Superbright LED to chwyt reklamowy, epitet, na którym sprzedawcy wabią niczego nie podejrzewających klientów. W rzeczywistości zależy wyłącznie od wydajności, aby zwrócić uwagę.
Koncepcja jasności
Niewiele badań cech LED w tym wydaniu, ograniczeń narzuconych przez fizjologię człowieka. Czułość oka na fale zieleni jest o rząd wielkości wyższa niż analogiczny parametr dla czerwieni. Nie wystarczy obliczyć gęstość strumienia mocy, nie wystarczy upewnić się, że reżim termiczny nie wykracza poza to, co jest dozwolone, dzięki dobrej wydajności. Wymagane jest narzucenie wynikowego wyniku na cechy ludzkiego wzroku.
Teraz staje się jasne, że wypowiedzi producentów o super jasnych diodach LED są jedynie chwytem reklamowym. Ma ocenić produkt w kompleksie, ale nawet wtedy - drogi czytelniku - pamiętaj, że spójne światło jest niebezpieczne dla oka. Nie powinieneś sprawdzać produktów na własnej wizji.
Już bolesne jest patrzenie na zwykłe 10-watowe światło LED, gdy promieniująca matryca prześwieca przez matowe szkło. Autorzy są przekonani, że można nazwać każdą prezentowaną super-jasną diodę LED.
Historia rozwoju
Większość diod działa dzięki efektowi luminescencji, odkrytemu na początku XX wieku. Uważa się, że pierwsze diody LED zostały wykonane w sposób niezamierzony przez Henry'ego Josepha Rounda, gdy ocenił on właściwości rektyfikacyjne węglika krzemu. Warto zauważyć, że mineralny karborund na planecie Ziemia prawie nigdy nie występuje, chociaż jest niezwykle powszechny w atmosferach gwiazdowych.
Jasne oświetlenie
Stamtąd nadszedł meteoryt, który był zbyt trudny dla Eugene'a Achisona w 1891 roku. Pomysł koparki jest całkiem zrozumiały - zdecydował, że odkrył diamenty na martwej asteroidzie i chciał spokojnie sprzedać znalezisko. Ale jubiler zauważył, że nie ma charakterystycznych znaków najcenniejszego kamienia na planecie. I stało się to wiele lat później.
Henry Joseph Round Carborund był sztuczny. Na początku XX wieku minerał został już nauczony do syntezy. W twardości kamień jest gorszy tylko do diamentu. Poszukując wykrywacza kryształów dla radia( zachęconego doświadczeniami innych badaczy, którzy już opatentowali), Henry odkrył blask. Natychmiast napisał do redakcji magazynu Electric World i zgłosił tę informację:
- Przy napięciu 10 V AC próbki żółtego karborundu na żółto świecą.
- Gdy różnica potencjałów wzrasta do 110 woltów, wszystkie eksperymentalne kryształy wykazują luminescencję.
- Wraz ze wzrostem napięcia w widmie, oprócz kolorów żółtego, zielonego, pomarańczowego i niebieskiego są odnotowywane.
- Poszczególne materiały świecą tylko od krawędzi, inne pokazują efekt objętościowy.
- Zjawisko to nie tłumaczy się termoelektrycznością.
Blask występuje, gdy złącze pn jest odchylone. Przy dużym przyłożonym napięciu do kryształu przedostaje się znaczna liczba nośników ładunku mniejszościowego. Proces ten tłumaczy się efektem tunelu. Kiedy "gościnna wycieczka" zaczyna się rekombinować z głównymi nośnikami ładunku, nadmiar energii zamienia się w światło. To tłumaczy fakt, że przy niskich napięciach Henry Joseph nie obserwował Rundy.
Jednak nie wszystko jest takie proste. Diody Schottky'ego - reprezentowane przez karborund z metalowymi stykami - mogą również świecić z ujemnym napięciem. Schemat jest dokładnie taki sam, ale z istotną różnicą potencjałów następuje awaria lawinowa. Atomy półprzewodnika są zjonizowane przez przyspieszone nośniki ładunku, a rekombinacja odwrotna jest przeprowadzana z emisją fotonu światła.
Ostrzeżenie! Nowoczesne diody LED emitują tylko przy bezpośrednim przemieszczeniu złącza pn, gdy dodatni potencjał jest przykładany do anody.
Prace Rundy zostały powtórzone przez Rosjan Losev w 1928 roku. Naukowcy z wykrywacza kryształów udało się uzyskać blask i odkryli, że pierwsze próbki świecą tylko za pomocą połączenia jednobiegunowego, a dla innych kierunek prądu stałego nie ma znaczenia. Próby zrozumienia tego faktu nie doprowadziły do wyniku. Ale wniosek z rundy potwierdzono, że efekt nie jest związany z ogrzewaniem termoelektrycznym.
Początek ery LED uważany jest za początek lat 60., kiedy pojawiły się pierwsze filmy karborundowe. Wydajność pierwszych okazów okazała się zadziwiająco mała i wyniosła 0,005%.Powód jest prosty - węglik krzemu jest daleki od najlepszego materiału do produkcji super jasnych diod. To ostatnie nie jest możliwe na tym etapie technologii.
Który lepszy?
We wczesnych latach 90. karborund zniknął z półek. Ostatnie niebieskie diody LED emitowane w zakresie 470 nm z wydajnością 0,03%.
Już w latach pięćdziesiątych dobrze poznano półprzewodniki z grupy AIIBVI.Stałe szukanie nowych rozwiązań technicznych. Pojawiły się diody emitujące światło z półprzewodników klasy III-V, na przykładzie których nauczyciele fizyki wyjaśniają zjawisko czystości przewodnictwa. Materiały tego rodzaju sztucznego pochodzenia nie występują w przyrodzie. Uzależniając gal w arsen, naukowcy uzyskali nowe pole do badań.Zanieczyszczenia zostały wstrzyknięte na podłoże przez epitaksję w fazie ciekłej lub w fazie gazowej.
Do roku 1962 lasery pojawiły się już na podstawie opisanego materiału. Przewidywano im wspaniałą przyszłość w przemyśle kosmicznym, odpowiednią do komunikacji i pomiarów. Produkcja seryjna diod LED na bazie arsenku galu została podjęta przez firmę Texas Instruments. Cena za sztukę wynosiła 130 dolarów. Obecnie koszty diod LED znacznie spadły, a arsenek galu jest masowo wykorzystywany do tworzenia paneli sterowania, urządzeń komunikacyjnych i innych rzeczy.
Fosforylowany arsenek galu
Wydajność znanych materiałów okazała się zbyt mała, aby stworzyć super jasne diody LED.Tak więc Holonyak i Bevac przybyli w 1962 roku na potrzebę fosforylacji arsenku galu, aby poprawić wydajność.Cechą nowych urządzeń była wysoka spójność promieniowania. Oznaczało to, że sprzęt komunikacyjny czekał na dalsze usprawnienia, a jednorodność wiązki odgrywa dużą rolę.
Nowoczesne technologie
Wcześniej chodziło głównie o rozwój inżynierów IBM, z wyjątkiem tajnych projektów NASA.W 1962 roku do walki dołączył słynny General Electric. Rosnące kryształy za pomocą epitaksji w fazie gazowej inżynierowie firmy osiągnęli znaczący sukces. Wydajność urządzeń szybko wzrosła, ale znacznie zmniejszyła się spójność promieniowania. Cena General Electric była dwa razy wyższa niż w Texas Instruments, partia okazała się skąpa.
W 1968 r. Firma Monsanto kupiła prawa i rozpoczęła masową produkcję diod LED opartych na fosforylowanym arsenku galu. Sprzedaż rosła co najmniej czterokrotnie, ale pozostała absolutnie mikroskopijna w wartościach bezwzględnych. Wreszcie pojawiają się pierwsze cyfrowe wyświetlacze LED.
Fosforan galu
Równolegle opracowano technologię produkcji fosforku galu. Każda firma z branży zmagała się z własnym unikalnym materiałem. Fosforan galu został zaabsorbowany przez Bell Laboratories. Nie była to zapewne strategia celowa, firmy obawiały się wzajemnej absorpcji. Chociaż fakt jednolitości jest alarmujący.
LED z fosforem galu umożliwił uzyskanie żółtego i czerwonego blasku. Bell Labs rozpoczął współpracę z innymi we wczesnych latach 60-tych. Co sprawia, że myślisz o planowanej akcji. Pierwsze publikacje były niezależne i wykonane przez dwóch naukowców( 1964):
- Grimmeys;
- Scholz.
Stopnie diodowe z diodami stopowymi LED z fosforekium galu są nazwane po nich. Uzyskano dane, że właściwości optyczne zostały znacznie poprawione przez wprowadzenie zanieczyszczeń azotu. Wyżarzając strukturę półprzewodnika po jego wzroście wydajność wzrosła do 2%.W tym samym czasie przeprowadzono wyszukiwanie nowych jakości kolorów. Tak stworzone diody oparte na fosforedzie galu, dając zielony odcień, wydajność wynosiła 0,6%.
Jednak! Wydajność zielonych diod LED jest mniejsza, ale ze względu na zwiększoną podatność oka na zielony zakres, wydawały się jaśniejsze niż czerwone.
LED
efficiency Aby dioda LED stała się super-jasna, charakteryzuje się wysoką wydajnością.Logika jest elementarna. Im wyższy prąd, tym większa strata na rezystancji omowej styków. W konsekwencji, aby uzyskać wysoką jasność przy niskiej wydajności, prąd jest niezwykle zwiększony. Półprzewodnik nie wytrzyma i nie rozpuści się.Nic dziwnego, że pierwszy laser działał z chłodzeniem do 77 K. Oprócz swoich właściwości fizycznych, zapewniało to odpowiednie chłodzenie.
Idealna dioda LED o skuteczności emitowania 100% jednego fotonu dla każdego wtryskiwanego elektronu. Nazywa się to wydajnością kwantową, idealnie równą jednemu. W prawdziwej diodzie LED wydajność szacowana jest na podstawie stosunku mocy promieniowania optycznego do prądu wtrysku.
Wyemitowane fotony powinny wejść w przestrzeń kosmiczną.W tym celu, jeśli to możliwe, otwiera się obszar połączenia pn. W rzeczywistości znaczna część fotonów pozostaje w środku. Dlatego każdy projekt, między innymi, charakteryzuje się wyjściem optycznym. Zwykle parametr staje się głównym czynnikiem ograniczającym, ledwie sięgającym 50%.
Sprawność diody LED jest powszechnie rozumiana jako stosunek liczby emitowanych fotonów do zsumowanej mocy. Zwykle napięcie na styku pn spada o około półtora wolta, a następnie prąd rośnie liniowo. W konsekwencji moc jest tracona na przemieszczenie warstwy barierowej, promieniowanie i ogrzewanie opornika omowego. Na początku XXI wieku wydajność LED w wysokości 4% była uważana za normalną( biorąc pod uwagę moc optyczną).
Aby zwiększyć wydajność i wreszcie uzyskać super-jasną diodę LED, inżynierowie zaczęli szukać nowych konstruktywnych rozwiązań.
Poprawa wydajności diod LED
Podwójne heterostruktury
Zwiększenie jaskrawości diody uzyskuje się poprzez utrzymanie wysokiego stężenia nośników. Metodą osiągnięć jest utworzenie podwójnego skrzyżowania pn. W tym przypadku warstwa promieniowania jest otoczona przez półprzewodniki o innym przewodnictwie po obu stronach, zwiększając obszar odlewania nośników mniejszościowych. Projekt wygląda jak 5-warstwowa kanapka:
- Aktywna warstwa promieniowania znajduje się pośrodku.
- Po obu stronach jest pokryty półprzewodnikami, co powoduje obecność dwóch warstw blokujących.
- Kontakty pokrywają zewnętrzne półprzewodniki na całym obszarze, aby poprawić przepływ prądu.
Wydajność kwantowa zależy od grubości rdzenia. Wykres jest nieliniowy i wykazuje wyraźny płaski lub pochyły garb. Odpowiednio, wartość grubości jest wymagana do wyboru spośród jej granic, które wynoszą dziesiątki mikronów. Eksperymenty pokazują, że wzrost wydajności kwantowej uzyskuje się przez słabe domieszkowanie regionu aktywnego. Liczba atomów zanieczyszczeń nie przekracza dziesięciu do siedemnastej mocy jednostek na centymetr sześcienny. Ogólnie rzecz biorąc proces ten jest stosunkowo słabo poznany.
Zwiększone wstrzyknięcie uzyskuje się przez domieszkowanie ekstremalnych warstw. Stężenie zanieczyszczeń tutaj jest co najmniej o rząd wielkości niższe niż w poprzednim przypadku lub podobna liczba razy większa. Chociaż bariera i warstwy aktywne są z definicji reprezentowane przez różne materiały, ważne jest, aby ich sieci krystaliczne miały identyczną strukturę.Wraz ze wzrostem niedopasowania, wydajność kwantowa gwałtownie spada.
