Светодиоды: прикладное использование

2017-03-06

Общие сведения о светодиодах

Светодиоды можно классифицировать по следующим признакам:

по форме корпуса прибора;
по типу индикатора: символьный или графический;
по диапазону излучаемого спектра – видимый, инфракрасный (ИК) или ультрафиолетовый (УФ);
по мощности прибора;
и ряду других.

Корпуса единичных светодиодов весьма разнообразны и представлены на следующем рисунке.

Разнообразные корпуса светодиодов

Символьные индикаторы отличаются между собой:

цветом символа – красные, зеленые, оранжевые и другие;
количеством сегментов символа – семисегментные и другие;
схемой включения индикатора: различают включение с общим анодом или с общим катодом.

Символьные индикаторы

Графические светодиодные индикаторы отличаются между собой:

цветом элементарного пиксела;
размером самой сборки элементов;
количеством элементов в сборке;
схемой включения: так же как и в символьных индикаторах, в графических светодиодных индикаторах различают включение с общим анодом или с общим катодом.

Графические светодиодные индикаторы

В последнее время интенсивно развивается такое направление, как светодиодные фито лампы; строго говоря, под этим термином понимается единичный фитосветодиод, размещенный на радиаторе и обладающий способностью интенсивного излучения в видимом спектре.

Светодиодная фито лампа

Существуют OLED-дисплеи. Под OLED (Organic LED) понимают органические светодиоды, т.е. некие органические структуры, способные излучать свет в видимом диапазоне при воздействии на них электрического тока. Они дают возможность создавать гибкие дисплеи. Кроме того, яркость OLED-дисплея может контролироваться попиксельно, что является недоступным в LED и LCD дисплеях.

Структура OLED дисплея

Использование светодиодов

Применение светодиодов весьма разнообразно: быт, промышленность, транспорт, связь и т. д.

Единичные ИК-светодиоды с давних пор применяются в пультах дистанционного управления (ПДУ) различных бытовых приборов, в выключателях освещения и т.д.

Существует группа стандартов IrDA, описывающая протоколы физического и логического уровня передачи данных с использованием ИК-диапазона в качестве носителя.

Группа стандартов IrDA

Аппаратная реализация, как правило, представляет собой пару, состоящую из передатчика в виде светодиода и приемника в виде фотодиода, которые распложены на каждой из сторон линии связи. Наличие передатчика и приемника на каждой из сторон является необходимым для использования протоколов гарантированной доставки данных.

Символьные светодиодные индикаторы применяются в электронных приборах для индикации величины измеряемого параметра - тока, напряжения, сопротивления, и т.д.

Символьные светодиодные индикаторы

Графические светодиодные индикаторы применяются для создания дисплеев; обычно их называют “бегущая строка”.

Светодиодный дисплей

Светодиодные лампы получают все большее распространение практически везде – в источниках наружного освещения, фарах автомобилей, декоративной подсветке зданий, светофорах, фонарях, обозначающих границы аэропорта и т. д.

Использование светодиодов в наружной рекламе

Отдельной областью применения светодиодов являются OLED-дисплеи. Преимуществом таких дисплеев считается их дешевизна по сравнению с жидкокристаллическими. Недостатком - малый срок службы люминофоров некоторых цветов. Постепенно эти недостатки устраняются. При сравнении с индикаторами STN и FSTN, OLED технология позволяет получить намного более высококонтрастное изображение. Для сравнения, контрастность STN-индикатора составляет 5:1, контрастность FSTN-индикатора составляет 10:1, контрастность OLED-индикатора достигает значения 3000:1 без использования поляризатора, с использованием поляризатора контрастность может достигать значения 10000:1. Информация, отображаемая на индикаторе OLED, будет хорошо видна как в темноте, так и при солнечном свете, так же такой индикатор обладает хорошим показателем угла обзора, свыше 160°. Символьный OLED-индикатор может найти применение в устройствах с высоким требованием к читаемости изображения при наличии интенсивного внешнего освещения и широких углах обзора.

OLED дисплей

Светодиоды с успехом применяются в оптопарах. Оптопары делятся на диодные, транзисторные, тиристорные и т. д. Применяются оптопары для гальванической развязки электрических цепей.

Оптопара, в центре виден светодиод

Светодиоды применяются в различных дисплеях для подсветки (backlight), для замены CCFL ламп. Это позволяет уменьшить потребляемую подсветкой мощность и сулит другие конструктивные преимущества, например, позволяет уменьшить толщину дисплея.

Светодиодная подсветка мониторов

Светодиодные ИК-кластеры применяются для подсветки теле- и видеокамер.

Светодиодная ИК-подсветка видеокамеры

Мощные светодиоды видимого спектра применяются в качестве вспышки в фотоаппаратах.

Светодиодная фотовспышка

Мощные УФ-светодиоды применяются для обеззараживания воды вместо ртутной бактерицидной лампы. Достоинством светодиодов является компактность, разнообразие корпусов приборов, механическая прочность, отсутствие времени прогрева перед началом работы, экономия энергии, долгий срок службы, отсутствие, собственно, ртути (канцерогена).

Применение УФ-светодиодов

В отдельную группу можно отнести оптические прерыватели и отражательные оптроны. И прерыватели, и отражательные оптроны – это оптопары с открытым оптическим каналом. Оптические прерыватели применяются для подсчета количества прерываний светового потока между передатчиком (светодиодом) и фотоприемником (обычно – фотодиодом).

Отражательные оптроны – применяются для обнаружения поворота объекта или отклонения его от вертикали.

Отдельной областью применения светодиодов являются оптоволоконные линии связи, где светодиоды применяются в качестве преобразователя электрического сигнала в оптический.

NASA планирует применять светодиоды в космической медицине на длинах волн оптимальных для заживления ран и лечения рака.

В качестве альтернативы лазерному, фирмой OKI был создан светодиодный принтер.Нетрадиционной областью является применение единичных светодиодов в электрических схемах в качестве стабилизаторов напряжения вместо стабилитронов при обратном включении и в цепях смещения транзисторов при прямом включении.

Литература:
У. Титце, К. Шенк Полупроводниковая схемотехника, М. Мир, 1982

Коок Д.А.