Опубликовано: 08.10.2018
Многообразие применяемых сегодня светодиодных элементов просто поражает воображение. В промышленных цехах, на улицах городов, в частных и общественных интерьерах, парковых зонах и ландшафтном дизайне, заведениях общепита и торгово-развлекательных центрах полупроводниковые приборы не только качественно освещают окружающее пространство, но и создают впечатляющие стробоскопические эффекты, светодинамические спектакли и генерируют разнообразные оптические иллюзии. В наше время на передний план в сфере декоративного искусственного освещения все чаще выходят такие критерии, как экономичность, экологическая безопасность, долговечность, способность исправно функционировать в самых сложных погодных условиях. И здесь просто нет равных полупроводниковым элементам, в работе которых используются совершенно отличные от других источников электромагнитного излучения физические принципы.
Миниатюрный светодиод размером около 0,5 мм, можно назвать совершенно уникальным устройством. Он кардинально отличается своей внутренней архитектурой и используемыми в его работе физическими законами от ненадежных и энергетически прожорливых традиционных источников светового излучения, в которых применяются принцип накаливания вольфрамовой проволоки или прохождения тока сквозь газовую среду высокого давления. В полупроводниковых приборах нет газа, отсутствуют быстро перегорающая нить накаливания, хрупкая легко бьющаяся стеклянная колба, потенциально ненадежные механические детали и прочие уязвимые компоненты. Сама конструкция светодиодов проста до гениальности и технически совершенна. Благодаря этому они обладают поистине феноменальной отказоустойчивостью – в таких приборах просто нет элементов, которые даже теоретически могут выйти из строя.
В источниках светового излучения полупроводникового типа используются специальный рассеивающий компонент, не имеющий подвижных частей и предназначенный для равномерного распределения в пространстве электромагнитного импульса. Кроме него, конструкционную основу светодиодного прибора составляют специальная кластерная плата и электронная матрица с диодным питающим мостом и стабилизатором напряжения. Все эти функциональные элементы помещены внутрь инертной к любым внешним воздействиям поликарбонатной оболочки, обладающей к тому же высокой механической прочностью и великолепной устойчивостью к ударным нагрузкам. Цветовой спектр свечения светодиодов определяется типом полупроводника и легирующих добавок.
Функционирование светодиодов основано на давно известных науке фундаментальных свойствах полупроводников, характеризующихся высоким значением фотопроводимости, которая состоит в способности фотонов за счет собственной кинетической энергии выбивать электроны с валентной орбитали, направляя их в зону проводимости, расположенную ближе к ядру атома, где они приобретают дополнительный электромагнитный импульс. Таким образом, бомбардировка электронами некоторых материалов, называемых полупроводниками, сопровождается обильным выделением квантов света – фотонов, которые являются базовыми составляющими электромагнитного излучения. Сам же полупроводник представляет собой особый материал с p-n-переходом.
В процессе легирования n-тип обогащают носителями отрицательного электрического заряда, а p-тип – положительного. В результате образуется своеобразная структура, которую физики часто называют электронно-дырчатым переходом. После приложения к диоду электрического поля электроны, устремляясь в зону проводимости, инжектируются, что и сопровождается выбросом электромагнитной энергии. Следует заметить, что различные материалы испускают излучение разной длины волн. Этим и определяется цвет видимого спектра свечения.