Как устроена светодиодная лампа

Светодиод – полупроводниковый прибор, излучающий свет определённого цвета. Он кардинально отличается от традиционных источников света, таких как лампы накаливания, люминесцентные лампы и разрядные лампы высокого давления. Как же он устроен?
Как устроена светодиодная лампа

Фото: Verbatim

В светодиоде нет газа и нити накала, он не имеет хрупкой стеклянной колбы и потенциально ненадёжных подвижных деталей. Излучение света осуществляется за счёт рекомбинации электронов и дырок под действием тока в ходе электронно-дырочного перехода в полупроводнике, в результате этого процесса выделяется энергия фотонов со строго определённой длиной волны. Что это такое?

Упрощённо это можно представить себе полупроводник как две половинки вещества, разделённые тонкой прослойкой диэлектрика. В одной половинке имеется избыток отрицательно заряженных частиц (электронов). В другой — избыток положительно заряженных частиц (дырок). Под воздействием тока частицы получают возможность прорваться сквозь слой диэлектрика. Встреча положительно и отрицательно заряженной частицы сопровождается выделением энергии в виде фотонов со строго определённой длиной волны. Это могут быть как фотоны с длиной волны видимого света (красные, зелёные, синие), так и фотоны в невидимой части спектра, например, ультрафиолетовые или инфракрасные.

Вначале (в шестидесятые годы) появились светодиоды с красным свечением, затем с зелёным, однако лишь в 1993 году были созданы синие светодиоды высокой яркости. С этого момента начинается разработка осветительных устройств на базе светодиодов, которые могут давать любой цвет освещения, включая белый.

Как устроена светодиодная лампа

Фото: Philips

 

Все осветительные светодиоды имеют одинаковую базовую конструкцию. Они включают в себя полупроводниковый чип (или кристалл), подложку, на которую он устанавливается, контакты для электрического подключения, соединительные проводники для подсоединения контактов к кристаллу, теплоотвод, линзу и корпус.

Как устроена светодиодная лампа

Фото: Philips

 

Почему так важны были именно синие светодиоды? Дело в том, что именно с их помощью можно получить цвета других оттенков. Для этого кристалл светодиода покрывается люминофором, светящимся светом определённого тона. Люминофорные технологии получения белого света предполагают использование одного светодиода коротковолнового излучения, например, синего или ультрафиолетового, в комбинации с жёлтым люминофорным покрытием. Фотоны, генерируемые светодиодом, либо проходят через слой люминофора без изменения, либо преобразуются в нём в фотоны жёлтого света. Комбинация фотонов синего и жёлтого цвета создаёт белый свет.

Метод смешения света от трёх светодиодов разного оттенка (красного, зелёного и голубого) называется метод RGB. Он даёт возможность создавать белый свет точного оттенка, имеющий способность подчёркивать освещаемые цвета. Однако для создания белого цвета RGB требуется сравнительно сложное оборудование, так как в одном источнике необходимо использовать сразу три светодиода. При этом получаемый свет неестественно передаёт пастельные тона, что является основным следствием низкого индекса цветопередачи белого света, полученного методом RGB, поэтому в лампах такой метод не используется (но используется в световых панелях или в световых лентах).

Как устроена светодиодная лампа

Фото: Philips

К основным компонентам светодиодного светового прибора относятся:

  • Собственно сами светодиоды и электроника, обеспечивающая их работу.
  • Источник питания с микропроцессорным управлением, преобразователи напряжения и схемы управления.
  • Устройства для отвода тепла (вентиляционные отверстия и радиаторы).
  • Линзы и средства нацеливания для направления, смешивания и рассеивания света.

Редакция благодарит компанию Philips за помощь при подготовке статьи

  • Материал подготовил: Борис Безель