Superbright LED est un stratagème publicitaire, une épithète sur laquelle les vendeurs attirent des clients sans méfiance. En fait, l’attention est portée sur l’efficacité.
Le concept de luminosité
Peu d'études sur les caractéristiques de la LED dans ce numéro, sur les limitations imposées par la physiologie humaine. La sensibilité de l'œil aux vagues de vert est un ordre de grandeur supérieur au paramètre analogue pour le rouge. Il ne suffit pas de calculer la puissance surfacique, il ne suffit pas de s'assurer que le régime thermique ne va pas au-delà de ce qui est autorisé, grâce à un bon rendement. Il est nécessaire d’imposer le résultat final aux caractéristiques de la vision humaine.
Maintenant, il est clair que les déclarations des fabricants concernant les LED ultra-lumineuses ne sont qu'un coup de pub. Il est supposé évaluer le produit dans le complexe, mais même dans ce cas, rappelez-vous - cher lecteur - que la lumière cohérente est dangereuse pour les yeux. Vous ne devriez pas vérifier les produits sur leur propre vision.
Il est déjà pénible de regarder une lumière LED ordinaire de 10 watts lorsque la matrice rayonnante brille à travers un verre dépoli. Les auteurs sont convaincus qu'il est permis d'appeler n'importe quelle LED super brillante présentée.
Historique du développement de l'
La plupart des diodes fonctionnent grâce à l'effet de luminescence, découvert au début du 20ème siècle. On pense que les premières LED ont été fabriquées involontairement par Henry Joseph Round lorsqu’il a évalué les propriétés de rectification du carbure de silicium. Il convient de noter que le minéral carborundum de la planète Terre n’est presque jamais retrouvé, bien qu’il soit extrêmement répandu dans les atmosphères stellaires.
Illumination brillante de
De là, une météorite est arrivée, ce qui était trop difficile pour Eugene Achison en 1891.L’idée de l’excavatrice est tout à fait compréhensible: il a décidé d’avoir découvert des diamants sur l’astéroïde mort et a voulu vendre discrètement la découverte. Mais le bijoutier a noté qu’il n’y avait aucun signe caractéristique de la pierre la plus précieuse de la planète. Et c'est arrivé des années plus tard.
Henry Joseph Round Carborund était artificiel. Au début du 20ème siècle, le minéral était déjà appris à synthétiser. En dureté, la pierre n'est inférieure qu'au diamant. En recherchant un détecteur de cristal pour la radio( encouragé par l'expérience d'autres chercheurs qui ont déjà breveté), Henry a découvert une lueur. Il écrivit immédiatement au comité de rédaction du magazine Electric World et rapporta cette information:
- À une tension de 10 V CA, des échantillons de carborundum en jaune s'allument.
- À mesure que la différence de potentiel augmente jusqu'au 110 V, tous les cristaux expérimentaux présentent une lueur.
- À mesure que la tension dans le spectre augmente, les couleurs jaune, verte, orange et bleue sont également notées.
- Les matériaux individuels brillent uniquement à partir du bord, d'autres présentent un effet volumétrique.
- Le phénomène n'est pas expliqué par la thermoélectricité.
Une lueur se produit lorsque la jonction pn est polarisée. Avec une tension appliquée élevée, un nombre considérable de porteurs de charge minoritaires pénètrent dans le cristal. Le processus est expliqué par l'effet tunnel. Lorsque le "circuit invité" commence à se recombiner avec les principaux porteurs de charge, l'énergie en excès se transforme en lumière. Ceci explique le fait que, à basse tension, Henry Joseph n’a pas observé Round.
Cependant, tout n'est pas si simple. Les diodes Schottky - représentées par du carborundum avec des contacts en métal - peuvent également briller avec une tension appliquée négative. Le schéma est exactement le même, mais avec une différence de potentiel significative, une rupture en avalanche se produit. Les atomes de semi-conducteurs sont ionisés par des porteurs de charge accélérés, la recombinaison inverse étant effectuée avec l'émission d'un photon de lumière.
Avertissement! Les LED modernes n'émettent que lors d'un déplacement direct de la jonction pn lorsqu'un potentiel positif est appliqué à l'anode.
Les travaux du cycle ont été repris par le russe Losev en 1928.Le scientifique travaillant sur le détecteur de cristal a réussi à obtenir une lueur et a constaté que les premiers échantillons ne brillaient qu'avec une connexion unipolaire. Pour d'autres, la direction du courant continu importait peu. Les tentatives pour comprendre le fait n'ont pas abouti au résultat. Mais la conclusion de la ronde a été confirmée que l’effet n’est pas associé au chauffage thermoélectrique.
Le début de l'ère des LED est considéré comme le début des années 60, lorsque les premiers films de carborundum sont apparus. L'efficacité des premiers spécimens s'est avérée étonnamment faible et s'est établie à 0,005%.La raison est simple: le carbure de silicium est loin d’être le meilleur matériau pour la fabrication de diodes très brillantes. Ce dernier n'est pas réalisable à ce stade de la technologie.
Quel est le meilleur?
Au début des années 90, le carborundum a disparu des étagères. Les dernières LED bleues émises dans la plage de 470 nm avec une efficacité de 0,03%.
Déjà dans les années 50, les semi-conducteurs du groupe AIIBVI étaient bien étudiés. Produit une recherche constante de nouvelles solutions techniques. Les diodes électroluminescentes de semi-conducteurs de classe III-V sont apparues, en prenant l'exemple dont les professeurs de physique expliquent le phénomène de la conductivité des impuretés. Les matériaux de ce type d'origine artificielle ne se trouvent pas dans la nature. En dopant le gallium avec de l'arsenic, les scientifiques ont créé un nouveau champ de recherche. Les impuretés ont été injectées sur le substrat par épitaxie en phase liquide ou en phase gazeuse.
En 1962, les lasers étaient déjà apparus sur la base du matériau décrit. On leur avait prédit un avenir prometteur dans l’industrie spatiale, propice à la communication et aux mesures. La production en série de LED à base d’arséniure de gallium a été entreprise par Texas Instruments. Le prix de la pièce était de 130 dollars. Aujourd'hui, le coût des diodes électroluminescentes a considérablement diminué et l'arséniure de gallium est utilisé massivement pour créer des panneaux de commande, des appareils de communication, etc.
Arséniure de gallium phosphorylé
L'efficacité des matériaux connus était trop petite pour créer des LED extrêmement brillantes. Ainsi, Holonyak et Bevac sont venus en 1962 à la nécessité d'une phosphorylation de l'arséniure de gallium pour améliorer leurs performances. Une des caractéristiques des nouveaux appareils était la grande cohérence du rayonnement. Cela signifiait que le matériel de communication attendait de nouvelles améliorations, l'homogénéité du faisceau jouant un rôle important.
Modern Technologies
Auparavant, il s'agissait principalement de former des ingénieurs IBM, à l'exception des projets secrets de la NASA.En 1962, le célèbre General Electric rejoint la lutte. Cultivant des cristaux par épitaxie en phase gazeuse, les ingénieurs de la société ont obtenu un succès notable. L'efficacité des appareils a été rapidement augmentée, mais la cohérence du rayonnement a été considérablement réduite. Le prix de General Electric était deux fois plus élevé que celui de Texas Instruments, le lot en sortait maigre.
En 1968, Monsanto rachète les droits et lance la production en série de LED à base d’arséniure phosphorylé de gallium. Les ventes ont augmenté au moins quatre fois par an, mais sont restées absolument microscopiques en termes absolus. Enfin, les premiers affichages numériques à LED apparaissent. Phosphure de gallium
En parallèle, la technologie de production de phosphure de gallium a été développée. Chaque entreprise du secteur a eu du mal à utiliser son propre matériau. Le phosphure de gallium a été absorbé par les laboratoires Bell. Ce n'était probablement pas une stratégie délibérée, les entreprises craignaient une absorption mutuelle. Bien que l'uniformité soit alarmante.
Les LED au phosphure de gallium permettaient d'obtenir une lueur jaune et rouge. Les Bell Labs ont commencé à travailler avec d’autres au début des années 60.Qu'est-ce qui vous fait penser à l'action prévue? Les premières publications étaient indépendantes et réalisées uniquement par deux scientifiques( 1964):
- Grimmeys;
- Scholz.
Les transitions de LED en alliage d'étain à partir de phosphure de gallium portent leur nom. Les données obtenues montrent que les propriétés optiques sont grandement améliorées par l'introduction d'impuretés d'azote. En recuisant la structure du semi-conducteur après sa croissance, l'efficacité a pu augmenter jusqu'à 2%.Parallèlement, une recherche de nouvelles qualités de couleur a été effectuée. Ainsi créé des diodes à base de phosphure de gallium, donnant une teinte verte, l'efficacité était de 0,6%.
Cependant! L'efficacité des DEL vertes est plus faible, mais en raison de la sensibilité accrue de l'œil à la plage verte, elles semblaient plus brillantes que les rouges.
LED Efficacité
Pour que la LED devienne super brillante, elle se caractérise par un rendement élevé.La logique est élémentaire. Plus le courant est élevé, plus la perte de résistance ohmique des contacts est importante. Par conséquent, pour obtenir une luminosité élevée avec un rendement faible, le courant est extrêmement augmenté.Le semi-conducteur ne restera pas et ne fondra pas. Ce n’est pas pour rien que le premier laser fonctionnait avec un refroidissement jusqu’à 77 K. En plus de ses qualités physiques, il garantissait un refroidissement correct.
Une LED idéale avec une efficacité de 100% de rayonnement d'un photon pour chaque électron injecté.C'est ce qu'on appelle un rendement quantique, idéalement égal à un. Dans une vraie LED, l'efficacité est estimée par le rapport entre la puissance du rayonnement optique et le courant d'injection.
Les photons émis devraient aller dans l'espace. Pour cela, si possible, la zone de la jonction pn s'ouvre. En réalité, une partie importante des photons reste à l'intérieur. Par conséquent, chaque conception, entre autres choses, est caractérisée par une sortie optique. Généralement, le paramètre devient le principal facteur limitant, atteignant à peine 50%.
On entend généralement par efficacité d'une LED le rapport entre le nombre de photons émis et la puissance additionnée. Généralement, une tension sur la jonction p-n est de l’ordre d’un volt et demi, puis le courant augmente de façon linéaire. Par conséquent, le déplacement de la couche barrière, le rayonnement et le chauffage de la résistance ohmique perdent de la puissance. Au début du XXIe siècle, le rendement de 4% des LED était considéré comme normal( compte tenu de la puissance optique).
Afin d'augmenter le rendement et d'obtenir enfin une LED extrêmement lumineuse, les ingénieurs ont commencé à rechercher de nouvelles solutions constructives.
