Kırmızı LED'lerden beyaz ışık. Beyaz LED'lerle bitki aydınlatması. SMD LED'lerin standart boyutları ve özellikleri

Sarı alanda maksimumu olan bir bant (en yaygın tasarım). LED ve fosforun emisyonu karıştırıldığında çeşitli tonlarda beyaz ışık üretir.

Buluş tarihi

Endüstriyel kullanıma yönelik ilk kırmızı yarı iletken yayıcılar 1962 yılında N. Holonyak tarafından elde edildi. 70'li yılların başında sarı ve yeşil LED'ler ortaya çıktı. O zamanlar hala verimsiz olan bu cihazların ışık çıkışı, 1990 yılında bir lümene ulaştı. 1993 yılında Nichia'da (Japonya) mühendis olan Shuji Nakamura, ilk yüksek parlaklıktaki mavi LED'i yarattı. Mavi, kırmızı ve yeşil renkler beyaz dahil her rengin elde edilmesini mümkün kıldığından neredeyse anında LED RGB cihazları ortaya çıktı. Beyaz fosforlu LED'ler ilk olarak 1996 yılında ortaya çıktı. Daha sonra teknoloji hızla gelişti ve 2005 yılına gelindiğinde LED'lerin ışık verimliliği 100 lm/W ve üzerine ulaştı. Farklı parlaklık tonlarında LED'ler ortaya çıktı, ışığın kalitesi akkor lambalar ve zaten geleneksel floresan lambalarla rekabet etmeyi mümkün kıldı. LED aydınlatma cihazlarının günlük yaşamda, iç ve dış aydınlatmada kullanımı başladı.

RGB LED'ler

Beyaz ışık, farklı renkteki LED'lerin emisyonlarının karıştırılmasıyla oluşturulabilir. En yaygın trikromatik tasarım kırmızı (R), yeşil (G) ve mavi (B) kaynaklardan yapılır, ancak bikromatik, tetrakromatik ve daha çok renkli varyantlar da bulunur. Çok renkli bir LED, diğer RGB yarı iletken yayıcılardan (lambalar, lambalar, kümeler) farklı olarak, çoğunlukla tek renkli bir LED'e benzeyen tek bir komple muhafazaya sahiptir. LED çipleri yan yana yerleştirilmiştir ve ortak bir lensi ve reflektörü paylaşırlar. Yarı iletken çiplerin sınırlı bir boyutu ve kendi radyasyon desenleri olduğundan, bu tür LED'ler çoğunlukla eşit olmayan açısal renk özelliklerine sahiptir. Ek olarak, her çipin ışık çıkışı önceden bilinmediğinden ve çalışma sırasında değişikliklere tabi olduğundan, doğru renk oranını elde etmek için tasarım akımını ayarlamak genellikle yeterli değildir. İstenilen renk tonlarını ayarlamak için RGB lambalar bazen özel kontrol cihazlarıyla donatılır.

Bir RGB LED'in spektrumu, kendisini oluşturan yarı iletken yayıcıların spektrumu tarafından belirlenir ve belirgin bir çizgi şekline sahiptir. Bu spektrum güneşin spektrumundan çok farklı olduğundan RGB LED'in renksel geriverim indeksi düşüktür. RGB LED'ler, "üçlüye" dahil olan her bir LED'in akımını değiştirerek, çalışma sırasında doğrudan yaydıkları beyaz ışığın renk tonunu ayrı ayrı bağımsız renkler elde edene kadar ayarlayarak parıltının rengini kolayca ve geniş çapta kontrol etmenize olanak tanır.

Çok renkli LED'ler, cihazı oluşturan yayan çiplerin farklı özelliklerinden dolayı ışık verimliliği ve rengin sıcaklığa bağımlılığına sahiptir, bu da çalışma sırasında parıltının renginde hafif bir değişikliğe neden olur. Çok renkli bir LED'in hizmet ömrü, yarı iletken yongaların dayanıklılığı ile belirlenir, tasarıma bağlıdır ve çoğunlukla fosfor LED'lerin hizmet ömrünü aşar.

Çok renkli LED'ler öncelikle dekoratif ve mimari aydınlatma, elektronik tabela ve video ekranlarında kullanılır.

Fosfor LED'ler

Mavi (daha sıklıkla), mor veya ultraviyole (seri üretimde kullanılmaz) yarı iletken yayıcı ve fosfor dönüştürücünün birleştirilmesi, iyi özelliklere sahip, ucuz bir ışık kaynağı üretmenize olanak tanır. Bu tür bir LED'in en yaygın tasarımı, indiyum (InGaN) ile modifiye edilmiş mavi galyum nitrür yarı iletken çip ve sarı bölgede maksimum yeniden emisyona sahip bir fosfor - üç değerlikli seryum (YAG) katkılı itriyum-alüminyum garnet içerir. Çipin ilk radyasyonunun gücünün bir kısmı LED gövdesini terk ederek fosfor tabakasında dağılır, diğer kısmı ise fosfor tarafından emilir ve daha düşük enerji değerleri olan bölgeye yeniden yayılır. Yeniden emisyon spektrumu kırmızıdan yeşile kadar geniş bir bölgeyi kapsar, ancak böyle bir LED'in ortaya çıkan spektrumu yeşil-mavi-yeşil bölgede belirgin bir düşüşe sahiptir.

Fosforun bileşimine bağlı olarak farklı renk sıcaklıklarında (“sıcak” ve “soğuk”) LED'ler üretilir. Farklı fosfor türlerinin birleştirilmesiyle renksel geriverim indeksinde (CRI veya Ra) önemli bir artış elde edilir. 2017 yılı itibariyle, renksel geriverimin kritik olduğu fotoğrafçılık ve film çekimleri için LED paneller zaten mevcuttur, ancak bu tür ekipmanlar pahalıdır ve üreticiler çok azdır.

Fosfor LED'lerin parlaklığını arttırmanın bir yolu, maliyetlerini korurken veya hatta düşürürken, yarı iletken çipin boyutunu büyütmeden akımı artırmak, yani akım yoğunluğunu arttırmaktır. Bu yöntem, çipin kalitesine ve ısı emicinin kalitesine yönelik gereksinimlerdeki eşzamanlı artışla ilişkilidir. Akım yoğunluğu arttıkça aktif bölgenin hacmindeki elektrik alanları ışık çıkışını azaltır. Sınırlayıcı akımlara ulaşıldığında, LED çipinin farklı safsızlık konsantrasyonlarına ve farklı bant aralıklarına sahip alanları akımı farklı şekilde ilettiğinden, çip alanlarında lokal aşırı ısınma meydana gelir ve bu da ışık çıkışını ve bir bütün olarak LED'in dayanıklılığını etkiler. Spektral özelliklerin ve termal koşulların kalitesini korurken çıkış gücünü artırmak için, tek bir pakette LED çip kümeleri içeren LED'ler üretilir.

Çok renkli LED teknolojisi alanında en çok tartışılan konulardan biri güvenilirliği ve dayanıklılığıdır. Diğer birçok ışık kaynağından farklı olarak LED, ışık çıkışını (verimliliğini), radyasyon düzenini ve renk tonunu zamanla değiştirir, ancak nadiren tamamen arızalanır. Bu nedenle, örneğin aydınlatma için kullanım ömrünü değerlendirmek amacıyla, ışık verimliliğinde orijinal değerin (L70) %70'ine kadar bir azalma düzeyi alınır. Yani çalışma sırasında parlaklığı %30 oranında azalan bir LED'in arızalı olduğu kabul edilir. Dekoratif aydınlatmada kullanılan LED'ler için ömür tahmini olarak %50'lik (L50) karartma seviyesi kullanılır.

Fosfor LED'in servis ömrü birçok parametreye bağlıdır. LED aksamının üretim kalitesine ek olarak (çipi kristal tutucuya bağlama yöntemi, akım taşıyan iletkenleri bağlama yöntemi, sızdırmazlık malzemelerinin kalitesi ve koruyucu özellikleri), kullanım ömrü esas olarak LED'in LED aksamına bağlıdır. yayan çipin kendisinin özellikleri ve çalışma sırasında fosforun özelliklerinde meydana gelen değişiklikler (bozunma). Üstelik çok sayıda çalışmanın gösterdiği gibi LED'in kullanım ömrünü etkileyen ana faktör sıcaklıktır.

Sıcaklığın LED servis ömrüne etkisi

Çalışma sırasında yarı iletken çip, elektrik enerjisinin bir kısmını radyasyon, bir kısmını da ısı şeklinde yayar. Ayrıca, bu tür bir dönüşümün verimliliğine bağlı olarak, ısı miktarı en verimli yayıcılar için yaklaşık yarısı kadar veya daha fazladır. Yarı iletken malzemenin kendisi düşük ısı iletkenliğine sahiptir; ayrıca kasanın malzemeleri ve tasarımı, çipin yüksek sıcaklıklara kadar ısınmasına yol açan (yarı iletken bir yapı için) belirli bir ideal olmayan ısı iletkenliğine sahiptir. Modern LED'ler 70-80 derece civarındaki çip sıcaklıklarında çalışır. Ve galyum nitrür kullanıldığında bu sıcaklığın daha da artması kabul edilemez. Yüksek sıcaklık, aktif katmandaki kusurların sayısında bir artışa, difüzyonun artmasına ve alt tabakanın optik özelliklerinde bir değişikliğe yol açar. Bütün bunlar ışınımsız rekombinasyon yüzdesinde bir artışa ve fotonların çip malzemesi tarafından emilmesine yol açar. Hem yarı iletken yapının kendisini geliştirerek (yerel aşırı ısınmayı azaltarak), hem de LED düzeneğinin tasarımını geliştirerek ve çipin aktif alanının soğutulma kalitesini artırarak güç ve dayanıklılıkta bir artış elde edilir. Diğer yarı iletken malzemeler veya substratlarla da araştırmalar yürütülmektedir.

Fosfor ayrıca yüksek sıcaklıklara da duyarlıdır. Sıcaklığa uzun süre maruz kalındığında, yeniden yayan merkezler engellenir ve dönüşüm katsayısının yanı sıra fosforun spektral özellikleri de bozulur. İlk ve bazı modern çok renkli LED tasarımlarında fosfor doğrudan yarı iletken malzemeye uygulanarak termal etki maksimuma çıkarılır. Yayan çipin sıcaklığını düşürmeye yönelik önlemlerin yanı sıra üreticiler, çip sıcaklığının fosfor üzerindeki etkisini azaltmak için çeşitli yöntemler kullanır. İzole fosfor teknolojileri ve fosforun emitörden fiziksel olarak ayrıldığı LED lamba tasarımları, ışık kaynağının ömrünü uzatabilir.

Optik olarak şeffaf silikon plastik veya epoksi reçineden yapılmış LED muhafazası, sıcaklığın etkisi altında eskimeye maruz kalır ve LED'in yaydığı enerjinin bir kısmını emerek zamanla kararmaya ve sararmaya başlar. Yansıtıcı yüzeyler ısıtıldığında da bozulur; vücudun diğer unsurlarıyla etkileşime girer ve korozyona karşı hassastır. Tüm bu faktörler birlikte yayılan ışığın parlaklığının ve kalitesinin giderek azalmasına neden olur. Ancak verimli ısı giderimi sağlanarak bu süreç başarılı bir şekilde yavaşlatılabilir.

Fosfor LED tasarımı

Modern bir fosfor LED, birçok orijinal ve benzersiz teknik çözümü birleştiren karmaşık bir cihazdır. LED'in her biri önemli, genellikle birden fazla işlevi yerine getiren birkaç ana öğesi vardır:

Tüm LED tasarım elemanları termal strese maruz kalır ve termal genleşme dereceleri dikkate alınarak seçilmelidir. Ve iyi bir tasarım için önemli bir koşul, üretilebilirlik ve bir LED cihazının montajının ve lambaya takılmasının düşük maliyetidir.

Parlaklık ve ışık kalitesi

Hatta en önemli parametre LED'in parlaklığı değil, ışık verimliliği, yani LED'in tükettiği her watt elektrik enerjisinin verdiği ışık çıkışıdır. Modern LED'lerin ışık verimliliği 190 lm/W'a ulaşır. Teknolojinin teorik sınırının 300 lm/W'den fazla olduğu tahmin edilmektedir. Değerlendirme sırasında, LED'lere dayalı bir lambanın verimliliğinin, güç kaynağının verimliliği, difüzörün, reflektörün ve diğer tasarım elemanlarının optik özellikleri nedeniyle önemli ölçüde düşük olduğu dikkate alınmalıdır. Ek olarak, üreticiler genellikle yayıcının başlangıç verimliliğini normal sıcaklıkta belirtirken, çipin sıcaklığı çalışma sırasında önemli ölçüde artar. ] . Bu, yayıcının gerçek verimliliğinin% 5-7 daha düşük olmasına ve lambanın verimliliğinin genellikle iki kat daha düşük olmasına yol açar.

Eşit derecede önemli olan ikinci parametre ise LED tarafından üretilen ışığın kalitesidir. Renksel geriverimin kalitesini değerlendirmek için üç parametre vardır:

Ultraviyole yayıcıya dayalı fosfor LED

Mavi LED ve YAG'ın halihazırda yaygın olan kombinasyonuna ek olarak, ultraviyole LED'e dayalı bir tasarım da geliştirilmektedir. Yakın ultraviyole bölgede yayılabilen bir yarı iletken malzeme, bakır ve alüminyum tarafından etkinleştirilen europium ve çinko sülfür bazlı bir fosforun birkaç katmanıyla kaplanır. Bu fosfor karışımı, spektrumun yeşil, mavi ve kırmızı bölgelerinde maksimum yeniden emisyon sağlar. Ortaya çıkan beyaz ışık çok iyi kalite özelliklerine sahiptir ancak bu dönüşümün verimliliği hala düşüktür. Bunun için üç sebep var [ ]: Birincisi, olay enerjisi ile yayılan kuantum arasındaki farkın floresans sırasında kaybolması (ısıya dönüşmesi) ve ultraviyole uyarılması durumunda çok daha büyük olmasıdır. İkinci neden, UV radyasyonunun fosfor tarafından emilmeyen bir kısmının, mavi yayıcıya dayalı LED'lerin aksine ışık akısı oluşumuna katılmaması ve fosfor kaplamanın kalınlığındaki bir artışın, ışık akısının oluşumunda bir artışa yol açmasıdır. içindeki ışıldayan ışığın emilmesi. Ve son olarak, ultraviyole LED'lerin verimliliği mavi olanlardan önemli ölçüde daha düşüktür.

Fosfor LED'lerin avantajları ve dezavantajları

LED aydınlatma kaynaklarının geleneksel lambalara göre yüksek maliyeti göz önüne alındığında, bu tür cihazların kullanılmasının zorlayıcı nedenleri vardır:

Ancak dezavantajları da var:

Aydınlatma LED'leri ayrıca, en başarılı uygulamanın bulunabileceği (örneğin radyasyonun yönü) dikkate alınarak, tüm yarı iletken yayıcılarda bulunan özelliklere sahiptir. LED, ek reflektörler ve difüzörler kullanılmadan yalnızca tek yönde parlar. LED armatürler yerel ve yönlü aydınlatma için en uygunudur.

Beyaz LED teknolojisinin gelişimi için beklentiler

Aydınlatma amaçlı beyaz LED'lerin üretilmesine yönelik teknolojiler aktif olarak geliştirilmektedir. Bu alandaki araştırmalar artan kamu ilgisiyle teşvik edilmektedir. Önemli enerji tasarrufu beklentisi, süreç araştırmasına, teknoloji geliştirmeye ve yeni malzeme arayışına yatırım yapılmasını teşvik ediyor. LED ve ilgili malzeme üreticilerinin, yarı iletkenler ve aydınlatma mühendisliği alanındaki uzmanların yayınlarına bakıldığında, bu alandaki gelişim yollarını özetlemek mümkündür:

Ayrıca bakınız

Notlar

, P. 19-20.
Kırmızı, yeşil, mavi ve beyaz yayıcılar içeren Cree MC-E LED'ler 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Kırmızı, turuncu, sarı ve beyaz yayıcılar içeren Vishay VLMx51 LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Cree XB-D ve XM-L Çok Renkli LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Altı monokromatik yayıcı içeren Cree XP-C LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Nikiforov S. Yarı iletken aydınlatma teknolojisinin “S sınıfı” // Bileşenler ve Teknolojiler: dergi. - 2009. - Sayı 6. - s. 88-91.
Truson P. Halvardson E. Aydınlatma cihazları için RGB LED'lerin avantajları // Bileşenler ve Teknolojiler: dergi. - 2007. - No.2.
, P. 404.
Nikiforov S. LED'lerin ömrü ve çalışma sıcaklığı // Bileşenler ve Teknolojiler: dergi. - 2005. - Sayı 9.
İç mekan ve mimari aydınlatma için LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Xiang Ling Oon. Mimari aydınlatma sistemleri için LED çözümleri // Yarı iletken aydınlatma teknolojisi: dergi. - 2010. - Sayı 5. - s. 18-20.
Elektronik ekranlarda kullanım için RGB LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Yüksek CRI LED Aydınlatma | Yuji LED'i (Tanımsız) . yujiintl.com. Erişim tarihi: 3 Aralık 2016.
Türkin A. Modern optoelektronikte umut verici malzemelerden biri olarak galyum nitrür // Bileşenler ve Teknolojiler: Journal. - 2011. - Sayı 5.
Yüksek CRI değerlerine sahip LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Cree EasyWhite Teknolojisi(İngilizce) . LED Dergisi. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Nikiforov S., Arkhipov A. AlGaInN ve AlGaInP'ye dayalı LED'lerin kuantum verimini, farklı akım yoğunluklarında yayan kristal aracılığıyla belirlemenin özellikleri // Bileşenler ve Teknolojiler: Journal. - 2008. - 1 numara.
Nikiforov S. Artık elektronlar görülebiliyor: LED'ler elektrik akımını oldukça görünür hale getiriyor // Bileşenler ve Teknolojiler: dergi. - 2006. - Sayı 3.
Çok sayıda yarı iletken çipten oluşan matris düzenlemesine sahip LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Beyaz LED Ömrü 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
LED kusurlarının türleri ve analiz yöntemleri(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
, P. 61, 77-79.
SemiLED'lerden LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
GaN-on-Si Silikon LED Araştırma Programı(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012.
Cree İzole Fosfor Teknolojisi(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Türkin A. Yarı iletken LED'ler: tarih, gerçekler, beklentiler // Yarı iletken aydınlatma teknolojisi: dergi. - 2011. - Sayı 5. - sayfa 28-33.
Ivanov A.V., Fedorov A.V., Semenov S.M. Yüksek parlaklıktaki LED'lere dayanan enerji tasarruflu lambalar // Enerji temini ve enerji tasarrufu - bölgesel bir boyut: XII Tüm Rusya toplantısı: rapor materyalleri. - Tomsk: St. Petersburg Graphics, 2011. - s. 74-77.
, P. 424.
Fotonik kristallere dayalı LED'ler için reflektörler(İngilizce) . Liderlik Profesyoneli. Erişim tarihi: 16 Şubat 2013. Arşivlendi: 13 Mart 2013.
XLamp XP-G3
Aydınlatma ihtiyaçları için yüksek ışık çıkışına sahip beyaz LED'ler(İngilizce) . Phys.Org™. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Cree, Watt Başına 300 Lümen Bariyerini Aşan İlk Kişi(İngilizce) . www.cree.com. Erişim tarihi: 31 Mayıs 2017.
LED Aydınlatma Temelleri(İngilizce) . BİZ. Enerji Bölümü. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Sharakshane A. Işığın spektral bileşiminin kalitesini değerlendirmek için ölçekler - CRI ve CQS // Yarı İletken Aydınlatma Mühendisliği: Journal. - 2011. - Sayı 4.
Ultraviyole LED'ler 390-420 nm dalga boyuna sahip SemiLED.(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
, P. 4-5.

LED'leri kullanarak yeterli yoğunlukta beyaz ışık elde etmenin iki yaygın yolu vardır. Birincisi, üç ana renkteki (kırmızı, yeşil ve mavi) çiplerin tek bir LED muhafazasında birleşimidir. Bu renkler karıştırılarak beyaz elde edilir; ayrıca ana renklerin yoğunluğu değiştirilerek imalatta kullanılan herhangi bir renk tonu elde edilir. İkinci yol, mavi veya ultraviyole LED'in radyasyonunu beyaza dönüştürmek için fosfor kullanmaktır. Floresan lambalarda da benzer bir prensip kullanılır. Şu anda, fosfor LED'lerin düşük maliyeti ve daha yüksek ışık çıkışı nedeniyle ikinci yöntem geçerlidir.

Fosforlar

Fosforlar (terim Latince lümen - ışık ve Yunanca foros - taşıyıcı kelimesinden gelir), çeşitli uyarım türlerinin etkisi altında parlayabilen maddelerdir. Uyarma yöntemine bağlı olarak fotolüminoforlar, x-ışını fosforları, radyolüminoforlar, katodolüminoforlar ve elektrolüminoforlar vardır. Bazı fosforlar, örneğin foto-, katot- ve elektrolüminofor ZnS·Cu gibi karışık uyarım türlerinde gelir. Kimyasal yapılarına göre organik fosforlar - organolüminoforlar ve inorganik olanlar - fosforlar arasında ayrım yaparlar. Kristal yapıya sahip olan fosforlara kristalofosforlar denir. Yayılan enerjinin emilen enerjiye oranına kuantum verimliliği denir.

Bir fosforun parlaklığı hem ana maddenin özelliklerine hem de bir aktivatörün (safsızlık) varlığına göre belirlenir. Aktivatör, ana maddede (baz) lüminesans merkezleri oluşturur. Aktifleştirilmiş fosforların adı bazın ve aktivatörün adından oluşur; örneğin: ZnS·Cu,Co, bakır ve kobalt ile aktive edilmiş ZnS fosfor anlamına gelir. Baz karıştırılırsa, önce bazların adları, ardından aktivatörler, örneğin ZnS, CdS Cu, Co. listelenir.

İnorganik maddelerde ışıldayan özelliklerin ortaya çıkışı, yapısal ve safsızlık kusurlarının sentezi sırasında kristal kafeste bir fosfor bazının oluşumu ile ilişkilidir. Fosforu harekete geçiren enerji, hem ışıldayan merkezler (aktivatör veya safsızlık emilimi) hem de fosfor bazı (temel emilim) tarafından emilebilir. İlk durumda, absorpsiyona ya elektron kabuğunun içindeki elektronların daha yüksek enerji seviyelerine geçişi ya da bir elektronun aktivatörden tamamen çıkarılması (bir "delik" oluşur) eşlik eder. İkinci durumda enerji baz tarafından emildiğinde ana maddede delikler ve elektronlar oluşur. Delikler kristal boyunca hareket edebilir ve lüminesans merkezlerinde lokalize olabilir. Emisyon, elektronların daha düşük enerji seviyelerine dönmesi veya bir elektronun bir boşlukla yeniden birleşmesi sonucu meydana gelir.

