Сверхъяркий светодиод характеристики


Основные характеристики сверхъярких светодиодов | Техника и Программы

Темпы повышения световой отдачи светодиодов видимого спектра впечатляют. Их можно сравнить с темпами разработки кремниевых интегральных схем, скорость улучшения характеристик которых подчиняется «закону Мура», согласно которому производительность этих микросхем удваивается приблизительно каждые 18 мес.

На рис. 12.13 показаны этапы увеличения световой отдачи светодиодов видимого спектра (Craford, 1997, 1999). Видны скромные началь-

‘) См. приоритетные работы В. Ю. Давыдова и др. [11, 12].

Рис. 12.13. Изменение с течением времени световой отдачи светодиодов видимого спектра в сравнении с другими источниками света (Craford, 1997, 1999,

2000)

 

ные темпы развития технологии изготовления светодиодов видимого спектра в 1960-х гг. Если с 1960 г. по 2000 г. улучшение световой отдачи шло постепенно, то после 2000 г. она удваивалась каждые четыре года. На рис. 12.13 представлены следующие типы светодиодов.

•    Светодиоды на основе GaAsP, выращенные на подложках GaAs. Поскольку параметры решеток GaAsPи GaAsне согласованы, в эпитаксиальных слоях GaAsPобразуется много дислокаций несоответствия. Поэтому для светодиодов этого типа характерны низкие значения световой отдачи 0,1 лм/Вт). Благодаря простоте эпитаксиального выращивания и низкой стоимости изготовления светодиоды красного свечения на основе GaAsPвыпускаются до сих пор.

•    Светодиоды на основе GaP, легированные примесями, играющими роль центров излучательной рекомбинации. GaPбез примесей является непрямозонным полупроводником с низкой светоотдачей. Однако при его легировании изоэлектронными примесями типа азота или при одновременном легировании цинком и кислородом в запрещенной зоне формируются примесные центры, через которые осуществляются акты излучательной рекомбинации. Такие светодиоды излучают свет в зеленом и красном диапазонах видимого спектра.

•    Светодиоды на основе гетероструктур GaAsP/GaAs, легированных азотом, излучающие в красном диапазоне спектра. Эти светодиоды обладают низкой эффективностью из-за большого количества дислокаций несоответствия, вызванных несоответствием параметров решеток используемых материалов.

•    Светодиоды красного свечения на основе гетероструктур AlGaAs/GaAs. В состав активных областей таких светодиодов входят квантовые ямы GaAs.

•    Светодиоды красного свечения с двойными гетероструктурами на основе AlGaAs/AlGaAs. В этих светодиодах применяются активные области AlGaAsи барьерные слои AlGaAs.

•    Светодиоды на основе гетероструктур AlInGaP/GaAsна поглощающих подложках GaAs.

•    Светодиоды на основе гетероструктур AlInGaP/GaPна прозрачных подложках GaP.

•    Светодиоды с кристаллами в виде перевернутых усеченных пирамид на основе AlInGaP/GaPсо световой отдачей более 100 лм/Вт (Kramesetal., 1999).

•    Светодиоды на основе InGaN, излучающие в синем и зеленом диапазонах спектра.

На рис. 12.13 также показана световая отдача обычных источников света: первой лампочки Эдисона (1,4 лм/Вт) и ламп накаливания с красными и желтыми фильтрами. Видно, что современные светодиоды значительно превосходят лампы накаливания с фильтрами.

На рис. 12.14 представлена зависимость светоотдачи сверхъярких и некоторых дешевых светодиодов в зависимости от длины волны излучения (UnitedEpitaxyCorp., 1999). Видно, что светодиоды желтого (590 нм, AlInGaP), оранжевого (605 нм, AlInGaP) и зеленого (525 нм, InGaN) свечения хорошо подходят для устройств с высокой светоотдачей.

Тот факт, что светодиоды на основе AlInGaPтемно-желтого и оранжевого свечения обладают высокой световой отдачей, частично объясняется большой чувствительностью человеческого глаза в этом диапазоне длин волн. В связи с тем, что максимальная чувствительность глаза соответствует длине волны 555 нм, светодиоды, излучающие зеленый свет на этой волне, кажутся ярче светодиодов такой же оптической мощности, но работающих в другом спектральном диапазоне.

Поскольку светодиоды янтарного свечения на основе AlInGaPобладают высокими значениями световой отдачи и недороги в производстве (по сравнению со светодиодами зеленого свечения на основе InGaN), они применяются в устройствах, где требуется высокая яркость и низкая мощность потребления, например в системах освещения дорожных знаков. В 1980-х гг. устройства освещения знаков изготавливали на основе мощных ламп накаливания, питающихся от электрическо-

Рис. 12.14. Световая отдача светодиодов видимого спектра излучения, изготовленных из материалов на основе фосфидов, арсенидов и нитридов — соединений типа (UnitedEpitaxyCorp., 1999, 2000)

 

го генератора, который получал энергию от бензинового двигателя. В настоящее время такие устройства на основе светодиодов янтарного свечения являются энергосберегающими, поскольку к ним электроэнергия поступает от аккумуляторов, заряжающихся днем солнечными батареями.

На рис. 12.13 и рис. 12.14 также показаны маломощные и недорогие светодиоды на основе GaAsPи GaP:N, обладающие сравнительно невысокой световой отдачей. Из-за низкого квантового выхода излучения такие светодиоды не подходят для систем, от которых требуется высокая яркость свечения. Низкий внутренний квантовый выход излучения светодиодов GaAsPобъясняется несоответствием параметров решеток используемых материалов. Светодиоды на основе GaP:Nтакже характеризуются низкой эффективностью. Это связано с природой излучательных переходов, зависящих от концентрации оптически активных примесей азота.

Для многих практически важных случаев, когда требуется большой световой поток, например в устройствах освещения дорожных знаков, светофорах и системах освещения, важным параметром является не только световая отдача, но и полная мощность излучения. Несмотря на то, что высокуто световую мощность легко обеспечить при помощи ламп накаливания, для этих целей йсе чаще начинают применять устройства на основе светодиодов, отличающихся низкой потребляемой мощностью. На рис. 12.15 показана хронология повышения значений светового потока (в люменах), излучаемого одним светодиодом (Kramesetal., 2000). Видно, что за 30 лет эта характеристика увеличилась почти на четыре порядка.

Рис. 12.15. Хронология повышения значений светового потока от одного светодиода и соответствующего снижения стоимости светодиода в пересчете на 1 лм. Для сравнения приведены значения для 60-ваттных ламп накаливания с вольфрамовой нитью со световой отдачей 17 лм/Вт и световым потоком 1000 лм приблизительной стоимостью 1,00 долл. США (Kramesetal., 2000)

 

Для сравнения на рис. 12.15 также приведены данные о световом потоке и приблизительной цене для 60-ваттной лампы накаливания с вольфрамовой нитью, имеющей световую отдачу 17 лм/Вт и световой поток 1000 лм. Сравнение показывает, что если светодиоды смогут занять достойное место на рынке осветительных устройств, будет постоянно повышаться их эффективность при одновременном снижении стоимости. Отметим, что стоимость, указанная на рис. 12.15, соответствует цене лампы, в которую не входит стоимость электричества, потребляемого ею в течение срока службы. Если учитывать стоимость потребляемого электричества, которая для ламп накаливания гораздо выше цены самой лампы, преимущества светодиодов станут еще более очевидными, несмотря на их высокую первоначальную стоимость.

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

nauchebe.net

Сверхъяркий светодиод — основа энергосберегающего освещения

Светотехника

Главная  Радиолюбителю  Светотехника

Совсем недавно автор этой статьи стал свидетелем того, как в вагоне метро продавец-коробейник рекламировал светодиодный фонарь. "Сверхъяркие лампочки этого фонаря, - лихо перекрикивал шум движущегося поезда продавец, - потребляют мало энергии, а значит, вам не придется часто менять батарейки". Наверное, доля рекламной правды в его словах есть: про лампы накаливания знают все, а вот упомянуть принципиально новый источник света - пожалуй, задумаются, так ли хороши эти сверхъяркие светодиоды, и так ли уж надежно будет служить изготовленный на их основе фонарик, неизвестно. Хотя о такой тривиальной задаче, как использование светодиода в качестве прибора световой сигнализации, осведомлены очень и очень многие. Можно даже сказать, что по своей распространенности обычные светодиоды могут легко соперничать с лампами накаливания, и в быту они сегодня встречаются очень часто - достаточно вспомнить бытовые выключатели со световой индикацией, предназначенные для их поиска в темноте.

Современные сигнальные светодиоды LED (Light Emitting Diode) выпускаются в огромных количествах, имеют разный цвет свечения, что очень удобно для сигнализационных устройств, разные конструктивные исполнения. Можно приобрести двухцветные модели, которые плавно меняют свой цвет в зависимости от соотношения входных сигналов, можно - мигающие при подаче напряжения, можно - со стандартным цоколем для замены ламп накаливания в сигнальной арматуре. Но какой из стандартного светодиода источник света в том смысле, в котором мы понимаем источник света? Ведь максимум того, на что его хватит, - это подсветить жидкокристаллический индикатор мобильного телефона. Не правда ли, трудно представить, что человек сможет нормально жить в свете полупроводниковых источников света, что он выполняет повседневную работу, читает книгу, ведет приятные разговоры в уютной атмосфере... Скажете фантастика? Нет, это - всего лишь реальность настоящего времени.

Свойство испускания световых волн p-n-переходами - это фундаментальное свойство всех полупроводников. Но такой способностью они наделены в разной степени. Например, используемые для изготовления транзисторов и обычных диодов кремниевые p-n-переходы совершенно не годятся даже для обычных светодиодов: они испускают крайне мало световых волн. Значительно лучше излучают полупроводники на основе соединений галлия (фосфид галлия и арсенид галлия), поэтому именно на их основе выпускаются всем известные светодиоды красного, желто-зеленого и зеленого свечения. Световая отдача этих приборов, в 60-х гг прошлого века составляла всего 1,5 лм/Вт. Несколько позже результаты исследований позволили повысить эффективность излучения полупроводников до 10 лм/Вт. Освоение технологий получения нитрида галлия привело к появлению светодиодов синего свечения. И вот тут как раз настала пора задуматься о светодиодах, излучающих белый свет. Светодиоды белого свечения впервые появились на мировом рынке в 1998 году.

Достигнутые на сегодняшний момент показатели эффективности твердотельных источников света не впечатляют: световая отдача коммерческих образцов светодиодов, излучающих в красно-желтой части спектра, составляет 65...75 лм/Вт, в зеленой области - до 85 лм/Вт, а в области белого свечения до 100 лм/Вт. На подходе - коммерческие образцы белого свечения с эффективностью порядка 150 лм/Вт, и это не предел. То есть, в среднем, за 50 лет существования твердотельных источников их эффективность выросла практически на два порядка. В целом же светоотдача "очень среднего" светодиода с "белым" спектром излучения сегодня находится на уровне светоотдачи хорошей люминесцентной лампы, и рост светоотдачи продолжается. А высокая стоимость производства твердотельных источников окупается фантастическим сроком службы - более 100000 часов непрерывной безотказной работы, а также высочайшей механической и климатической надежностью,бесперебойной работой при очень низких температурах, отсутствием вредных материалов типа ртути, возможностью элементарной регулировки яркости, обеспечением требований противопожарной безопасности в части малых тепловых излучений, малых затрат на обслуживание. Правда, есть обстоятельство, которое вносит некоторый диссонанс в эту "победную песню" о фантастических ресурсах сверхъярких светодиодов. Дело в том, что светоизлучающие диоды имеют свойство "стареть" в процессе работы, что выражается в потере их излучающей способности, а значит, и эффективности излучения. Тем не менее, солидные мировые фирмы-производители сверхъярких светодиодов гарантируют сохранение на 80% их начальной излучающей способности к половине срока службы. На интернет-форумах автор статьи встречал безапелляционные заявления о реальном сроке службы светодиодных источников в пределах 2...3 тысяч часов. Это может оказаться правдой только в двух случаях: когда используется продукция сомнительного производства, она действительно может потерять до 40 % эффективности излучения на протяжении тех самых 3000 часов эксплуатации, или когда светодиоды эксплуатируют в значительно завышенных, по сравнению с номинальными, режимах работы.

А сейчас давайте познакомимся с технологиями получения белого "твердотельного" света из "многоцветья" излучений стандартных светодиодов. В настоящее время существует четыре метода получения белого света, причем все они активно используются в индустрии "твердотельных технологий".

На рис. 1 показан метод смешивания разных цветов, а именно - классической RGB-триады, то есть красного, зеленого и синего. На одном кристалле светодиодного источника близко компонуются в мозаичном порядке разноцветные светоизлучающие кристаллы, их свет фокусируется при помощи линзы так, чтобы суммарный спектр излучения оказался близким к естественно-солнечному. Отдельно управляя каналами R, G и B, можно получить любой цвет (или оттенок цвета) свечения светодиода. Недостаток способа также очевиден: это значительная трудоемкость (а значит - высокая стоимость) изготовления и необходимость цветовой балансировки каналов R, G, B, так как светодиоды разных цветов имеют разную эффективность излучения. Тем не менее, данный способ все чаще находит применение при создании цветных уличных рекламных дисплеев.

Рис. 1. Метод смешивания цветов

Основные положения второго метода получения белого света заимствованы от принципов работы люминесцентной лампы. В данном случае (см. рис. 2), на внутреннюю поверхность корпуса светодиода, излучающего волны в УФ диапазоне, наносится специальный трехцветный люминофор, который под действием излучения начинает светиться белым светом. Из недостатков метода следует упомянуть его не слишком высокую эффективность светоотдачи. Именно по этой причине наиболее технологичными и наиболее коммерчески выгодными оказались третий и четвертый методы. Но самое интересное, что данные методы являются логическим развитием второго метода, то есть, в них также используется эффект люминесценции.

Рис. 2. Метод полной УФ-люминесценции

В основе технологии третьего метода лежит использование светодиода голубого цвета, но светоизлучающий кристалл здесь окружается конструктивным рефлектором, на который наносится люминофор желтого цвета свечения. Таким образом, при смешении цветов образуется свет, спектральный состав которого очень близок к белому, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Метод люминесценции желтого люминофора

Четвертый метод имеет мало отличий от третьего и, по сути, является его логическим развитием, направленным на улучшение спектрального состава излучаемого света. В основе этого метода лежит тот же самый светодиод голубого цвета излучения, предусмотрен тот же самый конструктивный рефлектор, но на нем нанесены уже два типа люминофора - с зеленым и красным цветами свечения (см. рис. 4).

Рис. 4. Метод люминесценции зеленого и красного люминофоров

Подавляющее большинство коммерческих светодиодов со спектром излучения, близким к белому свету, изготовлено на основе именно технологии одно- и двух-люминофорной люминесценции. По этой причине свет таких светодиодов имеет небольшой синефиолетовый "холодный" оттенок.

Что можно сказать о стоимости "твердотельного света" и об экономической целесообразности его внедрения? На сегодняшний момент "твердотельный свет" - это самый дорогой источник световой энергии, если, конечно, учитывать только стоимость "производства" единицы световой энергии. Цена 1 люмена "твердотельного света" пока в 30...50 раз выше стоимости 1 люмена, произведенного классической лампой накаливания. К примеру, автору удалось приобрести светодиодною лампу с потребляемой мощностью 5 Вт за $15, в то время как обычная лампа накаливания с такой же светоотдачей и потребляемой мощностью 60 Вт стоит чуть меньше $1. Еще один расчет показывает, что матрица из 20 сверхъярких светодиодов с общей стоимостью стоимостью $20 по светоотдаче близка к галогенной лампе мощностью 20 Вт и стоимостью $1. Но не спешите делать выводы. Сравнивая сроки службы светодиодной и классической ламп накаливания, а также их эффективность световой отдачи можно сказать, что экономия очевидна. Просто экономия эта не сиюминутная, а долгосрочная.

По прогнозам специалистов, динамика снижения стоимости твердотельных источников света окажется не такой быстрой, как повышение их светоотдачи: ожидается падение стоимости всего на 20% при удвоении показателя эффективности использования. Продвижение светодиодных источников на рынки происходит по следующему сценарию: вначале их использовали как второстепенную (декоративную) подсветку, а сегодня уже активно ведется работа по выводу из обращения ламп накаливания и галогенных ламп.

