СИД (светоизлучающие диоды), носящие также более привычное для нас английское название LED (аббревиатура от light-emitting diode), являются настоящими невоспетыми героями в мире электроники. Они выполняют десятки различных функций и применяются сейчас чуть ли не в каждом электронном устройстве. Так, например, они отображают символы на световых табло, передают информацию от пульта дистанционного управления к приемнику сигнала, освещают дома или сообщают вам о текущем состоянии прибора. Собранные вместе зеленые, красные и синие светодиоды могут формировать изображение на огромном телевизионном экране или управлять дорожным движением в светофоре.
Светит, но не греет
В принципе, светодиоды – это лишь миниатюрные лампочки, которые отлично устанавливаются в любую электрическую схему. Но при этом у них нет нити накаливания, обязательной для обычных ламп, вследствие чего они несильно нагреваются. Свет, излучаемый СИД, возникает лишь в результате движения электронов в полупроводнике, соответственно, и срок службы у них такой же, как и у обычного транзистора.
Если сравнивать ресурс работоспособности светодиода и лампы накаливания, то у LED он на тысячи часов больше. Крошечные светодиоды стали заменой трубок, освещающих жидкокристаллические экраны высокой четкости, позволив делать их значительно более тонкими.
Откуда взялся этот странный свет?
Не углубляясь в дебри физических процессов, посмотрим, за счет чего светится СИД.
Свет – это форма энергии, выделяемая атомом, состоящая из множества небольших пакетов частиц с энергией и импульсом, которые называли фотонами. Они вырабатываются при перемещении электронов с дальней орбиты на более ближнюю. Чем больше проходимое электроном расстояние, тем больше энергия выделяемого им фотона, характеризующаяся более высокой частотой. Эта частота как раз и отвечает за длину световой волны, которая и определяет цвет излучения. Например, атомы в стандартном кремниевом диоде устроены таким образом, что электрон падает на относительно короткое расстояние. В результате частота фотонов настолько мала, что невидима для человеческого глаза – она находится в инфракрасной части спектра света. Разумеется, это необязательно плохо: инфракрасные светодиоды идеально подходят, в частности, для пультов дистанционного управления.
Горящие красным светодиоды открывают отрезок видимого человеком светового излучения и уже в состоянии, например, подсвечивать цифры в электронных часах. В зависимости от материалов, используемых в СИД, они могут быть настроены для свечения в инфракрасном, ультрафиолетовом и всех цветах видимого между ними спектра.
Двое из ларца, одинаковых с лица
Вскоре после разработки красного светодиода появились СИД и других цветов. Практически сразу их стали комбинировать, размещая в единой оболочке. Двухцветный светодиод – это устройство с двумя выводами, где в одном корпусе параллельно установлены два встречно направленных диода разного цветового излучения. При этом цвет будет зависеть от полярности подаваемого на устройство напряжения.
Широкое применение получили красно-зеленые светодиоды, используемые в качестве индикатора готовности устройства к работе (горит красный – выключено, зеленый – включено).
Нет в мире совершенства, или Пара недостатков идеального источника света
Очевидно, что LED-технологии еще несовершенны. Одним из недостатков является их уязвимость для высоких температур. Протекание слишком большого тока и, как следствие, перегрев светодиодной схемы вызывают необратимое выгорание, часто называемое светодиодным расплавлением. Кроме того, созданные на основе передовых полупроводниковых материалов светодиоды до недавнего времени были слишком дороги для использования в качестве естественного освещения. Но с 2000-х годов, с запуском массового производства, цена на СИД упала в несколько раз и стала соизмерима со стоимостью обычных ламп, а с учетом долгого срока службы, яркого света, экологичности и потрясающей энергоэффективности использование светодиодов стало более экономичным вариантом освещения для дома.
Великий и ужасный красный фонарь
Остановимся более подробно на том, где нашел применение красный светодиод. Его по праву можно считать «старшим братом» в семействе СИД, хотя бы потому, что он был первым светодиодом, работающим в видимом спектре излучения. Естественно, что и применять его для практических нужд стали раньше других и в первую очередь для привлечения внимания в случае неисправности оборудования. Согласитесь, когда вместо равномерного урчания двигателя ритмично моргает красный светодиод, подсвечивая ту или иную иконку на панели вашего любимого автомобиля или ненаглядной стиральной машинки, то как минимум это вызывает чувство легкой тревоги. Да, именно для оповещения о таких чрезвычайных ситуациях чаще всего и используют индикатор такого типа.
Тайна красного цвета
Красный цвет имеет самую большую длину волны и наименее подвержен рассеиванию, соответственно, он виден с наиболее дальнего расстояния. Потому неудивительно, что мигающий красным светодиод широко используется для аварийных и тревожных фонарей. Причем уровень потребления электроэнергии у СИД такого цвета наименьший среди всех других светодиодов видимого спектра, что обеспечивает максимальное время работы используемого устройства освещения.
Красные светодиодные фонари принято использовать там, где есть необходимость в свете высокой интенсивности, при этом не мешая другим людям. Например, они являются предпочтительными в театре, в кино и для чтения астрономических карт. Красный свет не напрягает глаза, способствуя лучшему расширению зрачков, и позволяет отлично видеть отражающие свет объекты.
И у огородников LED-технологии нашли достойное применение. Синий свет стимулирует начальный рост растения, а использование красных светодиодов улучшает процесс цветения и завязи плодов. Здесь СИД вне конкуренции, поскольку, выделяя огромное количество света, не перегревают и не сушат воздух, в отличие от ламп другого типа, способных нанести вред будущему урожаю.
Чем дальше, тем «чудесатее»
Замена старых ламп накаливания на светодиодные является лишь верхушкой айсберга, LED-история только начинается. Благодаря новым разработкам светодиодные решения выходят на новые горизонты, которые ранее для них были недоступны. Наиболее вероятным представляется направление развития, связанное с использованием органических светодиодов, или OLED.
Органические материалы, применяемые для создания этих полупроводников, являются пластичными, что позволяет уже сегодня создавать образцы гибких источников света и даже дисплеев. Похоже, что именно OLED-технологии проложат дорогу для следующего поколения телевизоров и смартфонов. Ведь действительно удобно снять свой телевизор со стены, свернуть в трубочку и забрать с собой, предположим, на дачу.
Трудно сказать, куда светодиодные технологии пойдут в будущем, но ясно одно – возврата к лампочке Эдисона уже не будет.