Lüminesansın zıt yüklerin (elektronlar ve delikler) oluşumu ve rekombinasyonu ile ilişkili olduğu fosforlara rekombinasyon fosforları denir. Yarı iletken tipi bağlantılara dayanırlar. Bu fosforlarda bazın kristal kafesi, lüminesans sürecinin geliştiği ortamdır. Bu, bazın bileşimini değiştirerek fosforların özelliklerinin geniş çapta değişmesini mümkün kılar. Aynı aktivatörü kullanırken bant aralığının değiştirilmesi, radyasyonun spektral bileşimini geniş bir aralıkta sorunsuz bir şekilde değiştirir. Uygulamaya bağlı olarak, fosfor parametreleri için farklı gereksinimler vardır: uyarılma türü, uyarılma spektrumu, emisyon spektrumu, emisyon çıkışı, zaman özellikleri (ışıma yükselme süresi ve son parlama süresi). Aktivatörlerin ve bazın bileşiminin değiştirilmesiyle kristal fosforlarla çok çeşitli parametreler elde edilebilir.

Çeşitli fotoluminoforların uyarılma spektrumu, kısa dalga ultraviyoleden kızılötesine kadar geniştir. Emisyon spektrumu aynı zamanda görünür, kızılötesi veya ultraviyole bölgelerdedir. Emisyon spektrumu geniş veya dar olabilir ve sıcaklığa olduğu kadar fosfor ve aktivatörün konsantrasyonuna da güçlü bir şekilde bağlıdır. Stokes-Lommel kuralına göre emisyon spektrumunun maksimumu, absorpsiyon spektrumunun maksimumundan uzun dalgalara doğru kaydırılır. Ek olarak, emisyon spektrumu genellikle önemli bir genişliğe sahiptir. Bu, fosfor tarafından emilen enerjinin bir kısmının kafesinde dağılarak ısıya dönüşmesiyle açıklanmaktadır. Spektrumun daha yüksek bir bölgesinde enerji yayan "Anti-Stokes" fosforları özel bir yer işgal eder.

Fosfor radyasyonunun enerji çıkışı uyarılmanın türüne, spektrumuna ve dönüşüm mekanizmasına bağlıdır. Fosfor ve aktivatörün konsantrasyonunun (konsantrasyon söndürme) ve sıcaklığın (sıcaklık söndürme) artmasıyla azalır. Işımanın parlaklığı uyarılmanın başlangıcından itibaren değişen sürelerde artar. Afterglow'un süresi, dönüşümün doğasına ve uyarılmış durumun ömrüne göre belirlenir. Organolüminoforlar en kısa ışıma süresine sahiptir, kristal fosforlar ise en uzun olanıdır.

Kristal fosforların önemli bir kısmı, lüminesansına aktivatör safsızlığı veya kristal kafes kusurlarından kaynaklanan, 1-10 eV bant aralığına sahip yarı iletken malzemelerdir. Floresan lambalar, kristal fosfor karışımlarını, örneğin MgWO4 ve (ZnBe)2SiO4·Mn karışımlarını veya tek bileşenli fosforları, örneğin Sb ve Mn ile aktive edilen kalsiyum halofosfatı kullanır. Aydınlatma amaçlı fosforlar, parlaklıkları gün ışığı spektrumuna yakın bir spektral bileşime sahip olacak şekilde seçilir.

Organik fosforlar yüksek verime ve hızlı tepkiye sahip olabilir. Fosforun rengi spektrumun görünür herhangi bir kısmı için seçilebilir. Lüminesan analiz, lüminesan boya üretimi, işaretler, kumaşların optik olarak parlatılması vb. için kullanılırlar. Organik fosforlar SSCB'de luminors markası altında üretildi.

Çalışma sırasında fosfor zaman içinde parametrelerde değişikliklere maruz kalır. Bu sürece fosfor yaşlanması (bozunması) denir. Yaşlanma esas olarak hem fosfor tabakasındaki hem de yüzeyindeki fiziksel ve kimyasal işlemlerden, ışınımsız merkezlerin ortaya çıkmasından ve değişen fosfor tabakasındaki radyasyonun emilmesinden kaynaklanır.

LED'deki fosfor

Beyaz LED'ler çoğunlukla mavi InGaN kristali ve sarı fosfor kullanılarak yapılır. Çoğu üretici tarafından kullanılan sarı fosforlar, üç değerlikli seryum (YAG) katkılı değiştirilmiş itriyum alüminyum garnettir. Bu fosforun lüminesans spektrumu, maksimum 530..560 nm dalga boyu ile karakterize edilir. Spektrumun uzun dalga kısmı kısa dalga kısmından daha uzundur. Fosforun gadolinyum ve galyum katkı maddeleri ile modifikasyonu, spektrumun maksimumunu soğuk bölgeye (galyum) veya sıcak bölgeye (gadolinyum) kaydırmanıza olanak tanır.

Cree'de kullanılan fosforun spektral verileri ilginçtir. Spektruma bakıldığında, beyaz LED'in fosfor bileşimine YAG'a ek olarak emisyon maksimumu kırmızı bölgeye kaydırılmış bir fosfor eklenmiştir.

Floresan lambaların aksine LED'lerde kullanılan fosforun kullanım ömrü daha uzundur ve fosforun eskimesi esas olarak sıcaklıkla belirlenir. Fosfor çoğunlukla doğrudan çok ısınan LED kristaline uygulanır. Fosforu etkileyen diğer faktörler servis ömrü açısından çok daha az öneme sahiptir. Fosforun yaşlanması, yalnızca LED'in parlaklığında bir azalmaya değil, aynı zamanda parıltısının gölgesinde de bir değişikliğe yol açar. Fosforun şiddetli bozunması ile parıltının mavi tonu açıkça görülebilir. Bunun nedeni fosforun özelliklerindeki değişiklik ve LED çipinin kendi radyasyonunun spektrumda hakim olmaya başlamasıdır. Teknolojinin (uzaktan fosfor) kullanıma sunulmasıyla birlikte, sıcaklığın fosfor bozunma hızı üzerindeki etkisi azalır.

Beyaz LED

Beyaz ışık üreten geleneksel akkor ve floresan lambaların aksine, LED'ler spektrumun çok dar bir aralığında ışık üretir; neredeyse tek renkli bir parlaklık verir. Bu nedenle LED'ler uzun süredir kontrol panellerinde ve çelenklerde kullanılmaktadır ve günümüzde özellikle trafik ışıkları, tabelalar ve sinyal ışıkları gibi belirli bir ana renk yayan aydınlatma kurulumlarında etkili bir şekilde kullanılmaktadırlar.

Beyaz LED'in prensibi

Beyaz LED'in tasarım prensibi çok karmaşık değildir; uygulama teknolojisi karmaşıktır. Bir LED'in beyaz ışık yayabilmesi için ek teknik unsurlara ve teknik çözümlere başvurmak gerekir. LED'lerde beyaz ışık elde etmenin ana yolları şunlardır:

mavi kristallere bir fosfor tabakasının uygulanması;

ultraviyole rengine yakın ışık yayan kristallere birkaç kat fosfor uygulanması;

Birçok monokrom kırmızı, yeşil ve mavi diyotun ışığının karıştırılmasıyla beyaz bir parıltının elde edildiği RGB sistemleri.

İlk durumda, çoğu zaman fosfor, sarı fosfor ile kaplanmış mavi LED kristalleri kullanılır. Fosfor, mavi ışığın bir kısmını emer ve sarı ışık yayar. Geriye kalan absorbe edilmemiş mavi ışık sarı ile karıştırıldığında ortaya çıkan ışık beyaza yakındır.

İkinci yöntem, ultraviyole rengine benzer bir parıltı yayan bir diyot ile çeşitli bileşimlerdeki fosfordan yapılmış birkaç fosfor katmanının birleşimine dayanan katı hal beyaz ışık kaynaklarının üretilmesi için yakın zamanda geliştirilmiş bir teknolojidir.

İkinci durumda, beyaz ışık klasik yöntemle üç temel rengin (kırmızı, yeşil ve mavi) karıştırılmasıyla üretilir. Beyaz ışığın kalitesi, spektrumun sarı kısmını kapsayacak şekilde RGB konfigürasyonunun sarı LED'lerle tamamlanmasıyla iyileştirildi.

Eski LED'lerin avantajları ve dezavantajları

Bu yöntemlerin her birinin olumlu ve olumsuz yanları vardır. Bu nedenle, mavi kristallerin bir fosfor fosfor ile birleştirilmesi prensibiyle üretilen beyaz fosfor LED'ler, oldukça düşük bir renksel geriverim indeksi, soğuk tonlarda beyaz ışık üretme eğilimi, oldukça yüksek bir parlaklık tonunda heterojenlik ile karakterize edilir. ışık akısı ve nispeten düşük bir maliyet.

Beyaz fosfor LED'ler Ultraviyole rengine yakın bir parıltıya sahip diyotların ve çok renkli fosforların bir kombinasyonu temelinde elde edilen, mükemmel bir renksel geriverim indeksine sahiptir, daha sıcak tonlarda beyaz ışık üretebilir ve diyottan diyota daha fazla parlaklık tonlarının homojenliği ile karakterize edilir. . Ancak daha fazla elektrik tüketiyorlar ve ilkleri kadar parlak değiller.

Buna karşılık RGB LED'ler, aydınlatma kurulumlarında parıltının renginde ve beyaz ışığın farklı tonlarında değişiklik yaparak dinamik aydınlatma efektleri oluşturmayı mümkün kılar ve potansiyel olarak çok yüksek bir renksel geriverim indeksi sağlayabilir. Aynı zamanda, bireysel renkteki LED'ler çalışma akımına, ortam sıcaklığına ve parlaklık kontrolüne farklı tepki verirler ve bu nedenle RGB LED'ler kararlı çalışmayı sağlamak için oldukça karmaşık ve pahalı kontrol sistemleri gerektirir.

Böylece beyaz LED'lere dayanan lambalar daha kaliteli ışık sağlar; lambaların tasarımında daha eksiksiz bir spektrum kullanılır

Sarı alanda maksimumu olan bir bant (en yaygın tasarım). LED ve fosforun emisyonu karıştırıldığında çeşitli tonlarda beyaz ışık üretir.

Ansiklopedik YouTube

1 / 5

✪ Kısa beyaz LED'ler

✪ Beyaz LED ve Kırmızı Mavi Beyaz LED Büyüme Testi - Amazon Lights (Giriş)

✪ El Fenerlerinde Soğuk Beyaz ve Nötr Beyaz LED'ler (Thrunite TN12 Modelleri)

✪ Beyaz LED ve Kırmızı/Mavi LED Büyüme Işığı Büyüme Testi - Bölüm 1 (Eğitici) 2016

✪ Beyaz LED ve Kırmızı Mavi Beyaz LED Büyüme Testi, Zaman Atlamalı - Marul Ep.1

Altyazılar

Buluş tarihi

Endüstriyel kullanıma yönelik ilk kırmızı yarı iletken yayıcılar 1962 yılında N. Kholonyak tarafından elde edildi. 70'li yılların başında sarı ve yeşil LED'ler ortaya çıktı. O zamanlar hala verimsiz olan bu cihazların ışık çıkışı, 1990 yılında bir lümene ulaştı. 1993 yılında Nichia'da (Japonya) mühendis olan Shuji Nakamura, ilk yüksek parlaklıktaki mavi LED'i yarattı. Mavi, kırmızı ve yeşil renkler beyaz dahil her rengin elde edilmesini mümkün kıldığından neredeyse anında LED RGB cihazları ortaya çıktı. Beyaz fosforlu LED'ler ilk olarak 1996 yılında ortaya çıktı. Daha sonra teknoloji hızla gelişti ve 2005 yılına gelindiğinde LED'lerin ışık verimliliği 100 lm/W ve üzerine ulaştı. Farklı parlaklık tonlarında LED'ler ortaya çıktı, ışığın kalitesi akkor lambalar ve zaten geleneksel floresan lambalarla rekabet etmeyi mümkün kıldı. LED aydınlatma cihazlarının günlük yaşamda, iç ve dış aydınlatmada kullanımı başladı.

RGB LED'ler

Beyaz ışık, farklı renkteki LED'lerin emisyonlarının karıştırılmasıyla oluşturulabilir. En yaygın trikromatik tasarım kırmızı (R), yeşil (G) ve mavi (B) kaynaklardan yapılır, ancak bikromatik, tetrakromatik ve daha çok renkli varyantlar da bulunur. Çok renkli bir LED, diğer RGB yarı iletken yayıcılardan (armatürler, lambalar, kümeler) farklı olarak, çoğunlukla tek renkli bir LED'e benzeyen eksiksiz bir muhafazaya sahiptir. LED çipleri yan yana yerleştirilmiştir ve ortak bir lensi ve reflektörü paylaşırlar. Yarı iletken çiplerin sınırlı bir boyutu ve kendi radyasyon desenleri olduğundan, bu tür LED'ler çoğunlukla eşit olmayan açısal renk özelliklerine sahiptir. Ek olarak, her çipin ışık çıkışı önceden bilinmediğinden ve çalışma sırasında değişikliklere tabi olduğundan, doğru renk oranını elde etmek için tasarım akımını ayarlamak genellikle yeterli değildir. İstenilen renk tonlarını ayarlamak için RGB lambalar bazen özel kontrol cihazlarıyla donatılır.

Çok renkli LED'ler öncelikle dekoratif ve mimari aydınlatma, elektronik tabela ve video ekranlarında kullanılır.

Fosfor LED'ler

Fosfor LED'lerin parlaklığını arttırmanın, aynı zamanda maliyetlerini korumanın ve hatta azaltmanın yollarından biri, yarı iletken çipin boyutunu büyütmeden akımı artırmak, yani akım yoğunluğunu arttırmaktır. Bu yöntem, çipin kalitesine ve ısı emicinin kalitesine yönelik gereksinimlerdeki eşzamanlı artışla ilişkilidir. Akım yoğunluğu arttıkça aktif bölgenin hacmindeki elektrik alanları ışık çıkışını azaltır. Sınırlayıcı akımlara ulaşıldığında, LED çipinin farklı safsızlık konsantrasyonlarına ve farklı bant aralığı genişliklerine sahip bölümleri akımı farklı şekilde ilettiğinden, çip bölümlerinin yerel aşırı ısınması meydana gelir ve bu da ışık çıkışını ve bir bütün olarak LED'in dayanıklılığını etkiler. Spektral özelliklerin ve termal koşulların kalitesini korurken çıkış gücünü artırmak için, tek bir gövdede LED çip kümeleri içeren LED'ler üretilir.

Sıcaklığın LED servis ömrüne etkisi

Fosfor LED tasarımı

Parlaklık ve ışık kalitesi

Hatta en önemli parametre LED'in parlaklığı değil, ışık verimliliği, yani LED'in tükettiği her watt elektrik enerjisinin verdiği ışık çıkışıdır. Modern LED'lerin ışık verimliliği 190 lm/W'a ulaşır. Teknolojinin teorik sınırının 300 lm/W'den fazla olduğu tahmin edilmektedir. Değerlendirme sırasında, LED'lere dayalı bir lambanın verimliliğinin, güç kaynağının verimliliği, difüzörün, reflektörün ve diğer tasarım elemanlarının optik özellikleri nedeniyle önemli ölçüde düşük olduğu dikkate alınmalıdır. Ek olarak, üreticiler genellikle yayıcının başlangıç verimliliğini normal sıcaklıkta belirtirken, çipin çalışma sırasındaki sıcaklığı çok daha yüksektir. Bu, yayıcının gerçek verimliliğinin% 5-7 daha düşük olmasına ve lambanın verimliliğinin genellikle iki kat daha düşük olmasına yol açar.

Eşit derecede önemli olan ikinci parametre ise LED tarafından üretilen ışığın kalitesidir. Renksel geriverimin kalitesini değerlendirmek için üç parametre vardır:

Ultraviyole yayıcıya dayalı fosfor LED

Fosfor LED'lerin avantajları ve dezavantajları

LED aydınlatma kaynaklarının geleneksel lambalara göre yüksek maliyeti göz önüne alındığında, bu tür cihazların kullanılmasının zorlayıcı nedenleri vardır:

Ancak dezavantajları da var:

Beyaz LED teknolojisinin gelişimi için beklentiler

Ayrıca bakınız

Notlar

, P. 19-20.
Cree'den kırmızı, yeşil, mavi ve beyaz yayıcılar içeren MC-E LED'ler 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Kırmızı, turuncu, sarı ve beyaz yayıcılar içeren Vishay LED'leri VLMx51(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Cree'den çok renkli LED'ler XB-D ve XM-L(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Cree'den altı monokromatik yayıcı içeren LED'ler XP-C(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Nikiforov S. Yarı iletken aydınlatma teknolojisinin “S sınıfı” // Bileşenler ve Teknolojiler: dergi. - 2009. - Sayı 6. - s. 88-91.
Truson P. Halvardson E. Aydınlatma cihazları için RGB LED'lerin avantajları // Bileşenler ve Teknolojiler: dergi. - 2007. - No.2.
, P. 404.
Nikiforov S. LED'lerin ömrü ve çalışma sıcaklığı // Bileşenler ve Teknolojiler: dergi. - 2005. - Sayı 9.
İç mekan ve mimari aydınlatma için LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Xiang Ling Oon. Mimari aydınlatma sistemleri için LED çözümleri // Yarı iletken aydınlatma teknolojisi: dergi. - 2010. - Sayı 5. - s. 18-20.
Elektronik skorbordlarda kullanım için RGB LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Yüksek CRI LED Aydınlatma | Yuji LED (Tanımsız) . yujiintl.com. Erişim tarihi: 3 Aralık 2016.
Türkin A. Modern optoelektronikte umut verici malzemelerden biri olarak galyum nitrür // Bileşenler ve Teknolojiler: Journal. - 2011. - Sayı 5.
Yüksek CRI değerlerine sahip LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Cree EasyWhite teknolojisi(İngilizce) . LED Dergisi. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Nikiforov S., Arkhipov A. AlGaInN ve AlGaInP'ye dayalı LED'lerin kuantum verimini, farklı akım yoğunluklarında yayan kristal aracılığıyla belirlemenin özellikleri // Bileşenler ve Teknolojiler: Journal. - 2008. - 1 numara.
Nikiforov S. Artık elektronlar görülebiliyor: LED'ler elektrik akımını oldukça görünür hale getiriyor // Bileşenler ve Teknolojiler: dergi. - 2006. - Sayı 3.
Çok sayıda yarı iletken çipten oluşan matris düzenlemesine sahip LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Beyaz LED'lerin servis ömrü(İngilizce) . BİZ. Enerji Bölümü. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
LED kusurlarının türleri ve analiz yöntemleri(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
, P. 61, 77-79.
SemiLED'lerden LED'ler(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
GaN-on-Si Silikon LED Araştırma Programı(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012.
Cree'nin izole fosfor teknolojisi(İngilizce) . LED Profesyonel. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.
Türkin A. Yarı iletken LED'ler: tarih, gerçekler, beklentiler // Yarı iletken aydınlatma teknolojisi: dergi. - 2011. - Sayı 5. - sayfa 28-33.
Ivanov A.V., Fedorov A.V., Semenov S.M. Yüksek parlaklıktaki LED'lere dayalı enerji tasarruflu lambalar // Enerji temini ve enerji tasarrufu - bölgesel yön: XII Tüm Rusya toplantısı: rapor materyalleri. - Tomsk: St. Petersburg Graphics, 2011. - s. 74-77.
, P. 424.
Fotonik kristallere dayalı LED'ler için reflektörler(İngilizce) . Liderlik Profesyoneli. Erişim tarihi: 16 Şubat 2013. Arşivlendi: 13 Mart 2013.
XLamp XP-G3(İngilizce) . www.cree.com. Erişim tarihi: 31 Mayıs 2017.
Aydınlatma ihtiyaçları için yüksek ışık çıkışlı beyaz LED'ler(İngilizce) . Phys.Org™. Erişim tarihi: 10 Kasım 2012. 22 Kasım 2012'de arşivlendi.

Gerçek beyaz rengi elde etme teknolojisinin icadı olmasaydı bu mümkün olmazdı. Sonuçta, en güçlü LED lambanın bile beyaz parlamadığı takdirde yaygın kullanım alanı bulması pek mümkün değildir. Bir LED'de elektrik akımı doğrudan ışık radyasyonuna dönüştürülür ve teorik olarak bu neredeyse hiç kayıp olmadan yapılabilir. Gerçekten de LED çok az ısınıyor, bu da onu çok kullanışlı kılıyor. LED, spektrumun dar bir kısmında ışık yayar, rengi saftır ve radyasyonun zararlı ek ultraviyole ve kızılötesi bileşenleri yoktur.

Dayanıklı ve güvenilirdir ve servis ömrü 20 yıla ulaşabilir. Ancak bu sınır değildir. Bazı şirketler, LED cihazların hizmet ömrünü 100 yıla çıkarmalarına olanak tanıyan en son gelişmeyi üretime sokmaya başlıyor! Peki LED'ler nasıl beyaz ışık üretiyor? Beyaz bir LED yapmanın birkaç yolu vardır.

1. Sarı-yeşil veya yeşil ve kırmızı fosforlar mavi LED'e uygulanır, böylece emisyonlar beyaza yakın ışık oluşturacak şekilde karışır.
2. Ultraviyole aralığında ışık yayan, mavi, yeşil ve kırmızı ışık yayan bir LED'in yüzeyine üç fosfor uygulanır.
3. RGB teknolojisini kullanarak renk karıştırma. Kırmızı, mavi ve yeşil LED'ler, radyasyonu beyaz ışık üretmek için bir optik sistem kullanılarak karıştırılan bir matris üzerine yoğun bir şekilde yerleştirilir.

Uygulamada en yaygın olarak kullanılanlar sarı fosforlu mavi LED'ler ve beyaz fosforlu ultraviyole LED'lerdir. bu tür aydınlatmanın yaşamın ve endüstrinin her alanına uygulanmasını mümkün kıldı. Artık LED lambaların ışık kaynağı olarak kullanılması, inkar edilemez avantajları nedeniyle geleneksel ışık kaynaklarını kullanan aydınlatma cihazlarından birçok kez üstündür.

Güçlü beyaz LED'ler, yapıştırıcılar veya ek cihazlar kullanılmadan baskılı devre kartlarında bitmiş ürünlerin üretimi ve standart lehimleme işlemleri için yüksek verimli teknolojilerin kullanılmasına olanak tanıyan yüzeye monte paketler halinde mevcuttur. Her yıl dünyanın önde gelen şirketleri, LED'lerin güvenilirliğinin yanı sıra ışık akısı ve ışık verimliliğini artırmak için yeni iyileştirmeler yapıyor.

BEYAZ LED'LER makalesini tartışın