С появлением в середине 90-x годов первых образцов светодиодов белого свечения появилась возможность использовать такие твердотельные излучающие приборы в качестве источников освещения. Но для этого потребовалось увеличить их силу света, которая, как известно, линейно зависит от тока, текущего через р-n переход. Heобходимость увеличения прямого тока повлекла за собой увеличение мощности рассеяния на кристалле. Если рассеиваемая мощность прежних светодиодов равна примерно 50...100 мВт, то у новых, главным образом, белого свечения, пригодных для освещения, она поднялась до 1 Вт и выше. Приборы этого нового класса, предназначенные в основном для освещения помещений или особо яркой подсветки различных объектов, стали называть мощными светодиодами (High Power LEDs).
Принципиально существуют три способа получения белого света от светодиодной структуры. Во первых, возможно смешать излучение трёх светодиодов: "красного", "зелёного" и "синего", что в суммарном потоке даст свет, близкий к белому. Во вторых, если светодиодную структуру на основе GaAIN, генерирующую ультрафиолетовое излучение, покрыть тремя слоями люминофора, излучающими красный, зелёный и синий свет, то исходный уф поток, пройдя через указанные три люминофорных слоя, вызовет на выходе белый свет. И, наконец, третий, технологически наиболее простой способ состоит в следующем. Кристалл светодиода сине-голубого свечения обволакивают таким люминофором, который при исходном eгo облучении даёт жёлто-зелёное излучение. Результирующий поток от этих двух источников воспринимается как белый свет. Третий способ в настоящее время является основным для производства "белых" светодиодов.
Типовая конструкция современного мощного светодиода белого свечения (рис. 1)
состоит из металлического или металлокерамического основания, на котором монтируют кристалл площадью 1,4х1,4 мм, вырезанный из полупроводниковой гетероструктуры AIGalnN, полученной методом газовой эпитаксии из металлоорганического соединения. Кристалл, излучающий синий свет, покрывают смесью люминофоров, дающей при облучении широкий жёлто-зелёный спектр излучения. При пропускании через кристалл тока суммарный поток от кристалла и люминофора становится близким к белому свету.
Чтобы приплюсовать боковое излучение кристалла к основному потоку, используют накладной отражатель (рефлектор). Пространство над кристаллом герметизируют заливкой прозрачной силиконовой смолы. Для выведения и фокусировки излучённого потока света формируют полимерный купол полусферической формы или устанавливают стеклянную линзу. Для создания светодиода с предельно большим углом излучения в полимерный корпус встраивают металлический отражатель конической формы (специалисты иногда называют ero "вогнутой линзой").
Современная технология пока не позволяет изготовлять приборы со строго заданными цветовыми параметрами потока излучения. Обязательно есть некоторый разброс цветности, даже среди приборов, изготовляемых в едином технологическом цикле. Готовые светодиоды белого свечения при номинальном токе в зависимости от конкретного экземпляра излучают холодно белый, нейтральный или тёпло белый свет с
тем или иным промежуточным оттенком. Степень белизны света можно выразить через температуру дающего такой же свет абсолютно чёрного тела в градусах Кельвина. Поскольку для ряда применений требуются приборы с идентичными цветовыми характеристиками, большинство производителей выполняют сортировку изготовленных светодиодов, разделяя их на группы и присваивая каждой из них индекс, который входит в буквенно цифровое обозначение прибора.
На рис. 2 показан фрагмент цветового графика в координатах х, у, в котором область белого цвета разбита на восемь четырёхугольников с указанием цветовой температуры для каждого из них. Предполагается, что различие оттенков белого цвета в пределах любого четырёхугольника человеческий глаз увидеть не способен. В соответствии с установленным Стандартом Международной комиссии по освещению оси х и у цветового гpa фика проградуированы условными без размерными значениями, называемы ми координатами цветности. Произво дители светодиодов обычно указывают
цвет свечения прибора либо через цветовую температуру (Т цв ), либо через координаты цветности (х, у). Так, напри мер, если цвет свечения имеет коорди наты х=0,31; у=0,32, то по цветовому гpa фику, показанному на рис. З,
легко оп ределить, что этот прибор излучает бе лый свет с холодным (синим) оттенком. Повышение рассеиваемой мощнос ти светодиода и, как следствие, увели чение температуры eгo кристалла вызывают серьёзные проблемы, такие, например, как резкое нарастание дe градационных процессов в полупро водниковой структуре и в люминофоре, приводящие к сокращению срока служ бы прибора. Типовой график зависимо сти срока службы мощного светодиода от температуры кристалла представлен на рис. 4. 
Поэтому очень важно обес печить эффективное отведение тепла. Для этого чаще вceгo основание с кристаллом припаивают к медному или алюминиевому тепло отводящему флан цу, а готовый прибор крепят к внешнему теплоотводу. Как правило, мощный светодиод монтируют на печатной плате с алюминиевой подложкой. Всё это соз даёт приемлемые условия для вывода теплового потока от кристалла через теплоотвод и печатную плату в окружающую среду.
Тем не менее прямой ток светодиода не удаётся увеличивать сверх определённого предела. В настоящее время для мощных светодиодов ток 350 мА считают оптимальным, а 700 мА предельным. Попытки создавать светодиоды с рабочим током 1 А и выше признаны нецелесообразными. К источнику питания мощные светодиоды подключают либо наружными проволочными выводами, либо через контактные площадки, сформированные на основании корпуса. Монтаж показан на рис. 1 светодиода выполняют путём точной установки eгo на плате, на которую в нужных местах нанесена паяльная паста с припоем , закрепления клеем с высокой теплопроводностью и последующего нагревания до темпера туры плавления припоя.
Кроме светодиодов белого свечения, в настоящее время идёт разработка и серийный выпуск цветных мощных светодиодов: красного, оранжевого, янтарного, зелёного и синего цветов. Основными материалами для их изготовления служат кристаллы состава AIGalnP для "красных" и "янтарных" и InGaN для "зелёных" и "синих" приборов.
Цветные мощные светодиоды используют там, где требуется насыщенное цветное освещение или интенсивная подсветка с оперативным управлением яркостью. Их основное назначение: cтyдийное и наружное светотехническое оборудование, архитектурно декоративная подсветка, рекламные установки.
В настоящее время мощные светодиоды выпускают в металлопластмассо вых или металлокерамических корпусах с полимерной или стеклянной линзой. Так как готовые приборы предназначены для размещения на печатных платах, а затем для установки в светильники, то почти все они изготовлены в корпусах, приспособленных для поверхностного монтажа в круглых, квадратных и пря моуrольных, с тонким металлическим тепло отводящим фланцем или без него.
Источник : Радио 2012,02 А. ЮШИН, г. Москва
Принципиально существуют три способа получения белого света от светодиодной структуры. Во первых, возможно смешать излучение трёх светодиодов: "красного", "зелёного" и "синего", что в суммарном потоке даст свет, близкий к белому. Во вторых, если светодиодную структуру на основе GaAIN, генерирующую ультрафиолетовое излучение, покрыть тремя слоями люминофора, излучающими красный, зелёный и синий свет, то исходный уф поток, пройдя через указанные три люминофорных слоя, вызовет на выходе белый свет. И, наконец, третий, технологически наиболее простой способ состоит в следующем. Кристалл светодиода сине-голубого свечения обволакивают таким люминофором, который при исходном eгo облучении даёт жёлто-зелёное излучение. Результирующий поток от этих двух источников воспринимается как белый свет. Третий способ в настоящее время является основным для производства "белых" светодиодов.
Типовая конструкция современного мощного светодиода белого свечения (рис. 1)
состоит из металлического или металлокерамического основания, на котором монтируют кристалл площадью 1,4х1,4 мм, вырезанный из полупроводниковой гетероструктуры AIGalnN, полученной методом газовой эпитаксии из металлоорганического соединения. Кристалл, излучающий синий свет, покрывают смесью люминофоров, дающей при облучении широкий жёлто-зелёный спектр излучения. При пропускании через кристалл тока суммарный поток от кристалла и люминофора становится близким к белому свету. Чтобы приплюсовать боковое излучение кристалла к основному потоку, используют накладной отражатель (рефлектор). Пространство над кристаллом герметизируют заливкой прозрачной силиконовой смолы. Для выведения и фокусировки излучённого потока света формируют полимерный купол полусферической формы или устанавливают стеклянную линзу. Для создания светодиода с предельно большим углом излучения в полимерный корпус встраивают металлический отражатель конической формы (специалисты иногда называют ero "вогнутой линзой").
Современная технология пока не позволяет изготовлять приборы со строго заданными цветовыми параметрами потока излучения. Обязательно есть некоторый разброс цветности, даже среди приборов, изготовляемых в едином технологическом цикле. Готовые светодиоды белого свечения при номинальном токе в зависимости от конкретного экземпляра излучают холодно белый, нейтральный или тёпло белый свет с
тем или иным промежуточным оттенком. Степень белизны света можно выразить через температуру дающего такой же свет абсолютно чёрного тела в градусах Кельвина. Поскольку для ряда применений требуются приборы с идентичными цветовыми характеристиками, большинство производителей выполняют сортировку изготовленных светодиодов, разделяя их на группы и присваивая каждой из них индекс, который входит в буквенно цифровое обозначение прибора.
На рис. 2 показан фрагмент цветового графика в координатах х, у, в котором область белого цвета разбита на восемь четырёхугольников с указанием цветовой температуры для каждого из них. Предполагается, что различие оттенков белого цвета в пределах любого четырёхугольника человеческий глаз увидеть не способен. В соответствии с установленным Стандартом Международной комиссии по освещению оси х и у цветового гpa фика проградуированы условными без размерными значениями, называемы ми координатами цветности. Произво дители светодиодов обычно указывают
цвет свечения прибора либо через цветовую температуру (Т цв ), либо через координаты цветности (х, у). Так, напри мер, если цвет свечения имеет коорди наты х=0,31; у=0,32, то по цветовому гpa фику, показанному на рис. З,
легко оп ределить, что этот прибор излучает бе лый свет с холодным (синим) оттенком. Повышение рассеиваемой мощнос ти светодиода и, как следствие, увели чение температуры eгo кристалла вызывают серьёзные проблемы, такие, например, как резкое нарастание дe градационных процессов в полупро водниковой структуре и в люминофоре, приводящие к сокращению срока служ бы прибора. Типовой график зависимо сти срока службы мощного светодиода от температуры кристалла представлен на рис. 4. Поэтому очень важно обес печить эффективное отведение тепла. Для этого чаще вceгo основание с кристаллом припаивают к медному или алюминиевому тепло отводящему флан цу, а готовый прибор крепят к внешнему теплоотводу. Как правило, мощный светодиод монтируют на печатной плате с алюминиевой подложкой. Всё это соз даёт приемлемые условия для вывода теплового потока от кристалла через теплоотвод и печатную плату в окружающую среду. Тем не менее прямой ток светодиода не удаётся увеличивать сверх определённого предела. В настоящее время для мощных светодиодов ток 350 мА считают оптимальным, а 700 мА предельным. Попытки создавать светодиоды с рабочим током 1 А и выше признаны нецелесообразными. К источнику питания мощные светодиоды подключают либо наружными проволочными выводами, либо через контактные площадки, сформированные на основании корпуса. Монтаж показан на рис. 1 светодиода выполняют путём точной установки eгo на плате, на которую в нужных местах нанесена паяльная паста с припоем , закрепления клеем с высокой теплопроводностью и последующего нагревания до темпера туры плавления припоя.
Кроме светодиодов белого свечения, в настоящее время идёт разработка и серийный выпуск цветных мощных светодиодов: красного, оранжевого, янтарного, зелёного и синего цветов. Основными материалами для их изготовления служат кристаллы состава AIGalnP для "красных" и "янтарных" и InGaN для "зелёных" и "синих" приборов.
Цветные мощные светодиоды используют там, где требуется насыщенное цветное освещение или интенсивная подсветка с оперативным управлением яркостью. Их основное назначение: cтyдийное и наружное светотехническое оборудование, архитектурно декоративная подсветка, рекламные установки.
В настоящее время мощные светодиоды выпускают в металлопластмассо вых или металлокерамических корпусах с полимерной или стеклянной линзой. Так как готовые приборы предназначены для размещения на печатных платах, а затем для установки в светильники, то почти все они изготовлены в корпусах, приспособленных для поверхностного монтажа в круглых, квадратных и пря моуrольных, с тонким металлическим тепло отводящим фланцем или без него.
Источник : Радио 2012,02 А. ЮШИН, г. Москва
Комментариев нет:
Отправить комментарий