Надо Знать

добавить знаний



Светодиод



План:


Введение

Голубой, зеленый и красный светодиоды
Светодиодный уличный светильник

Светодиод ( англ. LED - light-emitting diode ) - полупроводниковый устройство излучает некогерентного свет при пропускании через него электрического тока (эффект, известный как электролюминесценции). Излучаемый свет традиционных светодиодов лежит в узком участке спектра, а его цвет зависит от химического состава использованного в светодиоде полупроводника. Современные светодиоды могут излучать свет от инфракрасной области спектра до близкого к ультрафиолету [1]. Существуют методы расширения полосы излучения и создания белых светодиодов. В отличие от ламп накаливания, которые излучают световой поток широкого спектра, равномерно во всех направлениях, обычные светодиоды излучают свет определенной длины волны и в определенном направлении. Светодиоды были усовершенствованы в лазерных диодов, - работающие на том же принципе, но могут направленно излучать когерентный свет.


1. История

Впервые инфракрасная эмиссия из полупроводниковых элементов, была зарегистрирована Рубином Браунштейном, сотрудником компании Radio Corporation of America в 1955, который использовал арсенид галлия (GaAs) и другие полупроводниковые сплавы [2]. Но первый светодиод, то есть прибор, который дает излучение на полупроводниковом переходе, при пропускании через него электрического тока, как и патент на него, был получен сотрудниками компании Texas Instruments - Бобом Бьярд и Гарри Питман, в 1961 году. Впоследствии, светодиоды работающих на GaAs и GaP (фосфид галлия), начали изготавливаться коммерчески - для использования в качестве индикаторов. Первый светодиод, работающий в видимом диапазоне, был разработан группой Ника Голоняк, в компании General Electric, в 1962 г. [3].

Эволюция светодиодов в 1960 - 1970 -х гг постепенно привела к созданию светодиодов, имеющие цвет от красного до зеленого, - постоянно отталкивая границу в сторону коротких волн. Другим направлением работы, было повышение эффективности светодиодов. Наиболее популярными материалами были GaP (красный - зеленый) и GaAsP (желтый - высокоэффективный красный). При этом появилось много новых приложений светодиодов (в калькуляторах, цифровых часах, тестовых приборах). Хотя надежность свилодиодив всегда превышала надежность ламп накаливания, неоновых ламп и т.п., процент выбраковки ранних устройств был гораздо выше. В том было виновато ручное збирання того времени. Индивидуальные операторы выполняли вручную такие задачи, как распределение эпоксидной смолы, размещение ее капельки в нужную позицию, смешивания эпоксидной смолы. Это приводило к дефектам, таких, например, как "утечка эпоксидной смолы", которая вызвала протечек, и иногда даже сокращение pn перехода. Кроме этого, высокие числа дефектов в кристалле, подложке эпитаксиального слое, приводили к уменьшенной эффективности и короткой продолжительности жизни устройства.

В начале 1980 -х, с появлением нового материала - GaAlAs (галлий-алюминиевый арсенид), началась революция в производстве светодиодов. GaAlAs позволило повысить эффективность в 10 раз, что привело к новым использований: во внешних знаках и надписях, считывании штрих-кода, передачи данных по оптическому волокну, в медицинском оборудовании. Но GaAlAs работал только в красной области спектра (660 нм) и имел короткое время жизни (более 50% падения эффективности после 100 000 часов работы). Часть этих проблем была решена благодаря появлению лазерных диодов, которые стали коммерчески изготовляться в 1980-х годах. Использование технологий, разработанных для лазерных диодов, позволило сделать следующий скачок производителям светодиодов. Одной из таких технологий, стало создание нового люминесцентного материала InGaAlP, который сделал возможным плавное настройки цвета, за счет настройки ширины запрещенной зоны. Так светодиоды всех возможных цветов видимого спектра, начали изготавливаться по одной технологии, и значительно уменьшилась деградация приборов, даже в условиях высоких температур и влажности.

