Светодиоды и светодиодные модули

Светодиодная продукция завоевывает мир. Устройства, еще вчера известные лишь электронщикам и радиолюбителям, сегодня стремительно ворвались в жизнь миллионов людей, грозя (или, скорее, обещая) значительно улучшить жизнь всего человечества – не больше и не меньше.

В чем сила светодиода? Во-первых, они чрезвычайно экономные, по сравнению с другими источниками света – люминесцентными, газоразрядными, а тем более лампами накаливания. Во-вторых, светодиоды чрезвычайно долговечны. В-третьих, гибкость использования светодиодов открывает перед разработчиками систем освещения практически неограниченные возможности.
Кроме того, производство светодиодов менее ресурсоемко, относительно экологично. Светодиодные источники тока безопаснее для потребителей. А еще лучшие светодиоды отлично интегрируются в интеллектуальные системы управления типа «умный дом» или «умное здание». Компания СЭА предлагает купить светодиодные модули в Киеве и Украине, цена которых вас порадует, купить светодиоды оптом и светодиодные модули оптом.

Что такое светодиод?

Упрощенно, светодиод – это полупроводниковое устройство, излучающее свет при пропускании через него электрического тока. Развернутое определение гласит, что световые кванты – фотоны – испускаются светодиодным кристаллом на границе электронно-дырочного перехода металла и полупроводника вследствие рекомбинации носителей положительного и отрицательного зарядов – электронов и дырок – при протекании тока в прямом направлении.

Светодиоды

Структура светодиода

Сердцем лампочки светодиода является светодиодный кристалл. LED-кристаллы представляют собой сложные гетероструктуры, выращиваемые методом газофазной эпитаксии (ГФЭ) на основе различных сочетаний полупроводниковых материалов и металлом. Например, в современном производстве светодиодов используются такие материалы, как:

  • для красных светодиодов: алюминия-галлия арсенид (AlGaAs), галлия арсенид-фосфид (GaAsP), алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) либо галлия(III) фосфид (GaP);
  • для зеленых светодиодов: индия-галлия нитрид (InGaN), галлия(III) нитрид (GaN), галлия(III) фосфид (GaP), алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) либо алюминия-галлия фосфид (AlGaP);
  • для синих светодиодов: селенид цинка (ZnSe) либо индия-галлия нитрид (InGaN);
  • белые светодиоды получаются на основе синих либо фиолетовых светодиодов с нанесением люминофора.


Нужно отметить, что хотя основные «велосипеды» в светодиодной отрасли уже изобретены, тем не менее, как ведущие производители светодиодов, так и небольшие научно-исследовательские стартапы ведут масштабные исследования для увеличения эффективности LED-устройств. И, нужно, отметить, в результате этих работ на рынке появляются все более мощные, более экономные, более компактные и долговечные светодиоды.

Полупроводниковый кристалл

Разработчики светодиодов держат в секрете свои ноу-хау. Но, в обобщенном виде, устройство светодиода не является секретом. Основным элементом светодиода является полупроводниковый светодиодный кристалл (1), выращенный на металлической подложке (2). Через вводы 3 и 4 к кристаллу подводится напряжение, под воздействие м которого начинается движение электронов и дырок через n-p-переход. В результате рекомбинации кристалл излучает фотоны, образующие световой поток. Отражатель (5) окружает кристалл со всех сторон и направляет световой поток в нужном направлении. Прозрачный корпус (6) оберегает кристалл от воздействия внешней среды, а также выполняет роль линзы, фокусирующей световой поток. Подложка выполняет функцию и первичного теплоотвода от кристалла к радиаторам (в мощных светодиодах).

Более мощные диоды требуют применения радиаторов для отвода тепла от кристалла

Классическая топология светодиода делает его весьма похожим на привычную всем лампу. Подобная топология кодируется аббревиатурой DIP (Dual In-line Package) или DIL (Dual In-Line package). Несколько поколений электронщиков привыкли иметь дело именно с такими светодиодами – внешне напоминающими лампочку. Две длинные ножки позволяют впаивать светодиоды на плату. Еще одна аббревиатура  PHT (Plating Through Holes) как раз и отражает способ монтажа светодиода на печатную плату.

Упрощенно SMD-диод представляет собой средоточие сразу нескольких кристаллов в одном корпусе

Общий тренд миниатюризации электронных компонентов и увеличения плотности их размещения на печатных платах привел к появлению более продвинутой технологии поверхностного монтажа, SMT (surface mount technology) или SMD (от surface mounted device). Грубо говоря, SMD-диод является сборкой, объединяющей в одном корпусе сразу несколько светодиодных кристаллов. При изготовлении светодиодных осветительных приборов или светодиодных матриц кристаллы монтируются прямо на плату, что позволяет добиться высокой плотности. Естественно, что подобный монтаж производится с использованием автоматических линий – вручную такую работу выполнить крайне затруднительно. Впрочем, сегодня производство всех видов светодиодов и светодиодных модулей – это высокоавтоматизированное производство с минимальным применением ручного труда.

Мощность светодиодов и такие показатели как удельный световой поток Лм/Вт и световая эффективность Лм/$ непрерывно растут.  А ведь были времена, когда малая мощность светодиодов не позволяла даже помышлять об их применении не только в освещении, но даже и в сколько-нибудь заметной индикации. Впрочем, те времена уже стали историей.

История создания светодиода

Первым «нащупал» принцип ждействия твердотельных (кристаллических) светодиодов немецкий  учёный Карл Фердинанд Браун еще в 1874 году.

Карл Фердинанд Браун открыл принцип действия кристаллических (твердотельных) диодовРусский инженер и изобретатель Олег Лосев сумел получить свечение на границе полупроводникового перехода сталь-карборунд

Явление электролюминесценции, излучение в видимой части спектра при электронно-дырочной рекомбинации,  в 1907 году обнаружил британец Генри Раунд из Лаборатории Маркони. В 1923 году эту тематику развил русский инженер Олег Лосев, запатентовавший «световое реле». Впрочем, практического воплощения его разработки не получили. 

Отцом светодиодной технологии называют американца Ника Холоньяка, сумевшего в 1962 году создать красный светодиод на основе арсенида галлия-фосфида (GaAsP). Через 6 лет ученик Холоньяка, Джордж Крафорд сумел создать желтый и оранжевый светодиоды, а также повысить яркость светодиодов на порядок.

В начале 70-х лауреат Ленинской премии, а позднее и Нобелевской премии,Жорес Иванович Алферов открывает  многопроходные двойные гетероструктуры. Его работы позволили значительно увеличить яркость и мощность светодиодного излучения – вплоть до рекордного показателя того 10 люмен/ватт.

Отцом светодиодной технологии в нынешнем ее понимании стал Ник Холоньяквыдающийся советский физик, лауреат Ленинской премии, а позднее и Нобелевской премии, Жорес Иванович АлферовЛишь в 1991 году японский ученый доктор Шуджи Накамура из компании Nichia Chemical смог вырастить кристаллы на нитриде индия-галлия, испускавшие свет в синей части цветового диапазона.

Долгих два десятилетия лучшие инженеры светодиодной отрасли не могли создать синий светодиод. Под силу это оказалось японцам Шуджи Накамура, Исаму Акасаки и Хироши Амано. За открытия, сделанные в 1991 году, в 2014 они получили Нобелевскую премию в области физики.

В 1997 году Фреду Шуберту создал первый белый светодиод. К 1999 году яркость лучших светодиодов достигла показателя 60 люмен/ватт. 

В XXI веке светодиод перешагнул границы и в мире началась светодиодная лихорадка. Улучшение показателей яркости и мощности, упрощение и удешевление производства привели к широкому распространению светодиодного освещения во всем мире. Преодолен психологический порог 100 люмен/ватт, а разработчики никак не угомонятся. Все более совершенные изделия появляются на рынке буквально каждый месяц.

Компания СЭА – провайдер инновационных светодиодных технологий на промышленном рынке Украины, способствует распространению самых современных светодиодных технологий и позволяет опереться отечественным производителя широкого спектра осветительного оборудования на достижения ведущих компаний мира.

Ник Холоньяк - крестный отец светодиодных технологий

 

Получить более подробную информацию о продукции направления светодиодная продукция и о том, как купить светодиоды в Киеве и Украине, Вы можете по телефону: +38 (044) 291-00-41 или по e-mail: info@sea.com.ua.

Top