Оборудование производство светодиодов: Производство Светодиодов как бизнес: оборудование, технология изготовления

Содержание

Технология производства светодиодов

В докладе на открытии 26 конференции Международной Комиссии по Освещению в Пекине было отмечено, что общее направление работы светотехнической научной общественности должно быть направлено на сокращение энергопотребления и уменьшение загрязнения окружающей среды. То есть речь идет не об уменьшении освещённости, а о более рациональном и эффективном использовании освещения. Одним из наиболее перспективных шагов на этом пути, является разработка и использование энергоэкономичных источников света – светодиодов.

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 создания 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.

3) Биннирование.
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.

Производство светодиодных ламп — оборудование завода

5 лет назад президентом РФ был подписан законопроект, согласно которому с 2014 г в стране полностью будет остановлено изготовление так привычных всем ламп накаливания.

Именно поэтому сегодня многие специалисты прогнозируют небывалый спрос на энергосберегающие лампы. А там, где есть спрос, будет и предложение. Многие предприимчивые бизнесмены уже давно задумались об открытии собственных заводов по изготовлению данного вида продукции. Возможно, совсем скоро светодиодные лампы российского производства будут не менее популярны у населения, нежели китайская продукция, заполонившая на данный момент весь мировой рынок.

Наверняка, вы подумаете, что подобное высокотехнологичное производство нуждается в немалых инвестициях. И вы, в принципе, окажетесь правы. Наладить выпуск светодиодных ламп не получится с ограниченным бюджетом. Это вас не останавливает? Тогда давайте рассмотрим основные статьи расходов и примерный алгоритм действий.

Процесс изготовления светодиодных ламп

Производство данного вида продукции — процесс довольно трудоемкий, требующий соблюдения множества правил. Вся технология производства светодиодных ламп с нуля условно может быть разделена на несколько этапов:

Изготовление чипов на основе кристаллов

Тончайший слой искусственно выращенных кристаллов (пленка) специальным образом разделяется на тысячи отдельных чипов.

Сортировка чипов (биннирование)

Чипы одного слоя однородными не являются. Их отличают по множеству параметров, согласно которым чипы сортируются на некоторые группы (бинны).

Изготовление готовой продукции

Естественно, готовый продукт не состоит из одних лишь чипов. Основные детали здесь — корпус изделия, линзы, люминофор. Причем, именно оптические комплектующие считаются одними из самых важных деталей.

Как наладить производство

Данная ниша с каждым годом показывает приличный уровень роста, но конкуренция здесь пока еще не перенасыщена. А это лишь преумножает ваши шансы на успех.

Итак, чтобы открыть мини завод по производству светодиодных ламп, в среднем вам понадобится от $ 2-15 млн. Тут все зависит от масштабов. Более конкретная цифра будет зависеть от следующих факторов:

  • регион, где планируется выпуск продукции;
  • стоимость сырья;
  • стоимость основного оборудования.

Окупаемость подобного предприятия по производству светодиодных ламп, как правило, равняется 2 годам. По прошествии этого времени, завод будет приносить приличный доход (15-30% с учетом налоговых выплат).

Так из чего же складывается столь большая сумма?

Оборудование для производства светодиодных ламп

Тут сразу стоит оговориться, что открыть свое производство светодиодных ламп с нуля в современных экономических условиях будет весьма проблематично. Судите сами:

  • Одно только оборудование, с помощью которого выращиваются кристаллы, стоит порядка $ 5-20 млн.
  • Необходим огромный штат высококвалифицированных специалистов.
  • Кристаллы требуется выращивать долгие годы.

Куда менее затратным станет вариант по сборке закупаемых «на стороне» светодиодов. В данном случае нет больших сроков окупаемости, да и издержки гораздо ниже. Итак, в линию по производству готового изделия входят:

  • Высокоточное оборудование для тестирования светодиодов.
  • Оборудование для сборки.
  • Дополнительное оборудование.

А цена оборудование для производства светодиодных ламп, по которой оно реализуется, варьируется в зависимости от производителя. В среднем, одна подобная линия будет стоить примерно $ 400 тыс — 2 млн. Вам может потребоваться до 6 линий. Самые дешевые аппараты можно закупить в Китае.

Цех по производству светодиодных ламп

Главное здесь правило — светодиоды должны изготавливаться в стерильных условиях. Естественно, добиться этого на каком-нибудь старом складе будет довольно сложно. Помимо прочего, помещение должно быть очень просторным, чтобы была возможность вместить сюда все громоздкое оборудование. Переоборудование подходящего помещения достаточной площади вам обойдется примерно в $ 20-50 тыс.

Персонал

Как вы сами понимаете, купить оборудование для производства светодиодных ламп является лишь половиной дела. Не менее важно подобрать квалифицированную рабочую силу. В зависимости от особенностей и количества линий вам понадобится помощь:

  • 1 главного технолога,
  • 4-7 инженеров,
  • прочего персонала.

Планируете крупномасштабное производство? Тогда смело умножайте приведенные выше цифры на 2. Общие ежемесячные расходы на персонал составят $ 25-50 тыс.

Сырье для производства светодиодных ламп

Любой бизнес план производства светодиодных ламп будет включать в себя и расходы на сырье. Чтобы производить только качественную продукцию, то расходные материалы вам понадобятся только высокого качества. Кстати, чипы производят и некоторые российские компании. Заказывая отечественное сырье, можно значительно сэкономить.

Сертификация светодиодных ламп

Как было отмечено раннее, светодиоды появились на современном рынке относительно недавно. Пока на них не разработано никаких международных стандартов качества. Получается, что производитель самостоятельно разрабатывает все технические условия.

Но светодиодные лампы подлежат обязательной сертификации. Документ можно получить в сертификационном органе. В каждом регионе имеется подобное учреждение. На получение сертификата придется выложить $ 2-5 тыс.

Наладить собственное производство светодиодов — задумка весьма смелая. Но если вы найдете инвесторов, с умом подойдете к делу и наберетесь терпения, успех не заставит себя ждать.

Производство светодиодных ламп

Производство светодиодных ламп расширяется из года в год, благодаря растущей популярности этого типа освещения. Их применение стало практически повсеместным. Начиная от завораживающей иллюминации на улицах, и заканчивая использованием в помещениях, домах и офисах. Завоевание рынка светодиодными светильниками и лампами в довольно таки короткие сроки произошло благодаря прекрасным качественным и экономичным характеристикам данной продукции.

 

Дело в том, что срок эксплуатации светодиодной лампы выше обычной или люминесцентной в десятки раз. К тому же использование данных видов ламп оказывает большое влияние на расход электроэнергии, а именно во много раз позволяет сэкономить. Стоимость такой лампы конечно выше, чем стоимость простой, но на деле рабочие качества и экономия доказаны неоднократно. Именно поэтому те, кто действительно умеют считать, стали приверженцами использования именно данного типа продукции. Теперь немного подробнее рассмотрим сам производственный процесс по изготовлению светодиодных ламп.

 

Технология производства светодиодных ламп


Технология производства светодиодных ламп это довольно таки сложная и кропотливая работа. Для производства светодиодных ламп требуется не только множество специального оборудования, но и толковые работники, которые смогут полностью провести весь процесс производства. К тому же необходимо наличие специального помещения,  то есть цеха, где будет располагаться все оборудование и происходить весь процесс изготовления и сборки светодиодных ламп и светильников.

 

 

К необходимому оборудованию для производства светодиодов отнести аппараты, наносящие паяльную маску, автомат, который проводит установку элементов, для проведения начальных работ по монтажу, трафареты для печатания плат, печки для спайки компонентов платы. Для того что бы оборудование функционировало в полном рабочем объеме, без сбоев и простоев, необходимо включить в штат сотрудников парочку технологов инженеров с опытом. В их обязанности будет входить такая работа как, составление проектов по расположению компонентов на печатной плате, подготовка соответствующих документов, планов, написание программного обеспечения для автоматических машин. Сам же процесс производства и работу автоматов должны контролировать опытные операторы.

 

 

Кстати говоря, не все элементы платы светодиодных ламп при производстве целесообразно выполнять и паять на аппаратах, многие из них спаиваются ручным способом, именно поэтому важно организовать специальный участок для подобных работ. Устанавливают светодиодные кристаллы в корпус посредством автоматов, равно как и проводят контакты токопроведения. 

 

Этап сборки при производстве светодиодных ламп


После производства и проверки на специальных машинах, на готовую плату устанавливается сам светодиод. Далее на специальном оборудовании монтируются драйвера и дополнительные платы. Контакты корпуса присоединяют к чипу. Делается это двумя способами, посредством эпоксидного геля либо силикона. Сами драйвера обматываются лентой, предназначенной для термоусадки, которая защищает драйвер от перенагревания. Уже после проведения всех вышеперечисленных операций производится укладка готовой лампы в корпуса, ставятся заглушки по бокам и можно сказать, что лампа готова. После всех проведенных работ лампу обязательно подвергают тестированию и проверки на пригодность и рабочую способность. Если готовое изделие отвечает всем стандартам качества, его отправляют на заключительные стадии производства. Лампу упаковывают и маркируют, после чего поставляют на рынок.


Применение в наши дни данной продукции обусловлено еще и его экологичностью, дело в том, что при использовании простой лампы накаливания в атмосферу поступает значительное количество углекислого газа, чего не наблюдается за светодиодными лампами, которые к тому же после окончания эксплуатационного срока могут быть подвергнуты утилизации. Как говорят специалисты, в ближайшем будущем данная продукция насовсем вытеснит своих предшественников, тем более что производство светодиодных ламп осваивает все больше и больше компаний.

 

Производство светодиодов как бизнес процесс, какое оборудование используют

        В этой статье мы расскажем вам о производстве светодиодов, как
 бизнес процессе и осветим организационные вопросы, оборудование и технологии применяемые в этом деле.
        Всевозможные светящиеся элементы изготовленные по светодиодной технологии неоспоримо лидируют во всех направлениях данного бизнеса. Осветительные приборы на сегодняшний день во всевозможном разнообразии имею достаточно низкую стоимость по меркам нескольких десятилетий, что делает это производство рентабельным в странах со слабой экономикой, а значит доступен для всех прослоек общества. Высокий спрос потребителей обусловлен огромной экономией электроэнергии, которая в зависимости от устройств доходит до десяти раз, что с позиции экономической выгоды не имеет аналогов среди подобных технических решений. В России данное производство только начинает набирать свои мощности и разворачивать площадку потребителей для внутри рыночных взаимодействий данного сегмента. Однако из-за сложности технологического процесса данный бизнес доступен далеко не каждому. Потому самым оптимальным на сегодняшний день являются производства не полного цикла, где используется уже ряд готовых комплектующих.
        Полный цикл производства светодиодов подразумевает собой выращивание кристаллов, это самый дорогой процесс из всего цикла. Для этого необходимо соблюсти ряд условий, миллионы долларов вложений в производство, найм узкопрофильных специалистов, что тоже подразумевает высокие расходы и создание технологичного помещения с высочайшим уровнем чистоты. Рост кристалла доходит до нескольких лет, сопровождаемых разными тонкостями данного производства. Поэтому открытие подобного производства, но не полного цикла является более реальным и доступным в наших условиях.

        Существует ряд направлений в данной сфере и классифицируется по следующим показателям: размещение (интерьер или улица), направлению светового потока, портативность, тип питания. Квалификация производства может быть основана на типе продукции и ширине перелагаемого ассортимента. Помимо изготовление светящихся элементов существует еще ряд сопутствующих приборов, которые используются при сборке изделий потребительского сегмента. Разделить можно на два вида, короткий — сборка светильников и неполный — который включает изготовление светодиодов из готовых чипов и закупку сырья. Короткий цикл наиболее доступен для стартаперов поэтому более привлекателен и распространен.
        Из оборудования стоит отметить линию производства чипов для последующей сборки готовых изделий: станок монтирования полупроводниковых элементов, оборудования для спайки элементов, проверочные стенды контроля качества. Так же большой цикл имеет изготовление корпусов, которых просто огромное количество наименований. Сюда входит: станок для штамповки, плавильная печь и прочие установки линии, которые зависят уже от типа и материалов самих корпусов.
        Данное производство входит в ряд самых высокодоходных и сложных в сравнении с аналогичными и требует высокой квалификации и подготовки его учредителей.


Оборудование для производства светодиодных экранов в Москве

Грамотный выбор применяемых станков и механизмов справедливо считается одним из наиболее значимых факторов, от которых зависит эффективность и надёжность изделий.

Производственная линия по изготовлению светодиодных экранов и медиафасадов представляет собой комплекс различных станков, преимущественно с ЧПУ, каждый из которых должен выполнять отведенную ему функцию качественно, быстро и в запланированные сроки. Именно поэтому все установленное оборудование должно быть современным и высокоточным, так как качество готовой продукции зачастую определяется самым слабым звеном установленной производственной линии.

Станок поверхностного монтажа

Один из наиболее востребованных в современных условиях видов оборудования. Принцип его действия основан на технологии ТМП (монтажа на поверхность) или SMD в английском варианте названия. Главной особенностью подобного метода изготовления электронных изделий является установка чип-компонентов непосредственно на поверхность платы.

Использование современных станков поверхностного монтажа позволяет получить ряд немаловажных преимуществ, к числу которых относятся:

  • малые габариты и масса монтируемых компонентов и, как следствие, готового изделия;
  • использование обеих сторон платы;
  • отсутствие нагревания изделия.

Станки пайки оплавлением

По сравнению с методом поверхностного монтажа, способ пайки оплавлением является более традиционным. Он основан на установке компонентов при помощи нагревания припоя в специальных печах или камерах. Данный процесс также активно применяется при изготовлениях светодиодных экранов, а использование качественного оборудования позволяет увеличить производительность линии и основные эксплуатационно-технические параметры выпускаемых изделий.

Автоматическая машина по сборке диодов

Один из основных составных элементов производственной линии. Именно он во многом определяет производительность оборудования и качество готовой продукции, так как обеспечивается стабильную и одинаковую работу всех светодиодов, смонтированных в экране.

Высокоскоростная оплеточная машина

Высокоскоростные оплеточные машины предназначены для изготовления оплеток, создаваемых из тонкой проволоки, диаметр которой может составлять, в зависимости от настроек станка, от 0,03 до 0,08 мм. Современные машины работают в полностью автоматизированном режиме, работа оператора заключается только в установлении требуемых по условиям производства настроек. Кроме того, станок отсеивает некачественные или нестандартные светодиоды.

