоянный.

Полярность

Как со всеми диодами, электрические токи направлены от p-типа к материалу n-типа. Однако, никакого электрического тока и никакого света не будет, если маленькое напряжение применено в обратном направлении. Если обратное напряжение становится достаточно большим, чтобы превысить напряжение пробоя, возникнет большой электрический ток и светодиод будет поврежден.

Преимущества

Эффективность: производительность светодиодов за ватт выше, чем лампы накаливания.

Цвет: светодиоды излучают свет нужного цвета без использования цветных фильтров, которые требуются традиционным методам освещения. Это более эффективно и может понизить начальные затраты.

Размер: светодиоды могут быть очень маленькими (меньший чем 2 мм) и легко нанесены на печатные платы.

Время реакции: светодиоды переключаются очень быстро. Типичный красный индикатор LED достигнет полной яркости в микросекундах. У светодиодов, используемых в устройствах коммуникаций, могут быть еще более быстрые времена ответа.

Езда на велосипеде: светодиоды идеальны для использования в ситуациях, которые подвергают источники света резким колебаниям.

Затемнение: светодиоды можно очень легко быть затемнить простым понижением уровня тока.

Прохладный свет: В отличие от большинства источников света, светодиоды излучают очень небольшую высокую температуру, которая может повредить чувствительные объекты. Потраченная впустую на тепло энергия рассеивается через теплоотводы светодиода.

Медленный отказ: светодиоды главным образом ломаются постепенно, тускнея в течение долгого времени, а не резко выгорая в отличии от ламп накаливания.

Долгий срок эксплуатации: у светодиоды может быть относительно долгий срок полезного использования. Его оценивают 35 000 - 50 000 часов срока полезного использования, хотя время службы может быть и более длинным. Флуоресцентные трубы типично оцениваются приблизительно в 10 000 - 15 000 часов, завися частично от условий использования, и ламп накаливания в 1 000-2 000 часов.

Сопротивление удару: светодиоды, будучи компонентами твердого тела, трудно повредить, ударив, в отличие от флуоресцентных и ламп накаливания, которые достаточно хрупки.

Токсичность: светодиоды не содержат ртути, в отличие от люминесцентных ламп.

Недостатки

Высокая начальная цена: светодиоды в настоящее время более дороги, цена люмена, на начальной стадии затрат, выше чем большинство обычных технологий освещения. Однако, рассматривая общую стоимость подключения (включая энергию и затраты обслуживания), светодиоды далеко превосходят лампы накаливания или источники галогена и начинают угрожать компактным люминесцентным лампам

Температурная зависимость: Работа светодиодов в значительной степени зависит от окружающей температуры окружающей среды. Перегрев светодиодов в высоких окружающих температурах может привести к отказу устройства. Адекватное понижение высокой температуры обязано увеличить сроки эксплуатации. Это особенно важно, рассматривая автомобильные, медицинские, и военные применения, где устройство должно работать в большом диапазоне температур, и обязано иметь низкую ступень отказа.

Чувствительность напряжения: светодиоды должны питаться напряжением выше порога и тока ниже предела. Это требует добавочные резисторы или отрегулированные токи электропитания.

Опасность ультрафиолета: Беспокоит то, что синий и прохладно-белый светодиоды при сбое оборудования могут превысить безопасные пределы в глазных спецификациях безопасности, таких как ANSI/IESNA RP-27.1-05

Синее загрязнение: поскольку прохладно-белые светодиоды (то есть, светодиоды с высокой цветной температурой) испускают намного больше синего света чем обычные наружные источники света, такие как лампы натрия с высоким давлением, сильная зависимость длины волны рассеивания Рэлея означает, что прохладно-белый светодиоды могут вызвать более легкое загрязнение чем другие источники света. Поэтому очень важно, что бы прохладно-белые светодиоды не использовались на открытом воздухе. Прохладно-белые светодиоды не должны использоваться для наружного освещения около астрономических обсерваторий.

Применение

Применение светодиодов очень разнообразно, но можно выделить 3 группы:

Визуальное применение сигнала, где свет идёт от светодиода в человеческий глаз, чтобы передать сообщение или значение.

Освещение, где свет светодиодов отражается от объектов для их освещения.

Наконец светодиоды также используются, чтобы произвести свет для измерения и взаимодействия с процессами, которые не используют человеческую визуальную систему.

Индикаторы и знаки

Низкое потребление энергии, низкие эксплуатационные расходы и небольшой размер современных светодиодов привели к их применению в качестве индикаторов статуса на множестве оборудования и установок. Широкое распространение светодиоды получили в боьших дисплеях и табло стадионов, аэропортах и железнодорожных станциях, и дисплеях и табло меньшего размера, предназначенных для поездов, автобусов, трамваев, и паромов.

Одиночный цветной свет хорошо подходит для светофора, знаков указателей, чрезвычайного освещения транспортного средства, фонарей судов. В Рождественских огнях. Красные или желтые светодиоды используются в индикаторах и алфавитно-цифровых дисплеях, где должна быть сохранена тёмная обстановка: кабины самолета, субмарина и мостики судна, обсерватории астрономии; и в областях, например, наблюдения животных; военное полевое использование.

Из-за их длинной жизни и быстрого времени переключения, светодиоды использовались для автомобильных тормозных сигналов и сигналов поворота в течение некоторого времени. Теперь много продвинутых транспортных средств начинают использовать светодиоды для всех задних фонарей. Светодиоды также хороши при моделировании, поскольку светодиоды способны к формированию намного более тонких световых пучков чем лампы накаливания с параболическими отражателями. Существенное усовершенствование сигналов авто за счёт сокращения времени отклика используя светодиоды (возможно 0.5s быстрее чем у ламп накаливания), улучшает безопасность, давая водителям больше времени, чтобы реагировать.

Из-за относительной дешевизны светодиоды также используются в фотонной ткани, в искусстве и т.д.

Освещение

С появлением светодиодов высокой производительности и большой мощности стало возможно использовать их в лампах и прожекторах осветительных приборов . Светодиодные лампочки были сделаны по тому же стандарту подключения что и обычные. Светодиоды используются как уличные огни и в другом архитектурном освещении , где цветное нужно цветовое изменение подсветки. Механическая надежность и долгий срок службы используются в освещении на автомобилях, мотоциклах и на велосипедах.

Светодиоды также подошли в качестве подсветки жидкокристаллических мониторов и ноутбуков, в качестве источника света для проекторов DLP. RGB светодиоды увеличивают цветную гамму на целых 45 %. Экран для телевидения и компьютерные мониторы становятся все более и более тонким с использованием светодиодной подсветки.

Так как светодиоды являются маленькими, долго служат и требуют небольшого количества энергии, они используются в таких устройствах как фонари. Светодиоды хорошо подошли для использования в камерах на мобильных телефонах, где место в большом почете, и большая увеличивающая напряжение схема нежелательна. Светодиоды используются для инфракрасного освещения в ночных камерах и устройствах слежения. Кольцо из светодиодов вокруг видео камеры, нацеленное вперед, позволяет получить насыщенность цвета при видео съёмке.

Светодиоды также используются для декоративного освещения . Декоративные светодиоды подсветки включают, но не ограничиваются внутренней/наружной рекламой, лимузинами, грузовыми трейлерами, конверсионными фургонами, судами круиза, лодками, автомобилями, и сервисными грузовиками.

Умное освещение

Свет может использоваться для передачи данных, это уже осуществлено в стандартах IrDA, используя инфракрасные светодиоды. Светодиоды могут стать беспроводными маршрутизаторами для передачи данных. Лазеры могут также быть сконструированы с их использованием.

Устойчивое освещение

Эффективное освещение необходимо для любой архитектуры. 13 ватт светодиодная, лампа производит 450 - 650 люменов, что эквивалентно стандартной лампе накаливания на 40 ватт. У стандартных 40 ламп накаливания W есть ожидаемая продолжительность жизни 1 000 часов, в то время как светодиодная лампа может продолжить работать с уменьшенной эффективностью больше 50 000 часов, в 50 раз дольше чем лампа накаливания.

Безвредный для окружающей среды выбор

Один кВтч электричества даёт 1.34 фунта эмиссии CO2. В среднем лампочка работает в течение 10 часов в день – одна лампа накаливания на 40 ватт произведет 196 фунтов CO2 каждый год. Углеродный след здания от освещения может быть уменьшен на 68 %, сменив все лампы накаливания на новые светодиоды.

Светодиоды не токсичны в отличие от более популярного выбора ламп с низким энергопотреблением, содержащих следы вредной ртути.

Экономическая целесообразность

Светодиодные лампы могут стать выбором в пользу эффективности затрат для освещения дома или офиса из-за их очень длинных сроков службы, даже при их намного более высокой покупной цене. Высокая начальная стоимость коммерческой лампы на светодиодах получается из-за дорогого основания – сапфира, которое является ключевым к процессу производства. Аппарат сапфира должен быть вместе с подобным зеркалу коллекционером, чтобы отразить свет, который был бы иначе потрачен впустую.

