Линзы для светодиодов: фокусирующая оптика для плоских светодиодных ламп

Приборы для подсветки шкафов, полок и ниш

Часто бывает, что, открыв шкаф, невозможно разглядеть, что находится в глубине полок. Это довольно просто исправить, приклеив на двусторонний скотч посадочное место для светодиодного аккумуляторного светильника с зарядным устройством. С его помощью можно без труда найти нужные вещи, а включается он одним движением руки. Частая зарядка такой лампе не требуется – достаточно подключать ее к сети один раз в 3-6 месяцев (в зависимости от интенсивности использования).

Весьма удобны такие светильники при установке их в сервант или даже над рабочей поверхностью в кухне. Это позволит хозяйке лишний раз не напрягать глаза, разделывая мясо или убирая кости из рыбы. Кладовка, балкон, темный угол прихожей – подобному устройству везде найдется место, где необходимо дополнительное освещение, но при этом нет желания протягивать провода, выполняя электромонтаж.

Индикаторные светодиоды

Индикаторные
светодиодные чипы наиболее
распространены. Применяются для различной подсветки и индикации, от фонарей и
светофоров до бытовой техники. Современные модификации обладают большой силой
света, хотя это достаточно маломощные
светодиоды.

Функцию
отражателей, концентрирующих световой поток, выполняют стенки и опорная
пластина. Приборы имеют прямоугольные торцы с диаметром 3-10 мм и выпуклые
линзы. Для них требуется источник питания в 2,5-5 В (предел по току – 20-25 мА), а если используется
интегрированный резистор – 12
В. Угол свечения бывает либо
широким (110-140о), либо узким (15-45о). Светоотдача белых светодиодов находится на уровне
3-5 Лм.

Индикаторный диод обладает следующими преимуществами:

небольшая стоимость;
безопасные токи и напряжение светодиодов;
высокий уровень защиты от внешних воздействий;
небольшое потребление энергии с низкой теплоотдачей, позволяющей устройствам работать продолжительное время без охлаждающих радиаторов.

Среди индикаторных
выделяют следующие типы светодиодов:

Тип светодиода	Строение	Корпус	Цветовой диапазон	Угол рассеяния	Область применения
DIP	Самые маленькие, кристалл в выводном корпусе	Прямоугольный или цилиндрический, диаметр – от 3 до 10 мм. Имеет выпуклую линзу	Одно- и многоцветный (RGB), УФ и ИК	До 60о	Устройства индикации, световые табло, ёлочные украшения
Super Flux «Piranha»	Имеет четыре вывода для фиксации на плате	Прямоугольный, с линзой (5 или 3 мм) или без	Зелёный, красный, синий и белые с разной температурой	40-120о	Подсветка дневных ходовых огней, автомобильных приборов и прочего
Straw Hat	Два вывода, кристалл расположен возле передней стенки	Цилиндрический, радиус линзы увеличен, высота уменьшена	Синий, зелёный, жёлтый, белый и красный светодиод	100-140о	Используются, когда требуется равномерное освещение с небольшим энергопотреблением
SMD	Не имеют вывода, монтируются поверхностно	Типовой размерный ряд, часть с выпуклой линзой, другая – плоские светодиоды	Цветные и белые	20-120о	Являются основой диодных лент

Наиболее
технологичной и популярной является группа SMD светодиодов.

Из чего состоит

Светодиод – диод с p-n переходом, испускающим определённый спектр при пропускании тока в прямом направлении. Цвет свечения напрямую зависит от материалов полупроводника

Важно помнить, что в обратном направлении светодиод ток не пропускает. Светодиод начинает испускать фотоны при переходе напряжения через определённое значение, причём для каждого цвета оно разное – именно поэтому каждому цвету желательно подбирать свой резистор, иначе мы сталкиваемся с частой ошибкой – подключение RGB-светодиода через одинаковые резисторы, что приводит к неравномерной интенсивности цветов

Важно помнить, что хоть светодиоду и необходимо некоторое конкретное напряжение для работы, более важным параметром является ток.

Будет интересно Что такое полевые транзисторы?

У каждого типа светодиодов он также свой, но имеются средние значения. Например, для большинства 3 – и 5 мм светодиодов максимальный ток чуть превышает 20 мА. Однако, лучше держать его чуть пониже для увеличения ресурса – около 10 мА. Если Вам не нужно освещать им конкретную площадь, то будет достаточно и меньшего тока, например, для индикации события.

Красный, синий, желтый, зеленый светодиоды.

Плюсы светодиодов:

Яркие точные цвета
Большой срок службы (стремится к бесконечности)
Большой КПД, малый нагрев
Миниатюрный размер кристалла

Недостатки:

Необходима схема ограничения тока (сложнее, чем ограничение напряжения для ламп накаливания)
Неизбежное повреждение при превышении тока

Назначение

Кривая силы света (КСС) отображает пространственное распределение светового потока. Для различных применений светильники должны иметь свой тип кривой силы света. Основные КСС показаны на рисунке.

Светодиоды, в отличие от других источников света, например люминесцентных ламп, имеют достаточно малые физические размеры. Поэтому даже на небольших расстояниях их можно считать точечными источниками. К тому же светодиоды характеризуются малым углом рассеивания светового потока, менее 120о. Поэтому без технических ухищрений получить требуемую кривую силы света с помощью LED довольно сложно.

Для различных задач инженеры находят различные технические решения. Например, в светодиодных лампах для получения требуемой кривой силы света применяют пространственное расположение светодиодов и матовые колбы. В потолочных светильниках используют призматические или матовые рассеиватели из поликарбоната.

В более сложных устройствах, таких как уличные светильники, прожектора, переносные фонари, автомобильная светодиодная оптика, используют линзы для светодиодов или линзы в сочетании с рефлекторами. Все эти и другие оптические устройства специалисты относят к классу «вторичной оптики».

Как работает светодиод

Светодиод является двухпроводным полупроводниковым источником света. Это p-n переходной диод, который излучает свет при активации. Когда к выводам приложено подходящее напряжение, электроны могут рекомбинировать с электронными отверстиями внутри устройства, выделяя энергию в виде фотонов. Этот эффект называется электролюминесценцией, а цвет света (соответствующий энергии фотона) определяется энергетической шириной запрещенной зоны полупроводника.

Материал, используемый в светодиодах, в основном алюминий-галлий-арсенид (AlGaAs). В своем первоначальном состоянии атомы этого материала прочно связаны. Без свободных электронов проводимость электричества здесь становится невозможной. При добавлении примеси, которая известна как легирование, вводятся дополнительные атомы, что эффективно нарушает баланс материала.

Эти примеси в виде дополнительных атомов способны либо обеспечивать свободные электроны (N-тип) в системе, либо высасывать некоторые из уже существующих электронов из атомов (P-тип), создавая «дыры» на атомных орбитах. В обоих случаях материал становится более проводящим. Таким образом, под воздействием электрического тока в материале N-типа электроны могут перемещаться от анода (положительный) к катоду (отрицательный) и наоборот в материале P-типа. Из-за свойства полупроводника ток никогда не будет идти в противоположных направлениях в соответствующих случаях.

Интенсивность света, излучаемого светодиодом, будет зависеть от уровня энергии испускаемых фотонов, который, в свою очередь, будет зависеть от энергии, выделяемой электронами, прыгающими между атомными орбитами из полупроводникового материала. В светодиодах вышеуказанные явления хорошо используются. В ответ на P-тип легирования электроны в светодиодах движутся, падая с верхних орбиталей на нижние, высвобождая энергию в виде фотонов, то есть света. Чем дальше эти орбитали отстоят друг от друга, тем больше интенсивность излучаемого света.

Различные длины волн, вовлеченные в процесс, определяют различные цвета, производимые светодиодами. Следовательно, свет, излучаемый устройством, зависит от типа используемого полупроводникового материала. Инфракрасный свет создается с использованием арсенида галлия (GaAs) в качестве полупроводника. Красный или желтый свет получают с использованием галлия-арсенида-фосфора (GaAsP) в качестве полупроводника. Красный или зеленый свет получается при использовании галлия-фосфора (GaP) в качестве полупроводника.

Линзы для промышленных светодиодных светильников.

Промышленное освещение – это не только освещение больших залов, оборудования или производственных линий; Речь идет также о предоставлении света людям, которые нуждаются в нем для выполнения своей работы. Неправильная цветовая температура или интенсивность в областях, требующих точности, могут снизить производительность. Получение уровня люкс прямо на поверхностях, которые должны быть четко видны, и в то же время необходимо снизить энергопотребление, особенно в крупных проектах. Кроме того, интеллектуальное освещение может быть использовано для уменьшения освещения там, где оно не требуется. Хорошее промышленное освещение может сделать повседневную работу легче, безопаснее и продуктивнее.