Машина пайки волной

При изготовлении качественных медиафасадов нередко практически одновременно используются все три наиболее популярных и распространенных метода пайки. Оборудование для двух из них было описано выше. Третий способ – метод пайки волной. Он заключается в установке компонентов на печатную плату путем их кратковременного погружения в расплавленный припой, который подается в виде волны. В отличие от предыдущих методов, подобная технология монтажа называется сквозной. Данный метод установки компонентов используется для монтажа светодиодов DIP.

Ионный вентилятор

Ионные вентиляторы используются в современных технологических линиях достаточно часто. Основной целью их применения является охлаждение оборудования и снижение уровня статического электричества. Принцип действия механизма основан на создании при помощи катода мощного электрического поля, ионизирующего воздух вблизи, приобретающий положительный заряд. После чего его молекулы начинают двигаться к аноду, образуя достаточно мощный поток.

Вполне естественно, что перечисленным выше оборудованием перечень станков и механизмов, применяющихся при изготовлении медиафасадов и светодиодных экранов, не исчерпывается. Кроме того, полностью избежать процессов, выполняемых вручную, невозможно даже на самом высокотехнологичном производстве. Поэтому наличие квалифицированного и опытного персонала, занятого как настройкой и обслуживанием оборудования, так и выполнением ручных процессов, которые невозможно доверить технике, также необходимо.

Светодиодные светильники | Контрактное производство

Производство и офисы ООО «Совтест АТЕ» оснащены светодиодной продукцией, вы пускаемой на самом предприятии. Установленные офисные светильники – аналоги встраиваемого люминесцентного освещения (ЛПО 4х18) – позволяют экономить до 60% электроэнергии, при этом срок службы изделий в несколько раз выше, чем у люминесцентных ламп (более 50 000 часов). Помимо энергосбережения и длительного срока службы немаловажным преимуществом светодиодного освещения по сравнению с традиционными источниками света также является их экологическая безопасность. Светодиодные светильники не содержат вредных для человека и окружающей среды веществ. Также они оказывают благоприятное воздействие на зрение за счет отсутствия мерцаний и стробоскопического эффекта, высокой  контрастности  и цветопередаче освещения. При этом светодиодные изделия не требуют дополнительных затрат на утилизацию отработавших ламп.

ООО «Совтест АТЕ» готово предложить своим Заказчикам разработку энергосберегающих проектов с учетом индивидуальных потребностей. Подбор светодиодных осветительных приборов осуществляется исходя из требуемых параметров освещенности и пожеланий Заказчика. Также специалисты компании на бесплатной основе подготовят для Вас графический 3D-проект, произведут расчет его экономической эффективности и срок окупаемости. Вся продукция сертифицирована.

В качестве примера мы можем предложить готовые решения в светильники для общего внутреннего освещения, устанавливаемые в подвесные потолки – “Армстронг”, “Байкал” и т.д.:
• светодиодные модули (4 шт.) на основе диодов LUXEON Rebel по 6 диодов в каждом и источники питания
• светодиодные модули (5 шт.) на основе диодов LUXEON Rebel по 5 диодов в каждом и источники питания.

Комплекты состоят из полного набора компонентов для монтажа в корпуса светодиодного осветительного оборудования, и включают в себя светодиодные модули, блоки питания, соединительные провода.

Если Вас заинтересовало данное оборудование, наши менеджеры дадут ответ на любой Ваш вопрос, просто свяжитесь с нами.

АСО для производства органических светодиодов

Новые технологии для производства светодиодов

Органические светодиоды (ОСД) – относительно новое направление развития светодиодов. В то время, как в традиционных светодиодах (СД) излучение генерируется с помощью неорганических полупроводниковых материалов, в органических светодиодах (ОСД) излучение возникает в слоях полимерных материалов при их подключении к источнику электричества.

Подложка для ОСД устройства изготавливается из полимерного гибкого материала, что позволяет устанавливать органические светодиоды (ОСД) на сгибающиеся дисплеи или гнущиеся «листы света». По сравнению с традиционными источниками света (лампы накаливания, флуоресцентные лампы) органические светодиоды имеют больше преимуществ: имеют более продолжительный срок службы, излучают более яркий свет, потребляют гораздо меньше энергии, предлагают широкие возможности дизайна и различные варианты установки.

Мягкий рассеянный свет, полученный ОСД на большой площади, очень трудно получить с Возможности светодиодов для дизайна.jpgпомощью обыкновенных светодиодов, которые генерируют очень интенсивный свет точечного типа. Светильники на основе ОСД могут быть изготовлены толщиной 2 мм, что открывает невероятные возможности при встраивании освещающих элементов. Многие рассматривают ОСД, как основной источник систем освещения в будущем.

Как правило, ОСД выпускаются на листах стекла. Основным фактором, влияющим на производительность устройства, является его надежная защита от влаги. Чем больше устройство защищено от влаги – тем надежнее работает прибор. Другим важным фактором, влияющим на работу ОСД, являются тонкие, прозрачные слои проводящих оксидов. При этом важно обеспечить высочайшее качество технологического процесса при производстве сверхчувствительных устройств ОСД.  

Технология атомно-слоевого осаждения тонких пленок

Решением данных проблем стала технология атомно-слоевого осаждения материалов. Революционная технология, разработанная компанией Picosun, предлагает надежный способ защиты чувствительных слоёв ОСД с помощью покрытий, препятствующих проникновению влаги и газов. Рост плёнок осуществляется за счет последовательного нанесения атомных слоев, обеспечивая точный контроль толщины плёнки и ее химического состава.

Пленки, изготовленные на оборудовании Picosun, отличаются превосходной однородностью и конформностью, имеют низкий уровень примесных частиц. 

Технология АСО позволяет наносить пленки и герметичные покрытия на полимерные слои и металлические фольги. 

Оборудование Picosun для промышленного производства 

Превосходные результаты по защитным пленкам были получены с помощью рулонного устройства Picosun, которое идеально подходит для проведения научно-исследовательских работ при разработке ОСД на гибких подложках. Все АСО системы PICOSUN™ совместимы с перчаточными боксами, что делает их идеальными для работы с ОСД, так как загрузка образцов может быть осуществлена в инертной атмосфере азота. 

R200 Standard PicosunОборудование PICOSUN™ R-200 Standard, совмещенное с перчаточным боксом, идеально подходит для проведения НИР в области ОСД. Интеграция перчаточного ящика также возможна с загрузочным шлюзом вакуумного кластерного оборудования Picoplatform™.

Оборудование PICOSUN™ — это высокая производительность при низкой стоимости использования систем, а главное — легкость в эксплуатации и техническом обслуживании. 

Данные преимущества делают PICOSUN™ лидирующим поставщиком решений систем АСО для ОСД индустрии, исследований и проведению НИР. 

Заявка на АСО для производства органических светодиодов

Как производятся светодиоды? | Расходные материалы для светодиодов Sitler

Типы и разновидности светодиодов растут с каждым днем, но сегодня мы возвращаемся к основам. Сегодня мы собрались здесь, чтобы ответить на вечный вопрос: «Как производятся светодиоды?» Мы кратко расскажем вам об основных различиях между светодиодными и традиционными источниками света, о том, какие материалы используются для создания светоизлучающих диодов, как эти материалы разработаны и, наконец, как они соединяются вместе для создания наиболее энергоэффективного свет на рынке!

Общие сведения: светодиоды в сравнении с традиционными светильниками

Светодиодное освещение, лампы накаливания и люминесцентные лампы не только имеют разную конструкцию, но и излучают свет по-разному.Традиционное освещение создает свет, присоединяя провода к источнику энергии. Когда провода нагреваются, они излучают свет. Светодиоды создают свет за счет электронного возбуждения, а не тепла. Вот почему светодиоды потребляют меньше энергии и излучают меньше тепла, поскольку тепло не является основным компонентом при создании света.

Материалы для светодиодов

LED означает светоизлучающий диод. Поэтому светодиодные фонари состоят из маленьких диодов. Каждый диод создан из полупроводникового материала. Один из слоев полупроводникового материала будет иметь избыток электронов, один слой будет обеднен электронами.Эта разница в электронных уровнях позволяет электронам перемещаться из одного слоя в другой, создавая свет посредством упомянутого выше электронного возбуждения.

Чтобы разобрать его немного дальше, сам полупроводниковый материал состоит из кристаллического материала и нуждается в примесях, чтобы проводить электричество. Однако эти примеси добавляются в полупроводниковый материал позже в процессе производства.

Однако не следует путать эти примеси с несовершенством полупроводникового материала.Они не уменьшают значение диода, они увеличивают его! Добавление этих примесей в полупроводник называется легированием, и это важный материал, используемый при изготовлении светодиодов. Наиболее распространенными добавляемыми примесями являются цинк и азот.

Наконец, для питания диодов необходимо добавить электрические провода. Соединения золота и серебра часто используются в светодиодных проводах, так как они хорошо переносят пайку и хорошо нагреваются. Наконец, диоды заключены в прозрачный пластик, а не в стекло, как традиционные лампы, что делает их прочными и долговечными.

Светодиодный дизайн

При проектировании светодиодных светильников допускается немного больше творчества. В зависимости от области применения света цветовая температура, яркость и эффективность определяются до начала производства. Эти атрибуты определяются на основе размера диода, используемого полупроводникового материала, типов добавленных примесей и толщины слоев диода.

Производство: как изготавливают светодиоды

Производство светодиодов — дело тонкое и сложное, но мы постараемся подвести итог.В первую очередь необходимо изготовить полупроводниковый материал. Это называется полупроводниковая пластина. Полупроводниковый материал «выращивается» в камере с высокой температурой и высоким давлением. Такие элементы, как галлий, мышьяк и/или люминофор, очищаются и смешиваются вместе в камере, которая затем сжижается в концентрированный раствор. После того, как элементы смешаны, в раствор помещают стержень и медленно вытягивают. Раствор кристаллизуется на конце стержня, когда его вытягивают, создавая длинный цилиндрический кристаллический слиток.

Затем этот материал нарезается на полупроводниковые пластины и шлифуется, как если бы вы шлифовали стол, до тех пор, пока поверхность не станет гладкой. Затем его погружают в раствор различных растворителей для тщательной очистки, чтобы избавиться от грязи, пыли или органических материалов.

На следующем этапе процесса на пластину добавляются дополнительные слои полупроводникового материала. Это один из способов добавления примесей или добавок.

Затем на полупроводнике определяются металлические контакты.Это определяется на этапе проектирования и учитывает, будет ли диод использоваться отдельно или с другими.

Наконец, диоды монтируются в соответствующую упаковку, прикрепляются провода, а затем все заливается пластиком. Так делают светодиоды!

Узнайте больше о светодиодах от Sitler’s!

Если у вас есть дополнительные вопросы о светодиодах, посетите страницу часто задаваемых вопросов или наш блог о том, что такое светодиод! Позвоните нам сегодня по телефону (319)-519-0039, чтобы начать свое светодиодное путешествие!

Опубликовано в Основы светодиодного освещения

Как изготавливаются светодиоды — узнайте.sparkfun.com

Светодиод YunSun

Во время поездки в Китай в 2014 году наш поставщик YunSun был достаточно любезен, чтобы забрать нас из Шэньчжэня и провести для нас экскурсию по их фабрике.

Хотя SparkFun использует и продает светодиоды уже более 10 лет, я никогда не видел и не понимал, как они изготавливаются. Я сообщил Мерри Сяо, нашему основному контактному лицу в YunSun, что мы очень заинтересованы в обучении, поэтому она организовала для нас экскурсию в субботу , когда фабрика была закрыта.Мы были очень благодарны!

Это г-н Си, владелец YunSun с самым веселым чувством юмора. У него есть проект, над которым работает моя жена Алисия Гибб. Мерри тоже присоединился к нам и помогал переводить.

Основные части

Это лист светодиодных плашек. YunSun покупает штампы у тайваньской компании высокого качества. Это мой большой палец рядом с 4000 умирает. Стоимость листа составляет примерно 80 юаней или 12,50 долларов США.

Каждый лист имеет характеристики партии, указанные в углу.Кристаллы на этом конкретном листе имеют длину волны ~ 519 нм или прямо на границе между зеленым и голубым синим. Три тонких листа, содержащие 12 000 светодиодов, скоро будут вылуплены!

Процесс начинается с перфорированных металлических свинцовых рамок. Каждая из этих рамок имеет базовую структуру для 20 светодиодов. Выше показано около 15 кадров или 300 светодиодов.

Машины

Первая машина берет выводную рамку и наносит небольшую каплю клея на каждую из чашек в верхней части катодного вывода.

В том виде, в котором они поставляются на бумажных листах, кристаллы светодиодов расположены слишком близко друг к другу, чтобы ими можно было манипулировать. Существует механическая машина (не изображена), которая распределяет штампы и приклеивает их к пленке слабого клея. Эта пленка подвешена над свинцовыми рамками, как показано выше. С помощью микроскопа рабочий вручную выравнивает матрицу и с помощью пинцета вставляет матрицу в направляющую рамку. Клей в свинцовой рамке выигрывает (более липкий), и рабочий быстро переходит к следующему штампу.Нам сказали, что они могут выравнивать более 80 в минуту или около 40 000 в день.

Выше показана машина для склеивания светодиодных проводов. Это прикрепляет тонкую золотую проволоку от верхней части кристалла светодиода к выводу анода.

Первое, что меня удивило в этом туре, это то, что вся операция проводилась под открытым небом. По какой-то причине я предположил, что манипулирование кремниевыми кристаллами требует технологии чистых помещений. Я мог бы сделать это в моем подвале! Хм…

Заменить меняОткрыть

Заменить меняЗакрыть

Эта машина потребовала немало усилий по настройке и настройке, но как только она была запущена и запущена, было впечатляюще видеть, как устройство работает автоматически без компьютерной настройки.

Поскольку к кремниевой матрице прикреплен только один вывод, я предполагаю, что клей на катоде является проводящим. Клей схватывается примерно через 30 минут, после чего переходит к следующему этапу.

Вот еще один сюрприз. Это 7-сегментные дисплеи. По какой-то причине я всегда думал, что за сегментами дисплея находятся полноразмерные 3-миллиметровые (или какого-то размера) светодиоды. Оглядываясь назад, я, очевидно, ошибался, но это не поразило меня, пока я не увидел 7-сегментные печатные платы с кристаллами, прикрепленными непосредственно к плате.

Увеличенное изображение 7-сегментной клеевой машины.

Формы и испытания

Вернемся к процессу производства светодиодов PTH: после того, как проволочное соединение установлено и клей отвержден, выводная рамка помещается в форму для светодиода, а эпоксидная смола заливается вокруг выводных рамок.

