Твердотельные источники света - светоизлучающие диоды

Рассмотрим краткие сведения о твердотельных источниках света - светоизлучаюших диодах (СИД). СИД - это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения, в основе которого лежит инжекционная электролюминесценция.

В этих излучателях используются полупроводники, проводимость которых определяется введенными в них легирующими примесями. Если к «p-n» переходу такого полупроводника приложить напряжение прямой полярности в несколько вольт, т.е. обеспечить инжекцию носителей заряда, то они будут рекомбинировать в зоне контакта с испусканием фотонов. Чтобы фотоны, освободившиеся при рекомбинации, соответствовали квантам видимого света, ширина запрещенной зоны должна быть относительно большой (>1,8 эВ). Исходя из этого ограничения, используются в основном следующие полупроводниковые материалы: фосфид галлия, карбид кремния, твердые растворы: галлий-мышьяк-фосфор и галлий-мышьяк-аллюминий, а также нитрид галлия. Путем добавления в полупроводниковый материал атомов веществ-активаторов можно изменять в некоторых пределах цвет излучения диодов.

Соотношение между излучательными и безызлучательными рекомбинациями в диодной структуре характеризует ее внутренний квантовый выход, который в современных светоизлучающих диодах составляет единицы процентов, и этого оказывается достаточно для создания качественных приборов.

Основным технологическим методом изготовления светоизлучающих диодных структур является метод наращивания (жидкофазного или напыление из газовой фазы). При жидкофазном наращивании осуществляется принудительное заливание подложки расплавом, содержащим необходимые примесные компоненты, после чего на подложке формируется пленка. Напыление из газовой фазы представляет собой синтезирование вещества в результате термохимических реакций на исходной подложке. К основным достоинствам светодиодов можно отнести:

  1. низкое потребление энергии - не более 10% от потребления ламп накаливания;
  2. долгий срок службы - до 100 000 часов;
  3. высокий ресурс прочности - ударная и вибрационная устойчивость;
  4. чистота и разнообразие цветов, направленность излучения;
  5. регулируемая интенсивность;
  6. низкое рабочее напряжение;
  7. экологическая и противопожарная безопасность (не содержат в своем составе ртути и почти не нагреваются);
  8. компактность.

К недостаткам свтодиодных источников света можно отнести их более высокую стоимость по сравнению с другими источниками освещения на настоящий момент. Достоинства твердотельных источников света по прогнозам развития осветительной техники с лихвой оправдают вложенные затраты и в скором времени придут на замену ЛН и ЛЛ.

Тип лампы Начальная стоимость Расходы за период эксплуатации Срок службы в часах Яркость ИК излуче­ние УФ излучение
ЛН низкая Очень высокие 1000 cредняя Очень высокое Прием­лемое
ЛЛ высокая Прием­лемые 10000 низкая Минимальное Очень высокое
СИД Очень высокая низкие 100000 высокая нет нет