Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, LED англ. Light-emitting diode)
— полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при
пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в
узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от
химического состава использованного в нем полупроводника. Считается,
что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был
изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой
руководил Ник Холоньяк.
Как и в нормальном полупроводниковом
диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического
тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки —
рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного
энергетического уровня на другой).
Светодиоды
Не
всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при
рекомбинации. Хорошими излучателями являются, как правило, прямозонные
полупроводники типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe).
Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для
всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного
диапазона (PbS).
Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремниевый Si или германиевый Ge диоды, а также сплавы SiGe, SiC),
свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитостью кремниевой
технологии, активно ведутся работы по созданию светоизлучающих диодов
на основе кремния. Последнее время большие надежды связывают с
технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.
Светодиоды используются в сигнальных и осветительных приборах, например, в «твердотельных лампах».
Светодиоды высокой мощности
История:
Первое
известное сообщение о излучении света твердотельным диодом было сделано
в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом из Маркони Лабс.
Вклад советских учёных:
Хотя
люминесценцию в карбиде кремния впервые наблюдал Раунд в 1907 году,
Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиолаборатории в 1923 г.
показал, что она возникает вблизи p-n-перехода.
Обозначение светодиода в электрических схемах
О.
В. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия,
позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные)
источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень
высоким быстродействием. Полученные им два авторских свидетельства на
«Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.) формально закрепили
за Россией приоритет в области светодиодов.
За изучение в 60-х
гг. многослойных полупроводниковых структур, так называемых
гетероструктур, российский физик академик Жорес Алфёров получил
Нобелевскую премию 2000 года.
Применение светодиодов:
-
В качестве индикаторов, 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 кластеры светодиодов,
светодиодные кластеры, или просто кластеры.
- 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)
- В подсветке ЖК экранов (мобильные телефоны, цифровые фотоаппараты, мониторы и т. д.)
Применение светодиодов в светофоре
Органические светодиоды — OLED:
Многослойные
тонкоплёночные структуры, изготовленные из органических соединений,
которые эффективно излучают свет при пропускании через них
электрического тока. Основное применение OLED находит при создании
устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что
производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство
жидкокристаллических дисплеев.
Главная проблема для OLED — время
непрерывной работы, которое должно быть не меньше 15 тыс. часов. Одна
проблема, которая в настоящее время препятствует широкому
распространению этой технологии, состоит в том, что «красный» OLED и
«жёлтый» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше
чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причем время
качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного
устройства. Хотя сегодня «синий» OLED все-таки добрался до отметки в
17,5 тыс. часов непрерывной работы.
Дисплеи из органических светодиодов широко применяются в сотовых телефонах, GPS-навигаторах, для создания приборов ночного вид |
