Super jasná LED

Superbright LED je reklama, epithet, na ktorom predajcovia lákajú nič netušiacich zákazníkov. V skutočnosti sa spolieha len na efektívnosť, aby bola venovaná pozornosť.

Koncept jasu

Niekoľko štúdií o charakteristikách LED v tejto záležitosti, obmedzenia vyplývajúce z fyziológie človeka. Citlivosť oka na vlny zelenej je o rád vyššia ako analógový parameter pre červenú.Nestačí vypočítať hustotu toku elektrického prúdu, nestačí sa zaistiť, aby tepelný režim neprekračoval to, čo je povolené, vďaka dobrej účinnosti. Je potrebné, aby výsledný výsledok bol kladený na znaky ľudského zraku.

Teraz je jasné, že vyhlásenia výrobcov o super-jasných LED sú len reklamným trikom. Má vyhodnotiť produkt v komplexe, ale aj potom - pamätajte si - drahý čitateľ - že koherentné svetlo je pre oko nebezpečné.Nemali by ste skontrolovať produkty na vlastnú víziu.

Je už bolestivé pozrieť sa na obyčajné 10-wattové LED svetlo, keď vyžarujúca matrica svieti cez matné sklo. Autori sú presvedčení, že je povolené zavolať akúkoľvek prezentovanú super-jasnú LED.

História vývoja

Väčšina diód funguje v dôsledku luminiscenčného efektu objaveného na začiatku 20. storočia. Predpokladá sa, že prvé LED diódy boli urobené neúmyselne Henry Joseph Round, keď vyhodnotil opravné vlastnosti karbidu kremíka. Treba poznamenať, že minerálne karborundum na Zemi sa takmer nikdy nenachádza, aj keď je v hviezdnom prostredí extrémne bežné.

Odtiaľ prišiel meteorit, ktorý bol príliš tvrdý pre Eugena Achisa v roku 1891.Myšlienka rýpadla je úplne pochopiteľná - rozhodol sa, že objavil diamanty na mŕtvom asteroidu a chcel ticho predať nález. Ale klenotník poznamenal, že neexistujú žiadne charakteristické znaky najdrahšieho kameňa na planéte. A to sa stalo o niekoľko rokov neskôr.

Henry Joseph Round Carborund bol umelý.Na začiatku 20. storočia sa minerál už naučil syntetizovať.Pri tvrdosti je kameň podradený iba diamantu. Vyšetrujúc detektor kryštálov pre rádio( povzbudený skúsenosťami iných výskumníkov, ktorí už patentovali), Henry objavil žiary. Okamžite napísal redakčnú radu časopisu Electric World a uviedol tieto informácie:

1. Pri napätí 10 V AC sa vzorky karborundu v žltej farbe rozsvietia.
2. Keď potenciálny rozdiel narastá až na 110-voltové vedenie, všetky experimentálne kryštály vykazujú luminiscenciu.
3. Pri zvyšovaní napätia v spektre sa zaznamenávajú okrem žltej, zelenej, oranžovej a modrej farby.
4. Jednotlivé materiály žiaria len od okraja, iné vykazujú volumetrický efekt.
5. Fenomén nie je vysvetlený termoelektričnosťou.

Glow sa vyskytuje vtedy, keď je prepojenie pn zaujaté.Pri veľkom napájacom napätí do kryštálu preniká značný počet nositeľov menšinových nábojov. Tento proces je vysvetlený efektom tunela. Keď sa "tour tour" začne rekombinovať s hlavnými nosičmi nábojov, prebytočná energia sa zmení na svetlo. To vysvetľuje skutočnosť, že pri nízkych napätiach Henry Joseph nevidel Kolo.

Avšak nie všetko je tak jednoduché.Schottky diódy - reprezentované karborundom s kovovými kontaktmi - môžu tiež žiarenie s negatívnym napätím. Schéma je presne tá istá, ale so značným potenciálnym rozdielom nastáva rozpad lavíny. Atómy polovodičov sú ionizované akcelerovanými nosičmi náboja, reverzná rekombinácia sa uskutočňuje s emisiami fotónu svetla.

Upozornenie! Moderné LED diódy emitujú len pri priamom posune pn-junction, keď sa kladie kladný potenciál na anódu.

Diela kola boli opakované ruským Losevom v roku 1928.Vedec na kryštálovom detektore dokázal získať žiar a zistilo, že prvé vzorky žiaria len s unipolárnym pripojením a pre ostatných smer jednosmerného prúdu nezáleží.Pokus o pochopenie skutočnosti nevedel k výsledku. Záver kola však potvrdil, že tento efekt nie je spojený s termoelektrickým ohrevom.

Začiatok éry LED je považovaný za začiatok 60. rokov, keď sa objavili prvé karborundové filmy.Účinnosť prvých vzoriek sa ukázala byť prekvapujúco nízka a dosiahla 0,005%.Dôvod je jednoduchý - karbid kremíka je ďaleko od najlepšieho materiálu na výrobu super jasných diód. Táto technológia nie je realizovateľná v tejto fáze.

Ktorý je lepší?

Na začiatku 90. rokov zmizol carborundum z regálov. Posledné modré LED diódy emitované v rozmedzí 470 nm s účinnosťou 0,03%.

Už v 50. rokoch boli polovodiče skupiny AIIBVI dobre študované.Vytváral neustále vyhľadávanie nových technických riešení.Ukázali sa diódy vyžarujúce svetlo z polovodičov triedy III-V s využitím príkladu, ktorý učitelia fyziky vysvetľujú fenomén vodivosti nečistôt. Materiály tohto typu umelého pôvodu sa v prírode nenachádzajú.Dotovaním gália s arzénom získali vedci nové oblasti výskumu. Nečistoty sa injikovali na substrát epitaxiou v kvapalnej fáze alebo v plynnej fáze.

Do roku 1962 sa na základe opísaného materiálu objavili lasery. Boli predpovedané veľkú budúcnosť v kozmickom priemysle, vhodnú na komunikáciu a meranie. Sériovú výrobu LED diód založených na arzenidovom gáliu vykonala firma Texas Instruments. Cena kusu bola 130 dolárov. Dnes sa náklady na LED diódy výrazne znížili a arsenid gallia sa výrazne využíva na vytvorenie ovládacích panelov, komunikačných zariadení a iných vecí.

Fosforylovaný arzenid galílu

Účinnosť známych materiálov sa ukázala byť príliš malá na vytvorenie super jasných LED.Takže Holonyak a Bevac prišli v roku 1962 k potrebe fosforylácie arzenidu gália na zlepšenie výkonu. Funkciou nových zariadení bola vysoká koherentnosť žiarenia. To znamená, že komunikačné zariadenia čakali na ďalšie zlepšenia, homogénnosť lúča zohráva veľkú úlohu.

Predtým, ako sa týkala vývoja hlavne inžinierov IBM, s výnimkou tajných projektov NASA.V roku 1962 sa do boja zapojil slávny General Electric. Rastúce kryštály epitaxiou v plynnej fáze, inžinieri spoločnosti dosiahli pozoruhodný úspech.Účinnosť zariadení sa rýchlo zvýšila, ale koherencia žiarenia sa výrazne znížila. Cena spoločnosti General Electric bola dvakrát vyššia ako v prípade spoločnosti Texas Instruments.

V roku 1968 spoločnosť Monsanto kúpila práva a začala masovú výrobu LED na báze fosforylovaného arzenidu gallia. Predaj rástol každoročne najmenej štvornásobne, ale absolútne zostal absolútne mikroskopický.Nakoniec sa objavia prvé digitálne LED diódy.

Gallium Phosphide

Paralelne bola vyvinutá technológia výroby gália fosfidu. Každá firma v tomto odvetví bojovala s vlastným unikátnym materiálom. Gallium fosfid bol prevzatý spoločnosťou Bell Laboratories. Pravdepodobne to nebola úmyselná stratégia, firmy sa obávali vzájomnej absorpcie. Aj keď skutočnosť uniformity je alarmujúca.

LED diódy s géliom fosfidom umožnili získať žltú a červenú žiara. Spoločnosť Bell Labs začala spolupracovať s ostatnými na začiatku 60. rokov.Čo vás prinúti premýšľať o plánovanej akcii. Prvé publikácie boli nezávislé a robili ich iba dvaja vedci( 1964):

• Grimmeys;
• Scholz.

Cínové legované LED prechody z fosfidu gália sú pomenované podľa nich. Získané údaje potvrdzujú, že optické vlastnosti sa výrazne zlepšili zavedením nečistôt z dusíka.Žíhanie štruktúry polovodiča po jeho raste, účinnosť bola schopná zvýšiť na 2%.Zároveň sa uskutočnilo vyhľadávanie nových farebných vlastností.Takže vytvorené diódy na báze fosfidu gália, poskytujúce zelený odtieň, účinnosť bola 0,6%.

Avšak!Účinnosť zelených diód LED je nižšia, ale vzhľadom na zvýšenú náchylnosť oka k zelenému dosahu sa zdajú byť jasnejšie než červené.

LED

efektívnosť Aby LED bola super jasná, je charakteristická vysokou účinnosťou. Logika je základná.Čím vyšší je prúd, tým väčšia je strata ohmického odporu kontaktov. Z toho vyplýva, že na dosiahnutie vysokého jasu s nízkou účinnosťou je prúd extrémne zvýšený.Polovodič nebude stáť a topí sa. Nebolo to nič, že prvý laser pracoval s chladením na 77 K. Okrem fyzických vlastností to zabezpečilo správne chladenie.

Ideálna LED s účinnosťou 100% vyžaruje jeden fotón pre každý vstreknutý elektrón. Toto sa nazýva kvantový výnos, ideálne sa rovná jednému. V skutočnej LED je účinnosť odhadnutá pomerom optického výkonu k injekčnému prúdu.

Emitované fotóny by mali ísť do priestoru. Ak je to možné, otvorí sa priestor pn-junction. V skutočnosti zostáva vo vnútri významná časť fotónov. Preto sa každý dizajn okrem iného vyznačuje optickým výstupom. Typicky sa parameter stáva hlavným limitujúcim faktorom, ktorý sotva dosahuje 50%.

Účinnosť LED sa bežne chápe ako pomer počtu emitovaných fotónov k súčtovému výkonu. Zvyčajne je napätie na p-n križovatke rádovo o jeden a pol voltov a potom prúd stúpa lineárne. Následkom toho sa stráca energia v dôsledku premiestnenia bariérovej vrstvy, žiarenia a ohrevu ohmického odporu. Na začiatku XXI. Storočia bola efektívnosť LED 4% považovaná za normálnu( berúc do úvahy optický výstup).

Aby sa zvýšil výkon a nakoniec získala super-jasná LED, inžinieri začali hľadať nové konštruktívne riešenia.

Zlepšenie účinnosti LED diód

Dvojité heteroštruktúry

Zvýšenie svetelnosti diódy sa dosiahne udržaním vysokej koncentrácie nosičov. Spôsobom dosiahnutia je vytvorenie dvojitého pn-križovatky. V tomto prípade je žiarenská vrstva obklopená polovodičmi rôznych typov vodivosti na oboch stranách, čo zvyšuje plochu odlievania menšinových nosičov. Konštrukcia vyzerá ako 5-vrstvový sendvič:

1. Aktívna vrstva žiarenia je v strede.
2. Na oboch stranách je pokrytý polovodičmi, čo spôsobuje prítomnosť dvoch uzamykacích vrstiev.
3. Kontakty pokrývajú vonkajšie polovodiče v celej oblasti s cieľom zlepšiť tok prúdu.

Kvantový výťažok závisí od hrúbky jadra. Graf je nelineárny a vykazuje výrazný plochý alebo šikmý hrb. Preto je potrebná hodnota hrúbky na výber z jej limitov, čo sú desiatky mikrónov. Experimenty ukazujú, že zvyšovanie kvantového výťažku sa dosiahne slabým dopingom aktívnej oblasti. Počet atómov nečistôt nepresahuje desať až sedemnásty výkon jednotky na kubický centimeter. Vo všeobecnosti je proces relatívne zle pochopený.

Zvýšená injekcia sa dosiahne dopingovými extrémnymi vrstvami. Koncentrácia nečistôt je prinajmenšom o rádovo nižšia ako v predchádzajúcom prípade alebo podobný počet krát vyšší.Hoci bariéra a aktívne vrstvy sú z definície reprezentované rôznymi materiálmi, je dôležité, aby ich kryštálové mriežky mali štruktúru identickú.S narastajúcim nesúladom sa kvantový výnos prudko zníži.