В первую очередь промышленные светильники общего освещения нужно сегментирование на светильники HighBay – для высоких потолков и MidBay – для средних потолков. От этого будет зависеть эффективность распространения света на промышленном обьекте. А при грамотном проектировании системы освещения, позволит существенно сэкономить на светильниках.

Следует понимать если мы планируем установить светильник на большой высоте, более – 10 м. то следует выбирать линзы для светодиодов с узкой оптикой до 30 град. Для светильников MidBay – высота установки 6 м. следует выбрать линзы с расхождением луча от 60 до 90 град.

Возможно вам поможет наша статья о проектировании промышленного освещения.

Преимущества и недостатки светодиодных ламп.

Плюсы

энергоэффективность – потребляемая мощность в 8-10 раз меньше, чем у ламп накаливания;
большой срок службы – светят примерно в 25 раз дольше ламп накаливания;
практически не нагреваются;
широкий выбор цветовых температур позволяет «играть» с освещением интерьера;
стабильная яркость при перепадах напряжения;
мгновенное включение;
количество включений не влияет на работоспособность;
стойкость к механическим повреждениям и вибрациям;
возможность применения в «умном доме»;
отличные декоративные качества – выпускается множество интересных форм и размеров;
не привлекают мошек и других насекомых из-за отсутствия ультрафиолетового свечения;
безопасная утилизация и эксплуатация из-за отсутствия в составе опасных веществ.

Минусы

сравнительно высокая стоимость, хотя она постоянно снижается;
мерцание (пульсация), которое невидно невооруженному глазу, но очень опасно для зрения (более распространено в дешевых моделях, которые часто производятся без драйвера);
сложность конструкции приводит к повышению стоимости и снижению надежности в сравнении с лампами накаливания;
непригодны для использования при очень низких и очень высоких температурах;
во многих моделях яркость невозможно регулировать при помощи диммера;
если используется выключатель с подсветкой, то LED лампа может мерцать или светиться в выключенном состоянии (как этого избежать, читайте в статье «Почему моргает светодиодная лампа»);
снижение яркости в процессе эксплуатации;
высокий процент брака среди изделий, особенно среди недорогих.

В заключение стоит сказать, что светодиодные источники света – действительно экономичные осветительные приборы. Только перед выбором надо внимательно изучить технические характеристики.

Во-первых, ими экономически целесообразно заменять лампы накаливания мощностью свыше 60 Вт. Иначе стоимость самой светодиодной лампы не окупится.

Во-вторых, стоит заменять только источники света в светильниках, которые работают максимальное количество часов в день.

И, в-третьих, специалисты советуют вначале опробовать несколько марок светодиодных ламп, чтобы определиться, чья цветовая температура (и другие параметры) устроит ваши глаза на 100%.

Как правильно выбрать качественную диммируемую лампу?

Диммируемая лампа имеет такую же конструкцию, как обычные аналоги. Она состоит из рассеивателя, радиатора и цоколя. Вкручиваются они в стандартные патроны.

Характеристики лампы

В магазинах продаются диммируемые лампы, отличающиеся друг от друга самыми разными параметрами. Покупая LED-лампы, нельзя ориентироваться только на внешний вид, производителя или цену. Сегодня на рынке очень много моделей светодиодных лампочек, и не каждый потребитель сразу в них разберётся.

Характеристики:

Рабочее напряжение. Его колебания в сети могут превышать критические 230 В. Чтобы лампа стабильно работала, желательно, чтобы она была рассчитана на максимально широкий диапазон – 170-260 В.
Питающее напряжение. В продаже есть изделия, рассчитанные на 220, 12 и 24 В. Лампы с напряжением 12/24 В предназначены для светильников, в которых есть преобразователи напряжения.
Цветовая температура. От этого параметра зависит цвет светового потока – он бывает жёлтым или белым. Первый считается тёплым, второй – холодным. При цветовой температуре 4-5 тыс. Кельвин свет белый, при 2,7-3 Кельвин – жёлтый.
Световой поток. Измеряется в Люменах и определяет яркость лампы. Показатель варьируется в пределах 200-2 500 Люменов.
Индекс цветопередачи RA. Определяет равномерность цветовых элементов светового потока. При низких показателях RA трудно различать оттенки цветов. Чем он выше, тем меньше нагрузка на глаза.
Мощность. Производители выпускают изделия от 1 до 25 Вт. Чем больше мощность, тем интенсивнее освещение.
Цоколь. Сегодня можно купить диммируемую лампу со всеми видами цоколей, встречающимися у обычных аналогов. Типы цоколей:
- Е27 – стандартный цоколь, который используется в люстрах и светильниках, устанавливаемых в жилых помещениях;
- Е14 – используются в торшерах, люстрах, бра, светильниках;
- GX53 — для ламп и светильников, устанавливаемых в помещениях с повышенным уровнем влажности;
- G9 – для светильников, используемых в точечной подсветке;
- GU10 —для декоративного подсвечивания.
Гарантия. Наличие гарантийных обязательств позволяет вернуть (обменять) лампу, которая перегорела до истечения срока гарантии.

Покупая лампочки, обращайте внимание на их форму и габариты. Они должны подходить не только к цоколю, но и к размерам плафонов, люстр и светильников

Отличия диммируемой лампочки от обычной

По внешнему виду диммер-лампы такие же, как обычные светодиодные лампочки. Если положить рядом две LED-лампы – диммируемую и недиммируемую – отличить их невозможно.

Миниатюрные устройства, с помощью которых производится изменение светового потока, находятся внутри лампы. Диммируемое устройство распознают только по маркировке. На упаковке должна быть одна из следующих надписей/значков:

«диммируемая»;
«dimmable»;
изображение ручки поворотного диммера.

Риски при покупке

Если у покупателя нет опыта пользования диммируемыми LED-лампами, не спешите с покупкой. Главный риск при покупке – приобретение модели, несовместимой с уже установленным диммером. У многих покупателей нет возможности понять заранее, подойдёт лампа под диммер или нет.

Советы для тех, кто отправляется покупать LED-лампу:

Договоритесь с продавцом о возможности вернуть товар, если его параметры окажутся неподходящими. Берите лампочки от известных производителей – это повышает шансы, что они по характеристикам подойдут к светорегулятору. Не берите маломощные лампы до 10 Вт. Они меньше стоят, но дают небольшой светопоток, малый диапазон регулирования и «холодное» освещение, неприятное для глаз

Обратите внимание на цоколь, чтобы он подходил к патрону. Бывают резьбовые и штырьковые цоколи

Уточните этот момент и выясните, какой диаметр цоколя вам нужен.

Тем, кто не знает, как подобрать лампочку по параметрам, рекомендуется сначала почитать техническую документацию к диммеру и лампе. Сделать правильный выбор также помогают консультанты торгового центра.

Технические характеристики и их зависимость друг от друга

Основными функциональными и эксплуатационными параметрами светодиодных светильников являются:

интенсивность светового потока (яркость);
рабочее напряжение;
сила тока;
цветовая характеристика;
длина волны.

Светодиодное напряжение и яркость выступают прямо пропорциональными величинами – чем выше одна, тем выше другая. Но это не напряжение питающего тока, а величина падения напряжения на приборе. Кроме того, от напряжения зависит и цвет светодиода. Таким образом, между собой связаны яркость, длина волны, напряжение и цвет светодиода, а их соотношение представлено в следующей таблице.

Цвет	Длина волны	Напряжение
Белый	Широкий спектр	3,0-3,7 В
Ультрафиолетовый	10-400 нм	3,1-44 В
Фиолетовый	400-450 нм	2,8-4 В
Синий	450-500 нм	2,5-3,7 В
Зелёный	500-570 нм	2,2-3,5 В
Жёлтый	570-590 нм	2,1-2,2 В
Оранжевый	590-610 нм	2,3-2,1 В
Красный	610-760 нм	1,6-2,03 В
Инфракрасный	>760	<1,9 В

Принцип действия микроэлемента так устроен, что для стабильной работы в соответствии с номинальными характеристиками необходимо отслеживать не напряжение питания, а силу тока. Светодиоды работают от пульсирующего или постоянного тока, регулируя интенсивность которого можно изменять яркость излучения. Индикаторные светодиоды работают при токе в пределах 10-20 мА, а осветительные – от 20 мА и выше. Так, к примеру, элементы типа COB с четырьмя чипами требуют 80 мА.