Уже сейчас производители автомобилей ведут активные разработки фар дальнего и ближнего света на основе светодиодов белого свечения. Достижения разработок впечатляют: получен световой потока порядка 1000 лм, что коррелируется со стандартной ксеноновой лампой. С указателями поворотов за рубежом все гораздо проще - технологии отработаны и стремительно внедряются. На рис. 5 показана промышленная автомобильная светодиодная фара ближнего света диаметром 106 мм, изготовленная из 4-х сверхъярких светодиодов.

Рис. 5. Автомобильная фара ближнего света на основе сверхъярких светодиодов

А теперь мы поговорим об оптических характеристиках сверхъярких светодиодов и в особенности о том, каким образом представляются эти данные в технической документации. Любой светодиод излучает световой поток направленно, то есть неравномерно в зависимости от положения относительно наблюдателя. Некоторые светодиоды обладают ярко выраженной направленностью: они светят как маленькие прожекторы. Другие подобны лампе накаливания с отражателем - световые волны здесь распространяются в достаточно широком пространственном секторе. Если возникает необходимость обеспечения равномерности пространственного излучения, выручает конструктивный узел из светодиодов, направленных в разные стороны.

Главная пространственная оптическая характеристика светодиода - это его направленность (directivity). Фирмы-производители описывают вид направленности, во-первых, углом излучения (radiation angle), а во-вторых, диаграммой направленности. Если первая характеристика - это просто голая "цифра", то вторая - значительно более информативный график. Вид диаграммы направленности чрезвычайно важно знать инженеру-проекти-ровщику систем освещения.

На рис. 6 приведена наиболее информативная диаграмма направленности светодиода белого свечения типа NSPW515BS, который производится одним из мировых лидеров светодиодной индустрии - фирмой NICHIA. Правая часть диаграммы выполнена в полярных координатах, а левая - в декартовых. В подобных графиках аргументом выступает угол поворота относительно главной оси (линии максимума излучения), а функцией является безразмерная величина. График по линии функции нормирован к максимальной величине излучения, а в качестве нормирующей величины выступает сила света (luminous intensity), приводимая в мкд при определенном значении прямого тока светодиода. На диаграмме направленности этому параметру соответствует безразмерная "единица".

Рис. 6. Диаграмма направленности светодиода

В некоторых случаях, когда диаграмма направленности достаточно широкая (такие светодиоды обычно предназначены только для целей ненаправленного освещения), приводят значение светового потока (luminous flux) в лм, что весьма удобно для расчета освещенности по стандартным методикам.

Также фирмы приводят в технической документации вид спектральной характеристики излучения светодиодов. Зачем? Дело в том, что цветовая температура света в значительной степени оказывает влияние на эмоциональное состояние человека. До настоящего времени светодиодное освещение обладало имиджем "холодного", "мрачного", "неуютного". Однако недавно на рынке появились светодиоды теплого белого свечения (warm white), которые имитируют свет лампы накаливания. В частности, такие светодиоды есть и в номенклатуре фирмы NICHIA. Отличие излучения светодиодов типа warm white от излучения типа white наиболее наглядно демонстрируют рис. 7, на котором приведены спектры упомянутых светодиодов.

Рис. 7. Спектры излучения разных светодиодов белого свечения

Проанализируем представленные спектры. Излучению светодиода типа white придает "бледность" пик большой амплитуды в "синей" области спектра, а в светодиоде типа warm white синяя составляющая "задавлена" более интенсивным излучением желтого люминофора, окрашивающего излучение в "теплый" оттенок.

С другой стороны, необходимо оценивать электрические параметры светодиодов. Наиболее наглядно это описывает вольт-амперная характеристика (ВАХ), то есть зависимость проходящего через диод тока от приложенного к нему напряжения (рис. 8). При приложении обратного (запирающего) напряжения любой диод, в том числе и светодиод, ток не проводит. Но, в отличие от выпрямительных диодов, светодиоды не допускают больших значений обратных напряжений. Стандартное предельное обратное напряжение светодиода не превышает 5 В, поэтому рекомендуется быть осторожными с "переполюсовками".

Рис. 8. Вольт-амперные характеристики полупроводников

Прямая ветвь ВАХ светодиодов отличается от ВАХ обычных диодов только значением напряжения открывания и падением напряжения в открытом состоянии. Если германиевые диоды открываются при напряжении 0,1...0,2 В, кремниевые - при 0,6...0,7 В, то напряжение открывания светодиодов лежит в диапазоне 1,2...2,9 В. После открывания напряжение на светодиодах немного растет с увеличением тока, стабилизируясь на определенном уровне уже при токе порядка 1 мА. Из рис. 8 также хорошо видно, что разница между напряжением зажигания светодиода и неконтролируемым увеличением тока через него составляет всего 0,3 В. Светодиод, как и любой полупроводник, не может пропускать бесконечно большие токи - он просто расплавится от нагрева. Поэтому необходимо применять балласт, который "погасит" на себе излишек напряжения и ограничит протекающий ток. Так как светодиоды питаются постоянным (или импульсным) напряжением, в качестве простейшего балласта выступает преимущественно обычное активное сопротивление. Существуют также более сложные и более экономичные виды балластов на основе электронных источников тока. Об этом пойдет речь в соответствующей статье цикла об энергосберегающих технологиях.

В следующей статье мы расскажем о конкретных типономиналах сверхъярких современных светодиодов, выпускаемых ведущими мировыми фирмами.

Автор: Борис Семенов (г. Санкт-Петербург)

Источник: Ремонт и сервис

Дата публикации: 06.03.2015

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

www.radioradar.net

Сайт о сверхярких светодиодах, и светодиодных технологиях

Все развитые страны вкладывают огромные средства и ресурсы в полупроводниковую промышленность, в частности в производство высокоэффективных мощных светодиодов, из которых можно изготавливать необычные и в тоже время очень эффективные осветительные приборы. На сегодняшний день, большинство фирм переносят свои высокотехнологичные заводы в страны Азии, таким образом, они и являются лидерами в производстве любой электроники. А как обстоят дела в России с производством полупроводников, и в частности с LED приборами?

Ситуация не весёлая, и легко объяснимая. Это не настолько выгодное производство по сравнению с торговлей, трудоемкое, наукоемкое, требует хорошо продуманной маркетинговой стратегии, ведь производство осветительных сверхярких светодиодов — новая отрасль, с пока ещё низким спросом. Читать далее Производство мощных осветительных светодиодов в России →

Совсем недавно к нам из Китая приехал сверхяркий светодиод фирмы CREE (модель XM-L-H)

По паспортным данным производитель обещал яркость 1000 Лм (практически яркость 100 ваттной лампы накаливания) при потребляемой мощности 10 Вт. Другими словами его яркость составляет 100 Лм/Вт, что на сегодняшний день является одним из лучших показателей. Кроме того светодиоды фирмы CREE, опять же судя по datasheet на них, имеют довольно широкий спектр, без заметных провалов. Таким образом их применение в качестве источников света в быту, на мой взгляд, является вполне обусловленным, учитывая их долговечность (наработка на отказ  20 000 -75 000 часов) Но это все лирика, непосредственно к теме статьи. Читать далее Самодельный фонарик на 1000 Люмен. →

В настоящее время появилась серьёзная альтернатива лампам накаливания, чья мощьность не превышает 60 Вт. Это светодиодные осветительные приборы. Они обладают поразительным для обычной лампы накаливания сроком службы: 20 000 – 75 000 часов, и небольшой потребляемой мощностью, которая в 5-10 раз ниже потребляемой мощности соответствующей яркости лампы накаливания. Примером серийно выпускаемых светодиодных ламп является GeoBulb II . В прошлом месяце, в Калифорнии была анонсирована светодиодная лампа, чья яркость эквивалентна яркости 75 Вт лампы накаливания, и теперь компания пошла еще дальше, объявив о скором выпуске первого в мире светодиодном эквиваленте лампы накаливания в 100 Вт.

Для решения проблемы узконаправленного пучка света, который излучают светодиоды, инженеры компании Switch Lighting смонтировали светодиоды по периметру лампы на выступах, напоминающие металлические пальцы. Но реальный ключ к получению такой высокой яркости от лампы – это технологии, которая обеспечивает эффективный отвод тепла, а следовательно и максимальную яркость с меньшим количеством светодиодов путем создания самостоятельного охлаждения среды внутри «луковицы». Чтобы перенести тепло от светодиодов, купол лампы наполняется нетоксичные жидкостью, которая течет по капиллярам к поверхности лампы, и нагревается. Затем тепло рассеивается равномерно по всей поверхности луковицы и жидкость потом втягивается обратно в систему, чтобы повторить процесс. Читать далее Светодиодный убийца ламп накаливания →

Первая часть

Как от 1,5 в зажечь белый светодиод? Оказывается очень просто, в очередной раз постарались товарищи из фирмы MAXIM, изобрели вот такое чудо — MAX1674 (MAX1676).

Это повышающий индуктивный преобразовать со встроенным синхронным выпрямителем, позволяющим повысить эффективность, компактность схемы, избавиться от дорогостоящих для таких схем диодов шоттки, так же повысить простоту изготовления. Ниже приведены характеристики преобразователя:

Рабочее напряжение, В 0,7…5,5
КПД (при Iнагр.=120мА), % 94
Выходное напряжение, В 3,3/5
Номинальный выходной ток, мА 300
Ограничение выходного тока, А 1
Ток холостого хода, мА 0,1
Диапазон рабочих температур, °С -40…+85

Читать далее Комфортные условия работы светодиода. (часть 2. Схема первого варианта.) →

Карманный фонарик — обычно маломощный источник света, либо это уже не карманный прибор =). Но с появлением сверхярких светодиодов, стало возможным делать поистине фантастические вещи. Примером этому служит фонарик на 1000 Лмин. Это яркость обычной 100 Ваттной лампы накаливания.  Только представьте как ярко может светить сфокусированный луч от такого источника света! А ещё прибавьте к этому очень высокую экономичность. Встречаем легендарный фонарь Thrunite Catapult V2. Он заслужил славу одного из самых дальнобойных, ярких и надежных фонарей в мире. Достаточно взять этот фонарь в руку, и выпускать его уже не захочется. Обновленная версия фонаря Thrunite Catapult имеет увеличенную мощность, яркость, улучшенную функциональность и усиленную надежность. Фонарь на основе мощного однокристального светодиода SST-50 обладает уникальной фокусировкой благодаря массивному параболическому отражателю, и имеет рекордную дальнобойность среди всех светодиодных фонарей. Читать далее Карманный фонарик прожектор на 1000 Люмен! →

Avago Technologies — главный поставщик аналоговых компонентов для построения интерфейсов телекоммуникационных, пользовательских, или промышленных устройств, представила анонс голубых светодиодов, предназначенных для дорожных знаков и вывесок. Эти полупроводниковые приборы (ASMT-JC11 и ASMT-AC00) обладают высокой энергоэффективностью, и повышенной яркостью при потребляемой мощности порядка 1 Вт.

ASMT-JC11 и ASMT-AC00 – это новые светодиоды, выпускаются в корпусе SOP, который имеет шесть выводов. Размер подложки составляет 5х4 мм, что является самым малым размером подложки в промышленности. Высота светодиода 1,85 мм. Они предназначены для использования в условиях ограниченного пространства.

Обе модели светодиодов рассчитаны на ток до 500 мА. Читать далее Новые светодиоды для использования в дорожных знаках и вывесках →

Всем хорош источник света на светодиодах, но для того чтоб он проработал долго и без отказов, нужно соблюдать некоторые условия. А именно нужно жестко следить за тем, чтоб светодиод при своей эксплуатации был в комфортных для него условиях, то есть, нельзя превышать ни одного из его допустимых параметров, а также нельзя, чтоб более одного из параметров были в опасной близости от своих максимальных значений.

Первое, на что нужно обращать внимание конструктору — это соблюдение температурного режима. Да, у большинства светодиодов максимальная рабочая температура составляет порядка 120°C, однако не стоит забывать о том, что светодиод – это такой же полупроводниковый прибор, как и любой транзистор, диод, или микросхема. И то, что справедливо для них, то и справедливо для светодиода. Чем ниже температура светодиода, тем дольше и лучше он будет служить. Почему так? Ответ на этот вопрос кроется в строении любого полупроводника.  Полупроводник состоит из непосредственно кристалла полупроводника (кремний, германий и пр.) и микроскопических зон с примесями, которые создают зоны с другой проводимостью: электронной или дырочной (зависит от материала полупроводника). Так вот, под действием диффузии Читать далее Комфортные условия работы светодиода. (часть 1. Основы.) →

big-led.ru

Сверхъяркий светодиод: определения, история, параметры

Сверхъяркий светодиод – это рекламная уловка, эпитет, на который продавцы заманивают доверчивых покупателей. На самом деле обращать внимание нужно только на КПД и ни на что более.

Понятие яркости

Мало изучения характеристик светодиода в данном вопросе, потому что накладывает свои ограничения физиология человека. Чувствительность глаза к волнам зелёного цвета на порядок превышает тот же параметр для красного. А значит, мало вычислить плотность потока мощности, мало убедиться, что тепловой режим не выходит за рамки дозволенного, благодаря хорошему КПД. Нужно ещё и наложить получившийся результат на особенности человеческого зрения.

Теперь становится понятно, что все заявления фирм-производителей об их сверхъярких светодиодах – не более, нежели рекламный трюк. Нужно в этом случае оценивать продукт в комплексе, но даже после этого помните – дорогой читатель – что когерентное свечение опасно для глаза. Не стоит проверять продукцию на своём собственном зрении.

На обычную 10-ваттную светодиодную лампочку уже больно смотреть. Несмотря на то, что излучающая матрица светит сквозь матовое стекло. Авторы уверены, что любую из них можно назвать сверхъярким светодиодом.

История развития вопроса

Большинство диодов работает за счёт эффекта люминесценции. Она была открыта в начале XX века. Многие считают, что первые светодиод изготовил нечаянно Генри Джозеф Раунд, когда оценивал выпрямляющие свойства карбида кремния. Примечательно, что этом минерал, карборунд, на планете Земля практически не встречается, хотя очень распространён в звёздных атмосферах.

Яркое освещение

Именно оттуда и прилетел метеорит, который оказался не по зубам Юджину Ачисону в 1891 году. Затея землекопа вполне понятна – он решил, что обнаружил на погибшем астероиде алмазы и захотел втихую продать находку. Но когда показал изделие ювелиру, тот заметил, что отсутствуют характерные признаки одного из самых дорогих камней на планете. Причём произошло это годы спустя. Видимо, Юджин копил на пенсию, и заначка долгое время пылилась в его закромах.

Что касается карборунда Генри Джозефа Раунда, он был искусственным. На начало XX века минерал уже научились синтезировать. По своей твёрдости он, действительно, уступает только алмазу. Исследуя свой кристаллический детектор для радио (подбодрённый опытом других исследователей, уже заимевших патенты), Генри и обнаружил свечение. Он немедленно написал в редакцию журнала Электрический мир и сообщил следующие сведения:

  1. При напряжении 10 В переменного тока начинают светиться некоторые образцы карборунда жёлтым.
  2. По мере повышения разницы потенциалов вплоть до сетевых 110 В свечение демонстрируют практически все подопытные кристаллы.
  3. По мере повышения напряжения в спектре, помимо жёлтого, можно наблюдать зелёный, оранжевый и синий цвета.
  4. Некоторые материалы светятся лишь с краю, другие демонстрируют объёмный эффект.
  5. Само явление едва ли может объясняться термоэлектричеством.

Свечение возникает при прямом смещении p-n-перехода. При достаточно большом приложенном напряжении в кристалл проникает значительное число неосновных носителей заряда. Этот процесс объясняется туннельным эффектом. Когда заезжие гастролёры начинают рекомбинировать с основными носителями заряда, излишек энергии превращается в свет. Именно этим и объясняется тот факт, что при низких напряжениях свечения Генри Джозеф Раунд не наблюдал.

Однако не все так просто. Диоды Шоттки – а карборунд с металлическими контактами был именно им – могут светиться и при отрицательном приложенном напряжении. Схема в точности такая же, но при значительной разнице потенциалов наблюдается лавинный пробой перехода. Атомы полупроводника ионизируются разогнавшимися носителями заряда, и обратная рекомбинация опять же производится с излучением фотона света.

Внимание! Современные светодиоды излучают только при прямом смещении p-n-перехода, когда на анод подаётся положительный потенциал.

Работы Раунда были повторены нашим соотечественником Лосевым в 1928 году. Он также на кристаллическом детекторе сумел получить свечение и установил, что одни образцы светятся только при униполярном подключении, а для других направление постоянного тока не имеет значения. Он пытался осмыслить этот факт, но ни к чему не пришёл. Однако подтвердил заключение Раунда о том, что эффект никак не связан с термоэлектрическим нагревом.

Началом светодиодной эры можно считать ранние 60-е годы, когда появились первые карборундовые плёнки. КПД первых образчиков был потрясающе мал и составлял порядка 0,005%. А все дело в том, карбид кремния является далеко не лучшим материалом для изготовления сверхъярких диодов. Точнее говоря, последнее вообще нельзя осуществить на данном этапе технологии.

А какой лучше?

Было бы удивительно, если первый светодиод был сделан сразу же из лучшего на свете материала. В начале 90-х карборунд вообще исчез с прилавков, так что не пытайтесь больше искать упавшие метеориты. Последние голубые светодиоды излучали в диапазона 470 нм с КПД порядка 0,03%.

Уже в 50-е годы полупроводники из группы AIIBVI были неплохо изучены. И производился постоянный поиск новых технических решений. На свет появились светодиоды из полупроводников класса AIIIBV, на примере которых учителя физики поясняют явление примесной проводимости. Материалы этого типа полностью искусственного происхождения, в природе не обнаружены. Легируя галлий мышьяком, учёные получали новое поле для исследований. Примеси вводились на подложку жидкофазной или газофазной эпитаксией.

К 1962 году уже появились на лазеры на основе этого материала. Им пророчили большое будущее в космической отрасли, годились для связи и измерений. Серийный выпуск светодиодов на основе арсенида галлия предприняла компания Texas Instruments. Цена одной штуки составляла 130 долларов. Сегодня стоимость светодиодов значительно ниже, и арсенид галлия широко применяется для создания пультов управления, устройств связи и многого другого.

Фосфорилированный арсенид галлия

КПД известных материалов был ещё слишком мал для создания сверхъярких светодиодов. Так Холоньяк и Бевака пришли в 1962 году к необходимости фосфорилирования арсенида галлия для улучшения характеристик. Особенностью новых приборов стала высокая когерентность излучения. Это означало, что аппаратуру связи ждут дальнейшие усовершенствования, потому что однородность пучка играет в этом случае большую роль.

Современные технологии

До сих пор речь шла о разработках преимущественно инженеров фирмы IBM, если не считать секретных проектов НАСА. Но в 1962 году в борьбу включилась знаменитая General Electric. Выращивая кристаллы методом газофазной эпитаксии, инженеры компании добились заметных успехов. Примечательно то, что быстро удалось повысить КПД устройств, но когерентность излучения при этом сильно снизилась. Цена Дженерал Электрик вдвое превышала Texas Instruments, поэтому партия вышла совсем мизерной.

В 1968 году Монсанто выкупили права и занялись массовым выпуском светодиодов на основе фосфорилированного арсенида галлия. После этого объем продаж ежегодно рос, как минимум вчетверо, но в абсолютном отношении это все равно был мизер. Именно в это время начинают появляться первые светодиодные цифровые дисплеи (табло).

Фосфид галлия

Параллельно развивалась технология производства фосфида галлия. Можно даже так сказать, что каждая фирма отрасли билась над своим собственным неповторимым материалом. Фосфидом галлия занялись Лаборатории Белла. Было ли это продуманной стратегией? Авторы так не считают, поскольку фирмы боялись взаимного поглощения. Хотя настораживает факт однотипности.

Светодиоды фосфида галлия позволяли получить жёлтое и красное свечение. Белл Лабс начала свои разработки вместе со всеми, в начале 60-х. Что и наталкивает на мысль о спланированности акции. Первые публикации были независимыми и сделаны всего двумя учёными (1964 год):

  • Гриммейс;
  • Шольц.

Переходы светодиодов из фосфида галлия, легированные оловом, были названы их именами. Были получены данные, что оптические свойства значительно улучшаются внедрением примеси азота. Отжигая структуру полупроводника после её выращивания, КПД сумели повысить до 2%. Одновременно производился поиск новых цветовых качеств. Так были созданы диоды на основе фосфида галлия, дающие зелёный оттенок, но КПД их составлял 0,6%.

Однако! При том, что КПД зелёных светодиодов был ниже, из-за повышенной восприимчивости глаза к этому диапазону они казались даже более яркими, нежели красные.

КПД светодиода

Чтобы светодиод стал сверхъярким, он должен обладать большим КПД. Логика здесь элементарная. Чем выше ток, тем больше потери на омическом сопротивлении контактов. Следовательно, для получения большой яркости при низком КПД ток должен быть слишком высоким. Полупроводник не выдержит и расплавится. Недаром первый лазер работал при охлаждении до 77 К. Помимо чисто физических качеств это обеспечивало надлежащее охлаждение.

Идеальный светодиод с КПД 100% излучает один фотон на каждый инжектированный электрон. Это называется квантовым выходом. И он в идеале равен единице. В реальном светодиоде эффективность оценивается отношением мощности оптического излучения к току инжекции.

Кроме того, испущенные фотоны должны уходить в пространство. Для этого по возможности площадь p-n-перехода должна быть открытой. В реальности значительная часть фотонов так и остаётся внутри. Следовательно, каждая конструкция, помимо прочего, характеризуется оптическим выходом. Обычно этот параметр и является одним из главных лимитирующих факторов, едва достигая 50%.

Под КПД светодиода принято понимать отношение числа испущенных фотонов к подведённой мощности. Обычно на p-n-переходе падает напряжение порядка полутора вольт, а дальше ток повышается по линейному закону. Следовательно, мощность теряется на смещение запирающего слоя, излучение и нагрев омического сопротивления. На начало XXI века нормальным считался КПД светодиода в 4% (учитывая оптический выход).

Чтобы как-то повысить отдачу и получить наконец-то сверхъяркий светодиод, инженеры стали искать новые конструктивные решения.

Повышение эффективности светодиодов

Двойные гетероструктуры

Увеличение светимости диода достигается поддержанием высокой концентрации носителей. Одной из методик достижения этого является создание двойного p-n-перехода. В этом случае излучательный слой окружён полупроводниками иного типа проводимости с обеих сторон. Чтобы увеличить площадь заброса неосновных носителей. Вся конструкция выглядит, как 5-слойный сандвич:

  1. В центре находится активный излучательный слой.
  2. С обеих сторон он охватывается полупроводниками, что обусловливает наличие двух запирающих слоёв.
  3. Контакты покрывают наружные полупроводники по всей площади для улучшения растекания тока.

От толщины активной зоны зависит квантовый выход. График нелинейный и имеет ярко выраженный пологий или скошенный горб. Соответственно, значение толщины нужно выбирать из его пределов. Обычно это десятки микрон. Опыты показывают, что повышения квантового выхода можно добиться слабым легированием активной области. Количество атомов примеси обычно не превышает десяти в семнадцатой степени единиц на кубический сантиметр. В целом процесс этот сравнительно слабо изучен.

Увеличение инжекции может быть достигнуто легированием крайних слоёв. Концентрация примеси здесь, как минимум, на порядок ниже, чем в предыдущем случае, или в такое же количество раз выше. Хотя барьерные и активный слои по определению должны быть разными материалами, важно, чтобы их кристаллические решётки являлись идентичными по структуре. С увеличением рассогласования квантовый выход резко падает.

vashtehnik.ru

Сверхъяркий светодиод. Что это такое. Преимущества

Сен 22 2017

Что такое сверхъяркий светодиод

Сверхъяркий светодиод – это рекламная уловка, эпитет, на который продавцы заманивают доверчивых покупателей. На самом деле обращать внимание нужно только на КПД и ни на что более.

Понятие яркости

Мало изучения характеристик светодиода в данном вопросе, потому что накладывает свои ограничения физиология человека.

Чувствительность глаза к волнам зелёного цвета на порядок превышает тот же параметр для красного.

А значит, мало вычислить плотность потока мощности, мало убедиться, что тепловой режим не выходит за рамки дозволенного, благодаря хорошему КПД.

Нужно ещё и наложить получившийся результат на особенности человеческого зрения.

Теперь становится понятно, что все заявления фирм-производителей об их сверхъярких светодиодах – не более, нежели рекламный трюк.

Нужно в этом случае оценивать продукт в комплексе. Но даже после этого помните – дорогой читатель – что когерентное свечение опасно для глаза.

Не стоит проверять продукцию на своём собственном зрении. На обычную 10-ваттную светодиодную лампочку уже больно смотреть. Несмотря на то, что излучающая матрица светит сквозь матовое стекло.

Авторы уверены, что любую из них можно назвать сверхъярким светодиодом.

История развития вопроса

Большинство диодов работает за счёт эффекта люминесценции. Она была открыта в начале XX века.

Многие считают, что первые светодиод изготовил нечаянно Генри Джозеф Раунд, когда оценивал выпрямляющие свойства карбида кремния.

Примечательно, что этом минерал, карборунд, на планете Земля практически не встречается, хотя очень распространён в звёздных атмосферах.

Именно оттуда и прилетел метеорит, который оказался не по зубам Юджину Ачисону в 1891 году.

Затея землекопа вполне понятна – он решил, что обнаружил на погибшем астероиде алмазы и захотел втихую продать находку.

Но когда показал изделие ювелиру, тот заметил, что отсутствуют характерные признаки одного из самых дорогих камней на планете.

Причём произошло это годы спустя. Видимо, Юджин копил на пенсию, и заначка долгое время пылилась в его закромах.

Что касается карборунда Генри Джозефа Раунда, он был искусственным. На начало XX века минерал уже научились синтезировать.

По своей твёрдости он, действительно, уступает только алмазу

Исследуя свой кристаллический детектор для радио (подбодрённый опытом других исследователей, уже заимевших патенты), Генри и обнаружил свечение.

Он немедленно написал в редакцию журнала Электрический мир и сообщил следующие сведения:

  • При напряжении 10 В переменного тока начинают светиться некоторые образцы карборунда жёлтым.
  • По мере повышения разницы потенциалов вплоть до сетевых 110 В свечение демонстрируют практически все подопытные кристаллы.
  • По мере повышения напряжения в спектре, помимо жёлтого, можно наблюдать зелёный, оранжевый и синий цвета.
  • Некоторые материалы светятся лишь с краю, другие демонстрируют объёмный эффект.
  • Само явление едва ли может объясняться термоэлектричеством.

Свечение возникает при прямом смещении p-n-перехода.

При достаточно большом приложенном напряжении в кристалл проникает значительное число неосновных носителей заряда.

Этот процесс объясняется туннельным эффектом.

Когда заезжие гастролёры начинают рекомбинировать с основными носителями заряда, излишек энергии превращается в свет.

Именно этим и объясняется тот факт, что при низких напряжениях свечения Генри Джозеф Раунд не наблюдал.

Однако не все так просто. Диоды Шоттки – а карборунд с металлическими контактами был именно им – могут светиться и при отрицательном приложенном напряжении.

Схема в точности такая же, но при значительной разнице потенциалов наблюдается лавинный пробой переход

Атомы полупроводника ионизируются разогнавшимися носителями заряда, и обратная рекомбинация опять же производится с излучением фотона света.

Внимание! Современные светодиоды излучают только при прямом смещении p-n-перехода, когда на анод подаётся положительный потенциал.

Работы Раунда были повторены нашим соотечественником Лосевым в 1928 году.

Он также на кристаллическом детекторе сумел получить свечение и установил, что одни образцы светятся только при униполярном подключении, а для других направление постоянного тока не имеет значения.

Он пытался осмыслить этот факт, но ни к чему не пришёл.

Однако подтвердил заключение Раунда о том, что эффект никак не связан с термоэлектрическим нагревом.

Началом светодиодной эры можно считать ранние 60-е годы, когда появились первые карборундовые плёнки. КПД первых образчиков был потрясающе мал и составлял порядка 0,005%.

А все дело в том, карбид кремния является далеко не лучшим материалом для изготовления сверхъярких диодов. Точнее говоря, последнее вообще нельзя осуществить на данном этапе технологии.

А какой лучше?

Было бы удивительно, если первый светодиод был сделан сразу же из лучшего на свете материала.

В начале 90-х карборунд вообще исчез с прилавков.

Так что не пытайтесь больше искать упавшие метеориты.

Последние голубые светодиоды излучали в диапазона 470 нм с КПД порядка 0,03%.

Уже в 50-е годы полупроводники из группы AIIBVI были неплохо изучены. И производился постоянный поиск новых технических решений.

На свет появились светодиоды из полупроводников класса AIIIBV, на примере которых учителя физики поясняют явление примесной проводимости.

Материалы этого типа полностью искусственного происхождения, в природе не обнаружены. Легируя галлий мышьяком, учёные получали новое поле для исследований. Примеси вводились на подложку жидкофазной или газофазной эпитаксией.

К 1962 году уже появились на лазеры на основе этого материала.

Им пророчили большое будущее в космической отрасли, годились для связи и измерений.

Серийный выпуск светодиодов на основе арсенида галлия предприняла компания Texas Instruments.

Цена одной штуки составляла 130 долларов.

Сегодня стоимость светодиодов значительно ниже, и арсенид галлия широко применяется для создания пультов управления, устройств связи и многого другого.

Фосфорилированный арсенид галлия

КПД известных материалов был ещё слишком мал для создания сверхъярких светодиодов.

Так Холоньяк и Бевака пришли в 1962 году к необходимости фосфорилирования арсенида галлия для улучшения характеристик.

Особенностью новых приборов стала высокая когерентность излучения.

Это означало, что аппаратуру связи ждут дальнейшие усовершенствования.

Однородность пучка играет в этом случае большую роль. До сих пор речь шла о разработках преимущественно инженеров фирмы IBM, если не считать секретных проектов НАСА.

Но в 1962 году в борьбу включилась знаменитая General Electric. Выращивая кристаллы методом газофазной эпитаксии, инженеры компании добились заметных успехов.

Примечательно то, что быстро удалось повысить КПД устройств, но когерентность излучения при этом сильно снизилась.

Цена Дженерал Электрик вдвое превышала Texas Instruments, поэтому партия вышла совсем мизерной.

В 1968 году Монсанто выкупили права и занялись массовым выпуском светодиодов на основе фосфорилированного арсенида галлия.

После этого объем продаж ежегодно рос, как минимум вчетверо, но в абсолютном отношении это все равно был мизер. Именно в это время начинают появляться первые светодиодные цифровые дисплеи (табло).

Фосфид галлия

Параллельно развивалась технология производства фосфида галлия.

Можно даже так сказать, что каждая фирма отрасли билась над своим собственным неповторимым материалом.

Фосфидом галлия занялись Лаборатории Белла. Было ли это продуманной стратегией?

Авторы так не считают, поскольку фирмы боялись взаимного поглощения.

Светодиоды фосфида галлия позволяли получить жёлтое и красное свечение. Белл Лабс начала свои разработки вместе со всеми, в начале 60-х. Что и наталкивает на мысль о спланированности акции.

Первые публикации были независимыми и сделаны всего двумя учёными (1964 год):

  • Гриммейс;
  • Шольц.

Переходы светодиодов из фосфида галлия, легированные оловом, были названы их именами.

Были получены данные, что оптические свойства значительно улучшаются внедрением примеси азота.

Отжигая структуру полупроводника после её выращивания, КПД сумели повысить до 2%.

Одновременно производился поиск новых цветовых качеств. Так были созданы диоды на основе фосфида галлия, дающие зелёный оттенок, но КПД их составлял 0,6%.

Однако! При том, что КПД зелёных светодиодов был ниже, из-за повышенной восприимчивости глаза к этому диапазону они казались даже более яркими, нежели красные.

КПД светодиода

Чтобы светодиод стал сверхъярким, он должен обладать большим КПД.

Логика здесь элементарная. Чем выше ток, тем больше потери на омическом сопротивлении контактов.

Следовательно, для получения большой яркости при низком КПД ток должен быть слишком высоким. Полупроводник не выдержит и расплавится.

Недаром первый лазер работал при охлаждении до 77 К. Помимо чисто физических качеств это обеспечивало надлежащее охлаждение.

Идеальный светодиод с КПД 100% излучает один фотон на каждый инжектированный электрон. Это называется квантовым выходом. И он в идеале равен единице.

В реальном светодиоде эффективность оценивается отношением мощности оптического излучения к току инжекции.

Кроме того, испущенные фотоны должны уходить в пространство. Для этого по возможности площадь p-n-перехода должна быть открытой.

В реальности значительная часть фотонов так и остаётся внутри

Следовательно, каждая конструкция, помимо прочего, характеризуется оптическим выходом. Обычно этот параметр и является одним из главных лимитирующих факторов, едва достигая 50%.

Под КПД светодиода принято понимать отношение числа испущенных фотонов к подведённой мощности.

Обычно на p-n-переходе падает напряжение порядка полутора вольт, а дальше ток повышается по линейному закону.

Следовательно, мощность теряется на смещение запирающего слоя, излучение и нагрев омического сопротивления.

На начало XXI века нормальным считался КПД светодиода в 4% (учитывая оптический выход).

Чтобы как-то повысить отдачу и получить наконец-то сверхъяркий светодиод, инженеры стали искать новые конструктивные решения.

Повышение эффективности светодиодов

Двойные гетероструктуры

Увеличение светимости диода достигается поддержанием высокой концентрации носителей.

Одной из методик достижения этого является создание двойного p-n-перехода.

В этом случае излучательный слой окружён полупроводниками иного типа проводимости с обеих сторон.

Вся конструкция выглядит, как 5-слойный сандвич:

  • В центре находится активный излучательный слой.
  • С обеих сторон он охватывается полупроводниками, что обусловливает наличие двух запирающих слоёв.
  • Контакты покрывают наружные полупроводники по всей площади для улучшения растекания тока.

От толщины активной зоны зависит квантовый выход

График нелинейный и имеет ярко выраженный пологий или скошенный горб. Соответственно, значение толщины нужно выбирать из его пределов. Обычно это десятки микрон.

Опыты показывают, что повышения квантового выхода можно добиться слабым легированием активной области.

Количество атомов примеси обычно не превышает десяти в семнадцатой степени единиц на кубический сантиметр.

В целом процесс этот сравнительно слабо изучен. Увеличение инжекции может быть достигнуто легированием крайних слоёв.

Концентрация примеси здесь, как минимум, на порядок ниже, чем в предыдущем случае, или в такое же количество раз выше.

Хотя барьерные и активный слои по определению должны быть разными материалами, важно, чтобы их кристаллические решётки являлись идентичными по структуре. С увеличением рассогласования квантовый выход резко падает.

Возможно, вам пригодится:

Поделиться ссылкой:

romasha.net

Сверхяркие светодиоды: типы, характеристики, назначение

Сверхяркие светодиоды: типы, характеристики, назначение

03.04.2017 21:54

Сейчас светодиоды используются довольно часто, причем в большинстве сфер. Они бывают совершенно разных типов и отличаются между собой многими факторами. Конкретно в данной статье речь пойдет о сверхярких светодиодах. Эта продукция несколько специфическая, имеет собственные плюсы и минусы и используется в определенных условиях. Все вопросы будут раскрыты далее в статье.

Общее описание

По названию продукции можно понять, что такие диоды являются источниками, дающими довольно яркое излучение. Они были разработаны для ситуаций, когда обычные ленты стандартного типа не способны обеспечить нужный уровень света. Характеристиками таких изделий позволяют часто использовать их в автомобилях.Сверхяркие светодиоды – источники света, которые имеют особенные показатели и свойства работы. Для функционирования такой продукции присущи следующие нюансы: лента экономична, дает высокий уровень свечения, имеет длительный эксплуатационный срок, позволяет использовать изделие в различных условиях.Нужно обратить внимание на то, что часто сверхяркие диоды выпускаются с напряжением, равным 12 Вольт. Все источники данного типа функционируют на одном принципе. Изделие имеет чип, который производится из полупроводникового материала. Он покрыт специальными примесями для более эффективной работы. Вкратце: принцип функционирования заключается в том, что ток переходит с анода на катод. Одновременно с этим проходит передача напряжения лишь в одном направлении.Цвет получаемого в результате освещения и длина волн определяются за счет того, насколько широка рабочая зона, передающая сигнал составляющим. Часто используется кремний и германий, позволяющие облегчить переход.Светодиоды разделяются на два типа: инфракрасные, ультрафиолетовые. В их перечень входят модели как с напряжением 12 Вольт, так и другим. Подложкой выступает сапфир. Кроме такой классификации, существует еще несколько. Ниже рассмотрим их более подробно.

Типы сверхярких светодиодов

На данный момент существует популярная классификация моделей. Рассмотрим то, на какие виды делятся сверхяркие диоды.
    Cree. Изделия такого типа работают за счет особого состава, в который входят нитрид галлия и карбид кремния. Соедние их характеристик в итоге дает довольно длительный период работы самого диода. Как и все другие, этот вид потребляет немного электроэнергии (не более 12 Вольт). Зачастую, диоды используются на улице, где необходимо освещать дороги, переходы (как подземные, так и надземные), автомагистрали. Более того, их часто применяют для фонарных столбов. Чипы этих устройств оцениваются довольно дорого, так как имеют высокий уровень качества. Часто применяют такие сверхяркие светодиоды для фонариков обычного типа.Epistar. Диоды этого вида характеризуются небольшими размерами. Качество устройств хорошее. Имеют длительный эксплуатационный срок. В современное время используются практически везде.Smd. Также довольно распространены. Часто используются для наружной подсветки здания. Также могут применяться для подсветки различных предметов в помещении. Эти ленты характеризуются плотным свечением, поэтому и получили популярность во всем мире.
Используя любое из описанных изделий, нужно обязательно применять специальные драйвера, которые позволят подключить их к сети напряжением 220 Вольт. Это связано с низким потреблением ресурса (12 Вольт). Имеющийся драйвер сможет снизить нагрузку, чтобы изделие не сгорело.

Преимущества

За небольшое количество времени сверхяркие и другие диоды стали довольно популярными и востребованными в различных сферах. Причина же скрывается именно в преимуществах, которые сейчас рассмотрим.
    Изделия энергоэффективные. Среди всех имеющихся источников света данный вид считается максимально экономичным. Как правило, использование диодов позволяет снизить запросы на электричество до 80 %. Светодиод сверхяркий белый потребляет больше всего по сравнению с остальными.Продукт способен долго работать, не требуя особенного обслуживания или профилактического осмотра.Диод не сильно избирателен, что касается температурного режима. Поэтому использовать его можно в любых условиях.Если необходим источник света, который защищен от попадания влаги и способен выдерживать удары, то среди сверхярких диодов есть такие модели.При работе изделие не нагревается. Единственное, за чем необходимо следить – блок питания. Именно он принимает всю нагрузку на себя и нагревается.

Недостатки

Параметры работы изделий довольно хороши и выгодны. Однако нужно учитывать, что имеются еще и недостатки. Какие?
    Из-за того, что со временем ухудшается проводимость света, падает яркость излучения.Если совершается процесс изменения мощности сигнала, то чип может сгореть. Такие ситуации происходят не сильно часто, однако вероятность поломки имеется.К чересчур высокой температуре диоды все же восприимчивы. К каким именно показателям тепла - необходимо узнавать конкретно по отношению к приобретенной модели.Для того чтобы диод работал, необходимо устанавливать специальный радиатор.Если изделие используется в открытом пространстве, придется обеспечивать дополнительную защиту от влаги, грязи, повреждений.

Сфера использования

Сейчас сверхяркие диоды используются широко в промышленной сфере, рекламной, бытовой и в качестве подсветки на различных транспортных средствах. Касательно бытовой - речь идет о свечении LCD техники и других объектов. Также наиболее известный пример использования данного изделия – светофор. Светодиоды сверхяркие – для авто самый востребованный источник света.Даже с имеющимися недостатками достаточно правильного монтажа, способного снизить минусы до минимума. Как понятно, используется данный продукт довольно много и часто, поэтому приходится говорить о его незаменимости. Такой диод с легкостью создаст нужный уровень света в доме или на улице. Главное, правильно подобрать модель.

Сверхяркие светодиоды - характеристики

Самой важной и определяющей характеристикой можно назвать рабочий ток. Из-за того, что диоды функционируют на постоянном получении ресурса, его превышение может привести к поломке всей конструкции. Средним значением сверхяркого изделия считается 15-20 мА. Ток одного из наиболее мощных диодов может достигать 1 А.Сверхяркие светодиоды имеют различное напряжение. Оно, в зависимости от модели и назначения, может колебаться от 1.5 до 4 В. Как правило, именно этот показатель влияет на то, какой цвет излучения получается в результате. Например, низкое напряжение позволяет добиться инфракрасного цвета (1.5 В), тогда как наиболее высокое – белого (3.7 В).Средняя мощность для довольно сильных диодов составляет 1 Вт, для стандартных изделий – 0.3 Вт.Сверхяркие изделия продаются в различных цветовых решениях. В магазинах имеются янтарные, оранжевые, синие, зеленые, красные и белые модели. Последний вариант можно найти в трех различных оттенках: холодный, теплый и средний.

Особенности монтажа

Для того чтобы сверхяркие светодиоды работали долго и выдавали яркий свет постоянно, необходимо при монтаже организовать теплоотвод. Сделать это можно при помощи радиатора. Из-за того, что основание диодов, изготовленное из полупроводников, способно проводить ток, нужно позаботиться о создании электроизоляции. Основные процессы такие же, как и при монтаже обычных изделий, поэтому проблем не должно возникнуть.

Итог

Сверхяркие диодные ленты способны создать мощное освещение при минимальном затрачивании электричества. За счет этого можно решить вопрос о сильно большом расходе средств на оплату за потребляемый ресурс. На сегодняшний день сверхяркие светодиоды являются важными, незаменимыми и значительными источниками, которые с легкостью создадут нужное освещение в любых условиях.

Источник

www.obovsyom.ru

Обзор сверхъярких светодиодов. Тема которую нужно прояснить.

Подробности Опубликовано 23.04.2015 17:03 Просмотров: 4363

По мере развития технологий появляется все более и более усовершенствованные способы освещения. Сейчас уже появились возможности, когда с помощью светодиода можно освещать скоростную автомагистраль, а в некоторых городах мира светодиоды уже освещают здание аэропорта или целые архитектурные комплексы. Это стало возможным, благодаря применению особых сверхъярких светодиодов.

 

Первое появление сверхъярких светодиодов приходится на начало 90-х годов прошлого века, и с того времени, они все больше и больше стали составлять конкуренцию галогеновым светильникам и обычным лампам накаливания. В настоящее время, в общем потреблении светодиодов половина объема приходится на долю сверхъярких светодиодов. Рынок сверхъярких светодиодов огромен: они применяются в архитектурной подсветке, в световой иллюминации, в световых шоу, и не только. Ввиду такой востребованности, многие мировые производители представляют данную продукцию. Мы рассмотрим лишь несколько самых известных российских и мировых компаний - производителей сверхъярких светодиодов.

 

Среди российских разработчиков и производителей сверхъярких светодиодов, основными являются KTL и «Корвет-Лайтс».

Компания KTL – российский производитель светодиодов и и продуктов твердотельного освещения .

ООО «Корвет-Лайтс» - российская компания, имеет собственный серийный завод по сборке светодиодной продукции - НПО «РоСАТ», который является в России самым оснащенным предприятием в этой отрасли на данный момент, и максимально адаптирован к производству светодиодных продуктов.

Теперь перейдем к рассмотрению мировых лидеров по производству светодиодной продукции.

 

 

OSRAM — мировой немецкий производитель светотехнической продукции. Сверхъяркие светодиоды OSRAM представлены продукцией расширенного семейства DRAGON. 

Cерия Diamond DRAGON – это диоды с максимальным световым потоком при максимальном токе до 2 А. Новая серия Golden DRAGON Plus, по сравнению с предыдущей серией Golden Dragon обеспечивает более мощный световой поток, при одинаковом рабочем токе. Оптимальная эффективность этих сверхъярких светодиодов достигается за счет миниатюрного низкопрофильного корпуса, герметизации кремний-органической смолой, с целью увеличения срока эксплуатации, и низкого теплового сопротивления. Есть варианты белого цвета и цветовой температуры 2700- 6500°К. Высокую световую отдачу и низкое прямое напряжение обеспечивает запатентованная технология ThinFilm/ThinGan. Тепловое сопротивление 8-15 КВт.

 

 

Everlight— тайваньская компания по производству светодиодной продукции. Является одним из мировых лидеров, занимая первое место на Тайване и седьмое место в мире по количеству производимой светодиодной продукции.

Seoul Semiconductor —производитель светодиодов различных типов и назначения. Одна из крупнейших компаний Южной Кореи. Поставляет на рынок светотехники сверхъяркие светодиоды, суперяркие светодиоды, светодиоды RGB.

 

  

Lumileds – американский производитель, компания, образованная путем слияния компаний Agilent Technologies и Philips. Является одним из лидеров в мировом производстве мощных сверхъярких светодиодов под маркой LUXEON.

Светодиоды LUXEON представлены в вариантах LUXEON I Star и LUXEON III Star - с вырезами для крепления и допустимым током до 1000 мА. Новая серия мощных белых светодиодов, закрепленных на теплоотводе «Звезда» - LUXEON K2 Emitter и LUXEON K2 Star. Самая новая серия мощных белых светодиодов с высокой светоотдачей и допустимым током до 1 А - LUXEON K2 с технологией TFFC (Thin Film Flip Chip или кристалл с тонкой пленкой и обратным расположением). Серия представлена тремя цветовыми оттенками – холодным белым, нейтральным белым и теплым белым.

 

Avago Technologies – американский производитель светодиодов с высокой световой отдачей. Компания основана в 1961 году, как подразделение фирмы HP. Таким образом, и компания Lumileds и AvagoTechnologies были основаны фирмой HP. Сверхъяркие светодиоды представлены серией PLCC-4. В этой серии представлены светодиоды в стандартных корпусах, с широким диапазоном рабочих температур - от -40 до 100°и диапазоном основных цветов, включая полноцветный вариант - три кристалла разного цвета в одном корпусе. Имеют широкий угол излучения 120°. 

 

 

Cree — компания была основана в 1987 г. в США (Северная Каролина). Светодиоды Cree демонстрируют высокое качество и надежность, благодаря уникальным технологиям производства с недостижимыми характеристиками. Это позволило компании обеспечивать своей продукцией не только бытовую, но и военную и космическую промышленность. 

Выпускает семейство сверхъярких светодиодов XLamp. Серии XR-E, XR-C, MC-E имеют размер корпуса 7,0х9,0 мм, со световым потоком до 750. Более широкий диапазон цветов представлен в серии XR-C. Серия XR-E отличается более мощными кристаллами, при токе до 1000 мА. В новых сериях - XP-E и XP-C размеры корпуса составляют 3,45х3,45 мм, а максимально допустимый ток - 700 мА. Дополняет семейство XLamp новая маломощная серия 4550 с размерами корпуса 4,5х4,5 мм и рабочим током до 125 мА. Сверхъяркие светодиоды Cree отвечают стандартам светодиодной промышленности, а их срок эксплуатации достигает 100 тысяч часов. Для SMD-монтажа без использования клея и дополнительных приспособлений, сверхъяркие светодиоды Cree выпускаются в особых экономичных корпусах.

 

Светодиоды СОВ (Chip-On-Board)

 

С течением времени область применения светодиодов расширялась, захватив рынок систем общего освещения и осветительной техники. Но с увеличением яркости ламп возникла проблема с поиском решений по повышению эффективности работы светодиодов и оптимизации системы теплоотвода. Имеющиеся решения не давали требуемого эффекта, но длительные исследования в этом направлении позволили успешно создать новую усовершенствованную технологию производства светодиодов под названием COB – Chip-on-Board.

 

Инновационность решения технологии COB, по сравнению с предыдущими светодиодными технологиями, заключается в особенности монтажа полупроводниковых кристаллов. Крепление кристаллов происходит непосредственно на плате, которая изготовлена из высокотеплопроводных материалов. В результате этого, тепловое сопротивление становится очень низким и одновременно обеспечивается эффективный теплоотвод.

  

Технология COB дала дорогу дальнейшему развитию светодиодных источников света. Ведь на основе данной технологии удалось добиться максимальных показателей светоотдачи - более 110 лм/Вт, и создать миниатюрные, и в тоже время мощные источники искусственного освещения с различной конфигурацией и надежной системой теплоотвода. Светодиоды COB и светодиодные продукты на их основе отличаются меньшей стоимостью, в сравнении с другими LED-лампами такой же яркости, а за счет усовершенствования системы отвода тепла, значительно возрос срок службы этих светодиодов.

 

  • < Назад
  • Вперёд >
Добавить комментарий

leds-tech.ru


Смотрите также