Superbright LED är en reklamfilm, en epithet där säljare lockar intet ont anande kunder. Faktum är att det bara bygger på effektivitet att uppmärksamma.
Konceptet ljusstyrka
Få studier av LED-egenskaperna i denna utgåva, de begränsningar som åläggs av human fysiologi.Ögonkänsligheten till grönvågorna är en storleksordning högre än den analoga parametern för röd. Det räcker inte att beräkna kraftflödesdensiteten, det räcker inte för att säkerställa att värmebehandlingen inte går utöver vad som är tillåtet tack vare god effektivitet. Det är nödvändigt att påföra det resulterande resultatet på funktionerna i människa.
Nu blir det klart att tillverkarens uttalanden om superljusa LED-lampor bara är en reklamfilm. Det är meningen att utvärdera produkten i komplexet, men även då kom ihåg - kära läsare - det sammanhängande ljuset är farligt för ögat. Du bör inte kontrollera produkterna på egen vision.
Det är redan smärtsamt att titta på ett vanligt 10 watt LED-ljus när strålningsmatrisen lyser genom ett frostat glas. Författarna är övertygade om att det är tillåtet att ringa någon framad lysande LED.
Historien om utvecklingen av
De flesta dioder fungerar på grund av luminescenseffekten, som upptäcktes i början av 1900-talet. Det antas att de första lysdioderna oavsiktligt gjordes av Henry Joseph Round när han utvärderade likriktningsegenskaperna hos kiselkarbid. Det är anmärkningsvärt att mineralcarborundumet på planeten Jorden nästan aldrig finns, även om det är extremt vanligt i stellära atmosfärer.
Lysande belysning av
Därifrån kom en meteorit, som var för hård för Eugene Achison år 1891.Grävmaskinens uppfattning är ganska förståelig - han bestämde sig för att han hade upptäckt diamanter på den döda asteroiden och ville tyst sälja sökningen. Men juvelern noterade att det inte finns några karakteristiska tecken på den mest värdefulla sten på planeten. Och det hände år senare.
Henry Joseph Round Carborund var artificiell. I början av 1900-talet var mineralet redan lärt sig att syntetisera. I hårdhet är stenen underlägsen endast diamant. Att undersöka en kristalldetektor för radio( uppmuntrat av erfarenheter från andra forskare som redan har patenterat), upptäckte Henry ett glöd. Han skrev omedelbart till redaktionen för tidningen Electric World och rapporterade denna information:
- Vid en spänning på 10 V AC sände prov av carborundum i gult upp.
- Eftersom potentialskillnaden ökar upp till 110 V-nätet visar alla experimentella kristaller luminescens.
- Eftersom spänningen i spektrat ökar, noteras förutom gula, gröna, orange och blåa färger.
- Individuella material glöder bara från kanten, andra visar en volymetrisk effekt.
- Fenomenet förklaras inte av termoelektricitet.
Glöd uppstår när pn-korsningen är förspänd. Med stor applicerad spänning tränger ett betydande antal minoritetsladdningsbärare in i kristallen. Processen förklaras av tunneleffekten. När "gästutflykten" börjar rekombineras med huvudladdningsbärarna blir överskottsenergin ljus. Detta förklarar det faktum att Henry Joseph vid låga spänningar inte observerade Round.
Men inte allt är så enkelt. Schottky-dioder - representerade av karborundum med metallkontakter - kan också lysa med en negativ pålagd spänning. Schemat är exakt detsamma, men med en betydande potentiell skillnad uppstår en snedbrytning. Halvledaratomer joniseras av accelererade laddningsbärare, den omvända rekombinationen utförs med emission av en foton av ljus.
Varning! Moderna lysdioder avger endast vid en direkt förskjutning av pn-korsningen, när en positiv potential appliceras på anoden.
Runda arbetena upprepades av ryska Losev 1928.Vetenskapsmannen på kristalldetektorn lyckades få en glöd och fann att de första proverna bara lyser med en unipolär anslutning, och för andra riktar inte riktningen av likström. Försök att förstå faktum ledde inte till resultatet. Men avslutningen av rundan bekräftades att effekten inte är förknippad med termoelektrisk uppvärmning.
Inledningen av LED-eran anses vara början på 60-talet, när de första carborundumfilmerna uppträdde. Effektiviteten hos de första exemplen visade sig vara otroligt liten och uppgick till 0,005%.Anledningen är enkel - kiselkarbid är långt ifrån det bästa materialet för tillverkning av superljusdioder. Det senare är inte genomförbart på detta tekniska stadium.
Vilket är bättre?
I början av 90-talet försvann carborundum från hyllorna. De sista blå lysdioderna emitterades i intervallet 470 nm med en effektivitet på 0,03%.
Redan på 50-talet var halvledare från AIIBVI-gruppen väl studerade. Producerat en ständig sökning efter nya tekniska lösningar. De lysdioder från III-V-klasshalvledare uppträdde, med hjälp av exemplet av vilka fysiklärare förklarar fenomenet föroreningsledningsförmåga. Material av denna typ av artificiellt ursprung finns inte i naturen. Genom dopning av gallium med arsenik fick forskare ett nytt fält för forskning. Föroreningar injicerades på substratet genom vätskefas eller gasfasepitaxi.
Vid 1962 hade lasrar redan dykt upp på grundval av det beskrivna materialet. De förutspåddes en stor framtid i rymdindustrin, lämpad för kommunikation och mätningar. Den seriella produktionen av lysdioder baserade på galliumarsenid genomfördes av Texas Instruments. Priset på biten var 130 dollar. Idag har kostnaden för LED-lampor minskat kraftigt, och galliumarsenid används massivt för att skapa kontrollpaneler, kommunikationsenheter och andra saker.
fosforylerad galliumarsenid
Effektiviteten hos kända material var för liten för att skapa superljusa lysdioder. Så Holonyak och Bevac kom 1962 till behovet av fosforylering av galliumarsenid för att förbättra prestanda. En egenskap hos de nya enheterna var strålningens höga koherens. Detta innebar att kommunikationsutrustning väntade på ytterligare förbättringar, strålehomogenitet spelar en stor roll.
Modern Technologies
Innan det handlade om utvecklingen främst av IBM-ingenjörer, förutom de hemliga NASA-projekten.År 1962 gick den kända General Electric i kampen. Växande kristaller genom gasfas epitax, har ingenjörerna i företaget uppnått märkbar framgång. Effektiviteten hos enheterna ökade snabbt, men strålningens koherens reducerades kraftigt. Priset på General Electric var dubbelt så högt som Texas Instruments, batchen blev skarp.
År 1968 köpte Monsanto rättigheterna och startade massproduktion av lysdioder baserat på fosforylerad galliumarsenid. Försäljningen ökade årligen minst fyra gånger, men förblev absolut mikroskopisk i absoluta termer. Slutligen visas de första LED-digitala displayerna.
Galliumfosfid
Parallellt utvecklades galliumfosfidproduktionstekniken. Varje företag i branschen kämpade med sitt eget unika material. Galliumfosfid togs upp av Bell Laboratories. Detta var nog inte en avsiktlig strategi, företag var rädda för ömsesidig absorption.Även om enhetligheten är alarmerande.
galliumfosfidlampor gjorde det möjligt att få en gul och röd glöd. Bell Labs började arbeta tillsammans med andra i början av 60-talet. Vad får dig att tänka på den planerade åtgärden. De första publikationerna var oberoende och gjordes endast av två forskare( 1964):
- Grimmeys;
- Scholz.
Tennlegerade LED-övergångar från galliumfosfid namnges efter dem. Uppgifterna erhållna att de optiska egenskaperna förbättras avsevärt genom införandet av kväveföroreningar. Genom att förstärka strukturen hos en halvledare efter dess tillväxt kunde effektiviteten öka till 2%.Samtidigt sökte man efter nya färgegenskaper. Så skapade dioder baserade på galliumfosfid, vilket gav en grön nyans, var effektiviteten 0,6%.
Men! Effektiviteten hos gröna lysdioder är lägre, men på grund av ökad känslighet för ögat mot grönområdet verkade de ljusare än röda.
LED
effektivitet För att LED ska bli superljus karakteriseras den av hög effektivitet. Logiken är elementär. Ju högre strömmen desto större förlust på kontakternas ohmiska motstånd. Följaktligen för att uppnå hög ljusstyrka med låg effektivitet är strömmen extremt ökad. Halvledaren kommer inte att stå och smälta. Det var inte för ingenting att den första lasern arbetade med kylning till 77 K. Förutom de fysiska egenskaperna sålde detta en korrekt kylning.
En idealisk LED med en effektivitet på 100% strålande en foton för varje injicerad elektron. Detta kallas ett kvantutbyte, idealiskt lika med ett. I en riktig LED uppskattas effektiviteten genom förhållandet mellan effekten av optisk strålning och injektionsströmmen.
De utsända foton ska gå in i rymden. För detta, om möjligt, öppnas området för pn-korsningen. I verkligheten kvarstår en betydande del av fotonen inuti. Därför kännetecknas varje design bland annat av en optisk utgång. Vanligtvis blir parametern huvudbegränsningsfaktorn, knappt når 50%.
Effektiviteten hos en LED är allmänt känd som förhållandet mellan antalet emitterade fotoner och den summerade effekten. Typiskt faller en spänning i storleksordningen ett och en halv volta över pn-korsningen, och därefter stiger strömmen linjärt. Följaktligen förloras effekten för förskjutningen av barriärskiktet, strålningen och upphettningen av det ohmiska motståndet. I början av XXI-talet var LED-effektiviteten 4% ansedd normal( med hänsyn till optisk utmatning).
För att öka produktionen och slutligen få en superljusdiod, började ingenjörerna leta efter nya konstruktiva lösningar.
Förbättrad effektivitet hos LED-lampor
Två heterostrukturer
Förhöjning av diodens ljusstyrka uppnås genom att bibehålla en hög koncentration av bärare. Metoden för prestation är skapandet av en dubbel pn-korsning. I detta fall är strålningsskiktet omgivet av halvledare av en annan typ av konduktivitet på båda sidor, vilket ökar området för gjutning av minoritetsbärare. Designen ser ut som en 5-lager sandwich:
- Det aktiva strålningsskiktet ligger i mitten.
- På båda sidor är den täckt av halvledare, vilket orsakar närvaron av två låsskikt.
- Kontakter täcker yttre halvledare över hela området för att förbättra strömflödet.
Kvantautbytet beror på kardtjockleken. Diagrammet är icke-linjärt och visar en uttalad platt eller sluttande puckel. Följaktligen krävs tjockleksvärdet för att välja från dess gränser, vilka är tiotals mikron. Experiment visar att ökning av kvantutbytet uppnås genom svag dopning av den aktiva regionen. Antalet orenhetsatomer överstiger inte tio till den sjuttonde effekten av enheter per kubikcentimeter. I allmänhet är processen relativt dålig förstådd.
Ökad injektion uppnås genom extrema lager dop. Koncentrationen av föroreningar här är åtminstone en storleksordning lägre än i föregående fall eller ett liknande antal gånger högre. Fastän barriären och aktiva lagren per definition representeras av olika material är det viktigt att deras kristallgitter är identiska i struktur. Med ökande felmatchning sjunker kvantutbytet kraftigt.
