Светодиоды фиолетовые характеристики


Все что вы хотели знать про светодиоды

18 февраля 2009

Последнее время, в интернете на различных компьютерных форумах я замечаю людей, которые хотят применить светодиоды для моддинга, однако не обладают достаточными знаниями для этого. Вместо полезных советов, такие люди зачастую выслушивают на тех же форумах рассуждения различных дилетантов, которые не разбираются в теме, а даже самый просто вопрос порождает эпические споры с философскими рассуждениями. Большинство информация из таких тем не только не принесет никакой пользы, а зачастую может и навредит. Для того что бы снять все самые популярные вопросы и заблуждения, которые касаются применения светодиодов в моддинге, я и решил написать сей небольшой опус.

Что такое светодиоды

В последнее время ведется много разговоров о светодиодах, постоянно появляются новости о все более мощных светодиодах, новых разработках и новых товарах на основе светодиодов (стоит вспомнить хотя бы новые жк-мониторы со светодиодной подсветкой от компании Apple). Так что же такое светодиод? Светодиод — это прибор на основе полупроводника, который излучает свет при пропускании через него электрического тока. Существует большое количество различных полупроводниковых материалов из которых делают светодиоды, причем характеристики светодиодов (цвет свечения, яркость свечения и т.д.) зависят от химического состава данных материалов.

Светодиоды разных размеров, цветов и яркости

Применение светодиодов в моддинге

Светодиоды это одни из первых вещей, которые начали применять в моддинге, ведь еще в конце 1999 — начале 2000 года первые моддеры меняли в своих корпусах стоковые светодиоды наскучивших цветов на более яркие светодиоды интересных и необычных цветов. Кроме того, некоторые моддеры самостоятельно изготавливали вентиляторы со светодиодной подсветкой, светодиодные лампы подсветки для корпуса и прочие моддинг-аксессуары. С появлением оптических мышек, моддеры начали заменять в них стандартные светодиоды, а так же устанавливать дополнительные. Однако нельзя сказать что, с появлением серийных вентиляторов с подсветкой, применение светодиодов в моддинге ушло в историю, скорее оно перешло в разряд классики, как и раундинг проводов (который, как всем известно, вошел в метаболизм каждого моддера) и прорезка блоухолов. Действительно, в современных корпусах уже с завода стоят яркие светодиоды синего, белого и других цветов, но ведь мы же хотим сделать вещи уникальными и персонализированными, ведь для этого мы и занимаемся моддингом, а учитывая теперешнее распространение дешевых и мощных светодиодов, не использовать их в моддинге — грех =), посему их используют по полной программе: ими подсвечивают корпуса, клавиатуры, вентиляторы, гравировки, люминесцентные краски и так далее. Светодиоды отлично применимы там, где нужна локальная или компактная подсветка, яркая или наоборот тусклая, ими отлично подсвечивать систему водяного охлаждения и т.п.

Вентилятор со светодиодной подсветки

Гибкая светодиодная лампа

Светодиоды, в случае применения их в моддинге, обладают следующими преимуществами и недостатками.

Преимущества

  • Яркие и насыщенные цвета
  • Надежность (длительный срок службы)
  • Высокая эффективность
  • Практически не греются
  • Компактный размер

Недостатки

  • Легко перегорают при неправильном подключении
  • Далеко не plug-and-play, с точки зрения подключения

Разновидности светодиодов

Светодиоды разделяются на разные разновидности в зависимости от размеров, количества кристаллов в одном корпусе, яркости, мощности, по цвету излучения, а так же другим параметрам.

Пример светодиодов самых популярных размеров

Светодиоды различной формы и цвета

Свечение светодидов с диффузным (цветным) корпусом

Геометрические форма и размеры. Самыми популярными являются светодиоды в цилиндрическом корпусе стандартизированных размеров: 3/5/10 мм в диаметре, реже 8 мм, хотя иногда встречаются и до 20 мм в диаметре. Также существуют SMD-светодиоды, которые отличаются очень компактным размером — до 2 х 2 мм, предназначены они для припаивания прямо на плату и обычно используются для подсветки экранов. Существуют также светодиоды выполненные в корпусах квадратной или прямоугольной формы.

Количество кристаллов. В большинстве случаев, в корпусе одного светодиода находится один полупроводниковый кристалл, однако бывают случаи в которых в корпус одного светодиода устанавливают больше одного кристалла, например:

  • Многоцветные светодиоды

В случае необходимости сделать многоцветных светодиод, в корпусе одного светодиода устанавливается более одного полупроводникового кристалла, причем сами кристаллы сделаны из разных материалов и соответственно излучают разные цвета: синий, зеленый, красный, желтый и так далее. Двухцветные светодиоды чаще всего используют как индикаторы (обычно красный/зеленый цвет), трехцветные светодиоды чаще всего используют для подсветки дисплеев и постройки светодиодных экранов так как данные светодиоды могут отображать три базовых цвета (синий/зеленый/красный), при смешивании которых можно получить всю палитру цветов, необходимых для отображения фото и видеоматериалов с достаточным качеством. Четырехцветные светодиоды достаточно редкие и содержат кристаллы для отображения, как видно из названия, четырех цветов (синий/зеленый/красный/желтый) и применяются в основном для создания белого света с высокими качественными характеристиками CRI (Color rendering index).

  • Светодиоды повышенной мощности

Для повышения яркости (количества света) светодиода иногда в корпус одного светодиода устанавливают несколько светоизлучающих кристаллов одного цвета (обычно ставят четыре кристалла), чем кратно увеличивают яркость светодиода. Это можно сравнить с четырехъядерными процессорами =).

Яркость. Из-за большого спектра применения светодиодов, производители выпускают светодиоды с различной яркостью: от не очень ярких для индикаторных целей до суперякрих, в основном для подсветки чего-то. На показатель яркости также влияет диаграмма направленности светодиода, например светодиод одной мощности с углом излучения в 20 градусов кажется более ярким, чем светодиод такой же мощности но с более широким углом излучения, например 140 градусов.

Мощность. Для разных целей производятся светодиоды различных мощностей: от сотых долей ватта до серьезных 5 и более ватт на одном кристалле. Типичные моддерские, так называемые «ультраяркие», светодиоды имеют мощность примерно в 60 мВт (примерно 1/16 Вт), и если их использовать в подсветке корпуса среднего размера то их может понадобиться примерно от 15 до 25 штук. Среднестатистический четырехъкристальный суперяркий светодиод имеет мощность примерно в 240 мВт (1/4 Вт) и таких светодиодов для подсветки корпуса среднего размера нужно примерно от 4 до 8 штук, в зависимости от прочих особенностей. К классу супермощных светодиодов относятся светодиоды с мощностью от одного ватта, что на первый взгляд вроде бы и не много, однако это только на первый взгляд — такие светодиоды в среднем в 15-20 раз ярче, чем самые распространенные светодиоды! Одним или двумя такими светодиодами можно подсветить весь корпус!

Цвет. В зависимости от полупроводника, на основе которого выполнен светодиод, так же отличается цвет, излучаемый светодиодом . В продаже чаще всего можно встретить светодиоды таких цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый, ультрафиолетовый. Светодиоды всех цветов находят свое применение в моддинге, причем как для индикаторных целей, так и для подсветки. Существуют также светодиоды, работающие в инфракрасном диапазоне, но поскольку их излучение не видно невооруженному глазу — их применение ограничено пультами ДУ и видеокамерами ночного видения.

Особого внимания заслуживают синие, фиолетовые и ультрафиолетовые светодиоды — все они вызывают люминесценцию (флюоресценцию) некоторых красителей, но в разной степени. Синие светодиоды вызывают не очень яркую люминесценцию, а также немного искажают ее цвет задевая своим синим излучением. Фиолетовые светодиоды напротив — выглядят тусклыми, но вызывают сильную люминесценцию, обычно их продают под видом ультрафиолетовых светодиодов, но это не так. Ультрафиолетовые светодиоды довольно-таки редко встречаются в продаже, а те что встречаются обычно являются ультрафиолетовыми светодиодами длинноволнового диапазона ультрафиолета, так называемого УФ-А (UV-A) — самого безопасного, внешне эти светодиоды выглядят очень тусклыми из-за низкой чувствительности человеческого глаза к диапазону мение 400 нм, но эти светодиоды вызывают еще более сильную люминесценцию, чем фиолетовые — это связано с большей энергией этого диапазона излучения.

Свечение светодиодов с прозрачным корпусом

Типичные характеристики светодиодов

Две главных характеристики светодиодов это напряжение и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например четырехъкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА , так как в одном корпусе светодиода содержаться четыре полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА, в свою очередь одноватные светодиоды обычно потребляют 300-400 мА. Рабочее напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из которого он сделан, соответственно есть зависимость между цветом свечения светодиода и его рабочим напряжением.

При использовании светодиодов, лучше уточнить сколько светодиоду необходимо вольт у продавца или изготовителя, но когда эта информация не доступна, можно воспользоваться следующей таблицей.

