Сейчас уже никого не удивить тем, что самый обычный карманный фонарик, который имеет размеры около 5-10 сантиметров в длину и 2-3 сантиметра в диаметре может светить примерно так, как раньше светили огромные стационарные прожекторы.
Появление невероятных функциональных возможностей стало доступным благодаря использованию нового типа светодиодов. Наверняка вам уже попадались яркие светодиоды, обозначаемые различными аббревиатурами типа Т6 или CREE. Именно на их базе и строятся современные светильники самого разного типа. В итоге маленький велосипедный фонарик может по яркости быть сопоставим с фарой автомобиля.
Если мы вспомним старые добрые светодиоды, которые используются в обычной технике и бытовых приборах, то такого яркого свечения там нет. Всё дело в конструкции и принципе работы.
Старые светодиоды
Стандартный светодиод - это полупроводниковый прибор, который светится в результате осуществления электронно-дырочного перехода. Если у "обычного" диода этот переход происходит незаметно и кусочек "материала полупроводника" спрятан в герметичном корпусе, то у светодиода используются такие пары материалов, которые при появлении p-n перехода могут излучать квант света.
Этот эффект очень доходчиво описан в википедии:
При пропускании электрического тока через диод носители заряда перемещаются навстречу и рекомбинируют в обеднённом слое диода с излучением фотонов из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой.
При этом цвет светодиода будет меняться в зависимости от того, какой именно материал используется для его изготовления. Ведь разные элементы излучают световую волну с разной длиной волны при описываемом процессе, а это определяет и цвет.
Поскольку яркости такого устройства недостаточно, долгое время говорить о светодиодных светильниках, которые могли бы полностью заменить стандартные лампы не приходилось. Технически светодиоды для этого не годились.
Зато у светодиодов всегда было одно значительное преимущество! При свечении для их работы требовалось совсем незначительное количество электрической энергии. В итоге один светодиод мог светиться от обычной батарейки целую неделю, тогда как лампочка съела бы энергию за 2-3 часа работы.
Очень заманчиво было бы сделать полноценный светильник с таким незначительным расходом электрической энергии. И решение проблемы нашлось! Появился целый класс светодиодов, конструкция которых отличалась от стандартной. Они обладали огромной яркостью свечения. Сегодня большинство фонариков и подобных изделий используют именно такие светодиоды. Их можно отличить по сверхъяркому холодному свечению.
Эффект люминесценции
Принцип работы такого светодиода строится на существовании эффекта люминесценции.
Люминесценция - нетепловое свечение, происходящее после поглощения веществом им энергии возбуждения.
Очень важное тут слово "нетепловое". Значит нет расходования энергии на увеличение интенсивности теплового движения частиц. Ведь ,скажем, в лапочке накаливания свечение является тепловым.
Люминесценция может существовать не во всех веществах и материалах, а только в определенных. Скажем, в керамике из алюмоиттриевого граната. В таких материалах существует определённая атомная структура, которая отвечает на возбуждение интенсивным свечением.
Эффект похож на простой жизненный пример. Мы можем просто сжечь спичку в воздухе и она просто сгорит. Или же можем бросить зажжённую спичку в банку с бензином и она вспыхнет. Мы можем спокойно пройти через толпу, никого не толкая, а можем всех растолкать, потом убежать, а толпа ещё долго будет волноваться и ругаться. Люминесценция работает примерно также.
Если фотон попадает на люминесцентный материал, то он не просто проходит через него, как через стекло, а создаёт внутри настоящий ажиотаж. Все атомы начинают возбуждаться, а их электроны прыгают по энергетическим уровням. Это сопровождается интенсивным свечением. В результате в ответ на попадание одного лишь только фотона, на выходе мы можем получить сотни фотонов от вещества. Цифры умышленно искажены.
Принцип работы яркого светодиода
Когда такие материалы научились получать, было выполнено очень простое действие. На простой светодиод старой конструкции, который мы рассматривали выше, была наклеена пластиночка из такого светоотдающего материала. В итоге яркость свечения появлялась не благодаря p-n переходу и сопутствующему явлению свечения, а благодаря испускания фотонов люминофором. "Количество" этого света было несопоставимым с "количеством света" от обычной лампочки. В итоге яркость была феноменальная.
Энергии же для работы такого светодиода, даже с учетом наличия пластинки из люминофора, требовалось совсем немного. Она сопоставима с количеством энергии, требуемой для работы обычного светодиода.
Получается, что супер-яркое свечение достигается благодаря использованию специального материала, который в ответ на минимальное возбуждение от светящегося полупроводника и при поглощении энергии, способно генерировать сотни люменов света.
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----
