Сверхяркие светодиоды

 

Принцип работы светодиода

Для общего развития — несколько слов о принципе работы и технологии изготовления светодиодов (рис. 7).
При пропускании электрического тока через p-n переход светодиода в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением квантов света — фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).
Электроны в атомах согласно квантовой теории могут располагаться только на определенных орбитах со строго определенной энергией, переход с одного энергетического уровня на другой происходит с излучением или поглощением кванта энергии.

Сверхяркие светодиоды

Рис. 7

Чем больше энергетический скачек, тем более высокочастотное излучение. Для создания синего или ультрафиолетового излучения энергетический переход должен быть очень большим.
В этом есть определенная проблема, которая длительное время мешала созданию синих светодиодов. В простом p-n переходе обычного диода излучения практически нет, так как почти нет энергетического перехода.
Технология производства подобрана таким образом, чтобы получить минимальное падение напряжения на открытом диоде — 0,2-0,7 В, тогда как на светодиоде падение напряжения 1,8-3,5 В.
Современные основные материалы, используемые в кристаллах светодиодов:

  • InGaN — синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости;
  • AIGalnP — желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости;
  • AIGaAs — красные и инфракрасные светодиоды;
  • GaP — желтые и зеленые светодиоды.

Самая сложная технология производства синих светодиодов появилась всего каких-то десять лет назад. Сложность заключается в том, что нитридная структура InGaN формируется при огромных давлениях и температурах, нужна высокая степень очистки исходных газов для осаждения пленок.
Белые светодиоды изготавливаются либо по принципу RGB (три светодиода красный, зеленый, синий фокусируются для получения белого света и вообще любого оттенка), либо аналогично люминесцентным лампам облучением люминофора синим светом или ультрафиолетом.
Цвет света — исключительно субъективная категория, определяющая индивидуальные ощущения от света (точнее как воспринимает человек разные частоты излучения).
Чтобы как-то объективно оценить цвет света используется понятие цветовой температуры света (единица измерения — Кельвин, часто просто градус). Цветовая температура — описывает цвет спектра излучения любого источника света как температуру «абсолютно черного тела».
Другими словами цвет любого источника света соответствует цвету излучения «абсолютно черного тела», нагретого до определенной температуры.
«Абсолютно черное тело» — идеализированное понятие, материал, который поглощает излучение любого спектра и наоборот излучает при нагреве. Для исследований берутся различные материалы от сажи до вольфрама.
Например, цвет нагретого гвоздя на газовой плите (температура горения газа около 900 град Цельсия = 1173К) имеет красно-серый оттенок (на грани видимого света) — соответствует цветовой температуре около 1200К.
Вообще гвоздь «светится» (точнее излучает энергию) и менее нагретый (до 900 град), просто такой свет мы не видим. Более того, и наше тело всего 36,6 град также излучает (тепловое излучение порядка 5мкм) — такое излучение хорошо видят охранные датчики движения.
Цветовая температура около 2700 К — сверхтеплый (оранжево-желтый) цвет, близкий к цвету излучения лампы накаливания; цветовая температура около 3000 К — тепло- белый цвет; цветовая температура около 4000 К — нормально белый цвет; цветовая температура около 5000 К — холодный белый цвет; цветовая температура около 6500 К — естественный дневной цвет.
Индекс цветопередачи — это относительная от 0 до 100 величина, показывающая, насколько хорошо (натурально) в свете данного источника видны разные цвета.
За эталон (Ra =100) принят солнечный свет (иногда эталоном служат лампы накаливания, так как индекс цветопередачи таковых около 97-99). Для определения величины Ra берется 8 [Ra-8] (реже 14) основных цветов и сравниваются в свете исследуемого источника и эталонного.
Чем ниже Ra, тем хуже цветопередача (комфортная для человека цветопередача — 80-100 Ra). Первая цифра международного обозначения источников света определяет класс цветопередачи:

  • 9 — 1А (Ra 90-100);
  • 8- 1B(Ra 80-89);
  • 7 — 2А (Ra 70-79);
  • 6-2B(Ra 60-69);
  • 5-3 (Ra 50-59);
  • 4-3 (Ra40-49).

Следующие две цифры международного обозначения указывают цветовую температуру. К примеру, обозначение люминесцентной лампы хорошего качества 865, класс цветопередачи Ra 80, цветовая температура 6500К.
Особенность люминесцентных ламп (впрочем, как и светодиодов) — это дискретный (линейчатый) спектр излучения, и для достижения высоких индексов цветопередачи (качества света) применяется от пяти и более слоев различных люминофоров.
Естественно светоотдача таких ламп резко падает (так же как растет цена), но применять лампы с более низкой цветопередачей — себе делать хуже, а в ответственных местах (для тонких работ) вообще лучше применять лампы накаливания и к черту экономию.
Вот такой совет — при покупке новых лампочек освещения, обращайте внимание на индекс цветопередачи, лучше не экономить! Также лучше вообще не покупать дешевых китайских лампочек — маркировки, как правило, вообще никакой нет (часто имеют синеватый оттенок света).
Мало того, что цветопередача отвратительная, даже приблизительно не указываются параметры, но также весьма вероятно наличие ультрафиолетового излучения (если слой люминофора будет чрезмерно тонкий).

1 комментарий к “Сверхяркие светодиоды”

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *