Как выращивают светодиоды

Как выращивают светодиоды

Светодиод – полупроводниковый диод, излучающий свет при прохождении тока через p-n–переход. Чтобы p-n-переход излучал свет, должны выполняться следующие два условия. Во-первых, ширина запрещённой зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона, а во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой. Для этого полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу. Реально, чтобы их соблюсти, одного р-n-перехода в кристалле недостаточно. Приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры. Их называют гетероструктуры (именно за изучение гетероструктур академик Алферов получил Нобелевскую премию). Это послужило новым этапом в развитии технологий изготовления светодиодов.

Производство светоизлучающих диодов сталкивается с некоторыми трудностями. Поскольку создание светодиодов — это динамично развивающаяся отрасль светотехнической промышленности, то сложившихся законов и правил их применения пока не существует. Нет нормативной документации, относящейся к процессу производства и использования светодиодов. Каждое крупное производство старается найти свои критерии отбора продукции, но, к сожалению, некаких международных соглашений не существует. Хотя в этом направлении в последнее время ведется активная работа и достигнуты хорошие результаты, надо понимать, что создание единых требований к светодиодной технике – дело не одного года. Чтобы понять, в чем сложность создания подобной документации, следует ознакомиться с технологией производства.

Рассмотрим поэтапно процесс выращивания светодиодов.

1) Выращивание кристалла.

Здесь главную роль играет такой процесс, как металлоорганическая эпитаксия. Эпитаксия – это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Эпитаксиальный рост полупроводников (а светодиод – это именно полупроводник) осуществляется методом термического разложения (пиролиза) металлорганических соединений, содержащих необходимые химические элементы. Для такого процесса необходимы особо чистые газы, что предусмотрено в современных установках. Толщины выращиваемых слоев тщательно контролируются. Важно обеспечить однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста доходит до полутора миллионов евро. А процесс наладки получения высококачественных материалов для будущих светодиодов занимает несколько лет.

2) Создание чипа.

На этом этапе имеют место такие процессы, как травление, создание контактов, резка. Весь этот комплекс получил название «планарная обработка пленок». Пленка, выращенная на одной подложке, разделяется на несколько тысяч чипов.

Биннирование (сортировка чипов) – особенно важный процесс производства светодиодов, о котором несправедливо часто забывают упоминать в литературе. Дело в том, что при производстве любой продукции должны соблюдаться некие критерии отбора. Но на вышеописанных стадиях производства светодиода невозможно добиться абсолютного сходства изделий по его характеристикам. Изготовленные чипы изначально имеют характеристики, различающиеся в некотором диапазоне. Чипы сортируют на группы (бины). В каждой группе определённый параметр варьируется в определённых пределах. Сортировка происходит по:

— Длине волны максимума излучения;
— Напряжению;
— Световому потоку (или осевой силе света) и т. д.

Биннирование, как способ градации светодиодной продукции, находит применение на производстве и, следовательно, в наименовании поставляемой продукции. Оба эти факта делают применение светодиодов доступным для широкого круга пользователей.

4) Создание светодиода.

Создание непосредственно светодиода – это заключительный этап технологической цепочки. Создается корпус будущего источника света, монтируются выводы, подбирается люминофор (если он необходим). Но особо стоит отметить такую важную часть, как оптическую систему (а именно, изготовление линз). Линзы для светодиодов изготавливают из эпоксидной смолы, силикона или пластика. К ним предъявляется широкий спектр требований, т.к. оптическая система светодиода играет большую роль (направляет световой поток светодиода в нужный телесный угол). Линзы должны:

— Быть максимально прозрачными;
— Пропускать свет во всем оптическом диапазоне;
— Обладать хорошей клейкостью материала к материалу печатной платы;
— Быть температура стабильными;
— Обладать высоким сроком службы (что характеризуется к воздействию излучения кристалла и химическому воздействию люминофора, если таковой применен).