Таблица примерных напряжений светодиодов в зависимости от цвета

Правила подключения и расчет светодиодов

Светодиод пропускает электрический ток только в одном направлении, а это значит что для того чтобы светодиод излучал свет, он должен быть правильно подключен. У светодиода два контакта: анод(плюс) и катод (минус). Обычно, длинный контакт у светодиода — это анод, но бывают и исключения так что лучше уточнить данный факт в технических характеристиках конкретного светодиода.

Светодиоды относятся к таком типу электронных компонентов которому, для долгой и стабильной работы, важно не только правильное напряжение, но и оптимальная сила тока — так что всегда, при подключении светодиода, нужно их подключать через соответствующий резистор. Иногда этим правилом пренебрегают, но результат чаще всего один — светодиод или сразу сгорает, или его ресурс очень значительно сокращается. В некоторые светодиоды резистор встроен «с завода» и их сразу можно подключать к источнику 12 или 5 вольт, но такие светодиоды в продаже встречаются довольно-таки редко и чаще всего к светодиоду необходимо подключать внешний резистор.

Стоит помнить, что резисторы так же отличаются своими характеристиками и, для подключения их к светодиодам, вам необходимо выбрать резистор правильного номинала. Для того чтобы рассчитать необходимый номинал резистора следует воспользоваться законом Ома — это один из самых важных физических законов, связанных с электричеством. Данный закон все учили в школе, но практически никто его не помнит =).

Закон Ома — это физический закон с помощью которого вы можете определить взаимозависимость напряжения (U), силы тока (I) и сопротивления (R). Суть эго проста: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению между концами проводника, если при прохождении тока свойства проводника не меняются.

Этот закон визуально отображается при помощи формулы: U= I*R Когда вы знаете напряжение и сопротивления, с помощью этого закона можна найти силу тока по формуле: I = U/R Когда вам известно напряжение и сила тока, можно найти сопротивление: R = U/I Когда вам известна сила тока и сопротивление, можно вычислить напряжение: U = I*R

Теперь рассмотрим на примере. У вас есть светодиод с рабочим напряжением в 3 В и силой тока в 20 мА, вы его хотите подключить к источнику напряжения 5В из USB-разъема или БП, чтобы при этом он не сгорел. Значит у нас есть напряжение 5 В, но светодиоду нужно только 3 В, значит от 2 В нам необходимо избавиться (5В — 3В=2В). Чтобы избавится от лишних 2 В нам необходимо подобрать резистор с правильным сопротивлением, которое рассчитывается следующим образом: мы знаем напряжение от которого необходимо избавиться и знаем силу тока нужную светодиоду — воспользуемся формулой изложенной выше R = U/I. Соответственно 2В/0.02 А= 100 Ом. Значит вам необходим резистор на 100 Ом.

Иногда, в зависимости от характеристик светодиода, необходимый резистор получается с не стандартным номиналом, который нельзя найти в продаже, например 129 или 111.7 Ом =). В таком случае необходимо просто взять резистор немного большего сопротивления, чем рассчитанный — светодиод будет работать не на 100 процентов своей мощности, а примерно на 90-95 %. В таком режиме светодиод будет работать более надежно, а снижение яркости визуально не будет заметно.

Также можно рассчитать насколько мощный резистор вам нужен — для этого умножаем напряжение, которое будет задерживаться на резисторе, на силу тока, которая будет в цепи. В нашем случае это 2В х 0.02 А = 0.04 Вт. Значит вам подойдет резистор такой мощности или большей.

Светодиоды иногда подключают по несколько штук параллельно или последовательно, используя один резистор. Для правильного подключения следует помнить что при параллельном подключении суммируется сила тока, а при последовательном суммируется требуемое напряжение. Параллельно и последовательно можно подключать только одинаковые светодиоды с использование одного резистора, а если вы используете разные светодиоды с разными характеристиками, то лучше рассчитать каждому светодиоду свой резистор — так будет надежней. Светодиоды даже одной модели имеют небольшое расхождение в параметрах и, при подключении большого количества светодиодов параллельно или последовательно, это небольшое расхождение в параметрах может выдать результатом много сгоревших светодиодов =). Еще одним подводным камнем может стать тот факт, что продавец или производитель (намного реже) может дать немного не верные данные по светодиодам, а сами светодиоды могут иметь не четкое рабочее напряжение, а набор из параметров минимального/оптимального и максимального напряжения. Данный фактор не будет особо влиять при подключении небольшого количества светодиодов, а в случае подключения большого количества — результатом могут быть все те же сгоревшие светодиоды. Так что с параллельным и последовательным подключением не стоит чересчур увлекаться, надежней будет чтобы к каждому светодиоду или небольшой группе светодиодов (3-5 штук) подключался отдельный резистор. Рассмотрим несколько примеров подключения.

Схема параллельного подключения светодиодов

Схема последовательного подключения светодиодов

Пример 1. Вы хотите подключить последовательно три светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 В и 20 мА, к источнику тока с напряжением 12 В (например из molex-разъема). Три светодиода по 3 вольта каждый будут вместе потреблять 9 вольт (3 В x 3=9 В). Наш источник тока обладает напряжением в 12 вольт, соответственно от 3 вольт надо будет избавиться (12 В — 9 В = 3 В). Так как подключение последовательное, то сила тока составит 20мА, соответственно 3 вольта (напряжение, от которого необходимо избавится) делим на 0.02 А (сила тока, необходимая каждому светодиоду) и получаем значение необходимого сопротивления — 150 Ом. Значит нужен резистор на 150 Ом.

Пример 2. У вас в наличии четыре светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 вольта, и источник питания на 12 В. В такой ситуации можно подумать что резистор не нужен, однако это не так — светодиоды очень чувствительны к силе тока и лучше добавить в цепь резистор на 1 Ом. Резистор данного номинала не повлияет на яркость свечения, а будет чем-то на подобии «предохранителя» — светодиоды будут работать намного надежней. Без применения резистора, в данному случае, светодиоды могут попросту сгореть, быстро или не очень.

Пример 3. Вы хотите параллельно подключить три светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 В и 20 мА, к источнику тока с напряжением 12 В. Поскольку при параллельном подключении суммируется сила тока, а не напряжение, трем светодиодам потребуется сила тока в 60 мА (20 мА x 3 = 60 мА). Наш источник тока обладает напряжением в 12 вольт, а светодиодам необходимо напряжение в 3 вольта, соответственно от 9 вольт необходимо избавиться (12 В — 3 В = 9 В). Так как подключение параллельное, то сила тока составит 60мА, соответственно 9 вольт (напряжение, от которого необходимо избавится) делим на 0.06 А (сила тока, необходимая всем светодиодам) и получаем значение необходимого сопротивления — 150 Ом. Значит нужен резистор на 150 Ом.

Вернуться к списку новостей

led54.ru

Ультраяркие светодиоды компании CREE

Евгений Звонарев (КОМПЭЛ)

По оценкам экспертов, около 20% электроэнергии, вырабатываемой во всем мире, приходится на освещение.

Мощные светодиоды потребляют в 10 раз меньше ламп накаливания и в 2 раза меньше, чем люминесцентные лампы при одинаковых величинах светового потока. Срок службы лампы накаливания — около 1000 часов, люминесцентной лампы — около 5000 часов. Для сравнения, срок эксплуатации светодиодных светильников — от 50 до 100 тысяч часов. Из этого следует, что радикально решить вопрос экономии электроэнергии и затрат на обслуживание систем освещения может только применение светодиодных источников света. Таким образом, применение светодиодных светильников дает двойную экономию: электроэнергии и затрат по эксплуатации осветительных приборов (замена и ремонт).

Светодиоды очень компактны, не требуют высокого напряжения питания, не имеют бьющихся частей (светодиоды — это твердотельные приборы), что обеспечивает устойчивость к вибрации и ударам, не содержат вредных веществ. На основе светодиодов можно создавать источники света с произвольной диаграммой направленности. Кроме того, светодиоды могут работать при низких температурах окружающей среды, что проблематично для люминесцентных ламп.

Компания Cree выпускает ультраяркие (другое равноценное название — сверхъяркие) и мощные (осветительные) светодиоды. Между этими группами твердотельных источников света невозможно провести четкую грань, поэтому в данной статье рассматривается классификация серий светодиодов по версии производителя Cree, которая представлена на рисунке 1.

 

 

 

Рис. 1. Серии ультраярких и мощных светодиодов фирмы Cree

К ультраярким светодиодам, предназначенным для индикации, производитель относит круглые (P2 Round) и овальные (ScreenMaster P2 Oval) светодиоды в корпусе для монтажа в отверстия, серию Р4 (корпус «пиранья») и серии светодиодов для поверхностного монтажа в корпусах PLCC2, PLCC4 и PLCC6. К мощным светодиодам, предназначенным для осветительных приборов, компания Cree относит серии XLamp XR, XLamp XP, XLamp MC. 

 

Применение ультраярких светодиодов

Ультраяркие светодиоды предназначены, в первую очередь, для индикации (обычно с относительно большого расстояния) и, во вторую, — для подсветки или в качестве маломощных источников света. Некоторые варианты применения сверхъярких светодиодов показаны на рисунке 2.