Эти формы придают светодиодам форму. Это был еще один ах-ха момент. Я видел много светодиодов разной формы, но всегда в пределах какого-то размера.Вы не увидите много 5-миллиметровых светодиодных выводов с головкой в ​​​​форме звезды, потому что:

  1. Форма должна высвобождать головку светодиода точно так же, как форма для литья под давлением. Любая форма с выступами будет заблокирована в форме. А как насчет формы из двух частей? Это приводит меня к # 2:
  2. Вся индустрия светодиодов строится на специализированных поставщиках коттеджей. Это означает, что есть поставщики, которые занимаются только одним делом: производством кремния, производством свинца, изготовлением пресс-форм и т. д. Почти никто не владеет всей цепочкой инструментов, поэтому YunSun приходится выбирать из доступных вариантов поставщиков.Хотя мы были очень рады попросить YunSun создать для нас супер-нестандартный, потрясающий светодиод, это было бы почти невозможно; нам пришлось бы убедить не только их, но и около 5 различных поставщиков, чтобы они предоставили направляющие рамки необычного размера, нестандартный размер пресс-формы, отрегулировали машины с учетом расстояния между выводами, которое может быть несовместимым, а затем создали новые испытательные приспособления и рабочие процедуры. Не невозможно, но гораздо сложнее, чем я предполагал.

Это один из каталогов поставщиков пресс-форм, содержащий множество различных форм и размеров.Опять же, нестандартные формы не являются невозможными, но если их нет в каталоге, получить их будет намного сложнее.

После заливки эпоксидной смолы нам сказали, что светодиоды запекаются в течение 45 минут. В этот момент светодиоды можно извлечь из форм. Затем их запекают еще от 8 до 12 часов, чтобы эпоксидная смола полностью отвердела. После отверждения светодиоды группируются в большие партии, как показано выше.

Для поддержки во время производственного процесса выводные рамки имеют кусочки металла, соединяющие анод и катоды вместе.Перед испытанием вышеуказанная машина отрезает лишний металл, чтобы катод был изолирован, а все аноды были соединены шиной. Почему у светодиода один контакт короче другого? В основном для облегчения автоматизации производства и тестирования. Почему катод выбрали короче? Возможно потому, что при тестировании легче контролировать нижнюю сторону (катод).

Следующим шагом является проверка и проверка того, что каждый светодиод потребляет соответствующее количество тока. Слишком мало (есть обрыв) или слишком много (есть короткое замыкание) и светодиод снимается.Используя серию pogo-контактов, эта машина быстро тестирует каждый отдельный светодиод и отображает результат на компьютере. Это очень похоже на испытательные стенды с пого-штифтами, которые мы разрабатываем для тестирования продуктов SparkFun.

После того, как светодиоды проходят контроль качества, они проходят еще один этап резки, чтобы отделить аноды от выводной рамки.

Множество красных светодиодов диаметром 5 мм, созданных специально для SparkFun!

Используя этот же процесс, можно сделать множество различных форм, цветов и размеров.

Обзор завода

В целом завод был компактным и хорошо спланированным. Было доступно четыре линии для создания любой формы и типа, которые были необходимы в тот день.

Мерри, Алисия, я и мистер Си. Мы очень-очень благодарны YunSun за экскурсию в выходной день! Если вам когда-либо понадобятся светодиоды или светодиодные лампочки, подумайте о том, чтобы связаться с Merry (веселье на 100led.com). YunSun — замечательная компания, с которой приятно работать.

Ресурсы и дальнейшее продвижение

Надеемся, вам понравилось читать! Эти уроки требуют много работы, и мы надеемся, что вы чему-то научитесь! Если вам понравилось читать, пожалуйста, оставьте комментарий и дайте нам знать.

Готовы поиграть со светодиодами? Вот несколько наших продуктов для оформления заказа:

Теперь, когда вы прочитали, как изготавливаются светодиоды, вот несколько учебных пособий, которые могут поразить ваше воображение:

Оборудование для производства светодиодов

— Полупроводниковое оборудование Бесплатная онлайн-презентация

Из Википедии, свободной энциклопедии

Части светодиода. Плоские нижние поверхности наковальни и стойки, залитые эпоксидной смолой, хотя и не обозначены напрямую, действуют как анкеры, чтобы предотвратить принудительное вытягивание проводников из-за механического напряжения или вибрации.Светодиодный прожектор с использованием 38 отдельных диодов для питания от сетевого напряжения

Светоизлучающий диод ( LED ) — полупроводниковый источник света. [1] Светодиоды используются в качестве индикаторных ламп во многих устройствах и все чаще используются для другого освещения. Первые светодиоды [2] , представленные в качестве практического электронного компонента в 1962 году, излучали красный свет низкой интенсивности, но современные версии доступны в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах с очень высокой яркостью.

Когда светодиод смещен в прямом направлении (включен), электроны могут рекомбинировать с электронными дырками внутри устройства, высвобождая энергию в виде фотонов. Этот эффект называется электролюминесценцией, а цвет света (соответствующий энергии фотона) определяется энергетической щелью полупроводника. Светодиоды часто имеют небольшую площадь (менее 1 мм 2 ), и для формирования диаграммы направленности могут использоваться встроенные оптические компоненты. [3] Светодиоды обладают многими преимуществами по сравнению с источниками света накаливания, включая более низкое энергопотребление, более длительный срок службы, повышенную надежность, меньший размер, более быстрое переключение, а также большую долговечность и надежность.Светодиоды, достаточно мощные для освещения помещений, относительно дороги и требуют более точного управления током и теплом, чем компактные люминесцентные лампы сопоставимой мощности.

Светодиоды используются в различных приложениях, таких как замена авиационного освещения, автомобильного освещения (в частности, стоп-сигналов, указателей поворота и указателей поворота), а также в сигналах светофора. Компактный размер, возможность узкой полосы пропускания, скорость переключения и исключительная надежность светодиодов позволили разработать новые текстовые и видеодисплеи и датчики, а их высокая скорость переключения также полезна в передовых технологиях связи.Инфракрасные светодиоды также используются в пультах дистанционного управления многих коммерческих продуктов, включая телевизоры, DVD-плееры и другую бытовую технику.

История

Открытия и ранние устройства

Зеленая электролюминесценция от точечного контакта на кристалле SiC воссоздает оригинальный эксперимент Х. Дж. Раунда 1907 года.

Электролюминесценция как явление было открыто в 1907 году британским экспериментатором Х. Дж. Раундом из лаборатории Маркони с использованием кристалла карбида кремния и детектора «кошачий ус». [4] [5] Русский Олег Владимирович Лосев сообщил о создании первого светодиода в 1927 году. [6] [7] практическое использование этого открытия продолжалось несколько десятилетий. [8] [9] Рубин Браунштейн из Radio Corporation of America сообщил об инфракрасном излучении арсенида галлия (GaAs) и других полупроводниковых сплавов в 1955 году. [10] Браунштейн наблюдал инфракрасное излучение, создаваемое простыми диодными структурами, используя антимонид галлия (GaSb), GaAs, фосфид индия (InP) и сплавы кремний-германий (SiGe) при комнатной температуре и при 77 кельвинах.

В 1961 году американские экспериментаторы Роберт Биард и Гэри Питтман, работавшие в Texas Instruments, [11] обнаружили, что GaAs излучает инфракрасное излучение при подаче электрического тока, и получили патент на инфракрасный светодиод.

Первый практичный светодиод видимого спектра (красный) был разработан в 1962 году Ником Холоньяком-младшим во время работы в компании General Electric. [2] Холоньяк считается «отцом светодиодов». [12] М. Джордж Крафорд, [13] бывший аспирант Холоньяка, изобрел первый желтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в десять раз в 1972 году. [14] В 1976 г. Т.П. Пирсолл создал первые высокояркие и высокоэффективные светодиоды для оптоволоконных телекоммуникаций, изобретя новые полупроводниковые материалы, специально адаптированные к длинам волн передачи по оптоволокну. [15]

До 1968 года светодиоды видимого и инфракрасного диапазона были очень дорогими, порядка 200 долларов США за единицу, и поэтому практически не использовались. [16] Компания Monsanto была первой организацией, начавшей массовое производство светодиодов видимого света с использованием фосфида арсенида галлия в 1968 году для производства красных светодиодов, подходящих для индикаторов. [16] Hewlett Packard (HP) представила светодиоды в 1968 году, первоначально используя GaAsP, поставляемый Monsanto. Эта технология нашла широкое применение в буквенно-цифровых дисплеях и была интегрирована в первые портативные калькуляторы HP. В 1970-х годах компания Fairchild Optoelectronics производила коммерчески успешные светодиодные устройства по цене менее пяти центов каждое. В этих устройствах использовались составные полупроводниковые чипы, изготовленные с помощью планарного процесса, изобретенного доктором Джин Хорни из Fairchild Semiconductor. [17] Сочетание планарной обработки для изготовления микросхем и инновационных методов упаковки позволило команде Fairchild под руководством пионера оптоэлектроники Томаса Брандта добиться необходимого снижения затрат.Эти методы продолжают использоваться производителями светодиодов. [18]

Практическое использование

Первые коммерческие светодиоды обычно использовались в качестве замены для ламп накаливания и неоновых индикаторных ламп, а также в семисегментных дисплеях [19] сначала в дорогостоящем оборудовании, таком как лабораторное и электронное испытательное оборудование, а затем в таких приборах, как телевизоры, радиоприемники , телефоны, калькуляторы и даже часы (см. список использования сигнала). Эти красные светодиоды были достаточно яркими только для использования в качестве индикаторов, так как светоотдачи было недостаточно для освещения области.Показания в калькуляторах были настолько малы, что над каждой цифрой надевали пластиковые линзы, чтобы сделать их разборчивыми. Позже другие цвета стали широко доступны, а также появились в технике и оборудовании. По мере того, как технология светодиодных материалов становилась все более продвинутой, светоотдача росла, сохраняя при этом эффективность и надежность на приемлемом уровне. Изобретение и разработка мощных светодиодов белого света привели к их использованию для освещения, которые быстро заменяют лампы накаливания и люминесцентные лампы. [20] [21] (см. список областей применения).Большинство светодиодов были изготовлены в очень распространенных корпусах 5 мм T1¾ и 3 мм T1, но с ростом выходной мощности стало все более необходимо отводить избыточное тепло для поддержания надежности, [22] , поэтому более сложные корпуса были адаптированы для повышения эффективности. рассеивание тепла. Корпуса современных светодиодов высокой мощности мало похожи на ранние светодиоды.

Иллюстрация закона Хайца. Световой поток на светодиод в зависимости от года выпуска, обратите внимание на логарифмическую шкалу по вертикальной оси.

Постоянное развитие

Первый синий светодиод высокой яркости был продемонстрирован Сюдзи Накамура из Nichia Corporation и был основан на заимствовании InGaN из критических разработок в области зародышеобразования GaN на сапфировых подложках и демонстрации легирования GaN p-типа, которые были разработаны Исаму Акасаки и Х. Амано в Нагое. В 1995 году Альберто Барбьери из лаборатории Кардиффского университета (Великобритания) исследовал эффективность и надежность светодиодов высокой яркости и продемонстрировал очень впечатляющий результат, используя прозрачный контакт из оксида индия-олова (ITO) на светодиоде (AlGaInP/GaAs).Существование синих светодиодов и высокоэффективных светодиодов быстро привело к разработке первого белого светодиода, в котором использовалось люминофорное покрытие Y 3 Al 5 O 12 :Ce, или «YAG», для смешивания желтого (нижнего -преобразованный) свет с синим, чтобы получить свет, который кажется белым. Накамура был удостоен Премии тысячелетия в области технологий 2006 года за свое изобретение. [23]

Развитие светодиодных технологий привело к экспоненциальному росту их эффективности и светоотдачи, удвоение происходит примерно каждые 36 месяцев с 1960-х годов, что аналогично закону Мура.Достижения обычно объясняются параллельным развитием других полупроводниковых технологий и достижениями в области оптики и материаловедения. Эту тенденцию обычно называют законом Хейтца в честь доктора Роланда Хейтца. [24]

В феврале 2008 г. с использованием нанокристаллов было достигнуто 300 люменов видимого света на ватт светоотдачи (не на электрический ватт) и теплого излучения. [25]

В 2009 году сообщалось о процессе выращивания светодиодов из нитрида галлия (GaN) на кремнии.Затраты на эпитаксию могут быть снижены до 90% при использовании шестидюймовых кремниевых пластин вместо двухдюймовых сапфировых пластин. [26]

Технология

Внутреннее устройство светодиода ВАХ для диода. Светодиод начнет излучать свет при превышении напряжения включения. Типичное напряжение 2–3 вольта.

Физика

Светодиод состоит из микросхемы из полупроводникового материала, легированного примесями для создания p-n перехода . Как и в других диодах, ток легко течет от p-стороны или анода к n-стороне или катоду, но не в обратном направлении.Носители заряда — электроны и дырки — стекают в переход с электродов с разным напряжением. Когда электрон встречается с дыркой, он падает на более низкий энергетический уровень и высвобождает энергию в виде фотона.

Длина волны излучаемого света и, следовательно, его цвет зависят от ширины запрещенной зоны материалов, образующих p-n переход . В кремниевых или германиевых диодах электроны и дырки рекомбинируют посредством безызлучательного перехода , который не производит оптического излучения, потому что это материалы с непрямой запрещенной зоной.Материалы, используемые для светодиодов, имеют прямую запрещенную зону с энергиями, соответствующими ближнему инфракрасному, видимому или ближнему ультрафиолетовому свету.

Разработка светодиодов

началась с инфракрасных и красных устройств, изготовленных из арсенида галлия. Достижения в области материаловедения позволили создавать устройства с еще более короткими длинами волн, излучающими свет самых разных цветов.

Светодиоды

обычно строятся на подложке n-типа с электродом, прикрепленным к слою p-типа, нанесенному на его поверхность. Субстраты P-типа, хотя и менее распространены, также встречаются.Многие коммерческие светодиоды, особенно GaN/InGaN, также используют сапфировую подложку.

Большинство материалов, используемых для производства светодиодов, имеют очень высокие показатели преломления. Это означает, что большая часть света будет отражаться обратно в материал на границе раздела материал/воздух. Таким образом, извлечение света в светодиодах является важным аспектом производства светодиодов, в отношении которого проводятся многочисленные исследования и разработки.

Показатель преломления

Идеализированный пример конусов излучения света в полупроводнике для зоны излучения с одним точечным источником.На левой иллюстрации показана полностью прозрачная пластина, а на правой иллюстрации показаны полуконусы, сформированные, когда нижний слой полностью непрозрачен. Свет на самом деле излучается одинаково во всех направлениях от точечного источника, поэтому области между конусами показывают большое количество захваченной световой энергии, которая тратится впустую в виде тепла. [27] Конусы светового излучения реальной светодиодной пластины намного сложнее, чем излучение света от одного точечного источника. Обычно зона излучения света представляет собой двумерную плоскость между пластинами.В этой двумерной плоскости фактически существует отдельный набор конусов излучения для каждого атома.
Нарисовать миллиарды перекрывающихся конусов невозможно, поэтому это упрощенная диаграмма, показывающая размеры всех вместе взятых конусов излучения. Боковые конусы большего размера обрезаны, чтобы показать внутренние детали и упростить изображение; они будут простираться до противоположных краев двумерной эмиссионной плоскости.

Неизолированные полупроводники без покрытия, такие как кремний, имеют очень высокий показатель преломления по сравнению с открытым воздухом, что предотвращает прохождение фотонов под острыми углами относительно контактирующей с воздухом поверхности полупроводника.Это свойство влияет как на эффективность излучения света светодиодами, так и на эффективность поглощения света фотогальваническими элементами. Показатель преломления кремния 4,24, а воздуха 1,00002926 [28]

Как правило, светодиодный полупроводниковый чип с плоской поверхностью без покрытия будет излучать свет только перпендикулярно поверхности полупроводника и на несколько градусов сбоку в форме конуса, называемого световым конусом , светового конуса , [29]. ] или аварийный конус . [27] Максимальный угол падения называется критическим углом. Когда этот угол превышен, фотоны больше не проникают в полупроводник, а вместо этого отражаются как внутри полупроводникового кристалла, так и снаружи от поверхности кристалла, как если бы это было зеркало. [27]

Внутренние отражения могут выходить через другие грани кристалла, если угол падения достаточно мал, а кристалл достаточно прозрачен, чтобы не поглощать излучение фотонов.Но для простого квадратного светодиода с поверхностями, расположенными под углом 90 градусов со всех сторон, все грани действуют как зеркала с одинаковым углом. В этом случае свет не может выйти наружу и теряется в кристалле в виде отработанного тепла. [27]

Изогнутая поверхность чипа с наклонными гранями, подобная драгоценному камню или линзе Френеля, может увеличить светоотдачу, позволяя свету излучаться перпендикулярно поверхности чипа, но далеко в стороны от точки испускания фотонов. [30]

Идеальной формой полупроводника с максимальным светоотдачей была бы микросфера с испусканием фотонов, происходящим точно в центре, с электродами, проникающими в центр и контактирующими в точке испускания.Все световые лучи, исходящие из центра, будут перпендикулярны всей поверхности сферы, что приведет к отсутствию внутренних отражений. Подойдет и полусферический полупроводник, плоская задняя поверхность которого будет служить зеркалом для обратно рассеянных фотонов. [31]

Переходные покрытия

Многие светодиодные полупроводниковые чипы заключены в прозрачные или цветные литые пластиковые корпуса. Пластиковый корпус имеет три назначения:

  1. Установка полупроводникового чипа в устройства выполняется проще.
  2. Крошечная хрупкая электропроводка физически поддерживается и защищена от повреждений
  3. Пластик действует как рефракционный посредник между полупроводником с относительно высоким показателем преломления и открытым воздухом с низким показателем преломления. [32]

Третья функция помогает усилить излучение света полупроводником, действуя как рассеивающая линза, позволяя свету излучаться под гораздо большим углом падения светового конуса, чем это может сделать голая микросхема. излучать в одиночестве.

Эффективность и рабочие параметры

Типовые индикаторные светодиоды рассчитаны на работу с электрической мощностью не более 30–60 мВт. Примерно в 1999 году Philips Lumileds представила мощные светодиоды мощностью один ватт, способные непрерывно работать. В этих светодиодах использовались полупроводниковые кристаллы гораздо больших размеров, чтобы выдерживать большие входные мощности. Кроме того, полупроводниковые кристаллы были установлены на металлические пластины для отвода тепла от светодиодного кристалла.

Одним из ключевых преимуществ источников света на основе светодиодов является высокая светоотдача.Белые светодиоды быстро догнали и превзошли по эффективности стандартные системы освещения с лампами накаливания. В 2002 году Lumileds выпустила пятиваттные светодиоды со световой отдачей 18–22 люмен на ватт (лм / Вт). Для сравнения, обычная лампа накаливания мощностью 60–100 Вт излучает около 15 лм/Вт, а стандартные люминесцентные лампы излучают до 100 лм/Вт. Повторяющаяся проблема заключается в том, что эффективность резко падает с ростом тока. Этот эффект известен как спад и эффективно ограничивает световой поток данного светодиода, увеличивая нагрев больше, чем световой поток для более высокого тока. [33] [34] [35]

В сентябре 2003 года компания Cree Inc. продемонстрировала новый тип синего светодиода, обеспечивающий мощность 24 мВт при токе 20 миллиампер (мА). Это дало коммерчески упакованный белый свет, дающий 65 лм / Вт при 20 мА, став самым ярким белым светодиодом, коммерчески доступным в то время, и более чем в четыре раза более эффективным, чем стандартные лампы накаливания. В 2006 году они продемонстрировали прототип с рекордной световой отдачей белого светодиода 131 лм/Вт при токе 20 мА.Корпорация Nichia разработала белый светодиод со световой отдачей 150 лм/Вт при прямом токе 20 мА. [36] Светодиоды Cree XLamp XM-L, поступившие в продажу в 2011 году, производят 100 люменов на ватт при полной мощности 10 Вт и до 160 люменов на ватт при входной мощности около 2 Вт.

Для практического общего освещения необходимы мощные светодиоды мощностью один ватт или более. Типичные рабочие токи для таких устройств начинаются от 350 мА.

Обратите внимание, что эти значения эффективности относятся только к светодиодному чипу, выдержанному при низкой температуре в лаборатории.Освещение работает при более высокой температуре и с потерями в цепи привода, поэтому эффективность намного ниже. Испытания Министерства энергетики США (DOE) коммерческих светодиодных ламп, предназначенных для замены ламп накаливания или компактных люминесцентных ламп, показали, что в 2009 году средняя эффективность по-прежнему составляла около 46 лм/Вт (испытанные характеристики варьировались от 17 лм/Вт до 79 лм/Вт). [37]

Cree выпустила пресс-релиз 3 февраля 2010 г. о лабораторном прототипе светодиода, обеспечивающем световой поток 208 люмен на ватт при комнатной температуре. Сообщается, что коррелированная цветовая температура составляет 4579 К. [38]

Срок службы и отказ

Твердотельные устройства, такие как светодиоды, подвержены очень ограниченному износу при работе при малых токах и низких температурах. Многие светодиоды, изготовленные в 1970-х и 1980-х годах, до сих пор используются. Типичный указанный срок службы составляет от 25 000 до 100 000 часов, но настройки нагрева и тока могут значительно увеличить или сократить это время. [39]

Наиболее распространенным признаком неисправности светодиодов (и диодных лазеров) является постепенное снижение светоотдачи и снижение эффективности.Внезапные сбои, хотя и редко, также могут происходить. Ранние красные светодиоды отличались коротким сроком службы. С развитием мощных светодиодов устройства подвергаются более высоким температурам перехода и более высокой плотности тока, чем традиционные устройства. Это вызывает нагрузку на материал и может привести к раннему ухудшению светоотдачи. Для количественной классификации срока службы стандартизированным образом было предложено использовать термины L75 и L50, которые представляют собой время, которое требуется данному светодиоду для достижения светоотдачи 75% и 50% соответственно. [40]

Как и другие осветительные приборы, работа светодиодов зависит от температуры. Опубликованные характеристики светодиодов большинства производителей указаны для рабочей температуры 25 °C. Светодиоды, используемые на открытом воздухе, такие как светофоры или сигнальные огни на тротуарах, и которые используются в климатических условиях, когда температура внутри светильника становится очень высокой, могут привести к низкой интенсивности сигнала или даже к выходу из строя. [41]

Светоотдача светодиодов

на самом деле увеличивается при более низких температурах (выравнивается в зависимости от типа при температуре около -30°C [ ] ).Следовательно, светодиодная технология может быть хорошей заменой в таких областях, как освещение морозильных камер супермаркетов [42] [43] [44] , и прослужит дольше, чем другие технологии. Поскольку светодиоды излучают меньше тепла, чем лампы накаливания, они являются энергоэффективной технологией для таких применений, как морозильные камеры. Однако из-за того, что они излучают мало тепла, в холодном климате на светодиодном светильнике могут образовываться лед и снег. [41] Было замечено, что отсутствие образования отработанного тепла иногда вызывает серьезные проблемы с уличными светофорами и освещением взлетно-посадочных полос аэропортов в заснеженных районах, хотя были проведены некоторые исследования, чтобы попытаться разработать технологии теплоотвода для передачи тепла другие области светильника. [45]

Цвета и материалы

Обычные светодиоды изготавливаются из различных неорганических полупроводниковых материалов. В следующей таблице показаны доступные цвета с указанием диапазона длин волн, падения напряжения и материала:

Ультрафиолетовые и синие светодиоды

Современные ярко-синие светодиоды основаны на широкозонных полупроводниках GaN (нитрид галлия) и InGaN (индий-галлиевый нитрид). Их можно добавить к существующим красным и зеленым светодиодам, чтобы создать впечатление белого света, хотя сегодня белые светодиоды редко используют этот принцип.

Первые синие светодиоды с использованием нитрида галлия были изготовлены в 1971 году Жаком Панковым в RCA Laboratories. [52] Световой поток этих устройств был слишком мал, чтобы их можно было использовать на практике, и исследования устройств из нитрида галлия замедлились. В августе 1989 года Cree Inc. представила первый коммерчески доступный синий светодиод на основе полупроводника с непрямой запрещенной зоной, карбида кремния. [53] SiC-светодиоды имели очень низкий КПД, не более 0,03%, но излучали в синей части спектра видимого света.

В конце 1980-х ключевые прорывы в области эпитаксиального роста GaN и легирования p-типа [54] открыли современную эру оптоэлектронных устройств на основе GaN. Основываясь на этом фундаменте, в 1993 году были продемонстрированы синие светодиоды высокой яркости. КПД (производимая световая энергия по сравнению с используемой электрической энергией) достиг 10%. [55] Синие светодиоды высокой яркости, изобретенные Сюдзи Накамура из корпорации Nichia с использованием нитрида галлия, произвели революцию в светодиодном освещении, сделав источники света высокой мощности практичными.

К концу 1990-х синие светодиоды стали широко доступны. Они имеют активную область, состоящую из одной или нескольких квантовых ям InGaN, зажатых между более толстыми слоями GaN, называемыми слоями оболочки. Изменяя относительную долю InN-GaN в квантовых ямах InGaN, можно изменять световое излучение от фиолетового до янтарного. Нитрид алюминия-галлия AlGaN с различной долей AlN можно использовать для изготовления слоев оболочки и квантовых ям для ультрафиолетовых светодиодов, но эти устройства еще не достигли уровня эффективности и технологической зрелости синих / зеленых устройств InGaN-GaN.Если активными слоями с квантовыми ямами являются GaN, а не легированные InGaN или AlGaN, устройство будет излучать ближний ультрафиолетовый свет с длиной волны около 350–370 нм. Зеленые светодиоды, изготовленные из системы InGaN-GaN, намного эффективнее и ярче, чем зеленые светодиоды, изготовленные из ненитридных материалов.

С нитридами, содержащими алюминий, чаще всего AlGaN и AlGaInN, достижимы еще более короткие длины волн. На рынке появляются ультрафиолетовые светодиоды в диапазоне длин волн.Излучатели ближнего ультрафиолета с длиной волны около 375–395 нм уже дешевы и часто используются, например, в качестве замены лампы черного света для проверки водяных знаков УФ-излучения для защиты от подделки в некоторых документах и ​​бумажных деньгах. Диоды с меньшей длиной волны, хотя и значительно более дорогие, коммерчески доступны для длин волн до 247 нм. [56] Поскольку фоточувствительность микроорганизмов примерно соответствует спектру поглощения ДНК с пиком около 260 нм, в перспективных устройствах для дезинфекции и стерилизации следует ожидать УФ-светодиодов с длиной волны 250–270 нм.Недавние исследования показали, что коммерчески доступные светодиоды UVA (365 нм) уже являются эффективными устройствами для дезинфекции и стерилизации. [57]

Длины волн глубокого УФ-излучения

были получены в лабораториях с использованием нитрида алюминия (210 нм), [50] нитрида бора (215 нм), [48] [49] и алмаза (235 нм). [47]

Белый свет

Существует два основных способа получения белого света высокой интенсивности с помощью светодиодов. Один из них заключается в использовании отдельных светодиодов, которые излучают три основных цвета [58] — красный, зеленый и синий — и затем смешивают все цвета для получения белого света.Другой способ заключается в использовании люминофора для преобразования монохроматического света синего или УФ-светодиода в белый свет широкого спектра, почти так же, как работает люминесцентная лампа.

Из-за метамерии возможны совершенно разные спектры, которые кажутся белыми.

Системы RGB
Комбинированные спектральные кривые для синих, желто-зеленых и красных полупроводниковых светодиодов высокой яркости. Спектральная полоса FWHM составляет примерно 24–27 нм для всех трех цветов.

Белый свет может быть получен путем смешивания разноцветных огней; наиболее распространенный метод — использование красного, зеленого и синего цветов (RGB).Следовательно, метод называется разноцветными белыми светодиодами (иногда называемыми красными зелеными синими светодиодами). Поскольку им нужны электронные схемы для управления смешиванием и рассеиванием разных цветов, они редко используются для получения белого света. Тем не менее, этот метод особенно интересен для многих применений из-за гибкости смешивания различных цветов, [59] и, в принципе, этот механизм также имеет более высокую квантовую эффективность при получении белого света.

Существует несколько типов разноцветных белых светодиодов: ди-, три- и тетрахроматические белые светодиоды.Несколько ключевых факторов, которые играют роль среди этих различных методов, включают стабильность цвета, способность цветопередачи и светоотдачу. Часто более высокая эффективность означает более низкую цветопередачу, что представляет собой компромисс между светоотдачей и цветопередачей. Например, дихроматические белые светодиоды имеют наилучшую светоотдачу (120 лм/Вт), но самую низкую цветопередачу. И наоборот, хотя тетрахроматические белые светодиоды обладают отличной цветопередачей, они часто имеют низкую светоотдачу.Трихроматические белые светодиоды занимают промежуточное положение, обладая как хорошей светоотдачей (>70 лм/Вт), так и приемлемой цветопередачей.

Многоцветные светодиоды

предлагают не только еще один способ формирования белого света, но и новый способ формирования света разных цветов. Большинство воспринимаемых цветов можно получить, смешивая различные количества трех основных цветов. Это обеспечивает точное динамическое управление цветом. Поскольку все больше усилий направлено на изучение этого метода, многоцветные светодиоды должны оказать глубокое влияние на фундаментальный метод, который мы используем для получения и управления цветом света.Однако, прежде чем этот тип светодиодов сможет выйти на рынок, необходимо решить несколько технических проблем. К ним относится то, что мощность излучения светодиодов этого типа экспоненциально падает с повышением температуры, что приводит к существенному изменению стабильности цвета. Такие проблемы препятствуют и могут препятствовать промышленному использованию. Таким образом, было предложено много новых конструкций корпусов, направленных на решение этой проблемы, и их результаты в настоящее время воспроизводятся исследователями и учеными.

Светодиоды на основе люминофора
Спектр «белого» светодиода четко показывает синий свет, который непосредственно излучается светодиодом на основе GaN (пик около 465 нм), и более широкополосный свет со стоксовым сдвигом, излучаемый люминофором Ce 3+ :YAG, который излучает на примерно 500–700 нм.

Этот метод включает покрытие светодиода одного цвета (чаще всего синего светодиода из InGaN) люминофором разных цветов для формирования белого света; полученные светодиоды называются белыми светодиодами на основе люминофора . [61] Часть синего света подвергается стоксову сдвигу, преобразуясь из более коротких длин волн в более длинные. В зависимости от цвета исходного светодиода могут использоваться люминофоры разных цветов. Если наносится несколько слоев люминофора разных цветов, излучаемый спектр расширяется, эффективно повышая значение индекса цветопередачи (CRI) данного светодиода. [62]

Светодиоды на основе люминофора

имеют более низкую эффективность, чем обычные светодиоды, из-за потерь тепла из-за стоксова сдвига, а также других проблем, связанных с деградацией люминофора. Тем не менее, метод люминофора по-прежнему остается самым популярным методом изготовления белых светодиодов высокой интенсивности. Разработка и производство источника света или светильника с использованием монохромного излучателя с преобразованием люминофора проще и дешевле, чем сложная система RGB, и большинство белых светодиодов высокой интенсивности, представленных в настоящее время на рынке, производятся с преобразованием света люминофором.

Самым большим препятствием на пути к высокой эффективности являются кажущиеся неизбежными потери энергии Стокса. Тем не менее, много усилий тратится на оптимизацию этих устройств для более высокой светоотдачи и более высоких рабочих температур. Например, эффективность можно повысить, адаптировав лучшую конструкцию корпуса или используя более подходящий тип люминофора. Запатентованный Philips Lumileds процесс конформного покрытия решает проблему различной толщины люминофора, придавая белым светодиодам более однородный белый свет. [63] Поскольку разработка продолжается, эффективность светодиодов на основе люминофора, как правило, повышается с каждым анонсом нового продукта.

Белые светодиоды на основе люминофора инкапсулируют синие светодиоды InGaN внутри эпоксидного покрытия с люминофором. Распространенным материалом желтого люминофора является иттрий-алюминиевый гранат, легированный церием (Ce 3+ : YAG).

Белые светодиоды

также могут быть изготовлены путем покрытия светодиодов, излучающих в ближнем ультрафиолетовом диапазоне (NUV), смесью высокоэффективных красных и синих люминофоров на основе европия, а также сульфида цинка, легированного медью и алюминием, излучающего зеленый свет (ZnS:Cu, Al).Это метод, аналогичный тому, как работают люминесцентные лампы. Этот метод менее эффективен, чем синий светодиод с люминофором YAG:Ce, поскольку стоксов сдвиг больше, поэтому больше энергии преобразуется в тепло, но дает свет с лучшими спектральными характеристиками, которые лучше передают цвет. Из-за более высокой мощности излучения ультрафиолетовых светодиодов, чем у синих, оба метода обеспечивают сравнимую яркость. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовый свет может просачиваться из неисправного источника света и причинять вред человеческим глазам или коже.

Другие белые светодиоды

Другой метод, использованный для производства экспериментальных светодиодов белого света, вообще не использовал люминофоры и был основан на гомоэпитаксиальном выращивании селенида цинка (ZnSe) на подложке из ZnSe, которая одновременно излучала синий свет из своей активной области и желтый свет из подложки. [64]

Органические светодиоды (OLED)

В органическом светоизлучающем диоде (OLED) электролюминесцентный материал, составляющий излучающий слой диода, представляет собой органическое соединение.Органический материал является электропроводным из-за делокализации пи-электронов, вызванной сопряжением всей или части молекулы, и поэтому материал функционирует как органический полупроводник. [65] Органические материалы могут представлять собой небольшие органические молекулы в кристаллической фазе или полимеры.

Потенциальные преимущества OLED-дисплеев включают тонкие недорогие дисплеи с низким управляющим напряжением, широким углом обзора и высокой контрастностью и цветовой гаммой. [66] Полимерные светодиоды обладают дополнительным преимуществом: печатаемые [67] [68] и гибкие дисплеи [69] .OLED использовались для создания визуальных дисплеев для портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, цифровые камеры и MP3-плееры, а возможное будущее использование включает освещение и телевизоры. [66]

Светодиоды с квантовыми точками (экспериментальные)

Квантовые точки (КТ) — полупроводниковые нанокристаллы, обладающие уникальными оптическими свойствами. [70] Их цвет излучения можно настроить от видимого до инфракрасного спектра. Это позволяет светодиодам с квантовыми точками создавать практически любой цвет на диаграмме CIE.Это обеспечивает больше вариантов цвета и лучшую цветопередачу, чем белые светодиоды. [ необходима ссылка ] Светодиоды с квантовыми точками доступны в тех же типах корпусов, что и традиционные светодиоды на основе люминофора. [ citation required ] Одним из примеров этого является метод, разработанный Майклом Бауэрсом из Университета Вандербильта в Нэшвилле, включающий покрытие синего светодиода квантовыми точками, которые светятся белым в ответ на синий свет светодиода. Этот метод излучает теплый желтовато-белый свет, похожий на свет ламп накаливания. [71] . Квантовые точки также рассматриваются для использования в диодах, излучающих белый свет, в жидкокристаллических (ЖК) телевизорах. [72]

Основной трудностью использования светодиодов на основе квантовых точек является недостаточная стабильность КТ при длительном облучении. [ quotation required ] В феврале 2011 года ученые компании PlasmaChem GmbH смогли синтезировать квантовые точки для применения в светодиодах и построить на их основе преобразователь света, который мог эффективно преобразовывать свет из синего в любой другой цвет в течение многих сотен часов. [ citation required ] Такие КТ могут использоваться для излучения видимого или ближнего инфракрасного света любой длины волны, возбуждаемого светом с более короткой длиной волны.

Типы

Светодиоды производятся различных форм и размеров. Цилиндрическая упаковка диаметром 5 мм (красная, пятая слева) является наиболее распространенной, ее доля в мировом производстве оценивается в 80%. [ citation required ] Цвет пластиковой линзы часто совпадает с фактическим цветом излучаемого света, но не всегда.Например, фиолетовый пластик часто используется для инфракрасных светодиодов, а большинство синих устройств имеют прозрачные корпуса. В корпусах SMT также есть светодиоды, например, на мигалках и клавиатурах мобильных телефонов (не показаны).

Основными типами светодиодов являются миниатюрные, мощные устройства и нестандартные конструкции, такие как буквенно-цифровые или многоцветные.

Разница между светодиодными SMD-чипами 3528 и 5050

[73]

Миниатюрный

Светодиоды разного размера. 8 мм, 5 мм и 3 мм, с деревянной спичкой для масштаба.

В основном это светодиоды с одним кристаллом, используемые в качестве индикаторов, и они бывают разных размеров от 2 мм до 8 мм, в корпусах для сквозного и поверхностного монтажа. Обычно они имеют простую конструкцию и не требуют отдельного охлаждающего корпуса. [74] Типовой номинальный ток составляет от 1 мА до более 20 мА. Небольшой масштаб устанавливает естественную верхнюю границу энергопотребления из-за тепла, вызванного высокой плотностью тока и необходимостью отвода тепла.

Средний диапазон

Светодиоды средней мощности часто монтируются в сквозное отверстие и используются, когда требуется световой поток в несколько люменов.Иногда они монтируют диод на четыре вывода (два катодных вывода, два анодных вывода) для лучшей теплопроводности и имеют встроенную линзу. Примером этого является пакет Superflux от Philips Lumileds. Эти светодиоды чаще всего используются в световых панелях, аварийном освещении и автомобильных задних фонарях. Из-за большего количества металла в светодиодах они могут выдерживать более высокие токи (около 100 мА). Более высокий ток обеспечивает более высокую светоотдачу, необходимую для задних фонарей и аварийного освещения.

Высокая мощность

Светодиоды высокой мощности

(HPLED) могут работать при токах от сотен мА до ампер, по сравнению с десятками мА для других светодиодов. Некоторые из них могут излучать более тысячи люмен. [75] [76] Поскольку перегрев губителен, светодиоды HPLED должны быть установлены на радиаторе, чтобы обеспечить рассеивание тепла. Если тепло от HPLED не отводится, устройство выйдет из строя за считанные секунды. Один HPLED часто может заменить лампу накаливания в фонарике или быть установленным в массив, чтобы сформировать мощную светодиодную лампу.

Некоторые хорошо известные HPLED в этой категории — Lumileds Rebel Led, Osram Opto Semiconductors Golden Dragon и Cree X-lamp. По состоянию на сентябрь 2009 г. некоторые HPLED производства Cree Inc. в настоящее время превышают 105 лм/Вт [77] (например, светодиодный чип XLamp XP-G, излучающий холодный белый свет) и продаются в лампах, предназначенных для замены ламп накаливания, галогенных и даже люминесцентные лампы, поскольку стоимость светодиодов становится все более конкурентоспособной.

Компания Seoul Semiconductor разработала светодиоды

, которые могут работать от сети переменного тока без необходимости использования преобразователя постоянного тока.В течение каждого полупериода часть светодиода излучает свет, а часть остается темной, и в течение следующего полупериода это меняется на противоположное. Эффективность этого типа HPLED обычно составляет 40 лм/Вт. [78] Большое количество последовательно соединенных светодиодных элементов может работать непосредственно от сетевого напряжения. В 2009 году Seoul Semiconductor выпустила высоковольтное устройство постоянного тока, способное работать от сети переменного тока с помощью простой схемы управления. Низкое рассеивание мощности этих светодиодов дает им большую гибкость, чем оригинальная конструкция светодиодов переменного тока. [79]

Варианты для конкретных приложений

  • Мигающие светодиоды используются для привлечения внимания, не требуя внешней электроники. Мигающие светодиоды напоминают стандартные светодиоды, но они содержат встроенную схему мультивибратора, которая заставляет светодиод мигать с типичным периодом в одну секунду. В светодиодах с рассеивающими линзами это видно как маленькую черную точку. Большинство мигающих светодиодов излучают свет одного цвета, но более сложные устройства могут мигать несколькими цветами и даже исчезать в последовательности цветов, используя смешивание цветов RGB.
  • Двухцветные светодиоды фактически представляют собой два разных светодиода в одном корпусе. Они состоят из двух матриц, соединенных с одними и теми же двумя выводами антипараллельно друг другу. Ток в одном направлении излучает один цвет, а ток в противоположном направлении излучает другой цвет. Чередование двух цветов с достаточной частотой приводит к появлению смешанного третьего цвета. Например, красный/зеленый светодиод, работающий таким образом, будет смешивать цвета, излучая желтый цвет.
  • Трехцветные светодиоды представляют собой два светодиода в одном корпусе, но два светодиода подключены к отдельным проводам, так что двумя светодиодами можно управлять независимо и они могут светиться одновременно.Типична трехвыводная схема с одним общим выводом (анод или катод).
  • RGB-светодиоды содержат красный, зеленый и синий излучатели, обычно использующие четырехпроводное соединение с одним общим выводом (анод или катод). Эти светодиоды могут иметь как общие положительные, так и общие отрицательные выводы. Другие, однако, имеют только два вывода (положительный и отрицательный) и имеют встроенный крошечный электронный блок управления.
  • Буквенно-цифровые светодиодные дисплеи доступны в семисегментном формате и в формате звездообразования.Семисегментные дисплеи отображают все цифры и ограниченный набор букв. Дисплеи Starburst могут отображать все буквы. Семисегментные светодиодные дисплеи широко использовались в 1970-х и 1980-х годах, но растущее использование жидкокристаллических дисплеев с их меньшим энергопотреблением и большей гибкостью дисплея снизило популярность цифровых и буквенно-цифровых светодиодных дисплеев.

Рекомендации по использованию

Источники питания

Характеристика тока/напряжения светодиода аналогична другим диодам в том смысле, что ток экспоненциально зависит от напряжения (см. уравнение диода Шокли).Это означает, что небольшое изменение напряжения может вызвать большое изменение тока. Если максимальное номинальное напряжение превышено на небольшую величину, номинальный ток может быть превышен на большую величину, что может привести к повреждению или разрушению светодиода. Типичным решением является использование источников питания постоянного тока или управление светодиодом при напряжении, намного ниже максимального номинального. Поскольку наиболее распространенные источники питания (батареи, сеть) не являются источниками постоянного тока, большинство светодиодных светильников должны иметь преобразователь мощности. Тем не менее, кривая I / V светодиодов на основе нитрида довольно крутая выше колена и дает I f несколько миллиампер при V f , что позволяет питать светодиод на основе нитрида от 3-вольтовой батареи, такой как плоская монета, без необходимости в токоограничивающем резисторе.

Электрическая полярность

Как и во всех диодах, ток легко течет от материала p-типа к n-типу. [80] Однако при приложении небольшого напряжения в обратном направлении ток не течет и свет не излучается. Если обратное напряжение становится достаточно большим, чтобы превысить напряжение пробоя, протекает большой ток, и светодиод может быть поврежден. Если обратный ток достаточно ограничен, чтобы избежать повреждения, светодиод с обратной проводимостью является полезным шумовым диодом.

Безопасность и здоровье

Подавляющее большинство устройств, содержащих светодиоды, «безопасны при любых условиях нормального использования» и поэтому классифицируются как «светодиодные изделия класса 1»/«светодиоды класса 1».В настоящее время только несколько светодиодов — чрезвычайно яркие светодиоды, которые также имеют четко сфокусированный угол обзора 8° или меньше — теоретически могут вызывать временную слепоту, и поэтому классифицируются как «Класс 2». [81] В целом правила безопасности при работе с лазерами — а также система «Класс 1», «Класс 2» и т. д. — также применяются к светодиодам. [82]

Хотя светодиоды имеют преимущество перед люминесцентными лампами в том, что они не содержат ртути, они могут содержать другие опасные металлы, такие как свинец и мышьяк. В исследовании, опубликованном в 2011 году, говорится: «Согласно федеральным стандартам, светодиоды не представляют опасности, за исключением красных светодиодов низкой интенсивности, которые выщелачивают Pb [свинец] на уровнях, превышающих нормативные пределы (186 мг/л; нормативный предел: 5).Однако, в соответствии с калифорнийскими нормами, чрезмерные уровни меди (до 3892 мг/кг; предел: 2500), свинца (до 8103 мг/кг; предел: 1000), никеля (до 4797 мг/кг; предел: 2000). ) или серебра (до 721 мг/кг; предел: 500) делают опасными все, кроме низкоинтенсивных желтых светодиодов». [83]

Преимущества

  • Эффективность: светодиоды излучают больше света на ватт, чем лампы накаливания. [84] Их эффективность не зависит от формы и размера, в отличие от люминесцентных ламп или трубок.
  • Цвет: Светодиоды могут излучать свет заданного цвета без использования цветных фильтров, как это требуется для традиционных методов освещения. Это более эффективно и может снизить первоначальные затраты.
  • Размер: Светодиоды могут быть очень маленькими (меньше 2 мм 2 [85] ) и легко устанавливаются на печатные платы.
  • Время включения/выключения: светодиодов загораются очень быстро. Типичный красный светодиодный индикатор достигает полной яркости менее чем за микросекунду. [86] Светодиоды, используемые в устройствах связи, могут иметь еще более короткое время отклика.
  • Цикличность: светодиоды идеально подходят для использования в условиях частого включения-выключения, в отличие от люминесцентных ламп, которые быстрее выходят из строя при частом циклировании, или газоразрядных ламп, которым требуется много времени для перезапуска.
  • Диммирование: светодиоды можно очень легко диммировать с помощью широтно-импульсной модуляции или снижения прямого тока. [87]
  • Холодный свет: В отличие от большинства источников света, светодиоды излучают очень мало тепла в виде инфракрасного излучения, которое может повредить чувствительные предметы или ткани.Теряемая впустую энергия рассеивается в виде тепла через основание светодиода.
  • Медленный выход из строя: светодиоды в основном выходят из строя из-за затемнения с течением времени, а не из-за внезапного выхода из строя ламп накаливания. [88]
  • Срок службы: светодиоды могут иметь относительно длительный срок службы. В одном отчете оценивается срок службы от 35 000 до 50 000 часов, хотя время до полного отказа может быть больше. [89] Люминесцентные лампы обычно рассчитаны на срок службы от 10 000 до 15 000 часов, в зависимости от условий использования, а лампы накаливания — на 1 000–2 000 часов.
  • Ударопрочность: Светодиоды, являющиеся твердотельными компонентами, трудно повредить внешним ударом, в отличие от люминесцентных ламп и ламп накаливания, которые являются хрупкими.
  • Фокус: Прочный корпус светодиода может быть сконструирован таким образом, чтобы сфокусировать его свет. Лампам накаливания и люминесцентным лампам часто требуется внешний отражатель для сбора света и направления его удобным образом.

Недостатки

  • Высокая начальная цена: в настоящее время светодиоды дороже по цене за люмен, исходя из первоначальных капитальных затрат, чем большинство традиционных технологий освещения.Дополнительные расходы частично связаны с относительно низким световым потоком и необходимыми схемами привода и источниками питания.
  • Температурная зависимость: Производительность светодиодов в значительной степени зависит от температуры окружающей среды, в которой они работают. Перегрузка светодиода при высокой температуре окружающей среды может привести к перегреву светодиодного блока, что в конечном итоге приведет к выходу устройства из строя. Адекватный теплоотвод необходим для поддержания длительного срока службы. Это особенно важно в автомобильной, медицинской и военной областях, где устройства должны работать в широком диапазоне температур и иметь низкую частоту отказов.
  • Чувствительность к напряжению: Светодиоды должны питаться напряжением выше порогового и током ниже номинального. Это может включать последовательные резисторы или источники питания с регулируемым током. [90]
  • Качество света: Большинство холодно-белых светодиодов имеют спектры, которые значительно отличаются от спектра излучения черного тела, такого как солнце или лампа накаливания. Всплеск на 460 нм и провал на 500 нм могут привести к тому, что цвет объектов будет восприниматься иначе при холодном белом светодиодном освещении, чем при солнечном свете или лампах накаливания, из-за метамеризма, [91] красные поверхности особенно плохо воспроизводятся обычным люминофором на основе холодных белых светодиодов.Однако свойства цветопередачи обычных люминесцентных ламп часто уступают современным белым светодиодам [ ] .
  • Площадь источника света: Светодиоды не аппроксимируют «точечный источник» света, а скорее ламбертовское распределение. Таким образом, светодиоды трудно применять для целей, требующих сферического светового поля. Светодиоды не могут обеспечить расходимость ниже нескольких градусов. Напротив, лазеры могут излучать лучи с расходимостью 0.2 градуса и меньше. [92]
  • Опасность синего света: Существует опасение, что синие светодиоды и светодиоды холодного белого света в настоящее время способны превысить безопасные пределы так называемой опасности синего света, как определено в спецификациях по безопасности для глаз, таких как ANSI/IESNA RP-27.1–05. : Рекомендуемая практика фотобиологической безопасности ламп и ламповых систем. [93] [94]

Приложения

Светодиодный цифровой дисплей, который может отображать 4 цифры вместе с точками.Источник света на светодиодной панели, используемый в эксперименте по выращиванию растений. Результаты таких экспериментов могут быть использованы для выращивания пищи в космосе в ходе длительных миссий. Светодиодная подсветка. Светодиодные индикаторы динамически реагируют на видеопоток через AmBX.

Использование светодиодов можно разделить на четыре основные категории:

  • Визуальные сигналы, в которых свет идет более или менее прямо от источника к человеческому глазу, чтобы передать сообщение или значение.
  • Освещение, при котором свет отражается от объектов для визуального восприятия этих объектов.
  • Измерение и взаимодействие с процессами, не требующими человеческого зрения. [100]
  • Узкополосные световые датчики, в которых светодиоды работают в режиме обратного смещения и реагируют на падающий свет, а не излучают свет.

В течение более 70 лет, до появления светодиодов, практически все освещение было лампами накаливания и люминесцентными лампами, а первые люминесцентные лампы появились в продаже только после Всемирной выставки 1939 года.

Индикаторы и знаки

Низкое энергопотребление, низкие эксплуатационные расходы и небольшой размер современных светодиодов привели к их использованию в качестве индикаторов состояния и дисплеев на различном оборудовании и установках.Светодиодные дисплеи большой площади используются в качестве дисплеев на стадионах и в качестве динамических декоративных дисплеев. Тонкие и легкие дисплеи сообщений используются в аэропортах и ​​на вокзалах, а также в качестве дисплеев пунктов назначения для поездов, автобусов, трамваев и паромов.

Одноцветный свет хорошо подходит для светофоров и сигналов, знаков выхода, аварийного освещения транспортных средств, судовых навигационных огней или фонарей (стандарты цветности и яркости устанавливаются в соответствии с Конвенцией о Международных правилах предупреждения столкновений судов в море 1972 г., Приложение I и CIE) и рождественские огни на светодиодах.В холодном климате светодиодные светофоры могут оставаться покрытыми снегом. [101] Красные или желтые светодиоды используются в индикаторных и буквенно-цифровых дисплеях в средах, где необходимо сохранять ночное видение: кабины самолетов, мостики подводных лодок и кораблей, астрономические обсерватории и в полевых условиях, например. наблюдение за животными в ночное время и использование в военных целях.

Благодаря длительному сроку службы и быстрому переключению светодиоды некоторое время использовались в стоп-сигналах для легковых автомобилей, высоких стоп-сигналах, грузовиках и автобусах, а также в сигналах поворота, но многие автомобили теперь используют светодиоды для задних фонарей. .Использование в тормозах повышает безопасность из-за значительного сокращения времени, необходимого для полного освещения, или более быстрого времени нарастания, до 0,5 секунды быстрее, чем у лампы накаливания. Это дает водителям позади больше времени, чтобы среагировать. Сообщается, что при нормальной скорости движения по шоссе это равносильно увеличению времени реакции на одну длину автомобиля. В схеме с двойной интенсивностью (т. Е. Задние маркеры и тормоза), если светодиоды не пульсируют с достаточно высокой частотой, они могут создать фантомный массив, в котором появятся призрачные изображения светодиодов, если глаза быстро просканируют массив.Начинают использоваться белые светодиодные фары. Использование светодиодов имеет преимущества с точки зрения стиля, поскольку светодиоды могут формировать гораздо более тонкий свет, чем лампы накаливания с параболическими отражателями.

Из-за относительной дешевизны маломощных светодиодов они также используются во многих временных целях, таких как светящиеся палочки, броски и фотонный текстиль Lumalive. Художники также использовали светодиоды для светодиодного искусства.

Радиоприемники погоды/всех опасностей с кодировкой сообщений для конкретных областей (SAME) имеют три светодиода: красный для предупреждений, оранжевый для часов и желтый для предупреждений и заявлений, когда они выпускаются.

Освещение

С развитием высокоэффективных и мощных светодиодов стало возможным использовать светодиоды в освещении и освещении. Были изготовлены сменные лампочки, а также специальные светильники и светодиодные лампы. Светодиоды используются в качестве уличных фонарей и в другом архитектурном освещении, где используется изменение цвета. Механическая прочность и длительный срок службы используются в автомобильном освещении автомобилей, мотоциклов и велосипедных фонарей.

Светодиодные уличные фонари

используются на столбах и в гаражах.В 2007 году итальянская деревня Торрака стала первым местом, где вся система освещения была переведена на светодиоды. [102]

Светодиоды

используются в авиационном освещении. Airbus использует светодиодное освещение в своем Airbus A320 Enhanced с 2007 года, а Boeing планирует использовать его в 787. Сейчас светодиоды также используются в освещении аэропортов и вертолетных площадок. В настоящее время светодиодные светильники для аэропортов включают в себя огни взлетно-посадочной полосы средней интенсивности, осевые огни взлетно-посадочной полосы, осевые и краевые огни рулежной дорожки, направляющие знаки и освещение препятствий.

Светодиоды

также подходят для подсветки ЖК-телевизоров и легких дисплеев ноутбуков, а также в качестве источника света для проекторов DLP (см. LED-телевизоры). Светодиоды RGB расширяют цветовую гамму на целых 45%. Экраны телевизоров и компьютерных дисплеев можно сделать тоньше, используя для подсветки светодиоды. [103]

Светодиоды

все чаще используются в аквариумных светильниках. В частности, для рифовых аквариумов светодиодные светильники обеспечивают эффективный источник света с меньшей теплоотдачей, помогая поддерживать оптимальную температуру в аквариуме.Аквариумные светильники на основе светодиодов также имеют то преимущество, что их можно регулировать вручную, чтобы излучать определенный цветовой спектр для идеальной окраски кораллов, рыб и беспозвоночных, а также оптимизировать фотосинтетически активное излучение (ФАР), которое повышает рост и устойчивость фотосинтетической жизни, такой как кораллы. анемоны, моллюски и макроводоросли. Эти приспособления могут быть запрограммированы электронным способом для имитации различных условий освещения в течение дня, отражая фазы солнца и луны для динамического восприятия рифа.Светодиодные светильники обычно стоят в пять раз дороже, чем люминесцентные или газоразрядные светильники с аналогичным номиналом, предназначенные для рифовых аквариумов, и на сегодняшний день они не имеют такой высокой мощности.

Отсутствие инфракрасного/теплового излучения делает светодиоды идеальными для сценического освещения с использованием блоков светодиодов RGB, которые могут легко менять цвет и уменьшать нагрев по сравнению с традиционным сценическим освещением, а также для медицинского освещения, где ИК-излучение может быть вредным. Что касается энергосбережения, светодиоды с более низкой теплоотдачей также означают, что системы кондиционирования воздуха (охлаждения) имеют меньше тепла для утилизации, что снижает выбросы углекислого газа.

Светодиоды

маленькие, прочные и потребляют мало энергии, поэтому они используются в ручных устройствах, таких как фонарики. Светодиодные стробоскопы или фотовспышки работают при безопасном низком напряжении, вместо 250+ вольт, обычно встречающихся в освещении на основе ксеноновых ламп-вспышек. Это особенно полезно в камерах на мобильных телефонах, где пространство ограничено, а громоздкие схемы повышения напряжения нежелательны.

Светодиоды

используются для инфракрасного освещения в системах ночного видения, включая камеры видеонаблюдения.Кольцо светодиодов вокруг видеокамеры, направленное вперед на световозвращающий фон, позволяет выполнять хроматическую манипуляцию в видеопродукции.

Светодиоды

в настоящее время широко используются во всех областях рынка, от коммерческого до домашнего использования: стандартное освещение и AV-установки, сцены и театральные, архитектурные и общественные пространства, везде, где используется искусственный свет.

Во многих странах лампы накаливания для дома и офиса больше не доступны, а строительные нормы требуют, чтобы новые помещения сразу же оснащались светодиодными светильниками и фурнитурой.

Адаптивность цветных светодиодов все чаще находит применение в медицинских и образовательных целях, таких как улучшение настроения, и новые технологии, такие как AmBX, для управления цветными светодиодами были разработаны для использования универсальности светодиодов. НАСА даже спонсировало исследования по использованию светодиодов для укрепления здоровья астронавтов. [104]

Умное освещение

Light можно использовать для широкополосной передачи данных, что уже реализовано в стандартах IrDA с использованием инфракрасных светодиодов.Поскольку светодиоды могут включаться и выключаться миллионы раз в секунду, они могут быть беспроводными передатчиками и точками доступа для передачи данных. [105] Таким же образом можно модулировать лазеры.

Устойчивое освещение

Эффективное освещение необходимо для устойчивой архитектуры. В 2009 году типичная светодиодная лампа мощностью 13 Вт излучала от 450 до 650 люмен. [106] , который эквивалентен стандартной 40-ваттной лампе накаливания. В 2011 году светодиоды стали более эффективными, так что 6-ваттный светодиод может легко достичь тех же результатов. [107] Стандартная лампа накаливания мощностью 40 Вт имеет ожидаемый срок службы 1000 часов, в то время как светодиод может продолжать работать с пониженной эффективностью более 50000 часов, что в 50 раз дольше, чем у лампы накаливания.

Потребление энергии

Один киловатт-час электричества вызывает выброс 1,34 фунта (610 г) CO 2 . [108] Предполагая, что средняя лампочка горит 10 часов в день, одна 40-ваттная лампа накаливания будет производить 196 фунтов (89 кг) выбросов CO 2 в год.Эквивалент 6-ваттного светодиода вызовет только 30 фунтов (14 кг) CO 2 за тот же промежуток времени. Углеродный след здания от освещения можно уменьшить на 85%, заменив все лампы накаливания на новые светодиоды.

Экономически устойчивый
Светодиодные лампы

могут быть экономичным вариантом для освещения дома или офиса из-за их очень длительного срока службы. Потребительское использование светодиодов в качестве замены традиционной системы освещения в настоящее время сдерживается высокой стоимостью и низкой эффективностью доступных продуктов.Результаты испытаний Министерства энергетики США в 2009 году показали, что средняя эффективность составляет 35 лм/Вт, что ниже, чем у типичных компактных люминесцентных ламп, и всего 9 лм/Вт, что хуже, чем у стандартных ламп накаливания. [106] Однако по состоянию на 2011 год доступны светодиодные лампы с эффективностью 150 лм/Вт, и даже недорогие недорогие модели обычно превышают 50 лм/Вт. Высокая начальная стоимость коммерческой светодиодной лампы связана с дорогой сапфировой подложкой, которая является ключом к производственному процессу. Сапфировый прибор должен быть соединен с зеркальным коллектором, чтобы отражать свет, который в противном случае был бы потрачен впустую.

Невизуальные приложения

Свет от светодиодов можно очень быстро модулировать, поэтому они широко используются в оптоволоконной связи и оптике свободного пространства. Сюда входят пульты дистанционного управления, например, для телевизоров и видеомагнитофонов, где часто используются инфракрасные светодиоды. В оптоизоляторах используется светодиод в сочетании с фотодиодом или фототранзистором для обеспечения пути прохождения сигнала с электрической изоляцией между двумя цепями. Это особенно полезно в медицинском оборудовании, где сигналы от цепи датчика низкого напряжения (обычно с питанием от батареи), контактирующей с живым организмом, должны быть электрически изолированы от любого возможного электрического сбоя в записывающем или контрольном устройстве, работающем при потенциально опасном напряжении.Оптоизолятор также позволяет передавать информацию между цепями, не имеющими общего потенциала земли.

Многие сенсорные системы полагаются на свет как на источник сигнала. Светодиоды часто идеально подходят в качестве источника света из-за требований к датчикам. Светодиоды используются в качестве датчиков движения, например, в оптических компьютерных мышах. В сенсорной панели Nintendo Wii используются инфракрасные светодиоды. Пульсоксиметры используют их для измерения насыщения кислородом. В некоторых планшетных сканерах в качестве источника света используются массивы светодиодов RGB, а не обычная люминесцентная лампа с холодным катодом.Независимое управление тремя цветами подсветки позволяет сканеру калибровать себя для более точного цветового баланса, и нет необходимости в прогреве. Кроме того, его датчики должны быть только монохромными, поскольку в любой момент времени сканируемая страница освещается только одним цветом света. Сенсорное восприятие: поскольку светодиоды также могут использоваться в качестве фотодиодов, их можно использовать как для фотоизлучения, так и для обнаружения. Это можно использовать, например, в сенсорном экране, который регистрирует отраженный свет от пальца или стилуса. [109]

Многие материалы и биологические системы чувствительны к свету или зависят от него. В лампах для выращивания растений используются светодиоды для увеличения фотосинтеза растений [110] , а бактерии и вирусы могут быть удалены из воды и других веществ с помощью УФ-светодиодов для стерилизации. [57] Другое применение – устройства УФ-отверждения для некоторых методов нанесения чернил и покрытий, а также в светодиодных принтерах.

Растениеводы заинтересованы в светодиодах, потому что они более энергоэффективны, излучают меньше тепла (могут повредить растения рядом с горячими лампами) и могут обеспечить оптимальную частоту света для роста растений и периодов цветения по сравнению с используемыми в настоящее время лампами для выращивания растений: ДНаТ (высокая натрий под давлением), MH (металлогалогенид) или CFL/низкоэнергетический.Однако светодиоды не заменили эти лампы для выращивания из-за более высокой цены. По мере развития массового производства и светодиодных комплектов светодиодная продукция будет дешеветь.

Светодиоды

также использовались в качестве опорного напряжения среднего качества в электронных схемах. Прямое падение напряжения (например, около 1,7 В для обычного красного светодиода) можно использовать вместо стабилитрона в низковольтных стабилизаторах. Красные светодиоды имеют самую плоскую кривую выше колена. Светодиоды на основе нитрида имеют довольно крутую кривую I / V и для этой цели бесполезны.Хотя прямое напряжение светодиода гораздо больше зависит от тока, чем хороший стабилитрон, стабилитроны не являются широко доступными при напряжении ниже 3 В.

Источники света для систем машинного зрения

Системы машинного зрения часто требуют яркого и однородного освещения, поэтому интересующие элементы легче обрабатывать. Для этой цели часто используются светодиоды, и это, вероятно, останется одним из их основных применений до тех пор, пока цена не упадет достаточно низко, чтобы сделать использование сигналов и освещения более распространенным.Сканеры штрих-кода являются наиболее распространенным примером машинного зрения, и многие недорогие сканеры используют красные светодиоды вместо лазеров. Оптические компьютерные мыши также являются еще одним примером светодиодов в машинном зрении, поскольку они используются для обеспечения равномерного источника света на поверхности для миниатюрной камеры внутри мыши. Светодиоды представляют собой почти идеальный источник света для систем машинного зрения по нескольким причинам:

Размер освещаемого поля обычно сравнительно невелик, а системы машинного зрения часто довольно дороги, поэтому стоимость источника света обычно не имеет большого значения.Однако заменить сломанный источник света, размещенный в сложном оборудовании, может быть непросто, и здесь преимуществом является длительный срок службы светодиодов.

Светодиодные элементы

, как правило, имеют небольшие размеры и могут быть размещены с высокой плотностью на плоских или ровных подложках (печатные платы и т. д.), чтобы можно было спроектировать яркие и однородные источники, которые направляют свет из строго контролируемых направлений на проверяемые детали. Этого часто можно добиться с помощью небольших недорогих линз и рассеивателей, помогающих достичь высокой плотности света с контролем уровня освещения и его однородности.Светодиодные источники могут иметь несколько конфигураций (точечные светильники для отражающего освещения, кольцевые светильники для коаксиального освещения, контровые светильники для контурного освещения, линейные сборки, плоские панели большого формата, купольные источники рассеянного всенаправленного освещения).

Светодиоды

можно легко стробировать (в микросекундном диапазоне и меньше) и синхронизировать с изображением. Доступны мощные светодиоды, позволяющие получать хорошо освещенные изображения даже при очень коротких световых импульсах. Это часто используется для получения четких и четких «неподвижных» изображений быстро движущихся частей.

Светодиоды

бывают нескольких разных цветов и длин волн, что позволяет легко использовать лучший цвет для каждой потребности, где другой цвет может обеспечить лучшую видимость интересующих функций. Наличие точно известного спектра позволяет использовать точно согласованные фильтры для разделения информативной полосы пропускания или для уменьшения мешающих эффектов окружающего света. Светодиоды обычно работают при сравнительно низких рабочих температурах, что упрощает управление и рассеивание тепла. Это позволяет использовать пластиковые линзы, фильтры и рассеиватели. Гоинс, Г.Д. и Йорио, Н.К., и Санво, М.М., и Браун, К.С. (1997). «Фотоморфогенез, фотосинтез и урожай семян растений пшеницы, выращенных под красными светодиодами (светодиодами) с дополнительным синим освещением и без него». Journal of Experimental Botany 48 (7): 1407. doi:10.1093/jxb/48.7.1407.

Дальнейшее чтение

 

Светодиоды и производство

Производитель промышленного освещения делает корпус для светодиода

В большинстве дискуссий об эффективности производства основное внимание уделяется оптимизации процессов, систем и цепочки поставок.С переходом к более устойчивой эксплуатации вопросы ресурсоэффективности и энергоэффективности также стали более важной частью обсуждения, с корпоративными мандатами по сокращению выбросов углерода и воздействия на окружающую среду в целом.

Но когда речь заходит об энергоэффективности, до недавнего времени немногие производители автомобилей считали тысячи осветительных приборов, освещающих их объекты, просто необходимостью для безопасной и продуктивной работы. Сейчас ситуация начинает меняться по мере того, как современные технологии светодиодного (светоизлучающего) освещения набирают обороты в отрасли.Некоторые из крупных производителей уже полностью перешли на светодиодные технологии, реализуя крупные проекты по модернизации, чтобы преобразовать целые объекты с обычных систем освещения, требующих интенсивного обслуживания, на долговечное светодиодное освещение, не требующее обслуживания.

Как оказалось, переход на светодиодное освещение предлагает значительный набор преимуществ, которые делают не только разумными инвестиции в лучшее освещение, но и являются надежными, готовыми к будущему инвестициями в общую эффективность и производительность предприятия.

Высокая эффективность : Энергоэффективность чаще всего является основным фактором при преобразовании светодиодного освещения для производителей автомобилей. Самые передовые, высокоэффективные светодиодные светильники могут обеспечить экономию энергии, снижая потребление более чем на 60% на светильник, при этом обеспечивая уровень освещенности обычных систем HID (разряд высокой интенсивности). Результат: более яркий и качественный свет при вдвое меньшей стоимости энергопотребления. Деньги, сэкономленные на энергии освещения, можно перенаправить на другие капиталовложения.

Huron, группа по управлению недвижимостью, отвечающая за кампус Huron в Бингемтоне, штат Нью-Йорк, перешла на светодиодное освещение от Dialight.

Экологичность Эксплуатация:  Экологичность является приоритетом для автопроизводителей. Стремясь вывести на рынок больше высокопроизводительных электромобилей, автопроизводители испытывают особенно сильное давление, чтобы гарантировать, что производственный процесс будет таким же устойчивым, как и автомобили, которые они производят. Благодаря резкому сокращению потребления электроэнергии переход на светодиодное освещение может сократить выбросы углекислого газа, устраняя производство тысяч тонн парниковых газов.Кроме того, при использовании светодиодов нет вредных материалов, которые необходимо регулярно утилизировать, как в случае с некоторыми HID-системами. Это позволяет производителям работать намного экологичнее, с меньшим воздействием на окружающую среду, чтобы достичь целей устойчивого развития.

Надежность:  Долговечность светодиодных светильников является важным отличием для автомобильных объектов. В отличие от обычного освещения, в основе которого лежат тонкие нити накала, склонные к выходу из строя в суровых условиях, светодиоды представляют собой полупроводниковые устройства, способные выдерживать сильные вибрации и удары.Они также могут выдерживать более высокие температуры окружающей среды без перегрева и без катастрофических отказов. Светодиодные светильники высочайшего качества также полностью герметичны, что означает пыле- и влагозащищенность. А для применения в опасных зонах, таких как покрасочные камеры и другие зоны, где могут использоваться или храниться летучие материалы, существует множество вариантов надежного и безопасного освещения, сертифицированных hazloc. Благодаря своей превосходной долговечности светодиодные светильники представляют собой разумное долгосрочное решение: инвестиции, которые вы сделаете сегодня, обеспечат выдающуюся производительность в течение десятилетия и более.

Не требует обслуживания:  Лучшие светодиодные светильники не требуют обслуживания в течение многих лет работы. Это означает, что больше не нужно менять лампы, покупать и хранить новые лампы и балласты, а также не нужно простоев для обеспечения безопасного обслуживания освещения рядом с производственным оборудованием или в труднодоступных местах. Это не только экономит огромное количество времени и денег, но и освобождает обслуживающий персонал для выполнения более важных задач, помимо замены ламп

.

Превосходная видимость:  Светодиоды обеспечивают выдающееся качество цвета, видимость и безопасность.Чистый свет, излучаемый светодиодами, превосходит по цветопередаче практически любой другой обычный источник света, особенно тускло-оранжевое свечение натрия под высоким давлением. Это не только улучшает видимость в областях, где требуется гарантия качества, жесткие допуски и соответствие цветов, но также повышает безопасность, гарантируя, что рабочие могут точно интерпретировать цвета, например, на проводке, предупреждающих знаках и в других ситуациях с цветовой кодировкой. Кроме того, свет, излучаемый светодиодами, намного ярче, что помогает работникам сохранять бдительность на работе, повышает безопасность и снижает количество несчастных случаев, вызванных усталостью.

Интеллектуальные элементы управления : Интеллектуальные элементы управления светодиодным освещением — это то, где резина действительно встречается с дорогой для производителей автомобилей. Добавление датчиков присутствия и движения, автоматического планирования времени включения и выключения и систем сбора дневного света, которые автоматически регулируют мощность освещения в зависимости от доступного окружающего света, значительно увеличивают экономию энергии при переходе на светодиоды. Сочетание мгновенного включения светодиодов (что устраняет период прогрева, необходимый для HID) с возможностью автоматического управления освещением означает, что они включаются только тогда, когда это абсолютно необходимо.Это значительно снижает потребление энергии и продлевает срок службы и производительность светильников, поэтому они служат дольше, чтобы сэкономить еще больше денег. В ближайшем будущем светодиодные светильники также будут подключены к системам управления зданием и системам автоматизации для дальнейшего повышения энергосбережения, надежности и мер безопасности.

Правильный выбор светодиодных светильников

В связи с растущим распространением технологии светодиодного освещения все больше и больше производителей светильников предлагают светодиодные системы. Конечно, как и в случае любых других инвестиций, выявление самых качественных, долговечных и эффективных продуктов среди конкурентов и маркетинговой шумихи может оказаться непростой задачей.При оценке поставщиков есть несколько важных отличий, которые отличают приспособления, которые действительно могут работать, от тех, которые просто хорошо выглядят на бумаге.

Тепловая защита.  Нестандартные светодиодные светильники склонны к неожиданному перегреву, что резко сокращает срок службы и создает потенциальную угрозу безопасности. Самые сложные и безопасные светодиодные системы имеют встроенную тепловую защиту, которая снижает мощность и световой поток для защиты светильника в нештатных условиях.Эта точка «теплового спада» широко варьируется, так как некоторые производители устанавливают эту точку отсчета на максимальную температуру окружающей среды. Это означает, что высокие температуры, приближающиеся к этой точке, создают огромную нагрузку на составные компоненты, со временем ослабляя приспособление. Вместо этого выберите приспособление с тепловой защитой, которая действительно защищает приспособление. Высокая точка спада не стоит того, если она ставит под угрозу общую надежность прибора.

Специальные компоненты и интегрированная конструкция .Стремясь выйти на рынок светодиодов, многие производители просто покупают и собирают готовые компоненты, которые не рассчитаны на суровые условия освещения. Они также не предназначены для совместной работы, и такой разрозненный подход приводит к тому, что приборы имеют множество потенциально слабых звеньев. Ищите производителя, который использует специально разработанные компоненты и интегрированный процесс проектирования с обратной связью, который обеспечивает работу светильника с оптимальными тепловыми, механическими, оптическими и электрическими характеристиками.

Тщательное тестирование и проверка . Большинство «сборщиков» светодиодных светильников должны полагаться на своих поставщиков для проверки данных о производительности отдельных компонентов. Но это относится только к отдельным частям, а не к тому, как они будут работать вместе после сборки в приспособление. В сочетании с минимальным стандартным отраслевым испытанием на прижигание (от 4 до 6 часов) это дает мало уверенности в том, что приспособление будет работать в соответствии со спецификацией в течение более длительного периода времени. Вместо этого выберите производителя, который не выполняет полную проверку конструкции с использованием специально разработанных компонентов, а также проводит строгий процесс ускоренного скрининга напряжений (HASS).Это подвергает приспособление длительному испытанию на сжигание в условиях высоких нагрузок, намного превышающих те, с которыми оно может столкнуться при предполагаемом применении. Это гарантирует, что прибор может выдержать наихудший сценарий и обеспечить выдающуюся долговечность в нормальных условиях.

Гарантия на всю систему.  Светодиодные светильники представляют собой относительно сложные электронные устройства, состоящие из нескольких компонентов. Достаточно одного слабого звена, чтобы вызвать сбой. Имеет смысл только то, что гарантия должна распространяться на все эти компоненты.Но, в то время как многие производители заявляют, что предлагают 5- или 7-летнюю гарантию, некоторые распространяются только на светодиоды, а не, например, на блок питания — самое слабое звено в посредственных светильниках. Выберите поставщика, который предлагает настоящую гарантию на всю систему, и, что еще лучше, поставщика, продукция которого доказала свою долговечность в течение первого гарантийного цикла.

Обоснование инвестиций

Vigilant High Bay рассчитан на высокие потолки и высокую температуру окружающей среды.

Помимо экономии энергии, окружающей среды и технического обслуживания, светодиодное освещение оказывается разумным вложением, с такими преимуществами, как поддержка промышленного Интернета вещей (IIoT) в качестве дополнительного бонуса.Суммарная экономия в совокупности позволяет многим организациям обнаружить, что модернизация светодиодов во многих случаях окупается менее чем за два года, а во многих случаях за пять лет, если только экономия энергии является единственным фактором рентабельности инвестиций. Вот почему еще более важно выбирать светильники, которые доказали свою надежность, с гарантией, которая продлится дольше периода окупаемости, чтобы объекты гарантированно получали выгоду.
В то же время модернизация светодиодов по-прежнему требует авансовых денежных затрат, но существуют некоторые забалансовые типы творческого финансирования, которые могут снизить первоначальные затраты.Некоторые энергосервисные компании предлагают программы, которые позволяют компаниям устанавливать освещение и фактически использовать полученную экономию энергии для оплаты освещения в течение пятилетнего периода.

Инвестиции в будущее

Одно можно сказать наверняка: движение к более высокой эффективности, экологической устойчивости и более разумной автоматизации будет только усиливаться и становиться все более важным конкурентным преимуществом автомобильной промышленности. Хотя переход на светодиодные светильники, безусловно, решает насущную проблему — снижает высокую стоимость электроэнергии для объектов, — они также являются многообещающей инвестицией в будущее.По мере того, как такие достижения, как интеллектуальное управление и сетевая автоматизация, набирают обороты, светодиодные системы освещения обеспечат производительность и эффективность во всех аспектах автомобильного производства, освещая путь к более прибыльным и устойчивым операциям.

Что такое светодиод? | Журнал «Светодиоды»

Проще говоря, светоизлучающий диод (СИД) — это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении через него электрического тока. Свет возникает, когда частицы, несущие ток (известные как электроны и дырки), объединяются внутри полупроводникового материала.

Поскольку свет генерируется внутри твердого полупроводникового материала, светодиоды описываются как твердотельные устройства. Термин твердотельное освещение, который также охватывает органические светодиоды (OLED), отличает эту технологию освещения от других источников, в которых используются нагретые нити накала (лампы накаливания и вольфрамовые галогенные лампы) или газоразрядные (люминесцентные лампы).

Различные цвета
Внутри полупроводникового материала светодиода электроны и дырки заключены в пределах энергетических зон.Разделение полос (т. е. ширина запрещенной зоны) определяет энергию фотонов (световых частиц), излучаемых светодиодом.

Энергия фотона определяет длину волны излучаемого света и, следовательно, его цвет. Различные полупроводниковые материалы с разной шириной запрещенной зоны излучают свет разного цвета. Точную длину волны (цвет) можно настроить, изменив состав светоизлучающей или активной области.

Светодиоды состоят из составных полупроводниковых материалов, состоящих из элементов из групп III и V периодической таблицы (они известны как материалы III-V).Примерами материалов III-V, обычно используемых для изготовления светодиодов, являются арсенид галлия (GaAs) и фосфид галлия (GaP).

До середины 90-х годов светодиоды имели ограниченный диапазон цветов, и, в частности, не существовало коммерческих синих и белых светодиодов. Разработка светодиодов на основе системы материалов нитрида галлия (GaN) дополнила палитру цветов и открыла множество новых областей применения.

Основные материалы для светодиодов
Основные полупроводниковые материалы, используемые для производства светодиодов: желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости

  • Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs): красные и инфракрасные светодиоды
  • Фосфид галлия (GaP): желтые и зеленые светодиоды
  • Top Engineering Equipment Develops To Micro LED Inspection Улучшить производительность

    Компания Top Engineering разработала контрольно-измерительное оборудование, которое может повысить эффективность производства микросветодиодных (LED) дисплеев.Это оборудование, которое может предотвратить появление дефектных пикселей путем проверки дефектных чипов перед переносом микросветодиодного чипа на панель. Ожидается, что это снизит стоимость и время процесса ремонта микросветодиодных пикселей, что решит проблемы массового производства.

    13-го числа Top Engineering объявила о разработке испытательного оборудования TNCEL-W, в котором применяется новая технология измерения и проверки микро-светодиодных чипов. Оборудование превосходит ограничения существующего оборудования для проверки светодиодных чипов.Он может проверять микросветодиодные чипы размером менее 50 микрометров (мкм) в больших количествах на этапе технологического процесса. Top Engineering первой испытала оборудование, в котором применяются как электрические, так и оптические методы измерения без прямого контакта с микросхемой микросветодиода. Гю-йонг Банг, директор Top Engineering, сказал: «Мы проводим эксплуатационные испытания с отечественными и зарубежными заказчиками. Мы сможем поставить испытательное оборудование не раньше конца этого года».
     
    Micro LED — это самосветящееся устройство, обладающее высокой контрастностью и яркостью.Он отличается длительным сроком службы, отличной стабильностью работы и низким энергопотреблением, что делает его одним из самых популярных дисплеев нового поколения. Однако для стабильного переноса чипов микросветодиодов с пластины на панель дисплея (объединительную панель) требуется технология высокого уровня. Хотя некоторые компании начали массовое производство микросветодиодной продукции, понятно, что они страдают от проблем с выходом продукции из-за трудностей в процессах переноса и соединения чипов.
     
    Камнем преткновения на пути увеличения выхода микросветодиодов являются дефектные микросхемы.Дефектные пиксели неизбежно генерируются, если дефектные чипы не сортируются должным образом и не переносятся на панель дисплея. Производители тратят много денег и времени на ремонт дефектных пикселей. Это вызывает задержку в массовом производстве микросветодиодов. Известно, что для 8K-телевизора требуется около 99 миллионов чипов micro LED, а ремонт 520 000 дефектных чипов требуется даже при проценте брака 0,5%. На ремонт 520 000 дефектных чипов уходит до 144 часов.

    TNCEL-W, разработанный Top Engineering, может заранее идентифицировать дефектные микросхемы до того, как микросветодиодные микросхемы будут перенесены на панель.Можно свести к минимуму осмотр и повреждение микросветодиодного чипа без прямого контакта с чипом, применяя как электрические, так и оптические методы измерения, используемые при осмотре светодиодного чипа. Скорость проверки также была значительно улучшена.
     
    Компания Top Engineering планирует повысить эффективность инспекции оборудования. В дополнение к контролю 4-дюймовых пластин компания планирует разработать оборудование, способное проверять до 6-дюймовых пластин. Ожидается, что объем инспекций будет расширен в третьем квартале следующего года в качестве стратегии реагирования на массовое производство микросветодиодов.Г-н Банг сказал: «Мы планируем сосредоточиться на анализе типов дефектов и сокращении времени процесса за счет применения технологии искусственного интеллекта (ИИ). Существует технологическая дорожная карта для проверки микро-светодиодных чипов в панелях в долгосрочной перспективе (после передачи)».
     
    Штатный репортер Квон Дон Джун  ([email protected])

    Об онлайн-семинаре Micro LEDforum 2021

    Даты: сент.8 августа 2021 г. (ср.) – дек. 10 октября 2021 г. (пт.)
    Язык:  мандарин (китайские субтитры доступны)/английский (одновременные субтитры на английском и китайском языках)

    Контактное лицо:

    Отказ от гарантий
    1. Веб-сайт не гарантирует следующее:
    1.1 Услуги веб-сайта соответствуют вашим требованиям;
    1.2 Точность, полнота или своевременность обслуживания;
    1.3 Точность, достоверность выводов, сделанных при использовании сервиса;
    1.4 Точность, полнота, своевременность или безопасность любой информации, которую вы загружаете с веб-сайта
    . 2. Услуги, предоставляемые веб-сайтом, предназначены только для вашего ознакомления. Веб-сайт не несет ответственности за инвестиционные решения, ущерб или другие убытки, возникшие в результате использования веб-сайта или содержащейся на нем информации.

    Права собственности
    Вы не можете воспроизводить, изменять, создавать производные работы, отображать, исполнять, публиковать, распространять, распространять, транслировать или передавать любой третьей стороне любые материалы, содержащиеся в службах, без предварительного письменного согласия веб-сайта или его законного владельца.

    Кто изобрел светодиод или светоизлучающий диод?

    Светодиод, что означает светоизлучающий диод, представляет собой полупроводниковый диод, который светится при подаче напряжения. Эти устройства используются повсеместно в вашей электронике, новых типах освещения и цифровых телевизионных мониторах.

    Как работает светодиод

    Сравните, как работает светодиод, с более старой лампочкой накаливания. Лампа накаливания работает, пропуская электричество через нить накала, которая находится внутри стеклянной колбы.Нить нагревается и светится, и это создает свет; однако он также создает много тепла. Лампа накаливания теряет около 98% выделяемого тепла, что делает ее весьма неэффективной.

    Светодиоды являются частью нового семейства технологий освещения, называемых полупроводниковым освещением; Светодиоды прохладные на ощупь. Вместо одной лампочки в светодиодной лампе много маленьких светодиодов.

    Светодиоды основаны на эффекте электролюминесценции, когда определенные материалы излучают свет при подаче электричества.В светодиодах нет нити накала, которая нагревается, а освещается движением электронов в полупроводниковом материале, обычно алюминиево-галлиевом арсениде. Свет исходит от pn-перехода диода. Принцип работы светодиода сложен, но понятен, если изучить детали.

    Фон

    Электролюминесценция, природное явление, на котором построена светодиодная технология, была открыта в 1907 году британским исследователем радио и помощником Гульельмо Маркони Генри Джозефом Раундом во время экспериментов с карбидом кремния и кошачьим усом.

    В 1920-х годах русский радиоисследователь Олег Владимирович Лосев изучал явления электролюминесценции в диодах, используемых в радиоприемниках. В 1927 году он опубликовал статью под названием «Детектор люминесцентного карборунда [карбида кремния] и обнаружение с помощью кристаллов», в которой подробно описал свои исследования, и хотя в то время на основе его работы не было создано практических светодиодов, его исследования действительно повлияли на будущих изобретателей.

    Спустя годы, в 1961 году, Роберт Биард и Гэри Питтман изобрели и запатентовали инфракрасный светодиод для Texas Instruments.Это был первый светодиод; однако, поскольку он был инфракрасным, он находился за пределами спектра видимого света. Люди не могут видеть инфракрасный свет. По иронии судьбы, Бэрд и Питтман только случайно изобрели светоизлучающий диод, когда на самом деле пытались изобрести лазерный диод.

    Светодиоды видимого диапазона

    В 1962 году Ник Холоньяк, инженер-консультант General Electric, изобрел первый светодиод видимого света. Это был красный светодиод, и Холоньяк использовал фосфид арсенида галлия в качестве подложки для диода.Холоньяк заслужил честь называться «отцом светодиодов» за свой вклад. Он также является обладателем 41 патента, а среди других его изобретений — лазерный диод и первый диммер.

    В 1972 году инженер-электрик Джордж Крафорд изобрел первый светодиод желтого цвета для Monsanto, используя в диоде фосфид арсенида галлия. Крэфорд также изобрел красный светодиод, который был в 10 раз ярче, чем у Холонака.

    Monsanto была первой компанией, начавшей массовое производство светодиодов видимого диапазона.В 1968 году Monsanto выпустила красные светодиоды, используемые в качестве индикаторов. Но только в 1970-х годах светодиоды стали популярными, когда Fairchild Optoelectronics начала производить недорогие светодиодные устройства (менее пяти центов каждое) для производителей.

    В 1976 году Томас П. Пирсолл изобрел высокоэффективный и чрезвычайно яркий светодиод для использования в волоконной оптике и оптоволоконных телекоммуникациях. Пирсолл изобрел новые полупроводниковые материалы, оптимизированные для длин волн передачи оптического волокна. В 1994 году Сюдзи Накамура изобрел первый синий светодиод с использованием нитрида галлия.

    Совсем недавно, по состоянию на май 2020 года, Arrow Electronics, фирма из списка Fortune 500, предоставляющая услуги, связанные с электронными компонентами и компьютерной продукцией, отметила самые последние разработки в области светодиодов:

    «…ученые разработали метод, который позволяет одному светодиоду воспроизводить все три основных цвета.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *