Superbright LED je reklamni trik, epitet, na katerem prodajalci privabljajo nič hudega sluteče stranke. Dejansko se zanaša zgolj na učinkovitost, da se posveti pozornost.
Koncept svetlosti
Nekaj raziskav o značilnostih LED v tem vprašanju, omejitvah, ki jih nalaga človeška fiziologija. Občutljivost očesa na zelene valove je za velikost reda večja od analognega parametra za rdečo. Ni dovolj, da izračunamo gostoto pretoka moči, ni dovolj, da zagotovimo, da toplotni režim zaradi dobre učinkovitosti ne presega dovoljenega. Potreben je učinek rezultatov na značilnosti človeškega vida.
Zdaj postane jasno, da so izjave proizvajalcev o super-svetlih LED-jih le reklamni trik. Izdelek naj bi ovrednotil v kompleksu, a tudi potem se spomnite - dragi bralec - da je koherentna svetloba nevarna za oko. Izdelkov ne smete preverjati na lastno vizijo.
Že zdaj je boleče pogledati običajno 10-vatno LED svetlobo, ko sevalna matrica zasije skozi motno steklo. Avtorji so prepričani, da je dovoljeno klicati vse predstavljene super-svetle LED.
Zgodovina razvoja
Večina diod deluje zaradi luminescenčnega učinka, odkritega v začetku 20. stoletja. Verjetno je, da je prve svetilke LED nenamerno naredil Henry Joseph Round, ko je ocenil popravljalne lastnosti silicijevega karbida. Omeniti je treba, da mineralni karborund na planetu Zemljo skoraj nikoli ne najdemo, čeprav je zelo pogost v zvezdnih atmosferah.
Od tam je prišel meteorit, ki je bil preveč težak za Eugena Achisona leta 1891.Zamisel o bagru je povsem razumljiva - odločil se je, da je na mrtvem asteroidu odkril diamante in želel tiho prodati najdbo. Toda draguljar je ugotovil, da ni nobenih značilnih znakov najdragocenejšega kamna na planetu. In to se je zgodilo let kasneje.
Henry Joseph Round Carborund je bil umeten. V začetku 20. stoletja se je mineral že naučil sintetizirati. V trdoti je kamen podrejen le diamantu. Henry je odkril detektor kristalov za radio( ki ga spodbujajo izkušnje drugih raziskovalcev, ki so že patentirali).Takoj je pisal uredništvu revije Electric World in sporočil te informacije:
- Pri napetosti 10 V AC se prižgejo vzorci karborunda v rumeni barvi.
- Ker se potencialna razlika poveča do 110-voltnega omrežja, vsi eksperimentalni kristali kažejo luminiscenco.
- Ko se napetost v spektru poveča, se poleg rumene, zelene, zabeležijo tudi oranžne in modre barve.
- Posamezni materiali svetijo le z roba, drugi pa imajo volumetrični učinek.
- Pojav ni pojasnjen s termoelektričnostjo.
Glow se pojavi, ko je pn spoj pristranski. Z veliko uporabljeno napetostjo v kristal prodre veliko število manjših nosilcev naboja. Postopek je pojasnjen z učinkom predora. Ko se "turneja gostov" začne rekombinirati z glavnimi nosilci naboja, se odvečna energija spremeni v svetlobo. To pojasnjuje dejstvo, da Henry Joseph pri nizkih napetostih ni opazil kroga.
Vendar pa ni vse tako preprosto. Schottky-jeve diode - ki jih predstavlja karborund s kovinskimi stiki - lahko svetijo tudi z negativno uporabljeno napetostjo. Shema je popolnoma enaka, toda z veliko potencialno razliko pride do razpada plazov. Polprevodniški atomi se ionizirajo s pospešenimi nosilci naboja, povratna rekombinacija se izvaja z emisijo fotona svetlobe.
Opozorilo! Sodobne svetleče diode oddajajo le pri neposrednem premiku pn-spoja, ko se pozitivni potencial uporabi na anodi.
Dela kroga je ruski Losev ponovil leta 1928.Znanstvenik na kristalnem detektorju je uspel dobiti sijaj in ugotovil, da prvi vzorci svetijo samo z enopolno povezavo, za druge pa smer enosmernega toka ni pomembna. Poskusi razumevanja dejstva niso privedli do rezultata. Toda zaključek kroga je bil potrjen, da učinek ni povezan s termoelektričnim ogrevanjem.
Začetek LED-ere velja za zgodnjih 60-ih, ko so se pojavili prvi karborundni filmi. Učinkovitost prvih vzorcev se je izkazala za neverjetno majhno in je znašala 0,005%.Razlog je preprost - silicijev karbid je daleč od najboljšega materiala za izdelavo super-svetlih diod. Slednje na tej stopnji tehnologije ni izvedljivo.
Kateri je boljši?
V začetku devetdesetih let je karborund izginil s polic. Zadnje modre svetleče diode se oddajajo v območju 470 nm z učinkovitostjo 0,03%.
Že v 50-ih letih so bili polprevodniki iz skupine AIIBVI dobro proučeni. Izdelali smo stalno iskanje novih tehničnih rešitev. Pojavile so se svetlobne diode iz polprevodnikov III-V razreda, na primeru katerih učitelji fizike razlagajo pojav neprepustne prevodnosti. Materiali te vrste umetnega izvora niso prisotni v naravi. Z dopiranjem galija z arzenom so znanstveniki pridobili novo področje za raziskave. Nečistoče smo injicirali na substrat z epitaksijo tekoče faze ali plinske faze.
Leta 1962 so se na osnovi opisanega materiala pojavili laserji. Predvidevali so veliko prihodnost v vesoljski industriji, primerni za komunikacijo in meritve. Serijsko proizvodnjo LED na osnovi galijevega arzenida je izvedla družba Texas Instruments. Cena dela je bila 130 dolarjev. Danes se je cena LED diod močno zmanjšala, galski arzenid pa se množično uporablja za izdelavo nadzornih plošč, komunikacijskih naprav in drugih stvari.
Fosforilirani galijev arzenid
Učinkovitost znanih materialov se je izkazala za premajhno za ustvarjanje super-svetlih LED.Tako so Holonyak in Bevac leta 1962 prišla do potrebe po fosforilaciji galijevega arzenida za izboljšanje učinkovitosti. Značilnost novih naprav je bila visoka povezanost sevanja. To je pomenilo, da je komunikacijska oprema čakala na nadaljnje izboljšave, homogenost žarkov pa ima pomembno vlogo.
Preden je šlo za razvoj predvsem IBM-ovih inženirjev, razen za skrivne NASA projekte. Leta 1962 se je borba pridružila slavni General Electric. Inženirji podjetja so z rastočimi kristali s plinsko fazno epitaksijo dosegli opazen uspeh. Učinkovitost naprav se je hitro povečala, vendar se je koherentnost sevanja močno zmanjšala. Cena General Electrica je bila dvakrat višja od cene Texas Instruments, serija pa je izginila.
Leta 1968 je Monsanto kupil pravice in začel množično proizvodnjo LED na osnovi fosforiliranega galijevega arzenida. Prodaja se je letno zvišala vsaj štirikrat, vendar je v absolutnem smislu ostala popolnoma mikroskopska. Na koncu se prikažejo prvi digitalni zasloni LED.
Galijev fosfid
Vzporedno so razvili tehnologijo proizvodnje galijevega fosfida. Vsako podjetje v panogi se je borilo s svojim edinstvenim materialom. Galijev fosfid so prevzeli Bell Laboratories. To verjetno ni bila namerna strategija, podjetja so se bala vzajemne absorpcije.Čeprav je dejstvo enotnosti zaskrbljujoče. LED diode galijevega fosfida
so omogočile rumen in rdeč sij. Bell Labs je začel sodelovati z drugimi v zgodnjih 60-ih. Zaradi česar razmišljate o načrtovanem ukrepu. Prve publikacije so bile neodvisne in so jih izdelali le dva znanstvenika( 1964):
- Grimmeys;
- Scholz.
Tin-legirani LED prehodi iz galijevega fosfida so poimenovani po njih. Dobljeni podatki kažejo, da se optične lastnosti močno izboljšajo z vnosom nečistoč dušika. Po tem, ko je struktura polprevodnika narasla po rasti, se je učinkovitost lahko povečala na 2%.Istočasno so iskali nove barvne lastnosti. Tako so nastale diode na osnovi galijevega fosfida, kar je dalo zelen odtenek, učinkovitost je bila 0,6%.
Vendar! Učinkovitost zelenih LED diod je nižja, vendar se je zaradi povečane občutljivosti očesa na zeleno območje zdela svetlejša od rdeče. Učinkovitost
LED
Da bi LED postal super-svetel, ga odlikuje visoka učinkovitost. Logika je osnovna. Višji kot je tok, večja je izguba ohmskega upora kontaktov. Zato, da bi dobili visoko svetlost z nizko učinkovitostjo, je tok zelo povečan. Polprevodnik ne bo stal in se ne topi. Ni bil za nič, da je prvi laser deloval s hlajenjem na 77 K. Poleg svojih fizičnih lastnosti je to zagotovilo tudi ustrezno hlajenje.
Idealna LED z učinkovitostjo 100%, ki oddaja en foton za vsak vbrizgan elektron. To se imenuje kvantni donos, ki je idealno enak enemu. V realni LED je učinkovitost ocenjena z razmerjem med močjo optičnega sevanja in injekcijskim tokom.
Oddani fotoni naj gredo v vesolje. Za to se, če je mogoče, odpre območje pn-križišča. V resnici ostane pomemben del fotonov v notranjosti. Zato je za vsako obliko med drugim značilen optični izhod. Značilno je, da parameter postane glavni omejevalni dejavnik, ki komaj doseže 50%.
Učinkovitost svetleče diode se običajno razume kot razmerje med številom oddanih fotonov in seštevano močjo. Običajno pn napetost stika pade na red in pol voltov, nato se tok linearno dvigne. Posledično se izgubi moč za premestitev pregradne plasti, sevanje in segrevanje ohmskega upora. Na začetku XXI. Stoletja se je učinkovitost LED-ja 4% štela za normalno( ob upoštevanju optičnega izhoda).
Da bi povečali izhod in končno dobili super svetle LED, so inženirji začeli iskati nove konstruktivne rešitve.
Izboljšanje učinkovitosti LED
Dvojne heterostrukture
Povečanje svetilnosti diode se doseže z vzdrževanjem visoke koncentracije nosilcev. Metoda doseganja je ustvarjanje dvojnega pn-stičišča. V tem primeru je sevalna plast obojestransko obdana s polprevodniki drugačne vrste prevodnosti, kar povečuje območje ulivanja manjšinskih nosilcev. Oblika izgleda kot 5-slojni sendvič:
- Aktivni sloj sevanja je v sredini.
- Na obeh straneh je prekrit s polprevodniki, kar povzroča prisotnost dveh zaklopnih plasti.
- Kontakti pokrivajo zunanje polprevodnike po celotnem območju za izboljšanje toka.
Kvantni donos je odvisen od debeline jedra. Graf je nelinearen in kaže izrazito ravno ali nagnjeno grbo. V skladu s tem je za izbiro debeline potrebno uporabiti njene meje, ki so desetine mikronov. Poskusi kažejo, da se povečanje kvantnega donosa doseže s šibkim dopiranjem aktivne regije.Število atomov nečistoč ne presega deset do sedemnajste moči enot na kubični centimeter. Na splošno je proces razmeroma slabo razumljen.
Povečano vbrizgavanje se doseže z doping ekstremnimi plastmi. Tu je koncentracija nečistoč vsaj za red velikosti nižja kot v prejšnjem primeru ali podobno število krat višja.Čeprav so pregrada in aktivni sloji po definiciji predstavljeni z različnimi materiali, je pomembno, da so njihove kristalne rešetke enake po strukturi. S povečevanjem neusklajenosti kvantni donos močno upada.