 

 

Рис. 2. Некоторые варианты применения ультраярких светодиодов Cree

Светофоры, световые указатели, светодиодные экраны и электронные табло — это одни из самых массовых приложений ультраярких светодиодов. Замена галогенных ламп, ручные и головные фонари с минимумом потребления энергии, медицинские инструменты с местной подсветкой, например, для стоматологии и других медицинских приложений. Наиболее востребованы светодиодные светильники для подсветки витрин ювелирных магазинов, так как тепловыделение светодиодных источников света существенно меньше по сравнению с галогенными лампами. Воздействие повышенной температуры на ювелирные изделия приводит к преждевременному изменению внешнего вида некоторых металлов (к сожалению, не в лучшую сторону). Это главная причина, по которой ювелиры проявляют большой интерес к перспективным светодиодным системам освещения.

Массовое использование ультраярких светодиодов происходит в автомобильной промышленности. Это задние фары, габаритные огни и стоп-сигналы, подсветка салона и приборной панели. Применение современных светодиодов дает широкое поле деятельности дизайнерам для реализации самых разных вариантов декоративного освещения.

В промышленности востребована подсветка в коммерческих морозильных камерах из-за гораздо меньшего тепловыделения светодиодных светильников. Простота реализации локальной и направленной подсветки позволяет с успехом использовать ультраяркие светодиоды в системах машинного зрения. И, конечно, одно из наиболее востребованных приложений для сверхъярких светодиодов — подсветка дисплеев. Несомненно, с каждым годом количество ЖК-телевизоров и мониторов со светодиодной подсветкой будет только увеличиваться. Конечно, все сферы применения ультраярких светодиодов перечислить невозможно, поэтому переходим к принципам зрительного восприятия человека и световым характеристикам светодиодов, без которых невозможно правильное понимание параметров ультраярких и мощных светодиодов.

 

Зрительное восприятие и фоторецепторы глаза человека

Принцип работы глаз человека определяет развитие систем освещения и отображения информации. Фоторецепторы сетчатки глаза имеют два типа зрительных клеток: палочки и колбочки. Палочки гораздо чувствительнее к яркости, но не различают цвета. Колбочки различают цвет в видимом диапазоне от 380…400 нм (фиолетовый) до 770 нм (красный), но слабо реагируют на интенсивность светового потока. Сетчатка содержит три типа колбочек, каждый из которых чувствителен к своему цвету (синему, зеленому или красному). Это показано на рисунке 3.

 

 

Рис. 3. Чувствительности цветовых рецепторов глаза в разных диапазонах видимого спектра

Как мы видим, графики в значительной степени пересекаются. Обратите внимание, что чувствительность глаза к синей части спектра минимальна (график показан с умножением на 20 от истинного значения). Суммарный отклик колбочек имеет четко выраженный максимум в области зеленого цвета с длиной волны около 555 нм, что показано на рисунке 4.

 

 

Рис. 4. Суммарная чувствительность цветовых рецепторов глаза в видимом диапазоне света

Палочек намного больше, чем колбочек, поэтому сетчатка глаза гораздо чувствительнее к интенсивности светового потока, чем к цвету. Очень важно и то, что восприятие яркости света глазом среднестатистического человека происходит по логарифмическому закону. Например, реальная сила света, требуемая для формирования 50-процентного серого изображения (точно по центру между абсолютно черным и полностью белым) составляет примерно 18% от силы света, нужной для формирования полностью белого изображения. Нелинейное восприятие яркости глазом человека должно обязательно учитываться при выводе информации на дисплей. Очевидно, что чувствительность глаз каждого конкретного человека индивидуальна, поэтому в светотехнике пользуются параметрами зрительного аппарата среднестатистического человека.

 

Фотометрические (светотехнические)характеристики светодиодов

Световые характеристики источников света основаны на двух основных фотометрических стандартах: сила света и световой поток. Единица измерения светового потока — люмен. 1 люмен эквивалентен световому потоку, излучаемому точечным источником с силой света 1 кандела внутри телесного угла 1 стерадиан. Наглядная иллюстрация этого определения приведена в верней части рисунка 5.

 

 

Рис. 5. Фотометрические характеристики источников света

Для понимания фотометрических характеристик необходимо вспомнить определение стерадиана. Стерадиан представляет собой телесный угол Ω (конус с центром сферы радиусом R), который вырезает на сфере поверхность площадью R2 (как показано в верхней части рисунка 5). Из определения стерадиана следует, что полный световой поток, излучаемый точечным источником с силой света 1 кандела равен 4p люменов.

 

Световой поток F

Силу света измеряют в канделах (в переводе с латинского — свеча). Кандела — это сила света обычной восковой свечи.

Возникает вполне правомерный вопрос: почему силу света измеряют в канделах, а не Вт/стерадиан (Вт/ср)? Часто так и делают, но при использовании мощных светодиодов для освещения возникает следующее неудобство. Если включить зеленый, красный и синий светодиоды с одинаковой силой света, измеренной в Вт/ср, то яркость зеленого светодиода будет существенно выше. Это явление объясняет рассмотренные нами выше графики на рисунках 3 и 4, иллюстрирующие разную чувствительность глаза человека к разным длинам волн видимого спектра. Яркость красного светодиода нам казалась бы меньше, чем у зеленого, а свечение синего светодиода вообще оказалось бы очень тусклым. Чтобы устранить эти причины, силу света измеряют в канделах, а световой поток в люменах (см. рис. 5). При расчете освещенности именно люмен является наиболее подходящей единицей измерения для расчетов и сравнения разных источников света.

 

Сила света I

Сила света I — это пространственная плотность светового потока или отношение светового потока внутри телесного угла к величине этого телесного угла. Проще говоря, сила света показывает, какую часть светового потока излучает источник в рассматриваемом направлении. Сила света измеряется в канделах (кд).

Для пересчета кандел в люмены применяют следующий метод:

1. Зная двойной угол половинной яркости светодиода q, взятый из документации производителя, вычисляем соответствующий телесный угол Ω = 2p (1-cos(q/2)).

2. Определяем световой поток F = IxΩ, где I — сила света светодиода.

 

Освещенность Е

Освещенность характеризует уровень освещения поверхности, создаваемый световым потоком, падающим на поверхность. В системе СИ измеряется в люксах. Рассчитывается по формуле E = F/S (1 люкс = 1 люмен/м2). Освещенность пропорциональна силе света. С увеличением дистанции от поверхности освещенность уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. При падении световых лучей наклонно к освещаемой поверхности освещенность падает пропорционально косинусу угла падения лучей.

 

Яркость L

В фотометрии термин «яркость» рассматривают применительно к поверхности. Хотя мы все часто употребляем термин «яркость светодиода», это некорректно. Более правильные термины — сила света и световой поток. В данном случае (см. рис. 5) речь идет о яркости поверхности, то есть отраженном от нее свете. Яркость L — это отношение силы света I элемента поверхности к площади его проекции, перпендикулярной рассматриваемому направлению или L = (I/S) x cosa. Из всех фотометрических величин яркость наиболее близко связана со зрительными ощущениями, так как освещенности изображений предметов на сетчатке глаза пропорциональны именно яркости этих предметов.

 

Световая отдача

Световая отдача характеризует эффективность источника излучения, определяющая, какой вырабатывается световой поток на 1 Вт подведенной мощности. Единица измерения — лм/Вт. Теоретически максимально возможная световая отдача равна 683 лм/Вт у источника света с длиной волны 555 нм при преобразовании электрической энергии в свет без потерь. Из последнего предложения следует, что 1 люмен — это световой поток зеленого излучателя света без потерь с длиной волны 555 нм мощностью 1/683 Вт. Обычная лампа накаливания 60 Вт обеспечивает световой поток 500 лм (светоотдача — 8,33 лм/Вт). Лампа накаливания мощностью 100 Вт излучает световой поток около 1300 лм (13 лм/Вт). Люминесцентная лампа мощностью 26 Вт создает световой поток около 1600 лм (61,5 лм/Вт). Уличная натриевая газоразрядная лампа излучает 10000…20000 лм. Натриевые лампы низкого давления обеспечивают один из максимальных показателей эффективности — световая отдача около 200 лм/Вт. Фирма Cree выпускает светодиоды с оптической эффективностью более 100 лм/Вт. По оценкам экспертов со временем этот показатель будет только увеличиваться, а цена ультраярких и осветительных светодиодов будет только уменьшаться.

 

Основные параметры ультраярких светодиодов Cree

В таблице 1 приведены параметры ультраярких светодиодов Cree в круглых корпусах диаметром 5 мм.

Таблица 1. Параметры круглых ультраярких светодиодов фирмы CREE

Серия Наименование Цвет Диаметр, мм Угол излучения, град. Сила света, мкд Длина волны, нм без ограничителей на выводах с ограничителями на выводах Мин. Тип. Макс. Мин. Тип. Макс.
503 C503B-AAN C503B-AAS Янтарный (Amber) 5 15 5860 13000 23500 584 591 596
C503B-ABN C503B-ABS 23 3000 5000 12000
C503B-CAN C503B-CAS 30 3000 5000 8200
C503B-BAN C503B-BAS Синий (Blue) 15 5860 11000 23500 465 470 480
C503B-BCN C503B-BCS 30 2130 4100 8200
C503B-GAN C503B-GAS Зеленый (Green) 15 16800 34000 64600 520 527 535
C503B-GCN C503B-GCS 30 5860 12500 23500
C503B-RAN C503B-RAS Красный (Red) 15 5860 12000 23500 618 624 630
C503B-RBN C503B-RBS 23 3000 5000 12000
C503B-RCN C503B-RCS 30 3000 5100 12000
C503B-WAN Белый (White) 15 14400 18000 32900
C503C-WAN C503C-WAS   16800 24000 32900
513 C513A-WSN C513A-WSS 55 2130 4000 8200
535 C535A-WJN 110 770 1400 3000
* – последняя буква S (Stopper) обозначает наличие ограничителей на выводах светодиода
** – последняя буква N (No Stopper) обозначает отсутствие ограничителей на выводах светодиода

Светодиоды для монтажа в отверстия выпускаются с ограничителями на выводах и без них. Производитель указывает четкие допустимые границы минимальных и максимальных значений силы света и длин волн видимого диапазона излучения. Это характеризует очень высокую культуру производства светодиодов и отлаженность технологического процесса.

Для некоторых приложений, например, для светодиодных экранов часто целесообразнее использовать овальные светодиоды с несимметричной диаграммой направленности. Разные мощности излучения по двум осям позволяют оптимально распределять энергию излучения светодиодов. Параметры ультраярких овальных светодиодов Cree с размерами корпуса 4 и 5 мм приведены в таблице 2.

Таблица 2. Параметры овальных ультраярких светодиодов фирмы CREE

Серия Наименование Цвет Размер, мм Уголизлучения, град. Сила света, мкд Длина волны, нм Мин. Тип. Макс. Мин. Тип. Макс.
4SM C4SME-RJS* Красный (Red) 4 100×45 770 1100 2130 619 621 624
C4SMF-RJS Синий (Blue) 550 1000 2130 460 470 475
C4SMF-GJS Зеленый (Green) 2130 4000 8200 520 527 535
C4SMF-RJS Красный (Red) 1100 1900 4180 619 621 624
C4SMG-BJS Синий (Blue) 390 900 1520 460 470 475
C4SMG-GJS Зеленый (Green) 1100 2200 1480 520 527 535
C4SMG-RJS Красный (Red) 550 1100 2130 619 621 624
5SM C5SMA-RJS Красный (Red) 5 110×50 280 450 770 620 624 628
C5SMB-AJS Янтарный (Amber) 390 600 1100 584 591 596
C5SMB-BJS Синий (Blue) 200 350 770 465 470 475
C5SMB-GJS Зеленый (Green) 1100 1750 3000 520 527 535
C5SMB-RJS Красный (Red) 390 750 1100 620 628 635
C5SME-RJS Красный (Red) 100×35 770 1100 2130 619 621 624
C5SMF-AJS Янтарный (Amber) 770 2100 3000 584 591 596
C5SMF-BJS Синий (Blue) 550 1100 2130 460 470 475
C5SMF-GJS Зеленый (Green) 2130 4400 8200 520 527 535
C5SMF-RJS Красный (Red) 1100 2200 4180 619 621 624
566 C566C-AFN** Янтарный (Amber) 65×35 1520 2500 4180 584 591 596
C566C-AFS
C566C-BFN Синий (Blue) 770 1500 4180 460 470 475
C566C-BFS
C566C-GFN Зеленый (Green) 2130 5200 12000 520 527 535
C566C-GFS
C566C-RFN Красный (Red) nt> 1100 2200 4180 619 621 624
C566C-RFS
* – последняя буква S (Stopper) обозначает наличие ограничителей на выводах светодиода ** – последняя буква N (No Stopper) обозначает отсутствие ограничителей на выводах светодиода

Более мощные ультраяркие светодиоды Cree серии Р4 выпускаются в популярном корпусе «пиранья». Сила света этих светодиодов достигает 13,2 кд при угле излучения 100…120° (гарантированное минимальное значение сила света 4…5 кд). Параметры светодиодов серии Р4 сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Параметры ультраярких светодиодов серии Р4 фирмы CREE

Серия Наименование Цвет Размер, мм Уголизлучения, град. Сила света, мкд Длина волны, нм Мин. Тип. Макс. Мин. Тип. Макс.
P41 CP41B-ADS Янтарный (Amber) 7,6×7,6 40 4400 6500 11000 584 591 599
CP41B-AFS 70 5500 7500 13200
CP41B-AHS 100 5500 8000 13200
CP41B-BFS Синий (Blue) 70 1650 2500 3300 462 470 475
CP41B-GFS Зеленый (Green) 70 4400 6500 8730 515 527 535
CP41B-RDS Красный (Red) 40 4400 7000 11000 620 628 637
CP41B-RFS 70 4400 7500 11000
CP41B-RHS 100 4400 8000 13200
CP41B-WES Белый (White) 60 3850 7000 11000
CP41B-WGS 90 3850 7000 11000
P42 CP42B-AKS Янтарный (Amber) 120 5500 7000 13200 584 591 599
CP42B-BKS Синий (Blue) 120 1100 1500 3300 462 470 475
CP42B-GKS Зеленый (Green) 120 4400 6500 11000 515 527 535
CP42B-RKS Красный (Red) 120 4400 6000 11000 618 624 630
P43 CP43B-AGS Янтарный (Amber) 90 2130 5000 8200 584 591 599
CP43B-RGS Красный (Red) 90 2130 4500 8200 618 624 630

Большой популярностью пользуются ультраяркие светодиоды Cree для поверхностного монтажа (SMD). Параметры серий этих светодиодов представлены в таблице 4. Максимальной мощностью излучения отличаются серии LP6 и LN6. Максимальная сила света белых светодиодов серии LP6 достигает 14…18 кд при угле излучения 120°. Для белых светодиодов серии LN6 производитель приводит значения светового потока в люменах. Максимальные значения этого параметра достигают 85…100 лм (типовые значения от 65 до 80 лм).

Таблица 4. Параметры ультраярких светодиодов для поверхностного монтажа (SMD) фирмы CREE

Серия Наименование Цвет Размер, мм Угол излучения, град. Сила света, мкд(*Световой поток, лм) Длина волны, нм Мин. Тип. Макс. Мин. Тип. Макс.
LM1 CLM1B-AKW Янтарный (Amber) 3,2×2,7 120 355 600 900 584 591 596
CLM1B-BKW Синий (Blue) 280 450 710 460 470 480
CLM1B-GKW Зеленый (Green) 710 1300 2240 520 527 540
CLM1B-RKW Красный (Red) 450 650 1120 618 624 630
CLM1C-WKW Белый (White) 710 1200 1800
LM2 CLM2B-AEW Янтарный (Amber) 60 3550 5000 9000 584 591 599
CLM2B-REW Красный (Red) 2240 3700 5600 618 624 630
LM3 CLM3A-WKW Белый (White) 2,7×2,0 120 1120 1600 2240
CLM3C-AKW Янтарный (Amber) 355 700 900 584 591 596
CLM3C-MKW Белый теплый 1120 1560 2800
CLM3C-RKW Красный (Red) 560 740 1400 618 624 630
CLM3C-WKW Белый (White) 1400 1850 3550
LM4 CLM4B-AKW Янтарный (Amber) 3,2×2,7 1120 1500 2800 584 591 599
CLM4B-BKW Синий (Blue) 355 550 900 460 470 480
CLM4B-GKW Зеленый (Green) 1400 1800 3550 515 527 535
CLM4B-PKW Оранжевый (Orange) 1120 2000 2800 610 615 622
CLM4B-RKW Красный (Red) 1120 1600 2800 618 624 630
LP6 CLP6B-MKW Белый теплый 6×5 7100 9500 14000
CLP6B-WKW Белый (White) 7100 11000 18000
CLP6C-FKB Синий (Blue) 280 400 560 460…480
Зеленый (Green) 1120 1600 2240 520…540
Красный (Red) 560 700 1120 619…624
CLP6C-AKW Янтарный (Amber) 2800 4200 7100 584 591 596
CLP6C-RKW Красный (Red) 3550 4800 7100 618 624 630
LA1 CLA1A-MKW Белый теплый 3,2×2,8 1400 2000 3550
CLA1A-WKW Белый (White) 1800 2600 4500
LA2 CLA2A-WKW Белый (White) 2240 3400 5600
LV1 CLV1A-FKB Синий (Blue) 180 320 450 460…480
Зеленый (Green) 560 850 1400 520…540
Красный (Red) 355 550 900 619…624
LV6 CLV6A-FKB Синий (Blue) 5,5×5,5 280 400 560 460…480
Зеленый (Green) 1120 1600 2240 520…540
Красный (Red) 560 400 1120 619…624
LN6 CLN6A-MKW Белый теплый 5x5x1,3 115 51* 65* 85,6*
CLN6A-WKW Белый (White) 60,5* 80* 101,8*
* – для светодиодов серии LN6 приведены значения светового потока в люменах (лм)

Удобный и автоматизированный монтаж SMD-светодиодов, их малые размеры, низкий нагрев и высокая светоотдача позволяют дизайнерам выбрать оптимальные и интересные решения для создания систем освещения.

При заказе белых светодиодов необходимо обратить внимание на бины и цветовую температуру. Бин кодирует цветовую температуру и силу света излучения белых светодиодов в довольно узком спектральном диапазоне, поэтому при заказе необходимо внимательно изучать документацию (datasheet), где указаны возможные варианты бинов.

По прогнозам экспертов внедрение в нашу жизнь ультраярких светодиодов (и, конечно, мощных осветительных) со временем будет идти все более быстрыми темпами. При массовом производстве их цена будет постоянно снижаться. Придет время, и наши глаза будут все больше радоваться светодиодному освещению, управляя оттенками которого можно даже поднимать настроение. Остается только пожелать читателю успехов в применении ультраярких светодиодов компании Cree.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: [email protected]

 

 

 

Рубрика: новинки элементной базы Метки: CREE, Осветительные светодиоды

О компании Cree

Компания Cree Inc. является мировым лидером в производстве полупроводниковых кристаллов из карбида кремния (SiC) и приборов на их основе. Полевые транзисторы, диоды и другие полупроводниковые приборы на основе карбида кремния обладают рядом преимуществ по сравнению с аналогичными кремниевыми приборами. Среди них - рабочая температура кристалла до 600°С, высокое быстродействие, радиационная стойкость. В настоящее время Cree производит высоковольтные SiC диоды Шотки с напряжением 300...1200В и ...читать далее

www.compel.ru

Двухцветные светодиоды. Как правильно подключать управлять

Само название - двухцветный светодиод основано на том, что чип способен светиться двумя цветами. Ярким примером такого типа диодов - зарядка мобильного телефона, зарядка аккумуляторных батарей, где индикатор во время зарядки светится красным цветом, по мере наполнения зарядом аккумулятора цвет меняется на зеленый.

Двухцветные светодиоды подразделяются на несколько типов. Наиболее распространенные - трехвыводные светодиоды. В одном корпусе интегрированы два светодиода зеленого и красного свечения.

Двухцветный светодиод с двумя выводами

Двухцветные светодиоды имеют два вывода. Изменение цвета происходит в зависимости от того, в какую сторону течет ток. схема управления двухцветными светодиодами представлена ниже.

Правильное соединение двухцветного светодиода

Диоды соединены параллельно.При протекании тока в одном направлении второй диод запирается и не светится. В случае обратного протекания тока свечение происходит наоборот. При использовании ШИМ контроллера можно зажигать сразу оба светодиода, в результате смешения цветов получится желтый, либо несколько других оттенков.

Не смотря на то, что на данной схеме мы видим всего два диода, в некоторых инструкциях его принято называть трехцветным. Такие диоды имеют три вывода. Такое деление - условное, поэтому заострять на этом внимание не следует.

к оглавлению ↑

Схема управления двухцветным светодиодом на таймере 555

остаточно простая и легкая схема управлением двухцветным светодиодом. В этом случае включается поочередно зеленый и красный цвет.

Управление двухцветным LEDs на микросхеме 555к оглавлению ↑

 схема управления двухцветными светодиодами до 1А

Схема управления двухцветными светодиодами на контроллере

Схема управления двухцветными светодиодами построена на микросхеме TA7291P с двумя выходами OUT и двумя входами IN. К выходу подключаем два диода или один двухцветный мощностью не менее 1А. Если логика на входах одинакова, то потенциалы выходов равные, соответственно светодиод не горит.

При разных логических уровнях на входах микросхема работает следующим образом. Если на одном из входов, например, IN1 имеется низкий логический уровень, то выход OUT1, соединяется с общим проводом. Катод светодиода HL2 через резистор R2 тоже соединяется с общим проводом. Напряжение на выходе OUT2 (при наличии на входе IN2 логической единицы) в этом случае зависит от напряжения на входе V_ref, что позволяет регулировать яркость свечения светодиода HL2.

В данном случае напряжение V_ref получается из ШИМ импульсов от микроконтроллера с помощью интегрирующей цепочки R1C1, что регулирует яркость светодиода, подключенного к выходу. Микроконтроллер управляет также и входами IN1 и IN2, что позволяет получить самые разнообразные оттенки свечения и алгоритмы управления светодиодами. Сопротивление резистора R2 рассчитывается исходя из предельно допустимого тока светодиодов.

к оглавлению ↑

Самые простые схемы подключения двухцветных светодиодов

Как бы оно ни было, но знаю, что работы с микроконтроллерами многих пугают, поэтому приведу еще пару рабочих  схем управления двухцветным светодиодом без каких-либо "наворотов".

Первая представляет собой схему для подключения двухцветного диода с двумя выводами:

Управление 2-х цветным светодиодом

Следующая схема для 2х цветного светодиода на трех выводах:

Схема 2х цветного LEDs с тремя пинами

Наиболее полная, но для многих покажется сложноватой, информация по двухцветным светодиодам - на этом сайте

к оглавлению ↑

Видео по работе двухцветных светодиодов, простые схемы подключения

leds-test.ru

Цвет и материалы светодиодов | Наука

Цвет и материалы свето излучающих диодов (СИД) определяют сферу их применения - от индикаторных целей до источников освещения. Цвет и спектр излучения светодиодных (СИД) излучателей определяется физическими параметрами P/N перехода используемых полупроводниковых материалов.

    Длина волны излучаемого света зависит главным образом от ширины запрещённой энергетической зоны P/N перехода, при этом имеет силу следующая зависимость:

    λ=hc/E

    где:

    λ - длина волны, мкм E - ширина запрещённой зоны, эВ hc = 1,2398 1 эВ = 1,60218∙10‾19 Дж

    Например у арсенид-галиевых (GaAs) светодиодов величина Е составляет 1,43 эВ, поэтому длина волны λ равна 0,87 мкм (при комнатной температуре). Соответствующая длина волны λ для диодов на основе фосфида индия (InP), имеющего Е = 1,35 эВ, составляет 0,92 мкм (при комнатной температуре). Спектральная ширина полосы излучения светодиода Δλ приблизительно пропорциональна квадрату длины волны λ. Поэтому она сильно увеличивается в области более длинных волн.

    В таблице показаны цвета, диапазон длин волн, падение напряжения и состав материала:

    Ультрафиолетовые и синие светодиодыПравить

    Синие светодиоды.

    Светодиоды c широкой запрещённой зоной обычно создают на основе GaN (нитрид галлия), и InGaN (нитрид галлия-индия).

    Первые синие свето излучающие диоды (СИД) были созданы в 1971 Жаком Панковым в лаборатории RCA. Изначально эти устройства имели слишком небольшую фотоотдачу, чтобы найти большое практическое применение. Однако, в настоящий момент светодиоды быстро нашли применение например в качестве яркого источника излучения в индикаторных панелях различных приборов например в автомобилях [7],[8],[9]

    В конце 1980-ых, были достигнуты ключевые крупные достижения в технологии эпитаксиального роста материала нитрида галия GaN с легированием p-типа, описанные в «современная эра оптоэлектронных устройств на базе GaN». Используя эти наработки, в 1993 были продемонстрированы синие светодиоды (СИД) высокой яркости.

    К концу 1990-ых, синие светодиоды СИД стали широко доступным.

    Зеленые СИД, изготовленные на базе системы InGaN-GaN, намного более эффективны и более ярки, чем зеленые СИД, произведенные из других полупроводниковых систем.

    С полупроводниковыми системами, содержащими алюминий, чаще всего это AlGaN и AlGaInN, возможно достичь излучения еще более коротких длин волн. Уже сейчас на рынке становятся доступными ультрафиолетовые СИД, излучающие свет в диапазоне коротких длин волн. Почти все ультрафиолетовые СИД работающие в диапазоне длин волн ~ 375-395 нм уже дёшевы в производстве и часто применяются, например, для заменены лампы невидимого (УФ) излучения, для проверки подлинности денежных знаков и документов в УФ лучах. Светоизлучающие диоды с излучением в области более коротких длин волн, пока более дороги. Однако и их производство возможно вплоть до для длин волн 247 нм. [10] Поскольку фоточувствительность микроорганизмов приблизительно соответствует спектру поглощения ДНК, с пиком приблизительно в 260 нм, ультрафиолетовое (невидимое) излучение в области 250–270 нм может использоваться в приборах для дезинфекции и устройствах для стерилизации помещений и инструментов. Недавнее исследование показало, что коммерчески доступные ультрафиолетовые СИД (365 нм) - уже применяются как более эффективное средство при дезинфекции и для устройств стерилизации инструментов.[11]

    Светодиоды для получения дальнего УФ-излучения были созданы в лабораториях, с использованием нитрида алюминия (210 нм),[12] нитрид бора (215 нм)[13][14] и алмаза (235 нм)[15].

    Белый цветПравить

    Есть три основных способа получить интенсивный белый свет при использовании светодиодных излучателей СИД:

    Первый способ заключается в использовании трёх светодиодных излучателей, каждый из которых должен излучать индивидуально один из трёх так называемых основных цветов (RGB)[16] — красный, зеленый, и синий — при одновременном восприятии этих цветов при определённых интенсивностях (Аддитивный синтез цвета) возможно получить ощущение белого света. Здесь используется эффект метамерии, при котором возможно подобрать различные наборы спектров, которые будут ощущаться нами как белый свет.

    Другой способ также использует эффект метамерии. Он основан на использовании люминесцентного материала для того, чтобы к основному излучению синего светодиода добавить преобразованный люминофором жёлтый цвет в такой пропорции, чтобы глаз воспринимал их в виде белого цвета.

    Ещё один способ основан также на использовании люминесцентного материала, но для того, чтобы полностью преобразовать монохроматический ультрафиолетовый свет УФ к широкому спектру воспринимаемому, как белый свет. Таким же образом работает например флуоресцентная лампа. В настоящее время этот принцип конструирования белых светодиодных излучателей - основной.

    RGB системыПравить

    Спектральные характеристики для синего, зеленого, и красного полупроводниковых твердотельных светоизлучающих диодов высокой яркости. Спектральная ширина полосы излучения - приблизительно 24-27 нанометров для каждого из трех цветов.

    Белый свет может быть произведен путём одновременного излучения нескольких СИД: — красного, зеленого и синего. Этот метод некоторые называют, разноцветный белый СИД (иногда называют RGB СИД). Его механизм связан с свойством нашего зрения воспринимать одновременное излучение нескольких различных цветов как белый цвет, но этот подход редко используется для производства белых излучателей. Однако он может быть интересен в других приложениях из-за гибкости при необходимости получать ощущения различных цветов,[17] кроме того, этот метод имеет более высокую квантовую эффективность при эмиссии белого света.

    Существуют несколько типов белых СИД: двух, трёх, и четырёх цветные.

    СИД с преобразованием спектра люминофоромПравить

    Спектр "белого" излучателя использующего первичное излучение (синий цвет), которое непосредственно испускается переходом созданным на базе GaN (пик приблизительно в 465 нм) и преобразуется люминофором, в вторичное излучение с длинами волн в области примерно 500-700 нм.

    Этот метод заключается в использовании покрытия светодиодного излучателя (главным образом излучающего в синей области, сделанного из InGaN) люминофорами различных цветов для того, чтобы получить ощущение белого света; полученный таким образом светоизлучающий диод называют белым светоизлучающим диодом на основе люминофора.[18] Излучение синего цвета подвергается «преобразованию» с помощью люминофора и при этом возможно преобразовать излучение кристалла светодиода с коротковолнового, в более длинноволновый диапазон. В зависимости от цвета излучателя исходного кристалла, использование различных люминофоров позволяет получать различные цвета свечения. Если используются несколько люминесцентных слоев отличающихся цветов, то испускаемый спектр расширяется, эффективно изменяя цвет, при высоком показателе эффективности излучателя.[19]

    При использовании люминофоров, СИД имеют более низкую эффективность, чем классические СИД, из-за высокой потери отдачи при преобразовании, а также в связи с другими потерями связанными с возникающей проблемой деградации люминофоров. Однако, люминесцентный метод - не самая популярная технология для получения светодиодных излучателей с высокой интенсивностью белого света. Проектирование и производство источника света для широкого применения, используя одноцветный излучатель с люминесцентным преобразованием, более просто и более дешево, чем сложная система состоящая например из двух или трёх излучателей на разных длинах волн вызывающих при совместной работе ощущение белого света. Большинство чипов сверхярких излучателей на рынке, например белых СИД, теперь изготовлены, с использованием люминофоров, преобразовывающих основную полосу УФ излучателя в видимый свет.

    Самая большая сложность на пути к высокой эффективности, по-видимому, обусловлено снижением потребляемой энергии. Большие усилия тратятся на оптимизацию этих устройств, чтобы обеспечить максимальную яркость при более высоких температурных режимах. Например, эффективность может быть увеличена, при использовании более эффективного излучателя или матрицы излучателей, или при использовании более подходящего типа люминофора. Патентованный конформный процесс покрытия Филипса Ламиледса обращается к проблеме переменной толщины люминофоров, излучая белым СИД более гомогенный белый цвет.[20] Продолжающееся развитие базируется на увеличении эффективности люминофора, и СИД, вообще и расширяется с появлением каждого нового продукта.

    Белый СИД может быть также получен покрытием кристалла, свето излучающего диода с диапазоном ультрафиолетового излучения (УФ), плёнкой со смесью высокоэффективных люминофоров красно-синего света, полученных на основе «европия phosphors», добавляя излучение зелёного цвета легированием сульфида цинка медью и алюминием (ZnS:Cu, Ал). Этот метод, аналогичен работе флуоресцентных ламп. Он менее эффективен, чем метод преобразования синего цвета излучателя с люминофором YAG:Ce, поскольку является объёмным и требует больше энергии. Преобразования способствуют нагреву, но при этом удаётся получать при отдаче цвета с лучшими спектральными особенностями. Из-за более высокой энергии излучаемой ультрафиолетовыми СИД по сравнению с синими LEDами, оба подхода предлагают сопоставимую яркость. Однако существует проблема заключающаяся в том, что ультрафиолетовое излучение может проходить от излучающего чипа через внешние покрытия светодиодного источника света и тем самым может представлять опасность (или даже нанести вред) глазам или коже.

    Органические светоизлучающие диоды (OLEDs)Править

    Если светоизлучающий диод создан на базе органических материалов, то такой излучатель известен как светоизлучающий диод на базе органических соединений (OLED). Чтобы функционировать как полупроводник, органический материал излучателя должен иметь характеристики полупроводника. [21] Материалом такого излучателя могут быть органические молекулы или полимеры. Материалы из полимера могут быть гибкими; такие OLEDs известны как PLEDs или FLEDs.

    По сравнению с стандартными неорганическими СИД, OLEDs легче, а материал для их изготовления может ещё иметь и специальные характеристики, для того чтобы обеспечить например гибкость светоизлучающей панели. Предполагается, что в будущем OLEDs будут: недорогими, гибкими устройствами для использования в дисплеях, источниках света и как элементы художественного оформления.

    OLEDs используются в производстве дисплеев для портативных электронных устройств, типа сотовых телефонов, цифровых камер, и MP3-плееров. Демонстрировались также и большие дисплеи,[22] но их продолжительность работы все еще слишком мала (<1 000 часов) для того, чтобы стать широко применимыми в практических целях.

    Сегодня, OLEDs работают с существенно более низкой эффективностью, чем неорганический СИД.[23]

    Квантовый точечный (экспериментальный) СИДПравить

    Квантовые точки — свечение в нанокристаллах полупроводника при пропускании через них тока, обладающие уникальными оптическими свойствами.[24]Цвет их эмиссии может варьировать во всём спектре видимого света включая инфракрасный участок.

    В сентябре 2009 Группа Nanoco объявила, что подписала объединенное соглашение развития с одной из ведущих японских компанией электроники, при содействии которой она будет разрабатывать свето излучающие диоды СИД созданные на базе излучающих квантовых точек. Предполагается, что они могут найти применение при создании нового поколения плоских экранов.[25]

    Внешний вид дискретных светодиодных излучателейПравить

    Многообразие размеров, форм и цветов светодиодных излучателей

    Миниатюрные СИДПравить

    Фото светоизлучающих диодов СИД, размещённых для наглядности рядом со спичкой, с внешними диаметрами 8 мм., 5 мм. и 3 мм.

    Миниатюрные светоизлучающие диоды являются главным образом дискретными СИД, которые восновном используются как индикаторы, они имеют различные размеры с диаметром корпуса от 2 мм до 8 мм, изготавливаются в виде отдельных корпусных приборов или в виде чипов приспособленных для поверхностного монтажа. Они обычно просты в использовании и не требуют отдельного охлаждения.[26] Типичные токи потребления соответствуют от 1 миллиампера до 20 миллиампер. При этом несмотря на небольшие размеры приборов их поверхность более чем достаточна для естественного охлаждения излучающего перехода и не нуждается в дополнительном теплоотводе.

    СИД Средней мощности Править

    СИД средней мощности используются, когда необходима световая отдача на уровне нескольких люменов. Их иногда изготавливают в виде устройства состоящего из четырёх кристаллов, которое использует (два катода и два анода) с улучшенным отводом температуры от кристаллов, и имеет интегрированную полимерную линзу. Например светодиодные излучатели компании Philips Lumileds. Эти СИД обычно используются как аварийное освещение например при пожаре и в автомобильных задних фарах. Они в состоянии работать с более высокими токами (приблизительно до 100 миллиампер). Более высокий ток подразумевает и более высокую световую отдачу, требуемую для задних автомобильных фар и аварийного пожарного освещения.

    Мощные СИДПравить

    Высокомощные излучатели СИД от Philips, Lumileds, которые применяются как элементы освещения, устанавливают на печатную плату в форме звезды диаметром 21 мм.

    Высокомощные излучатели СИД от Philips, Lumileds, которые применяются как элементы освещения, устанавливают на печатную плату в форме звезды диаметром 21 мм. Мощные СИД (HPLED) могут работать при режимах с силой тока в цепи от сотен миллиампер до Ампера и больше, по сравнению с десятками миллиампер для обычных СИД. Некоторые излучатели могут достигать яркости более чем тысячи [27],[28] люмен. Так как перегрев является разрушительным фактором для чипа, HPLEDs должен быть установлен на теплоотводящей основе, переносящей тепловое излучение от чипа к внешнему радиатору. Если высокое тепловое излучение HPLED не будет отведено, то устройство может быть сожжено за секунды. Единственный чип HPLED часто может заменять лампу накаливания в прожекторе, или может быть собран в виде матрицы чипов, формирующих мощный излучающий источник света.

    Некоторые известные HPLEDs в этой категории — «Излучающий диод Lumileds, Osram Opto Полупроводниковый Золотой Дракон и X-лампа Cree». На сентябрь 2009 эффективность некоторых HPLEDs, изготовленных Cree Inc, теперь превышает 105 lm/W [29] (например XP-г XLamp светоизлучающий чип, испускающий холодный (характеристика цветовой температуры) белый свет), применяющийся в лампах, предназначенных, для замены ламп накаливания, галогенных, и даже флуоресцентных источников света, поскольку LEDs становятся всё более конкурентоспособными.

    СИД используемые для индикаторных панелейПравить

    Калькулятор с дисплеем выполненным на светодиодных семисегментных индикаторах, 1970-ые годы.

    Для сокращения числа выводов у многоразрядных светодиодных матриц их объединяют в одном корпусе и соединяют между собой равнозначные сегменты в каждом разряде. Количество выводов при этом сокращается до семи, плюс количество анодов (катодов) по одному на каждый разряд. При этом при отображении многоразрядного числа, на общие выводы подают поочерёдно коды каждого из отображаемых разрядов, при этом питание (в этот момент) подводится только к аноду (катоду) того разряда, код которого подан в данный момент на общую шину. Такой способ отображения называется динамической индикацией. При этом, используя специфику нашего зрения мы видим одновременное отображение всех разрядов индикатора.

    Цветные СИД — фактически два различных СИД размещённых в одном случае. Они состоят из двух светоизлучающих диодов, и в нормальном состоянии подключены встречно, последовательно друг другу. Протекающий в одну сторону ток вызывает работу только одного из светоизлучающих диодов и вызывает излучение только одного цвета. Ток пропущенный в другом направлении вызывает излучение другого цвета. Чередование направления тока в устройстве в двух направлениях с достаточной частотой вызывает появление смешанного третьего цвета. Например, поочерёдное быстрое чередование красного/зеленого, излучения произведёт ощущение желтого цвета.

    Трёхцветные СИД по сути являются теми же двумя СИД размещёнными в одном корпусе, при этом эти два СИД связаны так, чтобы они могли работать как одновременно, так и по отдельности. При этом этими двумя СИД можно управлять независимо и получать ощущения различного цвета. Например красный и зелёный излучатели при одновременной работе вызывают ощущение жёлтого цвета. Изменяя режимы обоих светодиодов можно получить ощущение цвета с любым оттенком от красного до зелёного цветов.

    RGB СИД содержат красные, зеленые и синие эмитенты, используют для управления всего четыре отвода, при этом один из отводов является общим для всех. Эти СИД могут иметь, или общее Анод или общий Катод.

    Алфавитно-цифровые излучатели обычно изготавливают в формате «starburst» в виде семисегментных светодиодных матриц. Семисегментные излучатели могут отобразить все числа и ограниченный набор знаков. Семисегментные светодиодные матрицы для экранов, ранее были широко распространенными и использовались восновном в 1970-ых и 1980-ых годах, но в дальнейшем, в связи с увеличением использования жидкокристаллических мониторов (с их более низким расходом энергии и большими возможностями при индикации), их популярность резко уменьшилась.

    1. ↑ OSRAM: green LED
    2. ↑ "Ultraviolet Emission from a Diamond pn Junction" (2001). Science 292 (5523): 1899. doi:10.1126/science.1060258. PMID 11397942.  
    3. ↑ "Deep Ultraviolet Light-Emitting Hexagonal Boron Nitride Synthesized at Atmospheric Pressure" (2007). Science 317 (5840): 932. doi:10.1126/science.1144216. PMID 17702939.  
    4. ↑ "Direct-bandgap properties and evidence for ultraviolet lasing of hexagonal boron nitride single crystal" (2004). Nature Materials 3 (6): 404. doi:10.1038/nmat1134. PMID 15156198.  
    5. ↑ "An aluminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210 nanometres" (2006). Nature 441 (7091): 325. doi:10.1038/nature04760. PMID 16710416.  
    6. ↑ "LEDs move into the ultraviolet". physicsworld.com. May 17, 2006. http://physicsworld.com/cws/article/news/24926. Retrieved 2007-08-13. 
    7. ↑ 1981 VW Rabbit Owner's manual. Page 52. Volkswagen of America. 1980.
    8. ↑ "GaN-based blue light emitting device development by Akasaki and Amano" (PDF). Takeda Award 2002 Achievement Facts Sheet. The Takeda Foundation. 2002-04-05. http://www.takeda-foundation.jp/en/award/takeda/2002/fact/pdf/fact01.pdf. Retrieved 2007-11-28.
    9. ↑ U.S. Patent 5,578,839 "Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device" Nakamura et al., Issue date: November 26, 1996
    10. ↑ Sensor Electronic Technology, Inc.: Nitride Products Manufacturer
    11. ↑ Mori, Mirei; Hamamoto, Akiko; Takahashi, Akira; Nakano, Masayuki; Wakikawa, Noriko; Tachibana, Satoko; Ikehara, Toshitaka; Nakaya, Yutaka et al. (2007). "Development of a new water sterilization device with a 365 nm UV-LED". Medical & Biological Engineering & Computing 45: 1237. doi:10.1007/s11517-007-0263-1.
    12. ↑ Taniyasu, Yoshitaka; Kasu, Makoto; Makimoto, Toshiki (2006). "An aluminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210 nanometres". Nature 441 (7091): 325. doi:10.1038/nature04760. PMID 16710416.
    13. ↑ Kubota, Y.; Watanabe, K.; Tsuda, O.; Taniguchi, T. (2007). "Deep Ultraviolet Light-Emitting Hexagonal Boron Nitride Synthesized at Atmospheric Pressure". Science 317 (5840): 932. doi:10.1126/science.1144216. PMID 17702939
    14. ↑ Watanabe, Kenji; Taniguchi, Takashi; Kanda, Hisao (2004). "Direct-bandgap properties and evidence for ultraviolet lasing of hexagonal boron nitride single crystal". Nature Materials 3 (6): 404. doi:10.1038/nmat1134. PMID 15156198.
    15. ↑ Koizumi, S.; Watanabe, K; Hasegawa, M; Kanda, H (2001). "Ultraviolet Emission from a Diamond pn Junction". Science 292 (5523): 1899. doi:10.1126/science.1060258. PMID 11397942
    16. ↑ J. H. Wold and A. Valberg (2000). "The derivation of XYZ tristimulus spaces: A comparison of two alternative methods". Color Research & Application 26 (S1): S222. doi:10.1002/1520-6378(2001)26:1+<::AID-COL47>3.0.CO;2-4.
    17. ↑ Ivan Moreno, Ulises Contreras (2007). "Color distribution from multicolor LED arrays". Optics Express 15 (6): 3607. doi:10.1364/OE.15.003607. PMID 19532605.
    18. ↑ Tanabe, S. and Fujita, S. and Yoshihara, S. and Sakamoto, A. and Yamamoto, S.. "YAG glass-ceramic phosphor for white LED (II): luminescence characteristics". Proc. of SPIE Vo 5941: 594112--1.
    19. ↑ Ohno, Y.. "Color rendering and luminous efficacy of white LED spectra". Proc. of SPIE Vol 5530: 89.
    20. ↑ WO patent 2008104936
    21. ↑ Burroughes, JH and Bradley, DDC and Brown, AR and Marks, RN and Mackay, K. and Friend, RH and Burns, PL and Holmes, AB, (1990). "Light-emitting diodes based on conjugated polymers,". Nature 347 (6293): 539–541. doi:10.1038/347539a0.
    22. ↑ Lawler, Richard (2007-01-08). "Sony's 1,000,000:1 contrast ratio 27-inch OLED HDTV". Engadget. http://www.engadget.com/2007/01/08/sonys-1-000-000-1-contrast-ratio-27-inch-oled-hdtv/. Retrieved 2009-02-15.
    23. ↑ "New study says OLED efficiency is less than previously reported". LEDs Magazine (PennWell Corporation). 2008-08-20. http://www.ledsmagazine.com/news/5/8/18. Retrieved 2009-02-15.
    24. ↑ Quantum-dot LED may be screen of choice for future electronics Massachusetts Institute of Technology News Office, December 18, 2002
    25. ↑ Nanoco Signs Agreement with Major Japanese Electronics Company, 23/09/2009
    26. ↑ LED-design
    27. ↑ "Luminus Products". Luminus Devices, Inc.. http://www.luminus.com/content1044. Retrieved 2009-10-21
    28. ↑ "Luminus Products CST-90 Series Datasheet". Luminus Devices, Inc.. http://www.luminus.com/stuff/contentmgr/files/0/7c8547b3575bcecc577525b80d210ac7/misc/pds_001314_rev_03__cst_90_w_product_datasheet_illumination.pdf. Retrieved 2009-10-25.
    29. ↑ "XLamp XP-G LED". Cree, Inc.. http://www.cree.com/products/xlamp_xpg.asp. Retrieved 2009-09-28

    Шаблон:Написал

    ru.science.wikia.com

    Влияние температуры на спектральные и электрические характеристики светоизлучающих диодов

    НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ

    “ШАГ В БУДУЩЕЕ”

    Контрольная работа

    ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ

    Работа выполнена:

    учеником 11 класса МОУ лицей № 8

    Перевозчиковым Даниилом

    Научный руководитель:

    главный научный сотрудник

    Института физики ДНЦ РАН,

    доктор физ.- мат. наук

    Зобов Е.М.

    МАХАЧКАЛА – 2009 г.

    Введение

    В температурном диапазоне 300-90 К исследованы электролюминесценция, вольт-амперные и люкс-амперные характеристики промышленных «фиолетовых» и «желтых» светоизлучающих диодов. Установлено, что с понижением температуры у «фиолетовых» светодиодов уменьшается интенсивность излучения и наблюдается «шнурование» тока. В отличие от «фиолетовых» светодиодов, интенсивность излучения «желтых» светодиодов при 90 К возрастает, однако спектр излучения имеет квазидискретную структуру.

    Исследования электрических характеристик светодиодов позволили предположить, что при низких температурах в гетероструктурах, из которых изготовлены светодиоды, изменяются механизмы процессов генерации и рекомбинации носителей заряда.

    Светодиод - это полупроводниковый прибор, генерирующий (при прохождении через него электрического тока) оптическое излучение, которое в видимой области воспринимается как одноцветное (монохромное). Цвет излучения светодиода определяется как используемыми полупроводниковыми материалами, так и легирующими примесями. Современные промышленные светодиоды изготавливаются на основе p-n-гетероструктур InxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN или. InxGa1-xP/AlyGa1-yP/GaP. Светодиоды служат реальной альтернативой традиционным источникам света, так как они обладают малыми размерами, имеют малое энергопотреблении. Обладая такими свойствами, как точная направленность света и возможность управления интенсивностью и цветом излучения, они уже сегодня применяются в архитектурном и декоративном освещении, на их основе созданы рекламные экраны цветного изображения [1].

    Однако, температурный диапазон эксплуатации светодиодов ограничен (+40  -20 0С), а в доступной нам литературе мы не нашли ответ на наш вопрос: «Почему светодиоды неспособны работать при более низких температурах?». Если нет ответа, то его надо искать.

    Цель работы – установление причин низкотемпературной неустойчивости режима работы промышленных светоизлучающих диодов.

    Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

    - в температурном диапазоне 300 - 90 К исследовались спектры электролюминесценции, вольт-амперные и люкс-амперные характеристики «фиолетовых» и «желтых» светодиодов;

    - проводился анализ процессов токопереноса, генерации и рекомбинации носителей заряда в гетероструктурах при различных температурах.

    Работа выполнена на экспериментальной базе Аналитического центра коллективного пользования Института физики Дагестанского научного центра РАН.

    1 МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

    Для исследования нами были выбраны «фиолетовый» и «желтый» светодиоды.

    Рис. 1 Блок - схема экспериментальной установки для исследования фотолюминесценции, собранной на базе спектрально-вычислительного комплекса КСВУ-2

    1 - образец в криостате, 2 - монохроматор МДР -23, 3-4 блок питания источника фотовозбуждения, 5-6- блоки оптических фильтров с конденсорами, 7 - ФЭУ, 8 - блок управления и регистрации сигнала, 9 - усилитель (UNIPAN 232B), 10 - модулятор, 11-блок регистрации температуры, 12 -блок электропитания образца, 13 - вакуумный пост.

    Исследования спектров электролюминесценции светодиодов проводились на установке, собранной на базе спектрально-вычислительные комплексы КСВУ-23 (рис. 1).

    Главным элементом оптической системы этой установки является монохроматор МДР-23 (2). В зависимости от спектрального диапазона измерений используются дифракционные решетки 1200, 600 и 300 штр. на мм.

    Рис. 2

    Для снятия вольт-амперных и люкс-амперных характеристик светодиода применялась стандартная схема (рис. 2). Светодиод закреплялся на хладопроводе и помещался в криостат (1).

    Излучение светодиода модулировалось механическим модулятором (10) и фокусировалось (6) на входную щель монохроматора МДР-23 (2). В качестве детектора излучения использовался фотоумножитель (7) типа ФЭУ-100 (спектральный диапазон чувствительности 200-700 нм), сигнал с которого для усиления подается на вход селективного нановольтметра Unipan-232 В (9), а затем на вход блока управления и регистрации (8) включающий и ЭВМ.

    Охлаждение образца производится с помощью хладагента (жидкий азот) путем заливки его в стакан криостата (1). Для нагрева образца используется электрический нагреватель. Температура фиксируется медь-константановой термопарой.

    2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

    Спектры электролюминесценции, исследованных нами светодиодов представлены на рис. 3-4.

    Рис. 3,а. Спектры излучения (ЭЛ) «фиолетового» светодиода при Т=300 К в зависимости от величины тока I , mA : 4.1 ; 11.9; 15.2.

    Рис. 3, б. Спектр излучения (ЭЛ) «фиолетового» светодиода при Т=90 К в зависимости от величины тока I mA : 2.76; 4.53; 6.7; 15.8

    Рис. 4,а. Спектры излучения (ЭЛ) «желтого» светодиода при Т=300 К, величина тока I =12.9 mA

    Рис. 4, б. Спектр излучения (ЭЛ) «желтого» светодиода при Т=90 К в зависимости от величины тока I mA : 0.23; 1.0; 2.15; 3.7

    Вольт-амперные и люкс-амперные характеристики светодиодов представлены на рис. 5-8, а температурные зависимости токов и интенсивности их излучения на рис. 9-10.

    Рис. 5. Вольт-амперные характеристики «фиолетового» светодиода

    Рис. 6. Люкс-амперные характеристики «фиолетового» светодиода

    Рис. 7. Вольт-амперные характеристики «желтого» светодиода

    Рис. 8. Люкс-амперные характеристики «желтого» светодиода

    Рис. 9. Температурные зависимости тока «фиолетового» светодиода и интенсивности его излучения

    Рис. 10. Температурные зависимости тока «желтого» светодиода и интенсивности его излучения

    Полученные экспериментальные данные показывают, что с понижением температуры у «фиолетовых» светодиодов наблюдается уменьшение интенсивности излучения (рис. 3 и рис. 9) и изменгение механизма протекания тока (рис. 5). Для выведения данного светодиода в рабочий режим при 90 К необходимо увеличивать величину рабочего напряжения в два раза. Рост напряжения питания светодиода приводит к S-образной вольт-амперной характеристике (рис. 5), что свидетельствует о «шнуровании» тока протекания.

    У «желтого» светодиода температурная зависимость интенсивности излучения имеет более сложный вид (рис. 10), при 90 К интенсивность излучения становится больше, чем при 300 К (сравни рис. 4а и 4б). При этом, спектр излучения состоит из квазидискретных полос. Для вывода светодиода в рабочий режим при 90 К необходимо увеличивать напряжение питания более, чем в два раза.

    3 ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

    Излучательная способность «фиолетовых» светодиодов, изготовленных на основе p-n-гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN с квантовыми ямами (рис. 11), определяется интенсивностью процессов туннельной излучательной рекомбинации [2]. Туннелирование

    Рис. 11. Энергетическая диаграмма гетероструктуры типа InGaN / AlGaN / GaN c одиночной квантовой ямой InGaN . Стрелкой показан туннельный переход электронов из квантовой ямы в p -область с излучением кванта света

    Рис. 12. Энергетическая диаграмма p - n + - структуры на основе GaP . Стрелкой показан переход электронов при аннигиляции экситонов с излучением кванта света

    Носителей заряда из квантовых ям носит активационный характер и зависит, как от величины электрических полей в гетероструктуре, так и от температуры. Полученные нами экспериментальные результаты, скорее всего являются следствием того, что при понижении температуры туннелирование носителей заряда из квантовых ям уменьшается, и интенсивность излучения светодиода падает (рис. 3 и 9).

    mirznanii.com


    Смотрите также