Superbright LED é um truque publicitário, um epíteto em que os vendedores atraem clientes desavisados. Na verdade, depende exclusivamente da eficiência para prestar atenção.
O conceito de brilho
Poucos estudos sobre as características do LED nesta edição, as limitações impostas pela fisiologia humana. A sensibilidade do olho para as ondas de verde é uma ordem de magnitude maior que o parâmetro análogo para o vermelho. Não é suficiente calcular a densidade de fluxo de potência, não basta garantir que o regime térmico não vá além do permitido, graças à boa eficiência.É necessário impor o resultado resultante às características da visão humana.
Agora fica claro que as declarações dos fabricantes sobre LEDs super brilhantes são apenas um artifício publicitário.É suposto avaliar o produto no complexo, mas mesmo assim, lembre-se - querido leitor - que a luz coerente é perigosa para o olho. Você não deve verificar os produtos em sua própria visão.
Já é doloroso olhar para uma lâmpada LED comum de 10 watts quando a matriz radiante brilha através de um vidro fosco. Os autores estão confiantes de que é permitido chamar qualquer LED super-brilhante apresentado.
A história do desenvolvimento do
A maioria dos diodos opera devido ao efeito de luminescência, descoberto no início do século XX.Acredita-se que os primeiros LEDs foram feitos involuntariamente por Henry Joseph Round quando ele avaliou as propriedades de retificação do carboneto de silício. Vale ressaltar que o mineral carborundum no planeta Terra quase nunca é encontrado, embora seja extremamente comum em atmosferas estelares.
Iluminação brilhante de
De lá, um meteorito chegou, que foi muito difícil para Eugene Achison em 1891.A idéia da escavadeira é bastante compreensível - ele decidiu que havia descoberto diamantes no asteróide morto e queria vender o achado em silêncio. Mas o joalheiro notou que não há sinais característicos da pedra mais preciosa do planeta. E isso aconteceu anos depois.
Henry Joseph Round Carborund era artificial. No início do século 20, o mineral já foi aprendido a sintetizar. Na dureza a pedra é inferior apenas ao diamante. Investigando um detector de cristal para rádio( encorajado pela experiência de outros pesquisadores que já patentearam), Henry descobriu um brilho. Ele imediatamente escreveu para o conselho editorial da revista Electric World e relatou esta informação:
- A uma voltagem de 10 V AC, amostras de carborundum em amarelo acendem.
- À medida que a diferença de potencial aumenta até a rede de 110 volts, todos os cristais experimentais mostram luminescência.
- À medida que a voltagem no espectro aumenta, além das cores amarela, verde, laranja e azul são observadas.
- Materiais individuais brilham somente a partir da borda, outros mostram um efeito volumétrico.
- O fenômeno não é explicado pela termoeletricidade.
O brilho ocorre quando a junção pn é polarizada. Com uma grande tensão aplicada, um número considerável de portadores de carga minoritários penetram no cristal. O processo é explicado pelo efeito do túnel. Quando o "tour convidado" começa a se recombinar com os principais portadores de carga, o excesso de energia se transforma em luz. Isso explica o fato de que, em baixas tensões, Henry Joseph não observou Round.
No entanto, nem tudo é tão simples. Os diodos de Schottky - representados por carborundum com contatos metálicos - também podem brilhar com uma tensão negativa aplicada. O esquema é exatamente o mesmo, mas com uma diferença de potencial significativa, ocorre uma avalanche. Os átomos semicondutores são ionizados por portadores de carga acelerada, a recombinação reversa é realizada com a emissão de um fóton de luz.
Atenção! LEDs modernos emitem somente em um deslocamento direto da junção pn, quando um potencial positivo é aplicado ao ânodo.
As obras da Rodada foram repetidas pelo russo Losev em 1928.O cientista do detector de cristal conseguiu obter um brilho e descobriu que as primeiras amostras brilham apenas com uma conexão unipolar e, para outras, a direção da corrente contínua não importa. Tentativas de compreender o fato não levaram ao resultado. Mas a conclusão da Rodada foi confirmada que o efeito não está associado ao aquecimento termoelétrico.
O início da era dos LEDs é considerado o início dos anos 60, quando surgiram os primeiros filmes de carborundum. A eficiência dos primeiros espécimes revelou-se surpreendentemente pequena e atingiu 0,005%.O motivo é simples - o carboneto de silício está longe de ser o melhor material para a fabricação de diodos super brilhantes. Este último não é viável neste estágio da tecnologia.
Qual é o melhor?
No início dos anos 90, o carborundum desapareceu das prateleiras. Os últimos LEDs azuis emitidos no intervalo de 470 nm com uma eficiência de 0,03%.
Já nos anos 50, os semicondutores do grupo AIIBVI foram bem estudados. Produziu uma busca constante por novas soluções técnicas. Os diodos emissores de luz dos semicondutores da classe III-V apareceram, usando o exemplo de que os professores de física explicam o fenômeno da condutividade da impureza. Materiais deste tipo de origem artificial não são encontrados na natureza. Ao dopar o gálio com arsênico, os cientistas obtiveram um novo campo para pesquisa. As impurezas foram injectadas no substrato por epitaxia em fase líquida ou em fase gasosa.
Em 1962, os lasers já haviam aparecido com base no material descrito. Eles previram um grande futuro na indústria espacial, adequado para comunicação e medições. A produção em série de LEDs baseados em arsenieto de gálio foi realizada pela Texas Instruments. O preço da peça foi de 130 dólares. Hoje, o custo dos LEDs diminuiu bastante, e o arsenieto de gálio é usado massivamente para criar painéis de controle, dispositivos de comunicação e outras coisas.
Arsenieto de gálio fosforilado
A eficiência dos materiais conhecidos revelou-se demasiado pequena para criar LEDs super brilhantes. Então Holonyak e Bevac chegaram em 1962 à necessidade de fosforilação do arsenieto de gálio para melhorar o desempenho. Uma característica dos novos dispositivos foi a alta coerência da radiação. Isso significa que o equipamento de comunicação está aguardando novas melhorias, e a homogeneidade do feixe desempenha um grande papel.
Modern Technologies
Antes era sobre o desenvolvimento principalmente dos engenheiros da IBM, exceto os projetos secretos da NASA.Em 1962, o famoso General Electric se juntou à luta. Crescendo cristais por epitaxia em fase gasosa, os engenheiros da empresa obtiveram um sucesso notável. A eficiência dos dispositivos foi rapidamente aumentada, mas a coerência da radiação foi bastante reduzida. O preço da General Electric foi duas vezes maior do que a Texas Instruments, o lote saiu escasso.
Em 1968, a Monsanto comprou os direitos e iniciou a produção em massa de LEDs baseados no arsenieto de gálio fosforilado. As vendas cresceram anualmente pelo menos quatro vezes, mas permaneceram absolutamente microscópicas em termos absolutos. Finalmente, os primeiros displays digitais LED aparecem.
Fosfeto de Gálio
Em paralelo, desenvolveu-se a tecnologia de produção de fosforeto de gálio. Cada empresa do setor lutava com seu próprio material exclusivo. O fosforeto de gálio foi absorvido pelos Laboratórios Bell. Essa provavelmente não foi uma estratégia deliberada, as empresas tinham medo da absorção mútua. Embora o fato da uniformidade seja alarmante. Os LEDs de fosforeto de gálio
tornaram possível obter um brilho amarelo e vermelho. A Bell Labs começou a trabalhar em conjunto com outras pessoas no início dos anos 60.O que faz você pensar sobre a ação planejada. As primeiras publicações foram independentes e feitas apenas por dois cientistas( 1964):
- Grimmeys;
- Scholz.
As transições LED de liga de estanho do fosforeto de gálio são nomeadas após elas. Os dados obtidos que as propriedades ópticas são muito melhoradas pela introdução de impurezas de nitrogênio. Recozendo a estrutura de um semicondutor após o seu crescimento, a eficiência foi capaz de aumentar para 2%.Ao mesmo tempo, foi feita uma busca por novas qualidades de cor. Assim criados diodos baseados em fosforeto de gálio, dando uma tonalidade verde, a eficiência foi de 0,6%.
No entanto! A eficiência dos LEDs verdes é menor, mas devido à maior suscetibilidade do olho ao verde, eles pareciam mais brilhantes do que vermelhos. Eficiência do
LED
Para que o LED se torne super brilhante, ele é caracterizado pela alta eficiência. A lógica é elementar. Quanto mais alta a corrente, maior a perda da resistência ôhmica dos contatos. Consequentemente, para obter alto brilho com baixa eficiência, a corrente é extremamente aumentada. O semicondutor não vai ficar e derreter. Não foi à toa que o primeiro laser trabalhou com resfriamento a 77 K. Além de suas qualidades físicas, isso garantiu um resfriamento adequado.
Um LED ideal com uma eficiência de 100% irradiando um fóton para cada elétron injetado. Isso é chamado de rendimento quântico, idealmente igual a um. Em um LED real, a eficiência é estimada pela razão entre a potência da radiação óptica e a corrente de injeção.
Os fótons emitidos devem ir para o espaço. Para isso, se possível, a área da junção pn se abre. Na realidade, uma parte significativa dos fótons permanece dentro. Portanto, cada design, entre outras coisas, é caracterizado por uma saída óptica. Normalmente, o parâmetro se torna o principal fator limitante, alcançando apenas 50%.
A eficiência de um LED é comumente entendida como a razão entre o número de fótons emitidos e a potência somada. Normalmente, uma tensão de junção pn cai para a ordem de um e meio volts, e então a corrente aumenta linearmente. Consequentemente, a energia é perdida no deslocamento da camada de barreira, radiação e aquecimento da resistência ôhmica. No início do século XXI, a eficiência do LED de 4% foi considerada normal( levando em conta a saída óptica).
Para aumentar a produção e finalmente obter um LED super-brilhante, os engenheiros começaram a procurar por novas soluções construtivas.
Melhorando a eficiência dos LEDs
Dual heteroestruturas
O aumento da luminosidade do diodo é obtido pela manutenção de uma alta concentração de portadores. O método de realização é a criação de um duplo pn-junção. Neste caso, a camada de radiação é cercada por semicondutores de um tipo diferente de condutividade em ambos os lados, aumentando a área de fundição de portadores minoritários. O design parece um sanduíche de 5 camadas:
- A camada de radiação ativa está no centro.
- Em ambos os lados é coberto por semicondutores, o que provoca a presença de duas camadas de bloqueio. Contatos
- cobrem semicondutores externos em toda a área para melhorar o fluxo de corrente.
O rendimento quântico depende da espessura do núcleo. O gráfico não é linear e demonstra uma pronunciada corcunda plana ou inclinada. Assim, o valor da espessura é necessário para escolher seus limites, que são dezenas de microns. Experimentos mostram que aumentos no rendimento quântico são alcançados pelo doping fraco da região ativa. O número de átomos de impureza não excede dez à décima sétima potência de unidades por centímetro cúbico. Em geral, o processo é relativamente mal compreendido.
A injeção aumentada é obtida por meio de dopagem de camadas extremas. A concentração de impurezas aqui é pelo menos uma ordem de magnitude menor do que no caso anterior, ou um número similar de vezes maior. Embora a barreira e as camadas ativas sejam, por definição, representadas por diferentes materiais, é importante que suas redes cristalinas sejam idênticas em estrutura. Com o descompasso crescente, o rendimento quântico cai drasticamente.