Следующим шагом в развитии, стала разработка компанией Toshiba метода нанесения MOCVD (металл-оксидное химическое паровое нанесения Metal Oxide Chemical Vapor Deposition), который сделал возможным создание более сложный устройств, с эффективностью до 90% (т.е. 90% электроэнергии может быть переработано на свет). В то же время, корпорация Nichia предложила первые голубые светодиоды, работающие на GaN (нитрида галлия), InGaN (индий-галлий-нитрида) и SiC (карбид кремния). Впоследствии появились и первые белые светодиоды, которые комбинировали три основных цвета. Но они быстро были заменены широкополосными белыми светодиодами, которые имеют вторичный флюоресцентный слой.

Одним из шагов стало также создание "Лабораторией фундаментальных исследований", компании NTT, светодиода, излучающий волны в ультрафиолетовой части спектра, длиной 210 нм. Излучение с такой короткой длиной волны, нашло широкое применение в медицине и технике. Известно, что невидимо для человеческого глаза ультрафиолетовое излучение, имеет обеззараживающее эффект. Кроме того, эти светодиоды смогли заменить красные лазерные диоды, при чтении данных из оптических дисков, чем обеспечили дальнейшее увеличение плотности записи.

Современные направления развития, включая разработку органических светодиодов (которые должны позволить производство дешевых и экологически безопасных устройств), использование квантовых точек (которые позволяют получать белый свет), и продвижение дальше в коротковолновую область.


2. Принцип действия

Как и в нормальном полупроводниковом диоде, в светодиоде есть pn переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда - электроны и дыры, рекомбинируют, с излучением фотонов.

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Хорошими излучателями являются, как правило, прямозонных полупроводники типа A III B V (например, GaAs или InP) и A II B VI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды различных длин волн - от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Диоды сделаны из непрямозонных полупроводников (например, кремниевый Si или германиевый Ge диоды, а также сплавы SiGe, SiC), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитостью кремниевой технологии, работы по созданию светодиодов на основе кремния активно ведутся. В последнее время, большие надежды связывают с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.


3. Применение

Эффективность светодиодов всего проявляется там, где нужно генерировать мощные цветные световые потоки (световые сигналы). Свет от лампы накаливания приходится пропускать через специальные оптические фильтры, выделяют определенную часть спектра (красный, синий, зеленый). 90% энергии светового потока, от лампы накаливании, теряется при прохождении свтла через светофильтр. Все же 100% излучения светодиода является окрашенным светом и в применении светофильтра нет необходимости. Более того, около 80-90% потребляемой мощности лампы накаливания, затрачиваемого на ее нагрев - для достижения нужной цветовой температуры ( шкала Кельвина), на которую они спроектированы.

Светодиодные лампы потребляют от 3% до 60% мощности, необходимой для обычных ламп накаливания, аналогичной яркости. Ударопрочная конструкция твердотельных излучателей (светодиодов), позволяет использовать светодиодные лампы при повышенных вибрациях. Светодиоды не боятся частых включений и выключений. Срок службы светодиодной лампы - более 100 000 часов (более 11 лет).

Используя светодиоды можно получить свет с высокой насыщенностью цвета. Светодиоды применяют в индикационные технике, при построении светодиодных источников света (информационные табло, светофоры, фонарики, гирлянды и т.д.).


См.. также


Электроника Это незавершенная статья о электронику.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.
п о р Освещение и лампы
Накаливания
Лампа накаливания Галогенные лампы (MR16) Лампа Нернста
Флюоресцентная и розжарювальна лампы
Флюоресценция
Люминесцентные лампы ( компактные) Индукционные лампы
Другие люминесценции
Газоразрядные
Газосветные лампы (неоновая, ксеноновая) Ртутная лампа Металгалогенови лампы Натриевая лампа Лампа черного света
Дуговые
Дуговые лампы (угольные) Свеча Яблочкова
На сгорании
Взрывобезопасные лампы ( лампа Дэви) Газовая лампа Керосиновая лампа Друммондове свет Карбидная лампа Каганец Свеча Лучина
Другие
Электролюминесцентный провод Плазменная лампа Лавовые лампа Светодиод и органический светодиод Серкова лампа

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам