Почему светодиоды потребляют мало электричества, каков их прицип работы и в чем отличие от обычных ламп накаливания.

На уровне обывателя довольно сложно, потому как сам принцип работы и обычного диода, и светодиода - это довольно навороченная физика.
Если совсем на пальцах, то в pn-переходе происхоит рекомбинация носителей: электроны и з одной области и дырки из другой области, встречаяь, уничтожают друг друга (электрон заполняет дырку, которая на самом деле как раз и есть вакантное место для электрона) . При этом выделяется энергия, причём в светодиоде она выделяется в виде кванта света. Это возможно отнюдь не для любого полупроводника - в кремнии и германии такого не происходит (у них структура зон непрямая) . Ну и поскольку разность энергий носителей в области pn-перехода фиксированная (она определяется разностью уровней Ферми) , то и энергия кванта тоже более-менее фиксирована. Поэтому светодиоды и излучают монохроматический свет.
И вот это и есть их радикальное отличие от ламп накаливания: нетепловой характер излучения. Лампы светят, потому что у них спираль банально горячая. Поэтому их излучение - это просто излучение нагретого тела (сплошной спектр) . При этом в видимом свете излучается примерно 4-6 процентов энергии, остальное - в невидимом инфракрасном. У светодиодов ВСЯ излучаемая энергия - это видимый свет. Понятно, что не вся электрическая преобразуется в световую (потери есть всегда) , но уж та световая, которая есть, сосредоточена в довольно узком диапазоне. То есть их кпд существенно выше, чем у ламп накаливания.

КОроче, в лампе фотоны света вырабатываются за счет сильного нагрева спирали. Нагрелась - засветилась!! !
А в светодиоде фотоны научились извлекать без нагрева, а сразу! Поэтому энергию на нагрев самой спирали тратить не нужно! Вот!
Так попроще? )))

Светодиодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения. При протекании через диод прямого тока происходит инжекция неосновных носителей заряда (электронов или дырок) в базовую область диодной структуры Процесс самопроизвольной рекомбинаци инжектированных неосновных носителей заряда, происходящих как в базовой области, так и в самом p-n переходе, сопровождается переходом их с высокого энергетического уровня на более низкий; при этом избыточная энергия выделяется путем излучения кванта света.

Чтобы кванты энергии – фотоны, освободившиеся при рекомбинации, соответствовали квантам видимого света, ширина запрещенной зоны исходного полупроводника должна быть относительно большой (Еg > 1,8 эВ). Исходя из этого ограничения, для изготовления светодиодов используются следующие полупроводниковые материалы: фосфид галлия (GaP), карбид кремния (SiC), твердые растворы: галлий—мышьяк—фосфор (GaAsP) и галлий—мышьяк—алюминий (GaAsAl), а также нитрид галлия (GaN), который имеет наибольшую ширину запрещенной зоны (Eg > 3,4 эВ), что позволяет получать излучение в коротковолновой части видимого спектра вплоть до фиолетового.

Путем добавления в полупроводниковый материал атомов веществ-активаторов можно изменять в некоторых пределах цвет излучения светодиода. Например, на основе фосфида галлия, легированного определенным количеством цинка, кислорода или азота, получают светодиоды зеленого, желтого и красного цветов свечения. Тройные соединения GaAsP и GaAsAl используют, в основном, для получения светодиодов красного цвета свечения.

Обычно излучение светодиодов является монохроматическим с оговоренной для каждого типа максимальной длиной волны, имеющий незначительный разброс внутри каждого типа. Светодиоды с управляемым цветом свечения изготавливаются на основе двух светоизлучающих переходов, один из которых имеет резко выраженный максимум спектральной характеристики в красной полосе, другой — в зеленой. При совместной работе цвет результирующего излучения зависит от соотношения токов через переходы. Основным технологическим методом изготовления светодиодов является метод эпитаксиального наращивания. Это жидкофазная эпитаксия или эпитаксия из газовой фазы. В некоторых случаях, в основном, при использовании карбида кремния, применяется метод диффузии примесей (акцепторных или донорных) из газовой фазы, проводящийся внутри кварцевых ампул.

Одним из основных параметров светодиодов является: яркость — величина, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности (измеряется в канделах на квадратный метр).

Спектральная характеристика светодиода выражает зависимость интенсивности излучения от длины волны излучаемого света и дает представление о цвете свечения светодиода. Длина волны излучаемого света определяется разностью энергий двух энергетических уровней, между которыми происходит переход электронов на излучательном этапе процесса рекомбинации и определяется исходным полупроводниковым материалом и легирующими примесями.

Излучение светодиода также характеризуется диаграммой направленности (угол половинной яркости), которая определятся конструкцией светодиода, наличием линзы и оптическими свойствами защищающего кристалл материала (измеряется в градусах). Излучение светодиода может быть узконаправленным или рассеянным.

Основные параметры светодиодов зависят от окружающей температуры. С увеличением температуры яркость (сила света), а также падение напряжения на светодиоде уменьшается. Зависимость яркости от температуры практически линейная, в интервале рабочей температуры может изменяться в 2-3 раза. Промышленные светодиоды имеют сравнительно большой разброс параметров и характеристик от образца к образцу.

Светодиоды, применяемые в наружной рекламе, должны соответствовать самым высоким требованиям к зависимости яркости от температуры окружающей среды и выдерживать диапазон температур от –40°С до +80°С, не изменяя яркости (с

принцип работы: p-n переходы

светодиоды потребляют мало мощьности и этим они экономичны