За последние несколько десятилетий в индустрии освещения произошла революция благодаря светоизлучающим диодам или светодиодам. Они очень долговечны, энергоэффективны и достаточно адаптируемы, чтобы их можно было использовать в самых разных условиях, включая жилые дома, автомобили, светофоры и электрические устройства. Процесс люминесценции, питающий светодиоды, лежит в основе их технологии. В этой статье будут рассмотрены основы процесса люминесценции светодиодных светильников и то, как они генерируют свет.
Когда электрический ток протекает через твердотельные светодиоды, они излучают свет. Они состоят из полупроводников, таких как карбид кремния, арсенид галлия или нитрид галлия. Особые характеристики этих материалов, приводимых в действие электрическим током, позволяют им излучать свет. Фотоны, представляющие собой небольшие порции электромагнитной энергии, которые люди воспринимают как видимый свет, производятся в процессе люминесценции светодиодов.
Конструкция светодиода довольно проста. Переход разделяет области p-типа (положительные носители заряда) и n-типа (отрицательные носители заряда), составляющие эту структуру. Электроны и дырки (недостаток электронов) могут перемещаться через переход, когда на него подается напряжение, поскольку оно создает электрическое поле. Электроны смешиваются с дырками при переходе из области n-типа в область p-типа, высвобождая энергию в виде фотонов.
Светодиоды имеют два разных механизма свечения: стимулированный и спонтанный. Когда электроны в зоне проводимости области n-типа рекомбинируют с дырками в валентной зоне области p-типа, энергия высвобождается в виде фотонов, что приводит к спонтанному освещению. Поскольку это происходит спонтанно и без внешнего стимула, это явление известно как спонтанное излучение.
Напротив, для возникновения стимулированной люминесценции необходим внешний стимул. Это происходит, когда внешний фотон, например легкая частица или электрический ток, заставляет электрон в зоне проводимости мигрировать на более высокий энергетический уровень. Мы называем этот процесс возбуждением. Возбужденный электрон высвобождает энергию в виде фотона, когда достигает своего начального энергетического уровня. Поскольку оно запускается внешним фотоном, это явление известно как вынужденное излучение.
Светодиоды генерируют свет за счет сочетания процессов индуцированной и спонтанной люминесценции. Pn-переход светодиода служит местом рекомбинации электронов и дырок, обеспечивая спонтанное излучение. Вероятность рекомбинации и спонтанной эмиссии увеличивается, когда на светодиод подается напряжение, поскольку оно создает прямое смещение, которое позволяет электронам и дыркам свободно проходить через переход.
Кроме того, светодиод предназначен для генерации света в определенном диапазоне длин волн. Это достигается путем тщательного выбора полупроводникового материала и легирования его примесями. Небольшое количество посторонних атомов добавляется к полупроводниковому материалу в процессе легирования, изменяя его электрические и оптические характеристики. Энергетическая щель между валентной зоной и зоной проводимости, которая, в свою очередь, влияет на длину волны излучаемого света, определяется видом и концентрацией примесей.
По сравнению с предыдущими технологиями освещения, процесс люминесценции светодиодов имеет ряд преимуществ. Тот факт, что светодиоды потребляют очень мало энергии, является одним из их самых больших преимуществ. Они теряют очень мало энергии в виде тепла и преобразуют большую часть электрической энергии в свет. Это контрастирует с лампами накаливания, которые производят только 10% электрической энергии в виде света и до 90% в виде тепла.
Дополнительным преимуществом является увеличенный срок службы светодиодной технологии. В отличие от ламп накаливания, срок службы которых составляет всего 1,000–2,000 часа, светодиоды могут работать до 50,000 часов или более пяти лет непрерывного использования. Это означает, что светодиоды требуют меньшего обслуживания и замены, что в конечном итоге экономит деньги как потребителям, так и компаниям.
Кроме того, светодиоды очень адаптируемы и имеют множество применений. Они используются в освещении домов, светофорах, уличных фонарях, компьютерных дисплеях и телевизорах. Кроме того, их крошечный размер и энергоэффективность делают их полезными в медицинском оборудовании и автомобильных фарах.
Подводя итог, можно сказать, что интригующий механизм свечения светодиодных фонарей делает их идеальным вариантом освещения для различных применений. Светодиоды обеспечивают энергоэффективный, долговечный и адаптируемый свет, сочетая процессы спонтанного и вынужденного свечения. Мы можем понять физику, лежащую в основе этой передовой технологии, и ее потенциал совершить революцию в освещении в будущем, поняв основы процесса люминесценции.
https://www.benweilighting.com/professional-lighting/sensor-led-tube-light/motion-sensor-detector-led-light.html
