Корзина
62 отзыва
+7 903-33-16-705
Светодиод – характеристика с разных сторон.
Контакты
Gidro Discount WWO
Наличие документов
Знак Наличие документов означает, что компания загрузила свидетельство о государственной регистрации для подтверждения своего юридического статуса компании или индивидуального предпринимателя.
+7903331-67-05Обращайтесь в почту
Михаил
РоссияСамарская областьТольяттиул. Жигулевская 13-А оф 206445011
Карта

Сейчас компания не может быстро обрабатывать заказы и сообщения, поскольку по ее графику работы сегодня выходной. Ваша заявка будет обработана в ближайший рабочий день.

Светодиод – характеристика с разных сторон.

Светодиод – характеристика с разных сторон.

Вторая половина XX века принесла человечеству ряд выдающихся открытий в физике полупроводников, кардинально изменивших жизнь и деятельность людей. Изобретение транзистора, последовавшее за этим создание компьютера и дальнейшее бурное развитие полупроводниковой электроники, вычислительной техники и информационных технологий оказало громадное влияние на все без исключения области человеческой деятельности.

В последние годы мы стали свидетелями взрывного развития еще одной области техники, основанной на физике полупроводников, – оптоэлектроники. Прежде всего, это проявляется в стремительном совершенствовании светодиодов – замечательных полупроводниковых источников света, которые с высокой вероятностью в ближайшем будущем преобразят мир искусственного освещения. Светодиоды, или светоизлучающие диоды (в английском варианте LED – light emitting diodes) хорошо известны каждому как миниатюрные индикаторы (обычно красного или зеленого цвета), применяемые в аудио– и видеоаппаратуре и в бытовой технике. Чтобы понять, почему этим маленьким "огонькам" пророчат большое будущее, рассмотрим подробнее их устройство, характеристики, принципы работы и историю создания и развития.

Прежде всего, светодиод – это полупроводниковый диод, то есть по сути дела p-n-переход. Напомним, что p-n-переход – это "кирпичик" полупроводниковой электронной техники, представляющий соединенные вместе два куска полупроводника с разными типами проводимости (один с избытком электронов – "n-тип", второй с избытком дырок – "p-тип"). Если к p-nпереходу приложить "прямое смещение", т. е. подсоединить источник электрического тока плюсом к p-части, то через него потечет ток. Современные технологии позволяют создавать интегральные схемы, содержащие огромное количество p-n переходов на одном кристалле; так, в процессоре Pentium-IV их количество измеряется десятками миллионов. Нас интересует то, что происходит после того, как через прямо смещенный p-n переход пошел ток, а именно момент рекомбинации носителей электрического заряда – электронов и дырок, когда имеющие отрицательный заряд электроны "находят пристанище" в положительно заряженных ионах кристаллической решетки полупроводника. Оказывается, что такая рекомбинация может быть излучательной, при этом в момент встречи электрона и дырки выделяется энергия в виде излучения кванта света – фотона. В случае безизлучательной рекомбинации энергия расходуется на нагрев вещества.

В природе существует как минимум 5 видов излучательной рекомбинации носителей зарядов, в том числе так называемая прямозонная рекомбинация. Впервые это явление в далекие 20-е годы исследовал О. В. Лосев, наблюдавший свечение кристаллов карборунда (карбид кремния SiC). Для большинства полупроводниковых диодов это явление – просто "побочный эффект", не имеющий практического смысла. Для светодиодов же излучательная рекомбинация – физическая основа их работы. Первые имеющие промышленное значение светодиоды были созданы на основе структур GaAsP/GaP Ником Холоньяком (США). Помимо них в 60-е годы были созданы светодиоды из GaP c красным и желто-зеленым свечением. Внешний квантовый выход (отношение числа излученных светодиодом фотонов к общему числу перенесенных через p-n-переход элементарных зарядов) был не более 0,1%. Длина волны излучения этих приборов находилась в пределах 500-600 нм - области наивысшей чувствительности человеческого глаза, - поэтому яркость их желто-зеленого излучения была достаточной для целей индикации. Световая отдача светодиодов при этом составляла приблизительно 1-2 Лм/Вт.

Дальнейшее совершенствование светодиодов проходило по двум направлениям – увеличение внешнего квантового выхода и расширение спектра излучения. Велик вклад в эту работу советских ученых, в частности Ж. И. Алферова с сотрудниками, еще в 70-е годы разработавших так называемые многопроходные двойные гетероструктуры, позволившие значительно увеличить внешний квантовый выход за счет ограничения активной области рекомбинации. Использовались гетероструктуры на основе арсенидов галлия-алюминия, при этом был достигнут внешний квантовый выход до 15 для красной части спектра (световая отдача до 10 Лм/Вт) и более 30% – для инфракрасной. Показателен факт присуждения Жоресу Ивановичу Алферову Нобелевской премии в 2000 году, когда стали очевидными важность и огромное значение его работ для развития науки и техники.

Исследования других гетероструктур привели к созданию эффективных светодиодов, излучающих в других областях спектра. Так, светодиоды на основе фосфидов алюминия-галлия-индия (разработка компании Hewlett Packard) излучали красно-оранжевый, желтый и желто-зеленый свет. Они имели световую отдачу до 30 Лм/Вт (и внешний квантовый выход до 55%), превосходя лампы накаливания. При этом необходимо понимать, что, в отличие от ламп накаливания, светодиоды излучают свет в относительно узкой полосе спектра, ширина которой составляет 20–50 нм. Они занимают промежуточное положение между лазерами, свет которых монохроматичен (излучение со строго определенной длиной волны), и лампами различных типов, излучающих белый свет (смесь излучений различных спектров). Иногда такое "узкополосное" излучение называют "квазимонохроматическим". Как источники "цветного" света светодиоды давно обогнали лампы накаливания со светофильтрами. Так, световая отдача лампы накаливания с красным светофильтром составляет всего 3 Лм/Вт, в то время как красные светодиоды сегодня дают 30 Лм/Вт и более. Например, новейшие приборы Luxeon производства американской компании Lumileds обеспечивают 50 Лм/Вт для красной и даже 65 Лм/Вт для оранжево-красной части спектра (www.luxeon.com). Впрочем, и это не рекорд – для желто-оранжевых светодиодов планка 100 Лм/Вт уже взята. Долгое время развитие светодиодов сдерживалось отсутствием приборов, излучающих в синем диапазоне. Эту проблему решил несколько лет назад Ш. Накамура из компании Nichia Chemical с помощью гетероструктуры на основе нитрида индия-галлия InGaN. В сине-зеленой области спектра удалось добиться внешнего квантового выхода до 20% и вплотную приблизиться по эффективности к люминесцентным лампам (световая отдача 60–80 Лм/Вт). Изобретение синих светодиодов замкнуло "RGB-круг": теперь стало возможным получение любого цвета, в том числе любого оттенка белого цвета простым смешением цветов. При этом могут быть использованы как отдельные светодиоды разных цветов, так и трехкристальные светодиоды, объединяющие кристаллы красного, синего и зеленого свечения в одном корпусе. Если синий светодиод покрыть специальным желтым люминофором, мы получим белый свет. Белые светодиоды намного дешевле трехкристальных, обладают хорошей цветопередачей, а по световой отдаче (до 30 Лм/Вт) они уже обогнали лампы накаливания ("мировые рекорды" яркости, мощности и эффективности, похоже, начали сыпаться, как из рога изобилия; на последней Lightfair-2002 Lumileds Lighting показала белый Luxeon мощностью 5 Вт с потоком 120 Лм).

Еще один метод – возбуждение трехслойного люминофора светодиодом ультрафиолетового спектра по аналогии с кинескопом цветного телевизора (УФ-светодиод в данном случае "заменяет" электронную пушку кинескопа). Кристалл светодиода – практически точечный источник света, поэтому корпус может быть очень миниатюрным. Конструкция корпуса светодиода должна обеспечить минимальные потери излучения при выходе во внешнюю среду и фокусирование света в заданном телесном угле. Кроме того, должен быть обеспечен эффективный отвод тепла от кристалла. Самая распространенная конструкция светодиода – традиционный 5миллиметровый корпус. Конечно, это не единственный вариант “упаковки” кристалла. Например, для сверхъярких светодиодов, рассчитанных на большие токи, требуется массивный теплоотвод.

Светотехнические характеристики. Обычно в справочных данных указывается осевая сила света Io светодиода в милликанделлах для заданного значения прямого тока Jпр. Для современных сверхъярких светодиодов значение Io колеблется в пределах 200–5000 мКд (здесь речь идет о стандартных 5миллиметровых светодиодах, для приборов большего размера прямой ток может измеряться сотнями миллиампер и даже амперами, а сила света – десятками канделл). Характер светораспределения определяется углом излучения 20,5. Естественно, чем меньше угол излучения, тем больше осевая сила света притом же световом потоке. Обычно указываются также цвет свечения и длина волны излучения. Цветовая температура и общий индекс цветопередачи весьма актуальны для белых светодиодов, применяемых в целях освещения. Производители декларируют Ra до 75–85 (хорошая цветопередача). Еще лучших результатов можно добиться, "синтезируя" белый цвет путем смешения нескольких цветов; при этом белые светодиоды могут использоваться совместно с "цветными".

Электрические характеристики. Электрические характеристики светодиодов очень важны по двум причинам.

Во-первых, светодиод должен работать в правильном режиме, чтобы полностью реализовать свой ресурс;

Во-вторых, яркостью светодиодов можно легко управлять, а если применять смешение цветов, таким же легким становится управление цветом прибора, в состав которого входят светодиоды разных цветов.

Полную информацию о поведении светодиода дает его вольт-амперная характеристика (ВАХ), повторяющая по форме ВАХ обычного кремниевого диода. В случае обратного включения светодиода через него протекает малый ток утечки Ioбр, светодиод при этом не излучает света. Обратное напряжение, приложенное к светодиоду, не должно превышать предельно допустимого обратного напряжения Uобр, иначе возможен пробой p-n перехода. Рабочий режим светодиода отражает правая, круто уходящая вверх часть ВАХ. Очень важно, чтобы ток, протекающий через светодиод, не превышал предельно допустимый прямой ток I пр п.д., в противном случае светодиод выйдет из строя. Току I пр соответствует прямое напряжение Uпр. Светодиоды допускается "запитывать" в импульсном режиме, при этом импульсный ток, протекающий через прибор, может быть выше, чем значения постоянного тока (до 150 мА при длительности импульсов 100 мкс и частоте импульсов 1 кГц). Для управления яркостью светодиодов (и цветом, в случае смешения цветов) используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – метод, очень распространенный в современной электронике. Это позволяет создавать контроллеры с возможностью плавного изменения яркости (диммеры) и цвета (колорчейнджеры).

Производители светодиодов. Рынок светодиодов расценивается как исключительно важный всеми "китами" светотехнической индустрии. Количество заключенных стратегических альянсов, явно рекордное в последние годы, косвенно свидетельствует о серьезном движении капиталов "за сценой". Nichia Chemical Corp. Япония www.nichia.com Компания, впервые разработавшая LED синего и белого свечения на основе структур InGaN, сохраняет лидирующие позиции в производстве сверхъярких синих, зеленых и белых светодиодов. Agilent Technologies США www.agilent.com. Отделение электронных компонентов компании Hewlett Packard с 1999 г. – самостоятельная компания. Признанный лидер в разработке сверхъярких LED красного и желтого свечения на основе структур AlInGaP. Lumileds Lighting (США) www.lumileds.com. Совместное предприятие Agilent Technologies и Philips Lighting. Производство сверхъярких светодиодов с повышенным током накачки, светодиодных сборок и модулей (Barracuda, Luxeon) очень высокой яркости. VOSSLOH Wustlich OPTO GmbH&Co (Германия) www.wustlich.de. Производство светодиодов различных типов, в том числе и сверхъярких, семисегментных индикаторов, светодиодных модулей. OSRAM Optosemiconductors (штабквартира компании находится в Германии, производственные мощности – в США и Малайзии) www.osram-os.com. Бывшее совместное предприятие OSRAM и Infineon Technologies, которое сейчас полностью принадлежит OSRAM. Производство сверхъярких светодиодов, в том числе для поверхностного монтажа. Очень широкая линейка светодиодных модулей (линейные, гибкие, круглые и др.). LIGITEK Electronics (Тайвань) www.ligitek.com. В хит-листе рекордов светодиоды LIGITEK мы, может, и не найдем, а вот по cоотношению цена–качество эта компания – один из лидеров. Kingbright Electronics (Тайвань) www.kingbright.com. Еще одна крупная тайваньская компания, поставляющая широкий ассортимент светодиодов и изделий на их базе. НПЦ ОЭП ОПТЭЛ (Россия) www.optelcenter.com. Разработка и производство высокоэффективных светодиодов, ИК диодов, диодных осветителей с потоком до 55 Лм, светодиодных фонарей с силой света до 3000 Кд, в т. ч. белого цвета свечения и других устройств. "Корвет-лайтс" (Россия) www.corvette-lights.ru. Разработка и продажа сферических однокристальных светодиодов, а также светосигнальных и осветительных приборов на их основе. Power Light Systems (Россия) www.powerlight.ru. Производство светодиодных модулей, сборок и другой продукции на базе светодиодов. Светодиодные лампы в стандартных цоколях обычных ламп. Поставка светодиодной продукции большинства ведущих мировых производителей НТЦ "Оптоника" www.optonika.ru. Поставка светодиодной продукции, а также других компонентов оптоэлектроники и микроэлектроники большинства ведущих мировых производителей. Разработка светотехнических устройств и систем различного назначения на базе светодиодов.

vkontakte facebook twitter
Предыдущие статьи
social-icon
social-icon
Loading...