Цветовая характеристика

Цвет свечения светодиодного элемента зависит от длины волны, которая измеряется в нанометрах. Для изменения цвета свечения в материал полупроводника на этапе производства добавляются активные вещества:

полупроводники обрабатываются аллюминий-индий-галлием (AlInGaP) для получения красного цвета;
оттенки зелёного и сине-голубого спектра получаются с использованием индий-нитрида галлия (InGaN);
для получения белого свечения на базе синего светодиода его кристалл покрывают люминофором, который преобразует синий спектр в красный и жёлтый свет;
для фиолетового свечения применяется индий-галлия нитрид;
для оранжевого – галлия фосфид-арсенид;
для синего – селенид цинка, карбид кремния или индий-галлия нитрид.

Аналогично методу получения белого свечения можно использовать люминофоры разных цветов для получения дополнительных оттенков. Так, красный люминофор позволяет выпускать розовые и пурпурные светодиоды, а зелёный – салатных оттенков. В обоих случаях люминофор наносит на основу в виде синего светодиода.

Принцип работы

Чтобы понять, откуда появляются фотоны, рассмотрим процесс рекомбинации (исчезновения пары свободных носителей – электрона и дырки). При подаче прямого напряжения к p-n переходу диода возникает инжекция, т.е. резкое увеличение концентрации неравновесных носителей. В процессе инжекции, движущиеся навстречу друг другу, электроны и дырки рекомбинируют, выделяя энергию в виде частицы – фотона и квазичастицы – фонона. Так происходит спонтанное излучение, наблюдаемое в светодиодах.

В случае с лазерным диодом вместо спонтанного необходимо запустить механизм вынужденного излучения фотонов с одинаковыми параметрами. Для этого из кристалла формируют оптический резонатор, проходя через который, фотон с заданной частотой вынуждает рекомбинировать электронные носители, что способствует появлению новых фотонов той же поляризации и фазы. Их называют когерентными.

При этом лазерная генерация возможна только в случае наличия чрезмерно большого количества электронных носителей на верхнем энергетическом уровне, высвобожденных в результате инжекции. Для этого используют ток накачки такой силы, чтобы вызвать инверсию электронных населённостей. Под этим явлением подразумевают состояние, в котором верхний уровень намного больше заселён электронами, чем нижний. В результате стимулируется излучение когерентных фотонов.

Далее такие фотоны многократно отражаются от граней оптического резонатора, провоцируя запуск положительной обратной связи. Это явление носит лавинообразный характер, в результате которого рождается лазерный луч. Таким образом, создание любого оптического генератора, в том числе лазерного диода, требует выполнения двух условий:

наличие когерентных фотонов;
организация положительной оптической обратной связи (ПООС).

Чтобы сформированный луч не рассеивался вследствие дифракции, прибор компонуют собирающей линзой. Тип устанавливаемой линзы зависит от вида лазера.

Преимущества

Особенности того, как работает светодиод, дали ему несколько важных эксплуатационных и функциональных достоинств перед другими видами преобразователей электрической энергии в световую:

современные светодиоды не уступают по параметрам светоотдачи металлогалогенным и натриевым газоразрядным лампам;
конструкция практически полностью исключает выход из строя каких-либо компонентов из-за вибрации и механических повреждений;
LED-светильники малоинерционные, то есть моментально достигают полной яркости после включения;
современный ассортимент позволяет выбирать модели со спектром от 2700 до 6500 K;
внушительный рабочий ресурс – до 100 000 часов;
ценовая доступность индикаторных светодиодов;
светодиодное освещение, как правило, не требует большого напряжения и сохраняет пожарную безопасность,;
температуры ниже 0˚С почти не сказываются на работоспособности устройств;
строение светодиода не предусматривает использование фосфора, ртути, других опасных веществ или ультрафиолетового излучения.

Как работают светодиоды: принцип действия

Электрический ток преобразуется в свет в кристалле. Он состоит из двух полупроводников различного типа проводимости – n и p. N-проводимость обеспечивается легированием электронов в полупроводник, p – дырок.

Принцип действия светодиода заключается в появлении свечения при рекомбинации электронов и дырок в p-n переходе под действием тока, приложенного в прямом направлении. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой появляются фотоны.

Не все полупроводниковые материалы способны давать свет при рекомбинации. Для создания светодиодов используются прямозонные полупроводники, в которых разрешен прямой оптический переход зона-зона. К таким материалам относятся A3B5 (InP, GaAs), A2B4 (CdTe). В зависимости от состава можно получать светодиоды от ультрафиолетовых до инфpaкрасных.

Как работает светодиод, зависит от электронно-дырочного перехода. Условия пропускания света p-n переходом:

близость ширины запрещенной зоны к энергии кванта света;
минимальное содержание дефектов в полупроводниковом кристалле.

Для реализации этих требований одного p-n перехода недостаточно. Нужно создавать многослойные структуры – гетероструктуры, состоящие из нескольких полупроводников.

Светодиоды типа DIP

Полупроводниковые элементы данной категории относятся к слаботочным изделиям, поэтому они в основном применяются для дополнительной подсветки. Обычно они устанавливаются в качестве индикаторов или основных источников в гирляндах. С появлением более совершенных технологий их производство существенно сократилось.

Принцип работы светодиода малой мощности сравнительно прост. В качестве основы выступает корпус, имеющий цилиндрическую форму. Он изготавливается из эпоксидной смолы. Во внутренней части находятся специальные выводы, вставленные в печатную плату. Закругленный цилиндр позволяет создать направленный световой поток.

Излучающий элемент в виде кристалла размещен на катоде, который напоминает небольшой флажок. Он при помощи сверхтонкого провода соединен с анодом. Встречаются изделия сразу с двумя или тремя кристаллами, имеющими разные цвета. При необходимости в корпус внедряется управляющий чип, необходимый для контроля над свечением.

Для наращивания уровня светового потока в таких светодиодах начали делать четыре вывода вместо двух. Однако при таком варианте нагрев кристалла значительно увеличился, что привело к ограничению возможной сферы применения.

Типы диодов

Основное разделение диодов происходит по их виду. Различают три категории: материал изготовления, площадь p-n перехода и назначение.

Материал

Для производства диодов используют один из четырех исходных полупроводников:

германий – в маломощных и прецизионных цепях, имеет больший коэффициент передачи;
кремний – недорогие и долговечные, устойчивы к воздействию температуры, но обладают меньшей проводимостью;
арсенид галлия – дороже и сложнее кремниевых, высокая радиационная стойкость;
фосфид индия – в светодиодах и для работы на сверхвысоких частотах.

Каждому материалу в разных системах соответствует своя буква или цифра, которую указывают в начале.

Площадь перехода

Есть два варианта конструкционного размещения катода и анода:

Точечный диод. Один из электродов в виде узкой иглы вплавляется в кристалл, образуя p-n границу. Она имеет малую площадь, как следствие – высокая рабочая частота. Они почти вышли из применения по причине низкой прочности, уязвимости к перегрузкам и низкому максимальному току.
Плоскостный диод. Область перехода больше – контакт проходит по площади пластинки полупроводника, соединяемой с кристаллом. Отличаются большей емкостью, низким уровнем помех, малым падением напряжения. Пример – диод Шоттки.

В современной маркировке разделение практически не встречается – плоскостные диоды постепенно вытесняют точечные.

Подтип

Следующее обозначение зависит от назначения прибора. Существует классификация диодов, применяемых в разных областях: туннельные, лазерные, варикапы, стабилитроны. Внутри подтипа также есть разделение – уже по техническим параметрам:

рабочая частота;
время восстановления;
прямой и обратный ток;
допустимые значения обратного и прямого напряжения;
температурный режим.

Получается большое количество возможных сочетаний, отсюда – сложность создания единой системы маркировки.

Принцип работы светодиода:

Отличительной особенностью светодиода от более привычных нам осветительных устройств (лампы накаливания, люминесцентные лампы) считается отсутствие в нем нити накаливания и хрупкой колбы, заполненной газом.

Свет в светодиоде образуется благодаря p-n-переходу, пропускающему электрический ток. Так, полупроводниковые материалы p-типа обладают возможностью накапливать заряды с положительными частицами, а полупроводниковые материалы n-типа – с отрицательными. Материалы n-типа представляют собой «накопительный склад» электронов, тогда как в материалах p-типа появляются свободные пространства (дырки), где электронов нет. В тот момент, когда в диод через контакты поступает электрический ток, электроны начинают движение, устремляясь к электронно-дырочному переходу, где инжектируются непосредственно в p-тип. Одновременно в n-типе, представляющем собой отрицательный контакт, также возникает подобное движение.

При протекании электрического тока через p-n-переход в прямом направлении носители заряда (электроны и дырки) рекомбинируют, т.е. происходит исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда с выделением энергии в виде излучения фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Однако не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет (фотоны) при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам. Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников, свет практически не излучают.

Изменяя состав полупроводниковых материалов, можно создавать светодиоды, испускающие свет в видимой части спектра, а также в ультрафиолетовом и среднем инфракрасном диапазоне.