С 2008 светодиодные лампы стали использовать основания из сапфира, чтобы получить продукт достаточной выходной мощности. Используемые покрытые металлом кремниевые вафли команды со встроенным рефлексивным слоем циркония азотируют, чтобы уменьшить издержки производства устройства. В течение нескольких лет, светодиоды, произведенные с их революционной, новой техникой, будут сопоставимы по конкурентоспособной цене с CFL лампами. Менее дорогие светодиоды не только экономили бы энергию, но также изначально не стоили бы дорого с недорогой основой лампы.

Не визуальное применение

У света есть много прочих применений кроме упомянутых выше, в которых в большинстве случаев можно использовать светодиоды, для примера: коммуникации и датчики.

Свет от светодиодов может быть получен очень быстро, потому они экстенсивно используются в оптическом волокне и беспроводных коммуникациях, таких как пульты телевизоров и видеомагнитофонов, где часто используются инфракрасные светодиоды. Оптические изоляторы используют светодиод, объединенный с фотодиодом или фототранзистором, чтобы предоставить сигналу электрическую изоляцию между двумя цепями.

Много систем датчика полагаются на свет как на главную среду. Светодиоды часто идеальны как источник света из-за требований датчиков. Светодиоды используются как датчики движения, например в оптических компьютерных мышах. Бары датчика колес используют инфракрасные светодиоды. Некоторые планшетные сканеры используют множества RGB светодиодов, а не типичные люминесцентные лампы холодного катода как источник света. Иметь независимый контроль над тремя освещенными цветами позволяет сканеру калибровать себя для более точного цветного баланса, и нет никакой потребности в разогреве. Ощущение прикосновения: Так как светодиоды могут также использоваться как фотодиоды, они могут использоваться и для эмиссии фотографии и для обнаружения. Это могло использоваться, например, в сенсорных дисплеях, которые регистрируют отраженный свет от пальца или пера.

Много материалов и биологических систем чувствительны или зависят от света. Для растений используют свет светодиодов, чтобы увеличить фотосинтез на заводах. Бактерии, и вирусы могут быть удалены из воды и других веществ, используя ультрафиолетовый светодиоды для стерилизации.

Использование светодиодов особенно интересно культиваторам растений, главным образом, потому что это более низкое энергопотребление, меньше высокой температуры (может повредить отростки близко к горячим лампам), и может обеспечить оптимальную легкую частоту для роста.

Источники света для машинных систем видения

Машинные системы видения часто требуют яркого и гомогенного освещения, таким образом особенности панорамы легче обработать. Светодиоды часто применялись в этих целях, и эта область применения, вероятно, останется одной из главных прикладных областей до снижений цен на светодиоды достаточно низко, чтобы сделать передачу сигналов и освещения более распространенными. Сканеры штрихового кода - самый общий пример машинного видения, и много таких недорогих устройств использовали красный светодиоды вместо лазеров. Светодиоды составляют почти идеальный источник света для машинных систем видения по нескольким причинам:

Размер освещенной области является обычно сравнительно маленьким, и машинные системы видения часто весьма дороги, таким образом стоимость источника света обычно - незначительное беспокойство. Однако, очень сложно заменить сломанный источник света, размещенный в пределах сложной машины, и здесь жизнь сверхсрочной службы светодиоды – большая выгода.

Светодиодные элементы как правило маленькие и могут быть помещены с высокой плотностью по квартире так, чтобы яркие и гомогенные источники могли заменить прямой свет от одного сильного источника света, создавая эффект однородного освещения.

Светодиоды могут быть легко стробированы (в диапазоне микросекунды и ниже) и синхронизированы с отображением. Светодиоды большой мощности позволяю быстро получить хорошо освещенные изображения даже за очень короткий световой импульс. Это часто используется, чтобы получить изображения быстро движущихся предметов.

Светодиоды доступны в различных цветовых гаммах, легко позволяя использовать лучший цвет для каждого применения, где различный цвет может обеспечить лучшую видимость особенностей объекта интереса. Наличие точно известного спектра позволяет использовать хорошо подобранные фильтры, чтобы отделить информативную полосу пропускания или уменьшить шумовой эффект рассеянного света. Светодиоды обычно работают в сравнительно низких рабочих температурах, поэтому можно использовать пластмассовые линзы, фильтры и распылители. Водонепроницаемые модули могут также быть легко разработаны, для использования в неблагоприятно или просто влажной окружающей среде (пища, напиток, нефтедобывающие промышленности).