Благодаря большому количеству положительных качеств (малой потребляемой мощностью, отсутствию ртути, низкому напряжению питания, высокой надежности, малым габаритам и т.д.), на основе светодиодов создаются разнообразные и высококачественные осветительные светодиодные приборы. Можно долго перечислять различные типы светодиодных светильников: это и прожекторы, и линейные светодиодные светильники, и светильники общего или специального назначения. Однозначно можно сказать, что светодиоды – это динамично развивающиеся источники света. А технология производства светодиодов – сфера деятельности высококлассных мировых специалистов, способных достигать все более высоких результатов.

Инвестиции в нанотехнологии: как начать производство светодиодов?

Светодиод – слово достаточно новое, ведь эта технология возникла сравнительно недавно. Многие могут подумать, что высокотехнологичное производство светодиодов требует немалых инвестиций в оборудование, в высококвалифицированный персонал, в правильно оборудованный цех и так далее. И многие окажутся правы — выпуск светодиодных ламп не удастся начать с маленьким бюджетом.

Из этого следует, что масштаб производства также должен быть соответствующим. Маленькие объемы будут просто не в состоянии покрыть все фиксированные издержки. К счастью, этот рынок год из года показывает здоровый рост, а конкуренция в этой сфере по-прежнему не перенасыщена. Всё это увеличивает ваши шансы на успех в случае, если вы решите открыть такой бизнес.

Как организовать производство светодиодов

Итак, для того, чтобы открыть предприятие по выпуску светодиодов, потребуется много денег. В среднем вам понадобится сумма в $3.000.000 — $15.000.000. На что именно требуются средства, будет расписано ниже. Конкретная же цифра зависит от таких факторов как:

  • Город или регион, где вы планируете начать выпуск продукции (стоимость аренды помещения);
  • Цены на материалы в этом регионе;
  • Стоимость доставки оборудования для производства светодиодов;
  • Масштабы выпуска и др.

Окупаемость такого производства обычно равна 1-2 годам. После этого срока, такое предприятие приносит ощутимый доход в 20-30% с учетом всех налогов и прочих выплат. Если такие цифры вас не отталкивают, рассмотрим, что потребуется для начала производства (кроме упорства и трудолюбия, разумеется).

Оборудование для производства светодиодов

Именно оборудование, пожалуй, является самой большой статьей расхода. Чтоб вы понимали, речь не пойдет о полном цикле производства светодиодов с нуля.

Дело в том, что первый и ключевой этап полного цикла производства – это выращивание кристаллов.

Этот процесс крайне проблематично осуществить в нашей стране, судите сами:

  • Оборудование, на котором выращивают кристаллы, стоит 7-20 млн. долларов;
  • Для того, чтобы процесс был успешным нужен целый штат высококвалифицированных и высокооплачиваемых инженеров;
  • Очень сложно создать достаточно чистые условия, в которых кристаллы растут;
  • Кристаллы необходимо выращивать многие годы, прежде чем будут получены приемлемые результаты.

Именно поэтому вариант по сборке светодиодов более приемлемый: нет огромных сроков окупаемости, гораздо ниже издержки.

В типичную линию по производству светодиодов входят следующие элементы:

  • Измерительное оборудование для тестирования светодиодов, а также готовой продукции (ламп, трубок и т.д.);
  • Оборудование для сборки светодиодных ламп;
  • Другое, сопутствующее оборудование.

Одна такая линия может стоить от $400.000 до $2.000.000. В зависимости от объемов выпуска вам может понадобиться до 5-6 линий.

Совет: оборудование для производства светодиодов лучше покупать у одного производителя. Дешевле всего подобные агрегаты будет купить в Китае. Также есть американские, швейцарские и др. производители.

Помещение под цех

Для производства светодиодов подойдет складское помещение, однако, его будет необходимо существенно переоборудовать. Дело в том, что линия по сборке светодиодов должна сохраняться в идеальной чистоте, а добиться этого порой очень непросто. Кроме того, помещение должно быть достаточно просторным, чтобы поместилось всё необходимое оборудование.

Итак, под небольшую фабрику по производству светодиодов потребуется помещения общей площадью в 300-2000 м 2 .

Вам вряд ли удастся найти помещение, где уже производили светодиоды, поэтому переоборудование помещений обойдется вам в $20.000-$50.000.

Рабочая сила

Поиск квалифицированного персонала – еще одна существенная трудность. Чтобы выпускать одну-две тысячи лампочек в день, вам потребуется главный технолог и 3-6 инженеров. Также нужны и непроизводственные сотрудники, например, бухгалтер, обслуживающий персонал, работники в отделы закупок, сбыта и маркетинга.

Если же объемы выпуска планируются бóльшие (например, 10.000-20.000 светодиодных ламп в день), то количество работников можно смело умножать на два.

Итак, общие расходы на персонал — $25.000-$50.000 в месяц.

Сырье

В мире много фирм, которые производят чипы для светодиодных ламп: Bridgelux, Chimei, Cree Epistar, а также российская Светлана-Оптоэлектроника. Сырье (светодиоды) – это примерно 40-50% от цены готового изделия (светодиодной лампы или трубки).

Сертификация

Как уже было отмечено, светодиоды появились на рынке сравнительно недавно. До сих пор не существует установленных международных стандартов качества относительно этой продукции. Во многом именно производитель сам устанавливает такие стандарты для своей продукции.

При этом, светодиодные лампы являются продукцией, подлежащей обязательному сертифицированию. Сертификат соответствия гарантирует, что ваша продукция – это действительно светодиоды, отвечающие нормам безопасности и энергопотребления.

Сертификат можно получить в аккредитованном Госстандартом сертификационном органе. В каждом субъекте есть несколько таких территориальных органов. Точный перечень документов, необходимых для подачи заявки на сертификат лучше уточнить в конкретном учреждении. Помимо всего прочего нужно будет представить характеристики продукции и протоколы испытаний от независимой экспертной организации.

Вместе стоимость всех процедур может обойтись в круглую сумма в $2.000-$5.000.

Процесс производства светодиодов

Процесс создания светодиодов крайне трудоемкий и требует соблюдения многих технических требований. Условно его можно разбить на 3 последовательных этапа:

1-ый этап: Создание чипов из кристаллов

Слой выращенных кристаллов называют пленкой (из-за микроскопической толщины слоя). На этой стадии вся пленка разделяется на тысячи индивидуальных чипов.

2-ой этап: Сортировка чипов

Процесс сортировки чипов называют «биннированием». Всё дело в том, что чипы из одного слоя не являются однородными. Они отличаются по многим параметрам:

  • По напряжению;
  • По световому потоку;
  • По максимальной длине волны излучения и другим параметрам.

Исходя из этих параметров, чипы сортируют на бины (группы). Причем происходит это таким образом, чтобы все чипы в группе были однородными по всем параметрам. Только так можно добиться максимального сходства выпускаемой продукции.

3-ий этап: Создание готовой продукции

Готовая продукция состоит не только из чипов. Важными деталями являются также корпус изделия и линзы; иногда применяется и люминофор. При этом именно оптика (помимо самих чипов, конечно) считается ключевой деталью готового изделия. Есть несколько видов линз, например из силикона или пластика. Главное, чтобы линзы отвечали всем требованиям:

  • Максимальная прозрачность;
  • Способность пропускать свет во всем диапазоне;
  • Устойчивость к высоким и низким температурам;
  • Долговечность.

Реклама и сбыт

Основными покупателями светодиодов по-прежнему являются крупные фирмы и предприятия. Спрос диктует условия сбыта в этом бизнесе, поэтому вы должны направить максимум усилий для привлечения именно таких корпоративных клиентов:

  • Крупные транспортные предприятия вашего региона (метрополитены, автопарки, РЖД, вокзалы);
  • Предприятия, имеющие производственные цехи;
  • Городские службы, отвечающие за освещение и иллюминацию в городе;
  • Сетевые и розничные хозяйственные магазины;
  • Большие предприятия торговли.

Основной акцент в рекламе продукции, безусловно, должен быть сделан на существенную экономию, которую приносят светодиодные лампы, а также на их долговечность.

Даже не смотря на то, что основные ваши клиенты – это другие предприятия, отличным ходом будет громко о себе заявить. Сделайте большую светодиодную рекламу в самом центре города. Так вы покажете «товар лицом» потенциальным покупателям и, без сомнения, привлечете их внимание.

Также можно сдобрить эффект ёмким слоганом, который четко опишет ваши преимущества. Например «эта реклама потребляет электроэнергии на 10 руб. в месяц», или что-то в таком духе.

Выращивание кристаллов для светодиодов

Светодиодные технологии проникают в каждый дом. Люди всё чаще отказываются от ламп накаливания и люминесцентных осветительных приборов в пользу экологически чистых, безопасных и экономичных образцов. Сейчас большинство производителей низшего уровня изготавливают эти устройства методом лазерной нарезки кристаллографических пластин. На них наносится слой светонепроницаемой пыли, после чего происходит процесс разрезания квадратиков. Они наклеиваются на подложку при помощи ультрафиолетового прозрачного токопроводящего клея. Такая система не может быть долговечной из-за своего внутреннего устройства. Она рано или поздно начнёт давать расслоения, поэтому происходит преждевременный выход из строя. В нашем интернет-магазине «ПрофЭлектро» продаются только осветительные светодиодные технологии с выращенным кристаллом. Это означает, что для каждого экземпляра создаётся уникальный материал, строго подходящий под особенности и геометрические параметры. Это высокотехнологичное производство, недоступное кустарным фабрикам.

Мы рассмотрим технологию выращивания кристаллов на так называемых сапфировых подложках. Они позволяют получить поразительное качество при достаточно невысокой стоимости. Весь процесс сводится к получению элемента, способного без сбоев проводить электрический ток. Чем меньше мертвых зон в сечении, тем точнее получаются световые характеристики. Чистота напрямую влияет на срок службы, устойчивость к перепаду напряжения и генерируемый спектр. Сапфировая подложка является точкой отсчёта для нарастания слоёв кристаллической массы с определенной структурой. Его идеальная кристаллическая решетка лежит в основе большого количества процессов в радиоэлектронике.

Основы процесса

Сапфировые подложки качественно калибруют на этапе сортировки. Далеко не все образцы проходят подбор, ведь их скрытые дефекты обязательно дадут неровный кристалл, обеспечивающий неправильное свечение. Наращивание происходит обязательно в присутствии инертного газа, что гарантирует отсутствие оксидов на поверхности. Регулировка температуры позволяет делать послойную структуру с металлами, вызывающими свечение. Если быть более точными, то используются сложные многокомпонентные сплавы, позволяющие долговременную эксплуатацию. Описание процесса звучит солидно, но толщина наращивания составляет всего 5‒7 микрометров. Это и есть основа каждого светодиода. Его рабочая часть невидима для невооруженного глаза. Весь процесс наращивания длится около 6‒7 часов. Кристаллизация достигается при помощи перепадов температур. Достаточно пропустить электрический ток через полученную структуру для достижения свечения. Подаваемое напряжение должно обладать определенным сводом параметров для лучшего соотношения долговечности и яркости.

Количество заряжаемых одновременно в камеру светодиодов постоянно увеличивается, что снижает стоимость осветительного прибора. В данный момент наиболее продвинутые производители обладают устройствами, позволяющими одновременное выращивание до 5000 кристаллов. Проблема количества в промышленных масштабах решается только количеством камер. Повышение ёмкости влечёт снижение стоимости.

Что касается концентрации металлов или точнейшего соблюдения толщины наращиваемого слоя, то здесь практически невозможно что-либо предсказывать. Каждый производитель имеет собственные секреты, но они составляют коммерческую тайну. Поэтому сложно что-либо утверждать.

Свечение светодиода

В основе функционирования лежит элементарное преобразование электрической энергии в поток света. Потенциалы отрицательного и положительного заряда могут быть неравномерными, что сильно влияет на излучаемый спектр. Для подведения контактов внутрь кристалла используется расслоение при помощи алмазных лезвий крайне малой толщины. Она немного раздвигают слои, а туда вставляются позолоченные или золотые контакты. Рассмотреть эти проводники можно только при сильнейшем увеличении.

Подаваемое напряжение позволяет регулировать спектральный состав луча. Именно поэтому существуют светодиодные лампочки с холодным и тёплым светом.

После этого кристаллическая поверхность закрывается при помощи люминофора, которые обеспечивает определенную проходимость излучения. Он играет роль спектрального фильтра. От качества покрытия напрямую зависит качество освещения поверхностей, а также долговечность устройства, ведь верхний кристаллический слой в условиях контакта с воздухом может осыпаться.

От защитного люминофора и зависит долговечность работы прибора. На самом деле срок в 50000 часов не является пределом. Просто светодиод будет работать более тускло, но его основная функция будет сохранена. В данный момент существуют различные решения с практически вечным свечением, но их применение в быту нецелесообразно.

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

¡ — Как выращивают светодиоды!?

¡ — Как выращивают светодиоды!?

Видео процесса изготовления светодиодов:

Все что нужно знать про светодиоды

Рекомендуемые посты

Пресс папье

Как сделать ночную лампу своими руками

Опыт с лазерным станком

7 Replies to “¡ — Как выращивают светодиоды!?”

Для изготовления подложек для светодиодов используется синтетический лейкосапфир. Выращивают и производят установки для выращивания сапфиров в России. Кристаллы достигают веса — 100 кг. Выглядят такие сапфиры довольно интересно: http://apeks-sapphire.com/Rus/news_ru.html

А ещё светодиоды питаются током а не напряжением.
(т.е. для питания нужен стабилизатор тока, а не стабилизатор напряжения)

20 интересных фактов о светодиодах

Сегодня это одна из самых передовых технологий освещения;
В светодиоде электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, чего нельзя сказать о люминесцентной лампе или лампе накаливания;
В отличие от люминесцентных ламп светодиоды не мерцают;
Излучает чистый свет, без Уф и ИК излучений;
Его можно ронять на пол, он не разобьется;
Светодиоды беспроблемно работают при температурах от -60 до +45 °С.
Срок службы может достигать 100 тысяч часов;
Светодиоды не содержат вредных веществ;
Первый светодиод был изготовлен в 1962 году в компании General Electric группой под руководством Ника Холоньяка;
Самый маленький в мире светодиод создали в Японии. Его длина составляет один миллиметр, ширина — восемь десятых миллиметра, а диаметр — две десятых миллиметра.
До 1968 года они стоили около $200 за штуку;
Светодиод не требует высокого напряжения, т.е. безопасен;
Срок службы качественных светодиодных ламп — около 50 000 часов, то есть при режиме 5 часов в сутки они могут работать до 27 лет !
Светодиоды бывают почти всех цветов;
Светодиоды подходят для использования в интеллектуальных системах освещения. Такие системы позволяют индивидуально настраивать оттенок, яркость света и длительность свечения;
Компактные размеры светодиодов позволяют использовать их практически в любом дизайне ламп;
Цвет светодиода определяется не цветом пластика его корпуса, а типом полупроводникового материала, из которого он сделан;
Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов.
Перед заменой или установкой светодиодной лампы необходимо отключать подачу электрического тока.
Технология производства светодиодов складывается из нескольких этапов, первый из которых — изготовление чипов. Их производством занимаются всего несколько компаний во всем мире. Необходимое для этого оборудование — эпитаксиальная установка — стоит чрезвычайно дорого, и на то, чтобы ее освоить, уходят годы.
Сегодня это одна из самых передовых технологий освещения;
В светодиоде электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, чего нельзя сказать о люминесцентной лампе или лампе накаливания;
В отличие от люминесцентных ламп светодиоды не мерцают;
Излучает чистый свет, без Уф и ИК излучений;
Его можно ронять на пол, он не разобьется;
Светодиоды беспроблемно работают при температурах от -60 до +45 °С.
Срок службы может достигать 100 тысяч часов;
Светодиоды не содержат вредных веществ;
Первый светодиод был изготовлен в 1962 году в компании General Electric группой под руководством Ника Холоньяка;
Самый маленький в мире светодиод создали в Японии. Его длина составляет один миллиметр, ширина — восемь десятых миллиметра, а диаметр — две десятых миллиметра.
До 1968 года они стоили около $200 за штуку;
Светодиод не требует высокого напряжения, т.е. безопасен;
Срок службы качественных светодиодных ламп — около 50 000 часов, то есть при режиме 5 часов в сутки они могут работать до 27 лет !
Светодиоды бывают почти всех цветов;
Светодиоды подходят для использования в интеллектуальных системах освещения. Такие системы позволяют индивидуально настраивать оттенок, яркость света и длительность свечения;
Компактные размеры светодиодов позволяют использовать их практически в любом дизайне ламп;
Цвет светодиода определяется не цветом пластика его корпуса, а типом полупроводникового материала, из которого он сделан;
Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов.
Перед заменой или установкой светодиодной лампы необходимо отключать подачу электрического тока.
Технология производства светодиодов складывается из нескольких этапов, первый из которых — изготовление чипов. Их производством занимаются всего несколько компаний во всем мире. Необходимое для этого оборудование — эпитаксиальная установка — стоит чрезвычайно дорого, и на то, чтобы ее освоить, уходят годы.

как только в скором будущем люди начнут слепнуть (терять зрение) так все сразу вспомнят про лампы накаливания. про спектр светодиодов и жеское излучение слышали надеюсь.

Как работает светодиод и как устроен

В данной информационной статье мы постараемся в полной мере описать принцип работы светодиодов всех разновидностей, имеющихся в природе на сегодняшний день. Рассмотрим общее устройство LED и разберемся как получаются светоизлучающие диоды разных цветов.

  1. Принцип работы
  2. Как устроен светодиод
  3. Получение светодиода определенного цвета
  4. Покрытие люминофором
  5. RGB — технология
  6. Применение различных примесей и различных полупроводников
  7. Электрические характеристики
  8. Устройство светодиода индикаторного типа (DIP)
  9. Как устроен мощный светодиод
  10. Устройство филаментного светодиода
  11. Конструкция
  12. Устройство и принцип работы светодиода COB
  13. Принцип работы
  14. Устройство и принцип работы органического светодиода OLED
  15. Устройство OLED
  16. Как работает данная технология?
  17. Достоинства
  18. Устройство и принцип работы светодиода на основе волокон
  19. Выводы

Принцип работы

Наверное, каждый человек знает, что принцип действия светодиода заключается в его «свечении» при подключении к источнику питания. Однако за счет чего это достигается? Давайте разберемся более детально в этом вопросе.

Для создания видимого светового потока конструкция светодиода предусматривает наличие двух полупроводников, один из которых в своем составе должен содержать свободные электроны, а другой – «дыры».

Таким образом, между полупроводниками возникает «P-N» переход, в результате которого электроны от донора переходят в другой полупроводник (реципиент) и занимают свободные дыры с выделением фотонов. Эта реакция проходит только при наличии источника постоянного тока.

Принцип действия разобрали, однако благодаря чему происходит этот процесс? Для этого необходимо рассмотреть конструктивную особенность светодиода.

Как устроен светодиод

В независимости от модели светодиода (СОВ, OLED, SMD и т.д.) они состоят из следующих элементов:

  1. Анод (подача положительной полуволны на кристалл);
  2. Катод (подача отрицательной полуволны постоянного тока на кристалл полупроводника);
  3. Отражатель (отражение светового потока на рассеиватель);
  4. Чип или кристалл полупроводника (излучение светового потока за счет «P-N» перехода);
  5. Рассеиватель (увеличение угла свечения светодиода).

Теперь ознакомимся со способами получения различных цветов.

Получение светодиода определенного цвета

Ранее мы разобрали принцип работы светодиода и выяснили, что световой поток образуется при возникновении «P-N» перехода в полупроводнике с выделением фотонов видимых человеческому глазу. Однако каким же образом можно получить различное свечение светодиода? Для этого существует несколько вариантов. Рассмотрим каждый из них.

Покрытие люминофором

Данная технология позволяет получить практически любой цвет, однако зачастую используется для получения белых светодиодов. Для нее применяют специальный реагент – люминофор, которым покрывают красный или синий светодиод. После обработки синий светоизлучающий диод начинает светить белым.

RGB — технология

Подобный тип устройств способен излучать любой оттенок светового спектра за счет применения в одном кристалле 3-х светодиодов: красного, зеленого и синего. В зависимости от интенсивности свечения каждого из них, меняется излучаемый свет.

Применение различных примесей и различных полупроводников

Благодаря данной технологии, изменяется длина волны излучаемого светового потока в зоне «P-N» перехода. А как известно, в зависимости от длинны волны, ее цвет меняется. Более наглядно это можно увидеть на следующем фото:

Теперь давайте разберем следующий вопрос: какими электрическими характеристиками обладают данные устройства и что нужно для их надежной работы.

Электрические характеристики

Светодиоды – это устройства, излучающие световой поток при прохождении через них стабилизированного постоянного напряжения низкого номинала (3-5В). За счет создания разности потенциалов на аноде и катоде в кристалле возникает электрический ток, создающий световой поток.

Для полноценной работы LED, величина тока должна быть на уровне 20-25 мА. Однако для мощных светодиодов, ток потребления может достигать 1400 мА.

При увеличении напряжения источника питания, сила тока увеличивается по экспоненте. Это означает что при незначительном скачке напряжения питания сила тока увеличивается многократно, что может привести к повышению температуры и выходу из строя светоизлучающего диода(читайте, как проверить светодиод). Именно по этой причине источник постоянного напряжения необходимо стабилизировать с помощью специальных микросхем.

Теперь рассмотрим основные разновидности LED, их достоинства и недостатки.

Устройство светодиода индикаторного типа (DIP)

Данный тип LED – это «первопроходцы» в сфере светодиодной техники. Они предназначаются для промышленности в качестве индикаторов.

Они состоят из 3-х или 5-и миллиметрового корпуса, анода, катода, кристалла, золотого (в бюджетных вариантах медного) проводника, соединяющего анод с кристаллом и рассеивателя.

На практике применяются очень редко, т.к. имеют ряд недостатков:

  • большой размер;
  • малый угол свечения (до 120 0 );
  • низкое качество кристалла (при длительной работе яркость излучения падает до 70%);
  • слабый световой поток за счет малой пропускной способности кристалла (до 20мА).

Как устроен мощный светодиод

Мощные светоизлучающие диоды (например, фирмы cree) предназначены для создания интенсивного светового потока за счет прохождения через кристалл большого тока (до 1400 мА).

На кристалле выделяется большое количество тепла, которое с помощью алюминиевого радиатора отводится от кристалла полупроводника. Также этот радиатор служит в качестве отражателя для увеличения светового потока.

Для надежной работы мощных LED необходимо наличие в схеме специального драйвера рассчитанного на прохождение большого потока электронов, который помимо стабилизации напряжения должен ограничивать ток, соответствующий номинальной работе устройства.

Устройство филаментного светодиода

Светодиоды типа filament были изобретены еще в начале 2008 года. Однако пик их популярности приходится на 2014-2016 года. Они стали популярными у дизайнеров, поскольку напоминали обычные лампы накаливания и потребляли минимальное количество электроэнергии. Рекомендуем почитать интересную статью про филаментные светодиодные лампы.

Конструкция

Филаментные LED – это устройства, состоящие из сапфирового или обычного стекла диаметр, которого не превышает 1,5мм и специально выращенных кристаллов полупроводников (28 штук) соединённых последовательно на изолированной подложке.

Эти светодиоды помещаются в специальную колбу, покрываемую люминофором, за счет чего можно получить любой цвет. Основное достоинство LED устройств, разработанных по данной технологии – это угол свечения, достигающий 360 0 .

Филаментные светоизлучающие диоды некоторые источники относят к классу COB (смотрите раздел ниже), поскольку кристаллы выращиваются на стекле или сапфире по аналогичной технологии.

Устройство и принцип работы светодиода COB

Технология СОВ или же Chip-On-Board – это одна из современных разработок в сфере электроники, заключающаяся в помещении большого количества кристаллов полупроводника с помощью диэлектрического клея на алюминиевую подложку. Также изготовление светодиодов подобного типа возможно на стеклянной матрице (COG) однако принцип работы у них одинаков.

Полученная матрица покрывается люминофором. В результате удается достичь равномерного свечение COB светодиода любого оттенка по всей площади. Данные устройства широко применяются в разработке телевизоров, ноутбуков и планшетов.

Принцип работы

Несмотря на то, что СОВ светодиоды имеют специфическое название, принцип его действия полностью аналогичен обычным индикаторным светоизлучающим диодам разработанных в 1962 году. При прохождении тока через кристаллы полупроводника возникает «P-N» переход и как следствие – световой поток.

Отличительной особенностью данного типа устройств является наличие большого количество кристаллов, что позволяет получить более интенсивный световой поток.

Устройство и принцип работы органического светодиода OLED

Самое новое достижение в сфере производства – это технология OLED. Она позволяет производить высокотехнологические телевизоры с тонким дисплеем, миниатюрные смартфоны, планшеты и еще многие другие приборы, без которых не обойтись в современном обществе.

Устройство OLED

Светоизлучающий диод OLED состоит из:

  • анода, изготовленного из смеси оксида индия с оловом;
  • подложки из фольги, стекла или же пластика;
  • алюминиевого или кальциевого катода;
  • излучающей прослойки на основе полимера;
  • токопроводящего слоя из органических веществ.

Как работает данная технология?

Принцип действия OLED аналогичен светодиодам СОВ, SMD и DIP и заключается в образовании «P-N» перехода в полупроводниках. Однако отличительной особенностью технологии ОЛЕД является применение специальных полимеров, из которых состоит светоизлучающая прослойка, за счет которой увеличивается срок службы светодиода, световой поток видимого спектра и угол свечения.

Достоинства

  • минимальные размеры;
  • низкое энергопотребление;
  • равномерное свечение по всей площади;
  • длительный срок эксплуатации;
  • увеличенный срок службы;
  • широкий угол свечения (до 270 0 );
  • низкая себестоимость.

Мы рассмотрели основные типы светоизлучающих диодов, которые применяются в современном мире, однако на ряду с ними, корейские ученые пошли дальше и разработали LED на основе волокон, которые по их обещаниям вытеснят все устаревшие типы устройств. Давайте рассмотрим, что они собой представляют.

Устройство и принцип работы светодиода на основе волокон

Для производства светодиодов данной ниши применяют нити терефталата полиэтилена обработанные раствором PEDOT:PSS polystyrene sulfonate. После обработки нить будущего светодиода просушивают при температуре 130 0 С.

После, заготовку обрабатывают по технологии OLED специальным полимером poly-(p-phenylenevinylene) polymer и полученные волокна покрывают тонким слоем суспензии литий-алюминиевого фторида.

Выводы

Мы рассмотрели основные типы светодиодов, которых как Вы можете видеть существует огромное количество. Однако по принципу работы они все одинаковы.

Также можно сказать, что благодаря применению современных материалов и технологий производства можно добиться высоких технических показателей и более надежной и длительной работы светодиодов.

Для наглядности рекомендуем просмотреть видео, в котором Вы подробно ознакомитесь с конструкцией LED:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий