Что такое светодиоды – это что такое? Принцип работы светодиода

это что такое? Принцип работы светодиода

Повсеместно происходит замена обычных ламп на светодиодные. На сегодняшний день это лучший способ освещения для автомобилей и домов, более долговечный и лёгкий в замене. Итак, в чем заключается принцип работы светодиода и как его правильно выбрать?

Светодиод и принцип его работы

Светодиод – это специальный электроприбор, который перерабатывает ток в некоторое свечение. На сегодняшний день светодиоды более известны как LED, что значит «светоизлучающий диод».

Прибор является полупроводниковым и состоит из кристалла-чипа, корпуса, контактных выводов и оптического устройства. Свет исходит от кристалла, а его цвет может быть различным и зависит от применяемого материала. Яркость светодиода, как и его цвет, также может быть различной. Так, например, для большего светового эффекта в одну лампу часто вставляют несколько кристаллов, вырабатывающих однотонный свет, который в комплексе образует яркое свечение.

Яркость устройства напрямую зависит от силы подаваемого на него электрического тока. В свою очередь, слишком мощный поток электроэнергии вызывает быстрый перегрев внутреннего кристалла и выводит его из строя. Ввиду этого конструкция светодиода несколько затратна по стоимости материалов, что несколько негативно сказывается на выборе таких ламп.

По яркости светодиоды принято делить на категории:

• ультраяркие, их минимальная мощность – 1 W;
• светодиоды повышенной яркости – достигают 20 mW;
• стандартные лампы.

На сегодняшний день широко применяется блок светодиодов, который встраивается в лампу. Благодаря ему возможна регулировка яркости и выбор оптимального режима свечения.

Преимущество светодиодов перед другими типами освещения

Светодиод – это лучший на сегодняшний день выбор типа освещения, который имеет ряд преимуществ:

• Долговечность.
• Возможность регулировки цвета и яркости лампы.
• Цветовая насыщенность, возможность подобрать красный, синий, зеленый светодиод или заставить цвет меняться.
• Возможность электронного управления.
• Экологически чистые материалы, которые не содержат тяжёлых веществ, вредных для окружения и опасных при неправильной утилизации.
• Низкая потребляемая мощность, на 1 ватт вырабатывается в несколько раз больше света.
• Свет чистый и максимально приближён к естественному.
• Не перегреваются благодаря грамотному светоотводу.
• Надёжность и прочность.

Почему светодиоды стали популярны в автоиндустрии? Этот тип освещения идеально подходит для автомобилей, постепенно вытесняя галогенные и ксеноновые лампы. Его положительные качества:

• возможность направления освещения за поворотом руля – создание адаптивных фар;
• эстетически выглядит лучше других видов фар;
• повышение безопасности благодаря улучшению видимости на дороге;
• устойчивость к вибрации;
• зачастую светодиоды установлены в корпус, куда не проникает влага;
• достижение рабочего состояния происходит быстрее, по этой причине стоп-сигналы срабатывают лучше.

Конечно, эти преимущества присущи только действительно качественным продуктам, поэтому экономить на них не стоит, тем более, что период их эксплуатации значительно увеличен по сравнению с китайской продукцией. Дополнительно период эксплуатации светодиодных ламп, если сравнивать с обычными, также значительно больше.

Классификация светодиодов

Выделяют 2 основных вида светодиодов – для подсветки (индикаторные) и для освещения. Их сила и долговечность зависят от подачи электротока, ввиду этого второй вид светодиодов служит меньший срок, так как кристалл изнашивается быстрее. Тем не менее, эти осветительные устройства очень долговечны и служат несколько тысяч часов.

Осветительный светодиод – это устройство, обеспечивающее надёжный и мощный свет. Оно широко применяется в дизайне, создавая нужный уровень освещённости.

По типу корпуса принято выделять светодиод в форме «Звезды», «Пираньи» и SMD. Среди них самыми популярными являются «Пираньи», так как их световой поток представляется более качественным. Их конструктивной особенностью является форма прямоугольника с выводами по краям, с помощью них обеспечивается жёсткое сцепление с поверхностью. Кроме того, подложка устройства обладает отличной теплоотводностью. Эти приборы используют широко в автомобилях и в рекламе. Они разнообразны по размерам и цветам: красный, белый, зелёный, синий светодиод.

Индикаторные светодиоды имеют конструкцию попроще, их свет не такой сильный и используется для подсветки дисплеев и приборных панелей. По форме выделяют круглые, овальные и прямоугольные индикаторные светодиоды.

Линзы также отличаются друг от друга, они могут быть встроены и в осветительные, и в индикаторные лампы. Некоторые предназначены для рассеивания света (этих устройств подавляющее большинство), другие – для фокусировки, благодаря направленному пучку производимого света. Причём во второй группе выделяют линзы плоские, конусообразные и круглые.

По цвету линзы светодиоды бывают:

• бесцветными прозрачными;
• окрашенными прозрачными;
• окрашенными матовыми.

Кроме того, цветовая гамма исполнения прибора сейчас очень разнообразна. Существует жёлтый, красный, синий, зеленый светодиод и т. д. Эти цвета умело комбинируются, создавая ещё более широкий спектр. Наиболее сложно, как ни странно, получить чистый белый цвет.

Белый светодиод получают тремя способами:

• одновременное использование в правильных пропорциях красного, синего и зелёного цветов даёт ощущение белого цвета;
• применение синего диода с примесью жёлтого;
• третий метод требует применения люминесцентных материалов, который преобразовывает ультрафиолет, действуя по принципу флуоресцентной лампы.

Белый светодиод наиболее распространён, хоть и получить его несколько сложно. Он бывает холодным и тёплым. На лампочке обычно этот параметр указан в кельвинах, чем меньше показатель, тем цвет будет желтее и теплее. Производители рекомендуют остановить свой выбор на усреднённом параметре, хотя и к холодному, синеватому свету также можно быстро привыкнуть.

Выбор лампы для дома

Выбор лампы для дома включает несколько этапов, где необходимо определиться с типом сети, диаметром цоколя и внешним видом самого осветительного прибора.

Светодиод 220 вольт выпущен в наиболее распространённых типах цоколя – Е27 и Е14. Цифры обозначают диаметр резьбы в миллиметрах. Первый вид ламп зачастую встречается в форме шара, второй – шара или кукурузы.

В чём же заключаются их главные преимущества? Во-первых, это возможность блокировки и настройки яркости свечения самостоятельно. Во-вторых, это выбор цветового освещения и возможность дистанционного управления им. В-третьих, долговечность эксплуатации и повышенная надёжность.

Выбирая форму, нужно обратить внимание на то, что лампы-кукурузы хоть и имеют достаточно неплохие характеристики, они всё же небезопасны. Их контакты выходят наружу, и производители отказываются в последнее время от выпуска устройств подобной формы.

Для освещения нежилых помещений или ванных комнат используются менее мощные лампы, поэтому если нет необходимости применять светодиод 220 вольт, можно обойтись маленькими плоскими приборами с цоколем G53 и GX53. Это круглые лампы, где используется несколько диодов.

Цвет рекомендуется выбирать обычный белый, так как это не слишком тёплый и не очень холодный цвет, оптимальная характеристика которого составляет 4200 К.

Обратить внимание при приобретении лампы стоит и на следующие характеристики:

• количество диодов – от того, сколько светодиодов находится в лампе, зависит её яркость, особенно при длительном периоде использования, когда они начинают тускнеть и перегорать;
• режим рабочей температуры – нужно учитывать, что при выборе лампы для улицы она должна быть эффективной и при возможных морозах, это обычно указывается в паспорте устройства;
• возможность пульсаций – мигание встречается у дешёвых ламп, обычно при покупке дорогостоящей оно сводится к минимуму;
• условия эксплуатации иногда требуют повышенной защиты устройства, допустим, стойкость к влаге, необходимо об этом параметре поинтересоваться у продавца;
• при выборе производителя нужно обращать внимание на диаметр цоколя, так как не все импортные разработчики выпускают светодиод 220В;
• необходимый световой поток, который измеряют в Люменах, – осветительные или индикаторные лампы.

Выбор производителя

На рынке присутствует множество производителей, которые демонстрируют различный уровень качества. Соответственно, их ценовая политика поставщиков также значительно отличается.

Главным недостатком светодиодов является их стоимость. Поэтому, если уже платить немаленькие деньги за продукт, необходимо, чтобы он был действительно качественным. Поэтому стоит с ответственностью подойти к выбору производителя и поставщика.

Производителей условно можно разделить на 5 групп.

1. Китайские дешёвые никому не известные бренды.
2. Известные китайские и азиатские производители. Наиболее популярными являются Selecta, Camelion, LG. Они используют современное оборудование, и качество выпущенной продукции у этих компаний достаточно высокое, поэтому достаточно большой сегмент отечественного рынка занят товаром из Азии. Отдельно стоит отметить светодиоды LG, которые с 2016 года значительно уменьшили цену на свой товар благодаря использованию новых технологий в производстве. Причём качество остаётся на прежнем уровне. В этом можно не сомневаться. Специализируется компания на лампах средней мощности и достаточно неплохо себя проявляет относительно аналогов.
3. Отечественные производители, которые делают продукт высокого качества, но их технология достаточно дорогая, поэтому и цена на лампы соответственная. К сожалению, на территории России поздно узнали о широких возможностях светодиодов и отечественных производителей пока не так много. Это, к примеру, «Оптоман» и Gauss. Эти компании имеют свой модельный ряд продукции и доступны по всей стране.
4. Европейские производители представлены преимущественно немецкими фирмами Philips, Osram, Bioledex, которые имеют огромный опыт производства ламп. Пожалуй, Philips остаётся лидером в этом сегменте рынка, хотя и стоит он относительно дорого.
5. Китайско-российские проекты, такие как Ecola, Newera – также неплохие по качеству и цене бренды, которые значительно моложе фирм-конкурентов.

Таким образом, среди такого обилия производителей иногда достаточно сложно выбрать достойный бренд, поэтому особенно важно и нужно обращать внимание главным образом на характеристики продукта и условия его эксплуатации.

Приблизительный алгоритм действий при установке светодиода

Если есть хоть малейшие познания в электрике и был опыт установки любых ламп, можно светодиод попробовать установить и самому. Для начала нужно убедиться в работоспособности ламп. Последовательность действий должна быть следующей:

• изучение технических характеристик и подсчёт, сколько вольт потребляет один светодиод;
• составление схемы подключения с учётом напряжения;
• вычисление потребляемой мощности электроцепи;
• далее нужно подобрать блок питания, который бы подошёл по мощности, это также может быть и драйвер;
• на ножках светодиода указана полярность, к которым нужно припаять провода;
• подключение блока питания;
• установка диодов и их закрепление;
• если всё в порядке, необходимо измерить такие характеристики, как количество потребляемой энергии, нагрев, электроток;
• корректировка электротока;
• прогрев в течение получаса – чтобы ничего не случилось при первоначальной установке и для того, чтобы предупредить перегрев, светодиоды лучше покупать на подложке в форме звезды.

В процессе эксплуатации, особенно, если это продукция китайского производства, иногда необходима замена светодиодов. Чем обращаться к специалистам, замену можно выполнить самостоятельно при наличии нужных инструментов. Раскрутив лампу, с помощью цифрового мультиметра прозванивают диоды. Они, в свою очередь, слабо подсвечиваются, и некоторые из них могут не работать. Ненужные диоды отпаивают и меняют на новые. Конечно, это происходит, когда запасные светодиоды есть в наличии, для этого можно взять старую лампу.

На сегодняшний день популярным дополнением является программа «Ардуино». Светодиод, подключая к нему, можно заставить мигать. Плата «Ардуино» имеет много возможностей, вводы-выводы, а также к ней можно подключить практически любое устройство. Эта программа способна принимать сигналы от различных устройств, что и заставляет воздействовать на них. Это лёгкая и удобная среда для программирования, с которой несложно справиться даже обычному пользователю.

Выбор светодиодов для автомобиля

Автовладельцы всё чаще переходят на новый тип освещения в своей машине. Это действительно хорошее решение не только в плане режима работы, но и относительно внешнего вида автомобиля. Авто значительно преобразится, привлекая взгляды проезжающих мимо водителей. Освещением светодиодного типа можно смело заменить все лампы, которые используются в автомобиле.

Как выбрать габариты и свет для передних стоп-сигналов?

Большая часть автопрома применяет лампы без цоколя, устанавливаемые в проёме между передними фарами. Преимуществом светодиодов является их стойкость к любым температурам, так как они находятся вблизи от главной осветительной лампы, возможен перегрев кристалла и преждевременный его выход из строя. Ввиду этого, при выборе освещения необходимо обратить внимание на дополнительную защиту светодиодов – наличие стабилизатора электротока.

При выборе ламп нужно обратить внимание на их серию, допустим, серия SF хоть и не имеет стабилизатора, вполне подходит для автомобиля, так как имеет большое количество диодов и работает в широком диапазоне, отлично освещая пространство.

Нужно также обратить внимание на размеры лампы, так, указанный пример SF – достаточно большое устройство. Нужно хорошо все продумать перед покупкой освещения.

Популярной также является серия для габаритов — СМД, которая имеет отличные характеристики, но и стоит немалых денег.

Заднее освещение автомобиля

Задние стоп-сигналы принято оборудовать цокольными двухконтактными светодиодами. Наиболее популярные серии: МСД, 14НР и 3х1W. Они имеют несколько различный режим работы, отличаются количеством диодов. Но все имеют достаточно высокие показатели. Эти светодиоды являются яркими, обеспечивают насыщенный свет и долговременный срок службы.

Самые доступные по стоимости – лампы серии SF.

Светодиоды для салона

Перед выбором ламп для салона необходимо определиться с типом его освещения и величиной плафона.

В салон нужно подбирать лампу фестонного типа – это продолговатые устройства, размером 31-41 мм. Выделяют 3 вида светодиодов для салона.

1. Устанавливаются в разъём плафона вместо старой обычной лампочки. По размеру такие светодиоды практически идентичны обычным осветительным приборам, они применяются при невозможности из-за небольшой величины плафона использовать другую лампу.
2. Светодиоды большего размера, чем стандартная лампочка. Перед установкой нужной убедиться, подойдёт ли такое устройство под плафон. Благодаря большему размеру, увеличивается и количество диодов в лампе. Таким образом, освещение становится значительно ярче обычного.
3. Матрицы, вмещающее большое количество диодов. Если плафон достаточно большой и может вместить прямоугольную матрицу, то этот тип освещения будет наиболее ярким и насыщенным.

В салонном освещении используются лампы типа SF или СМД.

Кроме того, в автомобилях широко применяется замена противотуманных фар на лампы со светодиодом. Особое внимание стоит обратить автолюбителям, желающим выделиться среди других, на подсветку светодиодной лентой и на «ангельские глазки».

Подводя итог

Светодиод – это отличная альтернатива старым лампочкам, которая помогает решить проблему недостаточного освещения помещения. Даже при большей стоимости, чем обычная лампа, это отличное капиталовложение, так как светодиод способен служить не один год и дарить яркий свет дому и автомобилю.

fb.ru

Что такое LED?

Интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели — все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов. Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь тема про светодиодные светильники у всех на слуху. Говорят, за ними будущее. Но, может статься, ожидания преувеличены? Узнать бы поточнее!

Настоящая публикация не случайно построена в форме вопросов и ответов (FAQ, frequently asked questions — часто задаваемые вопросы). Именно так заинтересованный человек подходит к новому для него объекту, с тем чтобы «пощупать» его с разных сторон и уж потом решить: нужен — не нужен. А мне задавать правильные вопросы и находить на них верные ответы помогал  профессор МГУ Александр Эммануилович Юнович, один из ведущих российских специалистов по светодиодам.

1. Что такое светодиод?
Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобра­зующий электрический ток непосредственно в световое излучение.
Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

2. Из чего состоит светодиод?
Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современ­ные светодиоды мало похожи на первые корпусные свето-диоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного светодиода серии Luxeon, выпускаемой компа­нией Lumileds, схематически изображена на рисунке.

Конструкция светодиода Luxeon фирмы Lumileds lighting

3. Как работает светодиод?
Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего ну­жен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтакт-ные слои полупроводникового кристалла легируют раз­ными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной обла­сти светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излу­чения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего 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 соблюсти оба условия, одного р-п-пе-рехода в кристалле оказывается недостаточно, и прихо­дится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изуче­ние которых российский физик академик Жорес Алфе­ров получил Нобелевскую премию 2000 года.

4. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?
Разумеется, да. Ведь чем больше ток, тем больше элект­ронов и дырок поступают в зону рекомбинации в едини­цу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечно­сти. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

5. Чем хорош светодиод?
В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люми­несцентной лампы, электрический ток преобразуется не­посредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светоди­од (при должном теплоотводе) мало нагревается, что дела­ет его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист,что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически про­чен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5 — 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низко­вольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

6. Чем плох светодиод?
Только одним — ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галоген­ной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближай­шие 2 — 3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

7. Когда светодиоды начали применяться для освещения?
Первоначально светодиоды применялись исключитель­но для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение све­тового потока к потребляемой энергии.
В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на осно­ве фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зе­леной, желтой и красной областях спектра. Их применя­ли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различ­ных системах визуализации информации. По светоотда­че светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо — не существовало све-тодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.

К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство со­ставляло несколько десятков миллиардов.

8. От чего зависит цвет светодиода?
Исключительно от ширины запрещенной зоны, в кото­рой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от мате­риала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

9. Какие трудности пришлось преодолеть ученым, чтобы изготовить голубой светодиод?
Голубые светодиоды можно сделать на основе полу­проводников с большой шириной запрещенной зо­ны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. (Помните таблицу Менделеева?)
У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал кпд и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегре­вались из-за большого сопротивления и служили недол­го. Оставалась надежда на нитриды.
Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом рав­новесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; яс­но, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения — нитрилы алюминия и индия — тоже полу­проводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от со­става, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но… проб­лему не удавалось решить до конца 80-х годов.

Первым, еще в 70-х, голубой светодиод на основе пле­нок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось по­лучить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практических применений, однако руководство сказало: «Ну, это ж на сапфире — дорого и не так уж ярко, к тому же p-n-переход нехорош…» — и работы Панкова не поддержали.

Между тем группа Сапарина и Чукичева из МГУ об­наружила, что под действием электронного пучка GaN с примесью цинка становится ярким люминофором, и да­же запатентовала устройство оптической памяти. Но то­гда загадочное явление объяснить не удалось.
Это сделали японцы — профессор И. Акасаки и док­тор X. Амано из университета Нагоя. Обработав плен­ку GaN с примесью магния электронным пучком со сканированием, они получили ярко люминесцирую-щий слой р-типа с высокой концентрацией дырок. Од­нако разработчики светодиодов не обратили должного внимания на их публикации.

Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, исследуя пленки нитридов элементов III группы, сумел воспользоваться результатами про­фессора Акасаки. Он так подобрал легирование (Мд, Zn) и термообработку, заменив ею электронное скани­рование, что смог получить эффективно инжектирую­щие слои р-типа в GaN-гетероструктурах. Вот как был получен голубой светодиод.
Фирма Nichia запатентовала ключевые этапы техно­логии и к концу 1997 года выпускала уже 10 — 20 млн го­лубых и зеленых светодиодов в месяц, а в январе 1998 го­да приступила к выпуску белых светодиодов.

10. Что такое квантовый выход светодиода?
Квантовый выход — это число излученных квантов све­та на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый вы­ход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по до-роге» — поглощаться, рассеиваться). Внутренний кван­товый выход для хороших кристаллов с хорошим тепло-отводом достигает почти 100%, рекорд внешнего кван­тового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а ддя синих — 35%.

Внешний квантовый выход — одна из основных ха­рактеристик эффективности светодиода.

Красный+зеленыйН-голубой СД	Голубой СД+ желтый люминофор	Голубой СД+зеленый и красный люминофор	УФСД+ RGB-люминофор
470   525   590  630 (NM)	470    525   590  630 (NM)	410     470    525  590 630 (NM)	410     470  525  590  630 (NM)

11. Как получить белый свет
с использованием светодиодов?
Существует три способа получения белого света от све­тодиодов. Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, напри­мер линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светоди­ода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, со­ответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И на­конец в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой свето-диод, так что два или три излучения смешиваются, об­разуя белый или близкий к белому свет.

12. Какой из трех способов лучше?
У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только полу­чить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диа­грамме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или по­средством программы, можно также получать различ­ные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матри­це обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномер­ного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответствен­но, по-разному изменяется их цвет в процессе старе­ния — суммарные цветовая температура и цвет «плы­вут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.
Белые светодиоды с люминофорами существенно деше­вле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на еди­ницу светового потока), и позволяют получить хороший бе­лый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофо-ра в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих — люминофор тоже ста­реет, причем быстрее, чем сам светодиод.
Промышленность выпускает как светодиоды с люми­нофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

13. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?
Светодиод — низковольтный прибор. Обычный свето­диод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Свето­диод, который используется для освещения, потребля­ет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1 А в проекте. В светодиодном модуле от­дельные светодиоды могут быть включены последова­тельно и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).
При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напря­жение пробоя указывается изготовителем и обычно со­ставляет более 5 В для одного светодиода.
Яркость светодиода характеризуется световым пото­ком и осевой силой света, а также диаграммой направ­ленности. Существующие светодиоды разных конструк­ций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цве­товой температурой, а также длиной волны излучения.
Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется све­тоотдача: величина светового потока на один ватт элект­рической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

14. Как реагирует светодиод на повышение температуры?
Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.
Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

15. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?
Как видно из рисунка, в рабочих режимах ток экспонен­циально зависит от напряжения и незначительные изме­нения напряжения приводят к большим изменениям тока.Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэ­тому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

16. Для чего светодиоду требуется конвертор?
Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для лампы. Он стаби­лизирует ток, протекающий через светодиод.

17. Можно ли регулировать яркость светодиода?
Яркость светодиодов очень хорошо поддается регули­рованию, но не за счет снижения напряжения пита­ния — этого-то как раз делать нельзя, — а так называе­мым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляю­щий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером упра­вления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключа­ется в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сиг­нала должна составлять сотни или тысячи герц, а ши­рина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет.
Небольшое изменение цветовой температуры свето­диода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

18. Чем определяется срок службы светодиода?
Считается, что светодиоды исключительно долговеч­ны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропуска­ется через светодиод в процессе его службы, тем вы­ше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодио­дов короче, чем у маломощных сигнальных, и состав-ляет в настоящее время 20 — 50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, све­тодиод надо менять.

19. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени?
Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее вре­мя нет стандартов, которые позволили бы выразить ко­личественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

20. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?
Спектр излучения светодиода близок к монохроматиче­скому, в чем его кардинальное отличие от спектра солн­ца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо — доподлинно не известно, потому что, насколько я знаю, серьезных исследований в этой области нигде не прово­дилось. Какие-либо данные о вредном воздействии све­тодиодов на человеческий глаз отсутствуют.
Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально. Проблемой заинте­ресовался академик Михаил Аркадьевич Остров­ский — крупный специалист в области цветного зре­ния. Тема, за решение которой он взялся, называется так: «Психофизическое восприятие светодиодного ос­вещения системой зрения человека».

21. Когда и как сверхъяркие светодиоды появились в России?
Об этом лучше всех расскажет профессор Юнович.
— Люминесценцию карбида кремния впервые на­блюдал Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиотехнической лаборатории в 1923 г. и показал, что она возникает вблизи p-n-перехода. Первая науч­ная статья о кристаллах нитрида галлия была опубли­кована профессором МГУ Г.С. Ждановым в 30-х гг. Люминесценцию в гетероструктурах на основе арсе-нида галлия впервые исследовали в лаборатории Ж.И. Алферова в 60-х гг. и показали, что можно соз­дать структуры с внутренним квантовым выходом близким к 100%. Разработки структур и светодиодов на основе нитрида галлия велись в ленинградских По­литехническом и Электротехническом институтах, в Калуге, в Зеленограде в 70-х гг., но они тогда не при­вели к созданию эффективных голубых светодиодов.
В 1995 году я прочел первые статьи Накамуры и понял, что «голубая проблема» в принципе решена. Тогда же я получил грант соросовского фонда. В декабре на эти день­ги я смог поехать на конференцию в США, и там профес­сор Жак Панков познакомил меня с Ш. Накамурой. Я за­бросил наживку: мол, хочу приобщить студентов Московского университета к передовым достижениям вобласти голубых светодиодов и рассказать им о столь за­мечательном изобретении. Рыбка клюнула, и в феврале я получил от д-ра Ш. Накамуры из Японии бандеролью 10 светодиодов от фиолетового до зеленого. Все потом ока­залось просто — фирма Nichia Chemical начинала выпуск светодиодов на рынок и была заинтересована в научной рекламе. В лаборатории МГУ мы их досконально исследо­вали, сняли все характеристики и получили новые науч­ные результаты. Д-р Ш. Накамура дал любезное согласие на совместную публикацию наших первых статей.
Одновременно специалисты из группы Бориса Фера-понтовича Тринчука в Зеленограде продемонстрировали образцы зеленых светодиодов начальникам из ГАИ и по­лучили положительный отзыв. Все дело в том, что эта группа сделала опытный образец светодиодного светофо­ра, но у них не было хороших зеленых светодиодов. Све­тофоры с новыми сверхъяркими зелеными светодиодами намного превосходили светофоры с лампами, и москов­ское правительство сделало заказ на 1000 светодиодных светофоров к 850-летию Москвы. Такое везение!
Как раз тогда у нас гостила киргизская скрипачка Райкан Карагулова — выпускница Московской консер­ватории, ученица моей жены, которая работала в Япо­нии первым концертмейстером симфонического оркест­ра в Осаке. Выяснилось, что место ее работы находится неподалеку от фирмы Nichia Chemical! Б.Ф. Тринчук дал ей тысячу долларов и попросил купить на них и при­слать на мой адрес 200 зеленых светодиодов. Из них бы­ли изготовлены первые светофоры из той юбилейной тысячи. Москва стала первым в мире городом с массо­вымприменением светодиодных светофоров.
Наши ученые и инженеры в НИИ «Сапфир» пыта­лись повторить достижение японцев и изготовитьструк­туры на основе нитридов для голубых и зеленых свето­диодов на старой эпитаксиальной установке, которую пришлось модернизировать, чтобы достичь более высо­ких температур и давлений. Но инициатива заглохла из-за отсутствия денег и интереса руководства.

22. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей?
Что касается выращивания кристаллов, то основная тех­нология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращивае­мых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцеп­торами, чтобы создать p-n-переход с большой концентра­цией электронов в n-области и дырок — в р-области.

За один процесс, который длится несколько часов, мож­но вырастить структуры на 6 — 12 подложках диаметром50 — 75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стои­мость установок для эпитаксиального роста полупроводни­ковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5 — 2 млн долла­ров. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необ­ходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это — технология, требующая высокой культуры.
Важным этапом технологии является планарная об­работка пленок: их травление, создание контактов к п- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для кон­тактных выводов. Пленку, выращенную на одной под­ложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов раз­мерами от 0,24×0,24 до 1×1 мм2.
Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в кор­пусе, сделать контактные выводы, изготовить оптиче­ские покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый свето-диод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нуж­ный телесный угол. Около половины стоимости светоди-ода определяется этими этапами высокой технологии.
Необходимость повышения мощности для увеличе­ния светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной тех­нологии и несколько более совершенной SMD-техноло-гии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по техноло­гии СОВ, схематически изображен на рисунке.
Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-техноло-гии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиа­тора — в этом случае она делается из металла. Так созда­ются светодиодные модули, которые могут иметь линей­ную, прямоугольную или круглую форму, бытьжесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных гало­генных, призванные им на замену. А для мощных све­тильников и прожекторов изготавливаются светодиод­ные сборки на круглом массивном радиаторе.
Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая систе­ма, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.

 23. Кто в мире сегодня производит светодиоды?

Чтобы делать качественные светодиоды в нужном количест­ве, понадобилось слияние двух отраслей — электронной и светотехнической. Все западные гиганты, производящие све­тодиоды для светотехники по полному циклу, начиная с про­изводства чипов и заканчиваяразличными светодиодными модулями и сборками, а также светильниками на их основе, идут по этому пути. General Electric заключила союз с произ­водителем полупроводниковых приборов Emcore, создав компанию GEL Core. Philips Lighting совместно с Agilent, до­черней компанией Hewlett-Packard, создали предприятие LumiLeds. Osram объединяет усилия с полупроводниковыми предприятиями своей материнской компании Siemens. Как заметил Макаранд Чипалкатти, менеджер по маркетингу из подразделения Opto Semiconductorsкомпании Osram Sylvania, специализирующемуся на устройствах LED, произ­водители светотехники сами уничтожают свой бизнес. Но если сегодня не «наступить на горло собственной песне», то завтра придут другие и сделают это куда более жестко.
Впрочем, существуют компании, специализирующи­еся только на производстве чипов. Это предприятия ра­диоэлектронной промышленности, и они не занимаются светотехникой. К их числу относится Nichia Chemical.
Итак, перечислим основных производителей.
Чипы и отдельные светодиоды производят компании Сгее (www.cree.com), LumiLeds Lighting (www.lumileds.com), Nichia Corporation (www.nichia.com), Opto Technology (www.optotech.com), Osram Opto Semiconductors (www.osram-os.com), GEL Core (www.gelcore.com).Массо­вое производство структур и чипов для светодиодов ведут тайваньские фирмы Lite-On, Taiwan Oasis и др.
В России светодиоды производят компании «Корвет Лайт» (www.corvette-lights.ru), «Светлана Оптоэлектро-ника» (www.svetlana-o.spb.ru), «Оптэл», «Оптоника» (www.optonica.ru). По конструкции и технологическому исполнению наши светодиоды не уступают зарубежным,специалисты перечисленных компаний имеют соответ­ствующие патенты. В Москве и Санкт-Петербурге есть возможность выращивать собственные чипы — напри­мер, эпитаксиальная установка имеется в Санкт-Петер­бургском физтехе, — но для промышленного производ­ства необходимо крупное финансирование, и пока наши компании используют зарубежные чипы.24. Каковы основные производители светодиодных модулей и сборок и представленные ими модельные ряды?

Светодиоды и светодиодные модули на основе чипов собственного или чужого производства выпускают ком­пании Lumileds Lighting, OsramOpto Semiconductors, GEL Core, Vossloh-Schwabe (www.vossloh-schwabe.com, www.vs-optoelectronic.com), Color Kinetics(www.colorkinetics.com), Tridonic Atco (www.tridonic.com) и др. В этой статье приводятся мо­дельные ряды светодиодных модулей компанийOsram Opto Semiconductors, Vossloh-Schwabe и LumiLeds Lighting, представленные на российском рынке.

Алексей Рябов

ledel.ru

Все о светодиодах.

Что такое светодиод?

Светодиоды образуют неотъемлемую часть в современной электроники, простые показатели для оптических коммуникационных устройств. Светоизлучающие диоды используют свойства р-п перехода и испускают фотоны, когда ток в прямом направлении. Светодиоды специально излучают свет, когда потенциалы приложены к аноду и катоду.

История светодиодов начинается с 1907 года, когда капитан Генри Джозефа наблюдал особенности электро-люминесценции карбида кремния. Первый светодиод был разработан в 1962 году. Он был разработан Холоньяк, работал в General Electric (GE). Это был GaAsP устройства. Первая коммерческая версия светодиодов пришли на рынок в 1960-х годов.

Изготовление светодиодной технологии произвела бум в 1970-е годы с введением арсенида галлия алюминия (GaAlAs). Эти светодиоды высокой яркости и во много раз ярче, чем старая рассеянного типа. Синие и белые светодиоды были введены в 1990 году, в котором используется индия нитрида галлия (InGaN) в качестве полупроводника. Белый светодиод содержит неорганический фосфор. Когда голубой свет внутри светодиода попадает на люминофор, он излучает белый свет.

Что делает светодиод идеальным?

Светодиоды широко используются в электронных схемах из-за его преимущества по сравнению с лампами. Некоторые важные особенностями являются:

• Светодиоды заключены в пластик, так что они могут выдерживать механические удары.
• В отличие от ламп, светодиоды не выделяют тепло и потери мощности при нагреве практически отсутствует.
• Светодиоды требуют очень низкий ток и напряжений обычно 20 мА при 1,8 вольта. Так что это идеально в схемах с батарейками.

Что находится внутри светодиода?

Внутри корпуса LED, есть две клеммы связаны маленький чип изготовлен из галлия соединения. Этот материал обладает свойством излучения фотонов при переходе P-N смещен в прямом. Различные цвета создаются выбиванием основного материала из другого веществама.

Внутри светодиода

Светодиодная технология

Яркость является важным аспектом LED. Глаз человека имеет максимальную чувствительность к свету около 550 нм в области желто — зеленой части видимого спектра. Именно поэтому зеленый светодиод излучается ярче, чем красный светодиод, хотя оба используют тот же ток. Важные параметры светодиодов являются:

• Световой поток
  Указывает на энергии света, исходящего от светодиодов. Он измеряется в Люмен (лм) или Милли просвет (MLM)
• Световая интенсивность
  светового потока, охватывающий большую площадь является силой света.Он определяется как Кандела (кд) или милли Кандела (MCD) Яркость светодиода напрямую связана с его силой света.
• Светоотдача
  Это испускаемых относительной световой энергии к потребляемой мощности.Она измеряется в терминах люмен на ватт (лм Вт).

Прямой ток, прямое напряжение, угол обзора и скорость реагирования это факторы, влияющие на яркость и эффективность светодиодов. Прямой ток (I) является ток, протекающий через светодиод, когда он смещен в прямом направлении и он должен быть ограничен от 10 до 30 миллиампер, если выше то светодиоды будут уничтожены.

Угол обзора составляет от — угол оси, при котором световая интенсивность падения до половины осевого значения. Вот почему индикатор показывает больше яркости в полном объеме состоянии. Высокие яркие светодиоды имеют узкий угол обзора, так что свет фокусируется в пучок. Рабочее напряжение (V) является падение напряжения на светодиоде. Падение напряжения в диапазоне от 1,8 В до 2,6 вольт для обычных светодиодов, но в голубой и белый он будет идти до 5 вольт. Скорость отклика представляет, как быстро светодиод включается и выключается. Это очень важный фактор, если светодиоды используются в системах связи.

Требуется ли балластный резистор?

Светодиоды всегда подключены к источнику питания через резистор. Этот резистор называют «балластный резистор», которая защищает диод от повреждений, вызванных избыточным током. Он регулирует прямой тока на светодиод для безопасного предела и защищает ее от жжения.

Номинал резистора определяет прямой тока и, следовательно, яркость светодиодов. Простое уравнение Vs — Vf — используется для выбора резистора. Vs представляет входное напряжения цепи, Vf прямое падение напряжения светодиода(ов) при допустимом токе через светодиод. Полученное значение будет в Омах. Лучше ограничить ток до безопасного предела 20 мА.

Приведенная ниже таблица показывает прямое падение напряжения на светодиоде.

Красный	Оранжевый	Желтый	Зеленый	Синий	Белый
1,8 В	2 V	2,1 В	2,2 В	3,6 В	3,6 В

Через типичный светодиод может пройти 30 -40 мА безопасный ток через него .Номинальный ток, чтобы дать достаточную яркость, стандартный красный светодиод 20 мА. Но это может быть 40 мА для синего и белого светодиода. Ограничение тока балластным резистором защищает диод от избыточного тока, протекающего через него. Значение балластного резистора должны быть тщательно отобраны, чтобы предотвратить повреждение светодиодов, а также получить достаточную яркость при токе 20 мА. Следующее уравнение объясняет, как выбирать балластный резистор.

R = V / I

Где R — является значение сопротивления в Ом, V — является входное напряжение в цепи, и I — это допустимый ток через светодиод в амперах. Для типичного красного светодиода, прямое падение напряжения составляет 1,8 вольта. Таким образом, если напряжение питания 12 В (Vs), падение напряжения на светодиод 1,8 В (V) и допустимый ток составляет 20 мА (Если), то значение балластного резистора будет

Vs — Vf / Если = 12 — 1,8 / 20 мА = 10,2 / 0,02 = 510 Ом.

Но если 510 Ом резистор не доступен то можно подобрать ближайший, например 470 Ом резистор может быть использован даже если ток через светодиод слегка увеличивается. Но рекомендуется использовать 1 K резистор для увеличения срока службы светодиодов, хотя там будет небольшое снижение яркости.

Ниже готова арифметические для выбора ограничительного резистора для различных версий светодиодов при различных напряжениях.

 

С добавлением других цветов

Светодиод, который может дать разные цвета полезно в некоторых приложениях. Например, светодиоды могут указывать на все системы OK, когда он становится зеленой, и неисправный, когда он становится красной. Светодиоды, которые могут производить два цвета называются Bicolour (Биколор) светодиодов.

Двухцветный светодиодный охватывает два светодиода (обычно красный и зеленый) в общем пакете. Два кристалла установлены на двух клеммах. Двухцветный светодиодный дает красный цвет, если ток проходит в одном направлении и становится зеленым, когда направление тока меняется на противоположное.

Триколор и многоцветные светодиоды , также доступны, которые имеют два или более кристаллов, заключенных в общий корпус. Трехцветный светодиодный имеет два анода для красного и зеленого кристалла и общим катодом. Таким образом, он излучает красный и зеленый цвета в зависимости от анода, в котором имеется ток. Если оба анода подключены, то светодиоды испускают свет и получается желтый цвет. Общий анод и отдельные светодиоды типа катода, также имеются.

Двухцветный индикатор светится разными цветами , начиная от зеленого через желтый, оранжевый и красный основной на ток, протекающий через их аноды, выбрав подходящий резистор для ограничения тока анода. Многоцветные светодиоды содержат более двух чипов, обычно красного, зеленого и синего чипы-в одном корпусе. Мигание разными цветами светодиодов, теперь доступны с двумя выводами. Это дает радугу цвета, которые являются весьма привлекательным.

Инфракрасный диод — источник Невидимого света

ИК диоды широко используются в удаленном управлении (пульт ДУ). Инфракрасные диоды на самом деле испускают нормальный свет с определенным цветом, который не чувствителен к человеческим глазом, потому что его длина волны 950 нм, ниже видимого спектра. Многие источники, такие как солнце, лампы, даже человеческое тело испускает инфракрасные лучи. Поэтому необходимо, чтобы модулировать излучение от ИК-диода, чтобы использовать его в электронном приложении, чтобы предотвратить ложное срабатывание. Модуляции делает сигнал от ИК-светодиода значительно выше чем шум. Инфракрасные диоды есть в корпусе, которые являются непрозрачным для видимого света, но прозрачна для инфракрасного. ИК-светодиоды широко используются в системах управления.

Инфракрасные диоды

Фотодиод — Он может увидеть свет

Фотодиод генерирует ток, когда его р-п перехода получает фотоны видимого или инфракрасного света. Основная работа фотодиода зависит от поглощения фотонов в полупроводниковом материале. Фото-генерируемых носителей разделены электрическим полем, и в результате фототок пропорционален падающему свету. Скорость, с которой носители движутся в области обеднения связана с силой электрического поля по всему региону и подвижность носителей.

Фотон, который поглощается полупроводником в области обеднения приведет к образованию электронно-дырочной проводимости. Дырки и электроны будут транспортироваться под действием электрического поля к краям области обеднения. После носителей покидают область истощения они идут к клеммам фотодиода, чтобы сформировать фото-ток во внешней цепи. Время отклика фотодиода, как правило, 250 наносекунд .

Фотодиоды

Лазерные диоды

Лазерный диод похож на обычные прозрачные светодиодные, но производит Laserwith высокой интенсивности. В лазерном луче число атомов вибрируют в такой цикле, что всё испускаемое излучение одной длины волны в фазе друг с другом. Лазерный свет является монохроматическим и проходит в виде узкого пучка. Луч типичных лазерных диодов составляет 4 мм х 0,6 мм, которая расширяется только до 120 мм на расстоянии 15 метров.

Лазерный диод может включаться и выключаться на более высоких частотах даже выше, чем 1 ГГц. Так что это весьма полезно в телекоммуникационных системах.Поскольку лазер генерирует тепло на поражение тканей тела, он используется в хирургии, чтобы исцелить поражения в очень чувствительных частей, как сетчатки, головного мозга и т.д. лазерные диоды являются важными компонентами в проигрывателях компакт-дисков, чтобы получить данные, записанные в компакт-дисках.

Лазерные Диоды

radioschema.ru

Что такое светодиод ? | Техника и Программы

Набиравшая обороты космическая отрасль быстро сосредоточила усилия во­круг реализации другого эффекта — возможности генерации тока в полупро­водниковом переходе под действием света, и картинка искусственного спут­ника Земли с широко раскинутыми темно-синими панелями солнечных батарей теперь стала уже традиционной. Но, может быть, таким же образом .возможно генерировать свет, если подавать на I²-«-переход напряжение? Ока­залось, что можно, но это было реализовано далеко не сразу.

Первым поддался инфракрасный (ИК) и красно-зеленый участок спектра. К началу 80-х годов полупроводниковые светодиоды (LED — Light Emission Diode), излучающие в ИК-диапазоне, уже стали широко использоваться в дистанционных пультах управления, а красненькие и зелененькие сигналь­ные светодноды хоть и были тогда еще куда тусклее традиционных лампочек накаливания, зато были намного более долговечны и потребляли принципи­ально меньше энергии.

В настоящее время в целом проблемы решены и освоен фактически весь ви­димый спектр, включая синий и даже ультрафиолетовый диапазон. Харак­терной особенностью цветных светодиодов является то, что они излучают свет одной (точнее, близкой к этой одной) длины волны, из-за чего насыщен­ность излучаемого света превосходит все чаяния художников. Существуют не менее двух десятков разновидностей светодиодов для разных длин волн, охватывающих все цвета видимого спектра (частично они перечислены в табл. 7.1, соответствующей продукции фирмы Kingbright). Можно встретить в продаже и светодиоды белого свечения (они получаются из цветных, если покрыть часть кристалла люминофором), которые все больше используются в качестве экономичных и долговечных источников света.

Таблица 7.1, Некоторые разновидности светодиодов

Длина волны, нм	Обозначение	Цвет свечения
700	н	красный
660	SR	красный
640	SU	красный
625	1(E)	чистый красный
610	N(SE)	чистый оранжевый
590	Y(SY)	желтый
565	G (SG, MG)	зеленый
555	PG	чистый зеленый
465	MB	голубой
445	NB	голубой
430	PB	чистый синий

Сами по себе светодиоды делятся на обычные и повышенной яркости. Не следует сломя голову кидаться на повышенную яркость— в большинстве случаев она не нужна и только будет слепить глаза, если светодиод использу­ется в качестве, скажем, индикатора наличия напряжения, причем, к тому же, регулировать такую яркость непросто. Очень тщательно следует подходить и к выбору корпуса— матовый (диффузный) рассеиватель обеспечивает меньшую яркость, зато светящуюся полусферу видно под углом почти 180² во все стороны.

Со схемотехнической точки зрения все светодиоды, независимо от цвета све­чения, представляют собой обычные диоды, за одним исключением — пря­мое падение напряжения на них превышает обычные для кремниевых р-п-переходов 0,6 В и составляет: для красных и инфракрасных 1,5—1,8 В, для желтых, зеленых и синих— 2—3 В. В остальном их включение не отличает­ся от включения обычных диодов в прямом направлении. То есть светодиод есть прибор, управляемый током (а не напряжением, как лампа накаливания), поэтому должен иметь токограничивающий резистор. Значение тока, при ко­тором практически любой светодиод нормально светится, составляет 3— 8 мА (хотя предельно допустимое может быть и 40 мА), на эту величину и следует рассчитывать схему управления светодиодами. При этом нужно учи­тывать, что яркость, воспринимаемая глазом, не зависит линейно от тока — вы можете и не заметить разницу в свечении при токе 5 и 10 мА, а разница между 30 и 40 мА еще менее заметна. Светодиоды — одни из самых удобных электронных компонентов, так как один можно поменять на другой практи­чески без ограничений и без необходимости пересчета схемы.

Иногда токограничивающий резистор встраивают прямо в светодиод (в этом случае яркость свечения уже управляется напряжением, как у обычной лам­почки, а не током) — это обычная практика для «мигающих» светодиодов со встроенным генератором частоты. Обычное предельное напряжение для та­ких светодиодов составляет 12—15 В.

Светодиоды делают разной формы — обычно они круглые, но используются также плоские, квадратные и даже треугольные. Широкое распространение сейчас имеют двухцветные светодиоды. Они бывают двух- и трехвыводные. С последними все понятно — это просто два разноцветных светодиода (зеле­ный и красный) в одном корпусе, управляющиеся раздельно. Подал ток на один — зажегся красный, на другой — зеленый, на оба — желтый (третий вы­вод общий), а манипулируя величиной токов, можно получить все промежу­точные переходы. Но еще интереснее двухвыводндй тип, который представля­ет собой два разноцветных светодиода, включенные встречно-параллельно. Поэтому в них цвет свечения зависит от полярности тока: в одну сторону крас­ный, в другую — зеленый. Самое интересное получается, если подать на такой светодиод переменное напряжение — тогда он светится желтым!

Заметки на полях

•Двухцветные светодиоды с тремя выводами (то есть с раздельным управле­нием красным и зеленым) по какой-то неясной причине чаще всего поступают в продажу в прозрачном корпусе. Такой светодиод имеет небольшой угол рас­сеяния и сбоку почти не виден —- прозрачные светодиоды ориентированы на использование в случаях, когда нужно сконцентрировать поток в небольшом угле (для наблюдения издалека, например). В остальных случаях целесооб­разно использовать светодиоды с матовым диффузным рассеивателем.

Для того чтобы превратить прозрачный светодиод в матовый, его можно по­красить «молочным» лаком. Такой лак не стоит искать в продаже — проще сделать его самому на один раз. Для этого возьмите на самый кончик кисточки чуть-чуть белой краски на основе масляного* связующего (например, художест­венные белила из школьного набора, подойдет и алкидная или пентафталевая белая эмаль, а в крайнем случае можно использовать и нитроцеллюлозную, но эффект «молочности» будет хуже) и интенсивно перемешайте ее в глубокой посуде небольших размеров, вроде рюмочки или пробки от шампанского, с 5— 10 граммами нитроцеллюлозного мебельного лака НЦ-222, НЦ-218 и т. п. Глу­бокая посудинка необязательна, можно использовать и плошку, но желательна потому, что лак очень быстро сохнет (однако с нитролаками нельзя применять одноразовую посуду —- она может расползтись). Окуните светодиод в этот лак и снимите отжатой кисточкой, которой производилось размешивание, обра­зующуюся каплю (просто осторожно прикоснитесь к ней и лишний лак перей­дет на кисточку). Через час светодиод готов к установке на место.

Светодиодные индикаторы

Так как собственное падение напряжения на светодиодах невелико, то их можно включать последовательно, чем пользуются производители цифровых сегментных индикаторов. Но тут дело осложняется тем, что отдельный све­тодиод представляет собой фактически точечный источник света, и нарисо­вать с его помощью длинную светящуюся полоску непросто даже при нали­чии рассеивающей свет пластмассы (причем, как ни парадоксально, чем мельче, тем хуже выглядят плоские светодиоды). Мелкие цифровые индика­торы (с длиной одного сегмента до 5—6 мм) содержат по одному светодиоду в сегменте, а более крупные— по два и более. Это нужно учитывать при проектировании, так как семисегментный цифровой индикатор с высотой цифры 12,7 мм и более имеет падение напряжения на каждом сегменте, пре­вышающее 4 В, и управлять им от пятивольтового микроконтроллера напря­мую затруднительно — номинальный запас в несколько десятых вольта лег­ко «сожрется» собственным сопротивлением выхода контроллера, отчего ваш индикатор вообще может и не загореться. Для таких случаев приходится идти на заведомые потери и питать индикаторы от повышенного напряжения через транзисторные ключи или специальные схемы управления индикато­рами. Красота требует жертв! Набор семисегментных цифровых светодиод­ных индикаторов в четыре цифры в каком-нибудь мультиметре может по­треблять до 100—200 мА тока— зато насколько он выглядит красивее по сравнению с почти ничего не потребляющими, но совершенно слепыми чер­но-белыми жидкокристаллическими панелями!

Рис. 7.7. Светодиодные индикаторы: а — семисегментный; б — дисплей на основе матричного индикатора

Семисегментные индикаторы (рис. 7.7, а) бывают сдвоеными и строенными; кроме них, встречаются шестнадцатисегментные индикаторы, которые позво­ляют формировать буквы и специальные знаки. Такие индикаторы для удобст­ва управления ими бывают с общим анодом (тогда на индикатор подается об­щее питание, а зажигание сегментов производится коммутацией их к «земле») и с общим катодом (сегменты имеют общую «землю», а зажигание произво­дится подачей тока на каждый сегмент). Почти всегда выпускаются идентич­ные внешне типы и той и другой конфигурации. Для формирования длинных строк используют матричные индикаторы (рис. 7.7, б), которые нередко встре­чаются в виде довольно больших дисплеев в несколько сотен точек.

Жидкокристаллические (ЖК) индикаторы встречаются обычно только в виде готовых ЖК-дисплеев для распространенных применений — например, для часов, магнитол, музыкальных центров, или в виде многоразрядного набора цифр. Есть и матричные ЖК-дисплеи для формирования бегущей строки, многострочные — для текстовых сообщений и т. п., вплоть до полнофунк­циональных цветных ЖК-матриц, тех, что используются в качестве экранов большинства современных массовых устройств, от мобильных телефонов до широкоэкранных телевизионных панелей.

nauchebe.net

Что такое органические светодиоды?

С приходом мировой общественности к концепции устойчивого развития, которая подразумевает экологизацию всей промышленности и повышение экологической сознательности потребителя, товары, на которых есть обозначение «органические», вызывают большой интерес и повышение спроса. И органические светодиоды не стали исключением. Новые технологические решения и новые товары неизменно привлекают внимание «продвинутых» потребителей, шагающих в ногу со временем. Что это такое — органические светодиоды, каковы принципы их работы и перспективы использования? Это и есть тема данной статьи.

Совсем немного истории

Электролюминесцентные свойства органических материалов открыл в 1950 году французский физик Андре Бернаноз. Но только в 1987 году это открытие приобрело технологическое решение в первом OLED-устройстве, изготовленном фирмой «Кодак». А в 2000 году сразу три химика – А. Мак-Диармид, Х. Сиракава и А. Хигер – были удостоены Нобелевской премии за открытия в области тонкопроводящих полимеров органического происхождения. Только в 2008 году в продажу поступила первая OLED-лампа фирмы OSRAM, которых было изготовлено всего 25 экземпляров по цене 25 тысяч евро. Сегодня же такие лампы предлагают несколько компаний по цене от 500 евро, и существует уже несколько направлений в OLED-технологиях: PHOLED, TOLED, FOLED и другие, которые понятны только специалистам.

Где органика?

Как ни странно, но применение слова «органические» в данном контексте не имеет никакого отношения к продуктам животного или растительного происхождения. Органические светодиоды, или OLED (от английского Organic Light Emitting Diode), – это полупроводник, изготовленный из углеродного материала, который генерирует излучение при прохождении через него электрического тока. При их изготовлении используются продукты органической химии (соединения углерода), что и позволяет назвать их органическими светодиодами.

Устройство и состав

Само устройство состоит из четырех частей: основания, анода, катода, проводящего и излучающего слоев. Основание или подложка могут быть из стекла, пластика или металлизированных пластин. Анод представляет собой оксид индия, легированный оловом. Проводящим и излучающим слоем служат слои полимеров и низкомолекулярных органических соединений. Катод изготовлен из алюминия, кальция или другого металла.

Технология работы не для физиков

Органические светодиоды устроены по принципу бутерброда. Несколько тонких слоев полупроводников органического происхождения зажаты между разнозаряженными электродами (положительным и отрицательным). И все это расположено на основе из прозрачного материала – стекла или пластика (например, гибкого полимида). При прохождении тока через электроды они образуют заряженные частицы (квазичастицы и электроны). В среднем органическом слое эти частицы концентрируются и создают высокоэнергетическое возбуждение, что и вызывает излучение света разных цветов органической прослойкой. Активной матрицей на органических светодиодах, таким образом, являются именно люминесцентные или фосфорецентные органические слои.

Типы матриц органических светодиодов

OLED-дисплеи по типу матриц делят на активно-матричные и пассивно-матричные. Активно-матричные устройства управляются тонкопленочными полевыми транзисторами, что расположены под анодной пленкой. В пассивно-матричных изображение формируется в точке пересечения перпендикулярно расположенных анодных и катодных полос, при этом управление осуществляется с внешней схемы. Исходя их этого, существует три схемы цветных OLED-дисплеев:

• С раздельными цветными эмиттерами – три органических матрицы излучают три базовых цвета (синий, зеленый и красный), из которых формируется изображение.
• С тремя белыми эмиттерами и специальными цветными фильтрами.
• Голубые эмиттеры преобразуют короткие волны в длинные волны красного и зеленого цветов.

Современное применение

В наше время OLED-технологии находят применение в основном в узкоспециализованных разработках. Голография и приборы ночного видения, органические дисплеи автомагнитол и цифровых фотоаппаратов, экраны телефонов и источники света, телевизоры и мониторы – все это уже реалии OLED-технологий.

Срок службы OLED-девайсов

Все современные устройства, созданные по данной технологии, раньше или позже проявляют выгорание яркости цвета. Еще при открытии была обнаружена недолговечность излучения органических светодиодов. Ресурс эксплуатации устройства сегодня считают практически исчерпанным, если яркость дисплея снизилась на 50 %. Эксплуатацию прекращают при данном показателе около 70 %. Но инвестиции корпораций в развитие данных технологий дают свои результаты – чаще потребитель меняет устаревший девайс еще до того, как он подходит к близкому завершению срока службы.

Самые самые

Самая большая панель с органическими светодиодами на сегодня – это продукт совместного проекта корпораций OSRAM, Philips, Novaled, Fraunhoter IPMS. Размер панели — 33 на 33 см, площадь активной части — 828 кв. см, а светосила — 76 %. При яркости 1 тысяча кандел на квадратный метр поток световых частиц составляет 25 люмен на ватт. Продаваемая сегодня самая большая панель фирмы Lumiotec имеет размер 15 на 15 сантиметров и световой поток до 60 люмен на ватт, что равно одной люминесцентной лампочке. А корпорация Panasonic к 2020 году планирует запустить на рынок дисплей на органических светодиодах со световым потоком 128 люмен на ватт. С ней соревнуется американская корпорация DoE, которая обещает панели с потоком до 170 люмен на ватт.

Перспективы OLED-панелей

Большинство существующих образцов сегодня являются прототипами. Они дорогие, изготовлены в ограниченных партиях, не сгибаются и пока недостаточно эффективны. Крупные корпорации сосредоточили свою деятельность на удешевлении проекта, увеличении размеров и повышении продуктивности. Эксперты прогнозируют массовое появление данной продукции с доступными ценами на мировом рынке к 2020 году.

OLED-освещение

Органические светодиоды в освещении пока представлены на рынке в зачаточном состоянии. Массовое производство данного товара пока не запущено ни одной корпорацией. Цена таких светильников все еще довольно высока для среднего потребителя, а яркость и срок их службы оставляют желать лучшего. Оборот в 75 миллиардов долларов на мировом рынке, который составляет доля OLED-освещения, — это довольно небольшая сумма. Потребителями данной продукции становятся не физические лица, а другие корпорации, что занимаются дизайном мебели и помещений, а также корпорации автопрома.

Достоинства и недостатки

У органических светодиодов есть и преимущества, и недостатки. Среди первых бесспорны их невысокое энергопотребление и равномерное распределение света по всей панели, высокий КПД, экологичность и мягкий свет. Но главное достоинство – это возможность придания им гибкости и тонкости. А недостатками можно считать недолговечность службы диодов, дороговизну и технологические проблемы (органическая составляющая окисляется при контакте с водой, что требует дополнительной герметизации). Но корпорации продолжают вкладывать инвестиции в развитие данных технологий, видя в них будущее электроники.

Насколько это экологично

В OLED-материалах не содержатся тяжелые металлы и токсичные элементы типа ртути. Они легко перерабатываются и не требуют специального сбора и дополнительных технологических мощностей при утилизации. Иридий фосфоресцентных ламп на органических светодиодах нетоксичен, и его количество крайне мало. Транспортировка тонких и легких OLED-панелей требует меньшего количества ресурсов, что сокращает затраты и снижает нагрузку на окружающую среду. Например, телевизор с OLED-монитором диагональю в 55 дюймов имеет толщину 4 мм, а весит порядка 4-5 килограммов.

Фантастика станет реальностью

Несмотря на скептицизм некоторых экспертов, большинство уверено, что OLED-технологии станут главным прорывом в 21 веке. Фантастические проекты станут реальными, а именно:

• Именно эти технологии позволят создать не иллюзорную, а вполне реально трехмерную картинку.
• Освещение везде заменят OLED-лампы.
• Появятся прозрачные солнечные батареи.
• Гибкие мониторы гаджетов можно будет уместить в кармане.
• Невероятно легкие мониторы с высоким качеством цвета и широким углом обзора будут иметь мгновенный отклик, минимальный размер и габариты.
• Применение технологий в военной промышленности вообще поражает воображение.
• А вот светящаяся одежда уже появилась в дизайнерских коллекциях.

Но не стоит останавливаться на достигнутом — девиз ученых-теоретиков и практиков. Современная наука давно находится в точке бифуркации, когда любое открытие может повернуть развитие цивилизации в совершенно непредсказуемое русло. Примеров таких открытий предостаточно: это и наполненность вакуума, и трубы Красникова, и даже открытие органических соединений в глубоком космосе. Сегодня авангард электронных гаджетов — органические светодиоды, а что завтра — кто знает?

fb.ru

Органический светодиод — это… Что такое Органический светодиод?

Схема OLED

Органический светодиод (англ. Organic Light-Emitting Diode (OLED) — органический светоизлучающий диод) — полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет, если пропустить через него электрический ток.

Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев.

1.5-дюймовый (3,8 сантиметра) OLED-дисплей медиаплеера Creative ZEN V

.

Принцип действия

Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.

Схема 2х слойной OLED-панели: 1. Катод(−), 2. Эмиссионный слой, 3. Испускаемое излучение, 4. Проводящий слой, 5. Анод (+)

Прибор не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки движутся к аноду, а электроны в противоположном направлении к катоду, и рекомбинации не происходит.

В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Для изготовления катода часто используют металлы, такие как алюминий и кальций, так как они обладают низкой работой выхода, способствующей инжекции электронов в полимерный слой.^[1]

Преимущества и недостатки

Преимущества

В сравнении c плазменными дисплеями

• меньшие габариты и вес
• более низкое энергопотребление при той же яркости
• возможность создания гибких экранов
• возможность длительное время показывать статическую картинку без выгорания экрана

В сравнении c жидкокристаллическими дисплеями

• меньшие габариты и вес
• отсутствие необходимости в подсветке
• отсутствие такого параметра как угол обзора — изображение видно без потери качества с любого угла
• мгновенный отклик (на несколько порядков выше, чем у LCD) — по сути полное отсутствие инерционности
• более качественная цветопередача (высокий контраст)
• возможность создания гибких экранов
• большой диапазон рабочих температур (от −40 до +70 °C^[2])

Яркость.

OLED-дисплеи обеспечивают яркость излучения от нескольких кд/м2 (для ночной работы) до очень высоких яркостей — свыше 100 000 кд/м2, причем их яркость может регулироваться в очень широком динамическом диапазоне. Так как срок службы дисплея обратно пропорционален его яркости, для приборов рекомендуется работа при более умеренных уровнях яркости до 1000 кд/м2.

Контрастность.

Здесь OLED также лидер. OLED-дисплеи обладают контрастностью 1000000:1^[3] (Контрастность LCD до 2000:1^{[источник не указан 1299 дней]}, CRT до 5000:1)

Углы обзора.

Технология OLED позволяет смотреть на дисплей с любой стороны и под любым углом, причем без потери качества изображения. Впрочем, современные ЖК дисплеи (за исключением основанных на TN+Film матрицах) также сохраняют приемлемое качество картинки при больших углах обзора.

Энергопотребление.

Сложно сравнивать что-либо по потреблению с ЖК, так как жидкокристаллическая ячейка ток не потребляет. Однако вспомогательные средства для обеспечения ее работы (драйверы, подсветка) могут потреблять весьма много или наоборот, очень мало — определяется задачами для которых предназначен тот или иной дисплей. Потребление OLED прямо пропорционально яркости и площади свечения.

Недостатки

• маленький срок службы люминофоров некоторых цветов (порядка 2-3 лет)
• как следствие первого, невозможность создания долговечных полноценных TrueColor дисплеев
• дороговизна и неотработанность технологии по созданию больших матриц

Главная проблема OLED — время непрерывной работы должно быть более 15 тыс. часов. Одна проблема, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии в мониторах и телевизорах, состоит в том, что «красный» OLED и «зелёный» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше, чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причем время качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства. Хотя сегодня^{[когда?]} «синий» OLED всё-таки добрался до отметки в 17,5 тыс. часов (примерно 2 года) непрерывной работы.

Дисплеям телефонов, фотокамер, планшетов и иных малых устройств этих показателей вполне достаточно в связи с быстрыми темпами устаревания аппаратуры и еë неактуальности уже через несколько лет. Средняя продолжительность непрерывной работы этих устройств составляет около 5 тысяч часов, поэтому OLED в них успешно применяется уже сегодня.

Можно считать это временными трудностями становления новой технологии, поскольку разрабатываются новые долговечные люминофоры. Также растут мощности по производству матриц.

Потребность в преимуществах, демонстрируемых органическими дисплеями с каждым годом растёт. Этот факт позволяет заключить, что в скором времени дисплеи произведëнные по OLED технологиям, с высокой вероятностью станут доминантными на рынке электроники народного потребления.

Применение

На сегодняшний день^{[когда?]} OLED-технология применяется многими разработчиками узкой направленности, например, для создания приборов ночного видения. Органические дисплеи встраиваются в телефоны, цифровые фотоаппараты, автомобильные бортовые компьютеры, коммерческие OLED-телевизоры, выпускаются небольшие OLED-дисплеи для цифровых индикаторов, лицевых панелей автомагнитол, карманных цифровых аудиопроигрывателей и т. д.

Объём продаж

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

Рынок OLED-дисплеев медленно, но уверенно растёт. Основные производители: Samsung (27 %), Pioneer (20 %), RiTdisplay (18 %), LGE (18 %).

В данный момент ведётся разработка телевизионных OLED-систем. На сегодня единственные коммерческие OLED-телевизоры на мировом рынке пока выпускаются компанией Sony (~2 000 изделий в месяц.) К коммерческому производству готовятся Samsung, Toshiba, а также альянс компаний Matsushita Electric Industrial, Canon и Hitachi.

История

Французский учёный Андрэ Бернаноз (André Bernanose) и его сотрудники открыли электролюминесценцию в органических материалах в начале 1950-х, прикладывая переменный ток высокого напряжения к прозрачным тонким плёнкам красителя акридинового оранжевого и хинакрина. В 1960 году исследователи из компании Dow Chemical разрабатывали управляемые переменным током электролюминесцентные ячейки, используя легированный антрацен.

Низкая электрическая проводимость таких материалов ограничивала развитие технологии до тех пор пока не стали доступными более современные органические материалы, такие как полиацетилен и полипиррол. В 1963 году в ряде статей учёные сообщили о том, что они наблюдали высокую проводимость в допированном йодом полипирроле. Они достигли проводимости 1 См/см. К сожалению, это открытие было «потеряно». И только в 1974 году исследовали свойства бистабильного выключателя на основе меланина с высокой проводимостью во «включенном» состоянии. Этот материал испускал вспышку света во время включения.

В 1977 году другая группа исследователей сообщила о высокой проводимости в подобно окисленном и легированном йодом полиацетилене. В 2000 году Алан Хигер, Алан Мак-Диармид и Хидеки Сиракава получили Нобелевскую премию по химии за «открытие и развитие проводящих органических полимеров». Ссылок на более ранние открытия не было.

Первое диодное устройство было создано в 1980-х компанией Eastman Kodak.

В 1990 году в журнале Nature появляется статья учёных, в которой сообщается о полимере с зелёной светимостью и «очень высоким КПД».

Недавно^{[когда?]} был разработан гибридный светоиспускающий слой, в котором используются непроводящие полимеры с примесью светоиспускающих проводящих молекул. Использование полимера даёт преимущества в механических свойствах без ухудшения оптических свойств. Светоиспускающие молекулы имеют ту же долговечность, как и в первоначальном полимере.

Основные направления исследований и разработок

Основные направления исследований разработчиков OLED-панелей, где на сегодняшний день есть реальные результаты:

PHOLED

PHOLED (англ.) (Phosphorescent OLED) — технология, являющаяся достижением Universal Display Corporation (UDC) совместно с Принстонским университетом и университетом Южной Калифорнии. Как и все OLED, PHOLED функционируют следующим образом: электрический ток подводится к органическим молекулам, которые испускают яркий свет. Однако, PHOLED используют принцип электрофосфоресценции, чтобы преобразовать до 100 % электрической энергии в свет. К примеру, традиционные флуоресцентные OLED преобразовывают в свет приблизительно 25-30 % электрической энергии.

Из-за их чрезвычайно высокого уровня эффективности энергии, даже по сравнению с другим OLED, PHOLED изучаются для потенциального использования в больших дисплеях типа телевизионных мониторов или экранов для потребностей освещения. Потенциальное использование PHOLED для освещения: можно покрыть стены гигантскими PHOLED-дисплеями. Это позволило бы всем комнатам освещаться равномерно, вместо использования лампочек, которые распределяют свет неравномерно по комнате. Или мониторы-стены или окна — удобно для организаций или любителей поэкспериментировать с интерьером.

Также к преимуществам PHOLED-дисплеев можно отнести яркие, насыщенные цвета, а также достаточно долгий срок службы.

TOLED

TOLED (Transparent and Top-emitting OLED) — технология, позволяющая создавать прозрачные (Transparent) дисплеи, а также достигнуть более высокого уровня контрастности.

Прозрачные TOLED-дисплеи: направление излучения света может быть только вверх, только вниз или в оба направления (прозрачный). TOLED может существенно улучшить контраст, что улучшает читаемость дисплея при ярком солнечном свете.

Так как TOLED на 70 % прозрачны при выключении, то их можно крепить прямо на лобовое стекло автомобиля, на витрины магазинов или для установки в шлеме виртуальной реальности. Также прозрачность TOLED позволяет использовать их с металлом, фольгой, кремниевым кристаллом и другими непрозрачными подложками для дисплеев с отображением вперед (могут использоваться в будущих динамических кредитных картах). Прозрачность экрана достигается при использовании прозрачных органических элементов и материалов для изготовления электродов.

За счёт использования поглотителя с низким коэффициентом отражения для подложки TOLED-дисплея контрастное отношение может на порядок превзойти ЖКИ (мобильные телефоны и кабины военных самолетов-истребителей).

По технологии TOLED также можно изготавливать многослойные устройства(например SOLED) и гибридные матрицы (Двунаправленные TOLED TOLED делают возможным удвоить отображаемую область при том же размере экрана — для устройств, у которых желаемый объём выводимой информации шире, чем существующий).

FOLED

FOLED (Flexible OLED) — главная особенность — гибкость OLED-дисплея. Используется пластик или гибкая металлическая пластина в качестве подложки с одной стороны, и OLED-ячейки в герметичной тонкой защитной пленке — с другой. Преимущества FOLED: ультратонкость дисплея, сверхнизкий вес, прочность, долговечность и гибкость, которая позволяет применять OLED-панели в самых неожиданных местах. (Раздолье для фантазии — область возможного применения OLED весьма велика).

SOLED

Staked OLED — технология экрана от UDC (сложенные OLED). SOLED используют следующую архитектуру: изображение подпикселей складывается (красные, синие и зеленые элементы в каждом пикселе) вертикально вместо того, чтобы располагаться рядом, как это происходит в ЖК-дисплее или электронно-лучевой трубке.

В SOLED каждым элементом подпикселя можно управлять независимо. Цвет пикселя может быть отрегулирован при изменении тока, проходящего через три цветных элемента (в нецветных дисплеях используется модуляция ширины импульса). Яркостью управляют, меняя силу тока.

Преимущества SOLED: высокая плотность заполнения дисплея органическими ячейками, посредством чего достигается хорошее разрешение, а значит, высококачественная картинка.

Passive/Active Matrix

Каждый пиксель цветного OLED-дисплея формируется из трех составляющих — органических ячеек, отвечающих за синий, зелёный и красный цвета.

В основе OLED — пассивные и активные матрицы управления ячейками.

Пассивная матрица представляет собой массив анодов, расположенных строками, и катодов, расположенных столбцами. Чтобы подать заряд на определённый органический диод, необходимо выбрать нужный номер катода и анода, на пересечении которых находится целевой пиксель, и пустить ток. Используется в монохромных экранах с диагональю 2-3 дюйма (дисплеи сотовых телефонов, электронных часов, различные информационные экраны техники).

Активная матрица: как и в случае LCD-мониторов, для управления каждой ячейкой OLED используются транзисторы, запоминающие необходимую для поддержания светимости пикселя информацию. Управляющий сигнал подается на конкретный транзистор, благодаря чему ячейки обновляются достаточно быстро. Используется технология TFT (Thin Film Transistor) — тонкопленочного транзистора. Создается массив транзисторов в виде матрицы, который накладывается на подложку прямо под органический слой дисплея. Слой TFT формируется из поликристального или аморфного кремния.

Также идут разработки O-TFT (Organic TFT) — технологии органических транзисторов.

Перспективы развития

Ожидается, что на смену OLED-дисплеям могут прийти более эффективные и экономичные дисплеи TMOS (Time-Multiplexed Optical Shutter, «оптический затвор с временным мультиплексированием») — технология, которая использует инерционность сетчатки человеческого глаза.^[4]

Технологические события

Разработки Samsung и LG

• На выставке CES 2012, Samsung и LG представили телевизоры OLED с диагональю 55 дюймов толщиной 7,6 мм и 4 мм соответственно.^[5]

Разработки Sony

Sony XEL-1 (вид спереди) Sony XEL-1 (вид сбоку)

• В Лас Вегасе CES 2007, Sony представила 11-дюймовую (28 см, разрешение 1024 × 600) и 27-дюймовую (68.5 см, разрешение HD в 1920 × 1080) модели, с контрастностью «миллион к одному» и полной толщиной 5 мм. Sony выпустила коммерческую версию этих мониторов в Японии в декабре 2007.
• 25 мая 2007 Sony представила 2.5-дюймовый (6,3 см) гибкий экран FOLED, толщиной 0.3 миллиметра. Было продемонстрировано видео на согнутом экране.
• 16 апреля 2008 Sony представила дисплей OLED, толщиной 0.2 миллиметра и шириной 3.5-дюймов (9 см) с разрешением 320×200 пикселей и 11-дюймовый экран толщиной 0,3 мм с разрешением 960×540 пикселей.

Другие компании

Смартфон Nokia N85, анонсированный в августе 2008 года и поступивший в продажу в октябре 2008 года — первый смартфон от финской компании с AM-OLED дисплеем.

Клавиатура «Оптимус Максимус» (Студия Лебедева), выпущенная в начале 2008 г. (прототипы), использует 48×48-пиксельные OLED-дисплеи (10,1×10,1 мм), встроенные в клавиши.

OLED может использоваться в голографии с высокой разрешающей способностью (volumetric display). 12 мая 2007 года на ЭКСПО-Лиссабон было представлено трёхмерное видео (потенциальное применение этих материалов).

Органические светодиоды могут также использоваться как источники света. OLED находят применение как источники общего освещения (в ЕС — проект OLLA).

11 марта 2008 года GE Global Research продемонстрировала первый OLED, изготовленный в виде рулона.^[6].

Chi Mei EL Corp of Tainan (Корпорация Тайнаня) продемонстрировала на конференции в Лос-Анджелесе (20-22 мая 2008 года) 25-дюймовые низкотемпературные прозрачные кремниевые OLED.

Epson в 2004 году выпустила 40-дюймовый дисплей (успех можно объяснить тем, что технология производства таких дисплеев похожа на технологию печати в струйном принтере^{[источник не указан 1260 дней]}, а в этом деле компания имеет большой опыт).

Южнокорейский производитель электроники LG Electronics сообщил о планах компании по началу коммерческого производства и продаж первого массового 15-дюймового телевизора, созданного по технологии органических светоизлучающих диодов. LG стала первым в мире производителем, освоившим технологию OLED для массового производства^[7]. ^[8]

См. также

Примечания

1. ↑ R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Lögdlund, W. R. Salaneck, Electroluminescence in conjugated polymers, Nature 1999, 397, 121.
2. ↑ OLED  (рус.) (20 апреля 2006). Архивировано из первоисточника 15 февраля 2012. Проверено 7 января 2010.
3. ↑ Membrana: Созданы дисплеи для домашнего кинотеатра с контрастом миллион к одному (16 января 2006 г.)
4. ↑ На смену LCD и OLED дисплеям идут более эффективные и экономичные дисплеи TMOS // NanoWeek, 27 октября — 2 ноября 2009г, No. 86
5. ↑ CES 2012: Samsung и LG показали самые большие в мире OLED-панели (11 января 2012 г.)
6. ↑ Органические световые панели теперь печатают как газеты (13 марта 2008 г.)
7. ↑ CyberSecurity.ru: В ноябре LG Electronics начнет продажи AMOLED-телевизоров (31.08.2009)
8. ↑ CNEWS о планах LG

Ссылки

dic.academic.ru