45. Твердотельное освещение. Принцип работы светодиодов, преимущества, применение.

Твердоте́льное освеще́ние (англ. solid state lighting (SSL) — разновидность освещения, для которого в качестве источников света используются светодиоды (LED), органические светодиоды (OLED), или полимерные светодиоды (PLED) вместо нитей накала или газа. Термин «твердотельное» означает, что свет в этих приборах излучается твёрдым объектом — блоком полупроводников — а не вакуумной или газонаполненной трубкой, как в случае традиционных ламп накаливания и люминесцентных ламп. В отличие от традиционного освещения, SSL создаёт видимый свет, практически не нагреваясь (и, соответственно, с бо́льшим КПД).

Кроме того, монолитная конструкция SSL придаёт приборам нечувствительность к ориентации, ударам и вибрации, что значительно увеличивает срок их службы.

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом или контактом металл-полупроводник, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его спектральные характеристики зависят в том числе от химического состава использованных в нём полупроводников. Считается, что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк. В 1923 году, экспериментируя с детектирующим контактом на основе пары «карборунд — стальная проволока», Олег Лосев обнаружил на стыке двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода.

При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Преимущества

По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:

1.Высокая световая отдача. Современные светодиоды сравнялись по этому параметру с натриевыми газоразрядными лампами и металлогалогенными лампами, достигнув 150 Люмен на Ватт.

2.Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих).

3. Длительный срок службы - от 30000 до 100000 часов ( при работе 8 часов в день - 34 года). Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.

Спектр современных светодиодов бывает различным - от тёплого белого = 2700 К до холодного белого = 6500 К.

4. Малая инерционность - включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутно-форфорных (люминесцентных-экономичных) ламп время включения от 1 сек до 1 мин, а яркость увеличивается от 30% до 100% за 3-10 минут, в зависимости от температуры окружающей среды.

5. Количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света - ламп накаливания, газоразрядных ламп).

6. Различный угол излучения - от 15 до 155 градусов.

7. Низкая стоимость индикаторных светодиодов, но относительно высокая стоимость при использовании в освещении, которая снизится при увеличении производства и продаж.

8. Безопасность — не требуются высокие напряжения, низкая температура светодиода или арматуры, обычно не выше 60 градусов Цельсия.

9. Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

10.Экологичность - отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения в отличие от люминесцентных ламп.

Применение светодиодов

В уличном, промышленном, бытовом освещении.

В качестве индикаторов - как в виде одиночных светодиодов (например, индикатор включения на панели прибора), так и в виде цифрового или буквенно-цифрового табло (например, цифры на часах).

Массив светодиодов используется в больших уличных экранах, в бегущих строках. Такие массивы часто называют светодиодными кластерами или просто кластерами.

В оптопарах.

Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях и светофорах

Светодиоды используются в качестве источников модулированного оптического излучения (передача сигнала по оптоволокну, пульты ДУ, светотелефоны, интернет)

В подсветке ЖК-экранов (мобильные телефоны, мониторы, телевизоры и т. д.)

В USB-устройствах

В светодиодных дорожных знаках

В гибких ПВХ световых шнурах