Superhelle LED

Superbright LED ist ein Werbetrick, ein Inbegriff, auf den Verkäufer ahnungslose Kunden locken. Tatsächlich ist es nur auf Effizienz angewiesen, um darauf zu achten.

Das Konzept der Helligkeit

Nur wenige Studien zu den Eigenschaften der LED in dieser Ausgabe, zu den Einschränkungen der menschlichen Physiologie. Die Empfindlichkeit des Auges gegenüber den grünen Wellen ist um eine Größenordnung höher als der analoge Parameter für Rot. Es reicht nicht aus, die Leistungsflussdichte zu berechnen, es reicht nicht aus, um sicherzustellen, dass die Wärmeregulierung dank des guten Wirkungsgrades nicht über das zulässige Maß hinausgeht. Es ist erforderlich, das Ergebnis den Merkmalen des menschlichen Sehens aufzuzwingen.

Nun wird klar, dass die Aussagen der Hersteller zu superhellen LEDs nur ein Werbegag sind. Es soll das Produkt in der Anlage bewerten, aber auch daran erinnern, lieber Leser, dass kohärentes Licht für das Auge gefährlich ist. Sie sollten die Produkte nicht anhand ihrer eigenen Vision prüfen.

Es ist schon schmerzhaft, ein gewöhnliches 10-Watt-LED-Licht zu betrachten, wenn die abstrahlende Matrix durch ein Milchglas scheint. Die Autoren sind zuversichtlich, dass es zulässig ist, jede vorgestellte superhelle LED zu nennen.

Die Entwicklungsgeschichte von

Die meisten Dioden arbeiten aufgrund des Lumineszenzeffekts, der zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckt wurde. Es wird vermutet, dass die ersten LEDs ungewollt von Henry Joseph Round hergestellt wurden, als er die gleichrichtenden Eigenschaften von Siliziumkarbid untersuchte. Es ist bemerkenswert, dass das Mineralkarborund auf dem Planeten Erde fast nie gefunden wird, obwohl es in Sternatmosphären extrem häufig ist.

Von dort kam ein Meteorit an, der 1891 für Eugene Achison zu hart war. Die Idee des Baggers ist durchaus verständlich - er entschied, dass er Diamanten auf dem toten Asteroiden entdeckt hatte und den Fund ruhig verkaufen wollte. Der Juwelier stellte jedoch fest, dass der kostbarste Stein der Erde keine charakteristischen Merkmale aufweist. Und es geschah Jahre später.

Henry Joseph Round Carborund war künstlich. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde das Mineral bereits synthetisiert. In der Härte ist der Stein nur Diamant unterlegen. Bei der Untersuchung eines Kristalldetektors für das Radio( ermutigt durch die Erfahrung anderer bereits patentierter Forscher) entdeckte Henry ein Glühen. Er schrieb sofort an die Redaktion der Zeitschrift Electric World und meldete diese Informationen:

1. Bei einer Spannung von 10 V Wechselstrom leuchten gelbe Karborund-Proben auf.
2. Da die Potentialdifferenz bis zum 110-Volt-Netz ansteigt, zeigen alle experimentellen Kristalle Lumineszenz.
3. Mit zunehmender Spannung im Spektrum werden zusätzlich die Farben Gelb, Grün, Orange und Blau angegeben.
4. Einzelne Materialien leuchten nur von der Kante, andere zeigen einen volumetrischen Effekt.
5. Das Phänomen wird nicht durch die Thermoelektrizität erklärt.

Glühen tritt auf, wenn der pn-Übergang vorgespannt ist. Bei einer großen angelegten Spannung dringt eine beträchtliche Anzahl von Minoritätsladungsträgern in den Kristall ein. Der Vorgang wird durch den Tunneleffekt erklärt. Wenn die "Gasttour" beginnt, sich mit den Hauptladungsträgern zu rekombinieren, wird die überschüssige Energie in Licht umgewandelt. Dies erklärt die Tatsache, dass Henry Joseph bei niedrigen Spannungen Round nicht beobachtet hat.

Allerdings ist nicht alles so einfach. Schottky-Dioden - dargestellt durch Karborund mit Metallkontakten - können auch mit einer negativen angelegten Spannung leuchten. Das Schema ist genau das gleiche, aber mit einem erheblichen Potentialunterschied kommt es zu einem Lawinenzusammenbruch. Die Halbleiteratome werden durch beschleunigte Ladungsträger ionisiert, die umgekehrte Rekombination erfolgt mit der Emission eines Lichtphotons.

Warnung! Moderne LEDs emittieren nur bei einer direkten Verschiebung des pn-Übergangs, wenn ein positives Potential an die Anode angelegt wird.

Die Arbeiten der Runde wurden 1928 von dem russischen Losev wiederholt. Der Wissenschaftler am Kristalldetektor schaffte es zu leuchten und stellte fest, dass die ersten Proben nur mit einer unipolaren Verbindung leuchten, und für andere ist die Richtung des Gleichstroms ohne Bedeutung. Versuche, die Tatsache zu verstehen, führten nicht zum Ergebnis. Der Abschluss der Runde wurde jedoch bestätigt, dass der Effekt nicht mit der thermoelektrischen Heizung zusammenhängt.

Der Beginn der LED-Ära gilt als Anfang der 60er Jahre, als die ersten Carborund-Filme auftauchten. Die Effizienz der ersten Proben erwies sich als erstaunlich gering und betrug 0,005%.Der Grund ist einfach: Siliziumkarbid ist bei weitem nicht das beste Material für die Herstellung von ultrahellen Dioden. Letzteres ist in dieser Technologiephase nicht möglich.

Was ist besser?

Anfang der 90er Jahre verschwand Karborundum aus den Regalen. Die letzten blauen LEDs emittierten im Bereich von 470 nm mit einem Wirkungsgrad von 0,03%.

Bereits in den 50er Jahren wurden Halbleiter aus der AIIBVI-Gruppe gut untersucht. Ständige Suche nach neuen technischen Lösungen. Es erschienen die Leuchtdioden der Halbleiter der III-V-Klasse, an deren Beispiel Physiklehrer das Phänomen der Störstellenleitfähigkeit erklären. Materialien dieser Art künstlichen Ursprungs sind in der Natur nicht zu finden. Durch das Dotieren von Gallium mit Arsen erhielten die Wissenschaftler ein neues Forschungsfeld. Verunreinigungen wurden durch Flüssigphasen- oder Gasphasenepitaxie auf das Substrat gespritzt.

Bereits 1962 waren Laser auf Basis des beschriebenen Materials aufgetaucht. Ihnen wurde eine große Zukunft in der Raumfahrtindustrie vorausgesagt, die sich für Kommunikation und Messungen eignet. Die Serienproduktion von LEDs auf Galliumarsenid-Basis wurde von Texas Instruments durchgeführt. Der Preis des Stückes betrug 130 Dollar. Heute sind die Kosten für LEDs stark gesunken, und Galliumarsenid wird massiv zur Erstellung von Bedienfeldern, Kommunikationsgeräten und anderen Dingen verwendet.

Phosphoryliertes Galliumarsenid

Die Effizienz bekannter Materialien erwies sich als zu gering, um superhelle LEDs zu erzeugen. So kamen Holonyak und Bevac 1962 auf die Notwendigkeit einer Phosphorylierung von Galliumarsenid, um die Leistung zu verbessern. Ein Merkmal der neuen Geräte war die hohe Kohärenz der Strahlung. Dies bedeutete, dass die Kommunikationsausrüstung auf weitere Verbesserungen wartete. Die Homogenität der Strahlen spielt eine große Rolle.

Vorher ging es hauptsächlich um die Entwicklung von IBM-Ingenieuren, mit Ausnahme der geheimen NASA-Projekte. Im Jahr 1962 schloss sich der berühmte General Electric dem Kampf an. Durch den Anbau von Kristallen durch Gasphasenepitaxie haben die Ingenieure des Unternehmens einen beachtlichen Erfolg erzielt. Die Effizienz der Geräte wurde schnell erhöht, aber die Kohärenz der Strahlung wurde stark reduziert. Der Preis von General Electric war doppelt so hoch wie bei Texas Instruments, die Charge kam nur spärlich heraus.

Im Jahr 1968 kaufte Monsanto die Rechte und begann mit der Massenproduktion von LEDs auf Basis von phosphoryliertem Galliumarsenid. Der Umsatz wuchs jährlich mindestens um das Vierfache, blieb aber absolut absolut mikroskopisch klein. Schließlich erscheinen die ersten digitalen LED-Anzeigen.

Galliumphosphid

Parallel dazu wurde die Galliumphosphid-Produktionstechnologie entwickelt. Jedes Unternehmen der Branche hatte mit seinem eigenen einzigartigen Material zu kämpfen. Galliumphosphid wurde von Bell Laboratories aufgenommen. Dies war wahrscheinlich keine absichtliche Strategie, die Unternehmen hatten Angst vor gegenseitiger Übernahme. Obwohl die Tatsache der Einheitlichkeit alarmierend ist.

Galliumphosphid-LEDs ermöglichten ein gelbes und rotes Leuchten. Bell Labs begann Anfang der 60er Jahre mit anderen zusammenzuarbeiten. Was lässt Sie über die geplante Aktion nachdenken? Die ersten Veröffentlichungen waren unabhängig und wurden nur von zwei Wissenschaftlern( 1964) erstellt:

• Grimmeys;
• Scholz.

Zinnlegierte LED-Übergänge aus Galliumphosphid sind nach ihnen benannt. Die erhaltenen Daten zeigen, dass die optischen Eigenschaften durch das Einbringen von Stickstoffverunreinigungen stark verbessert werden. Durch Glühen der Struktur eines Halbleiters nach dem Wachstum konnte der Wirkungsgrad auf 2% gesteigert werden. Gleichzeitig wurde nach neuen Farbqualitäten gesucht. Auf diese Weise erzeugte Dioden auf der Basis von Galliumphosphid, die einen grünen Farbton ergaben, betrug der Wirkungsgrad 0,6%.

jedoch! Die Effizienz von grünen LEDs ist geringer, aber aufgrund der erhöhten Anfälligkeit des Auges für den grünen Bereich schienen sie heller als rot zu sein.

-LED

-Effizienz Damit die LED extrem hell wird, zeichnet sie sich durch eine hohe Effizienz aus. Die Logik ist elementar. Je höher der Strom ist, desto größer ist der Verlust am ohmschen Widerstand der Kontakte. Um eine hohe Helligkeit bei niedrigem Wirkungsgrad zu erhalten, wird folglich der Strom extrem erhöht. Der Halbleiter wird nicht stehen und schmelzen. Nicht umsonst arbeitete der erste Laser mit einer Kühlung auf 77 K. Neben seinen physikalischen Eigenschaften sorgte dies für eine ordnungsgemäße Kühlung.

Eine ideale LED mit einem Wirkungsgrad von 100%, die für jedes injizierte Elektron ein Photon ausstrahlt. Dies wird als Quantenausbeute bezeichnet, idealerweise gleich eins. Bei einer echten LED wird der Wirkungsgrad durch das Verhältnis der Leistung der optischen Strahlung zum Injektionsstrom geschätzt.

Die emittierten Photonen sollten in den Weltraum gelangen. Dafür öffnet sich, wenn möglich, der Bereich des pn-Übergangs. In Wirklichkeit bleibt ein erheblicher Teil der Photonen im Inneren. Daher ist jedes Design unter anderem durch eine optische Ausgabe gekennzeichnet. In der Regel wird der Parameter zum Hauptbegrenzungsfaktor und erreicht kaum 50%.

Unter der Effizienz einer LED versteht man im Allgemeinen das Verhältnis der Anzahl der emittierten Photonen zur aufsummierten Leistung. Normalerweise fällt eine pn-Übergangsspannung auf eineinhalb Volt ab und der Strom steigt dann linear an. Folglich geht die Leistung durch die Verschiebung der Sperrschicht, die Strahlung und die Erwärmung des ohmschen Widerstands verloren. Zu Beginn des XXI Jahrhunderts wurde die LED-Effizienz von 4% als normal angesehen( unter Berücksichtigung der optischen Leistung).

Um die Leistung zu steigern und schließlich eine superhelle LED zu erhalten, suchten die Ingenieure nach neuen konstruktiven Lösungen.

Verbesserung der Effizienz von LEDsDie Methode der Errungenschaft ist die Schaffung eines Doppel-PN-Übergangs. In diesem Fall ist die Strahlungsschicht auf beiden Seiten von Halbleitern unterschiedlicher Leitfähigkeit umgeben, wodurch die Fläche des Gießens von Minoritätsträgern vergrößert wird. Das Design sieht aus wie ein 5-Lagen-Sandwich:

1. Die aktive Strahlungsschicht befindet sich in der Mitte.
2. Auf beiden Seiten ist es von Halbleitern bedeckt, wodurch zwei Verriegelungsschichten vorhanden sind.
3. -Kontakte decken die gesamten Halbleiter über die gesamte Fläche ab, um den Stromfluss zu verbessern.

Die Quantenausbeute hängt von der Kerndicke ab. Der Graph ist nicht linear und zeigt einen ausgeprägten flachen oder abfallenden Buckel. Dementsprechend muss der Dickenwert aus seinen Grenzen ausgewählt werden, die zehn Mikrometer betragen. Experimente zeigen, dass Steigerungen der Quantenausbeute durch schwache Dotierung des aktiven Bereichs erreicht werden. Die Anzahl der Verunreinigungsatome überschreitet nicht zehn bis siebzehn Einheiten pro Kubikzentimeter. Im Allgemeinen ist der Prozess relativ wenig verstanden.

Erhöhte Injektion wird durch das Dotieren extremer Schichten erreicht. Die Verunreinigungskonzentration ist hier mindestens um eine Größenordnung niedriger als im vorherigen Fall oder eine ähnliche Anzahl von Malen. Obwohl die Barriereschicht und die Aktivschicht definitionsgemäß durch verschiedene Materialien dargestellt werden, ist es wichtig, dass ihre Kristallgitter in ihrer Struktur identisch sind. Mit zunehmender Fehlanpassung fällt die Quantenausbeute stark ab.