Superbright LED es una estratagema publicitaria, un epíteto en el que los vendedores atraen a clientes desprevenidos. De hecho, se basa únicamente en la eficiencia para prestar atención.
El concepto de brillo
Pocos estudios de las características del LED en este tema, las limitaciones impuestas por la fisiología humana. La sensibilidad del ojo a las ondas de verde es un orden de magnitud más alto que el parámetro análogo para el rojo. No es suficiente calcular la densidad de flujo de potencia, no es suficiente para asegurarse de que el régimen térmico no vaya más allá de lo permitido, gracias a la buena eficiencia. Se requiere imponer el resultado resultante en las características de la visión humana.
Ahora queda claro que las declaraciones de los fabricantes sobre los LED súper brillantes son solo un truco publicitario. Se supone que evalúa el producto en el complejo, pero incluso entonces recuerde, querido lector, que la luz coherente es peligrosa para la vista. No debe comprobar los productos en su propia visión.
Ya es doloroso observar una luz LED de 10 vatios cuando la matriz radiante brilla a través de un vidrio esmerilado. Los autores confían en que está permitido llamar a cualquier LED súper brillante presentado.
La historia del desarrollo de
La mayoría de los diodos funcionan debido al efecto de luminiscencia, descubierto a principios del siglo XX.Se cree que los primeros LED fueron fabricados involuntariamente por Henry Joseph Round cuando evaluó las propiedades de rectificación del carburo de silicio. Cabe destacar que el mineral carborundum en el planeta Tierra casi nunca se encuentra, aunque es extremadamente común en las atmósferas estelares.
Brillante iluminación de
A partir de ahí llegó un meteorito, que fue demasiado duro para Eugene Achison en 1891.La idea de la excavadora es bastante comprensible: decidió que había descubierto diamantes en el asteroide muerto y quería vender el hallazgo en silencio. Pero el joyero notó que no hay signos característicos de la piedra más preciosa en el planeta. Y sucedió años después.
Henry Joseph Round Carborund fue artificial. A principios del siglo XX, el mineral ya se aprendió a sintetizar. En dureza la piedra es inferior solo al diamante. Al investigar un detector de cristal para la radio( alentado por la experiencia de otros investigadores que ya lo han patentado), Henry descubrió un brillo. Inmediatamente, escribió al comité editorial de la revista Electric World e informó esta información:
- A una tensión de 10 V CA, se encienden muestras de carborundum en amarillo.
- A medida que la diferencia de potencial aumenta hasta la red eléctrica de 110 voltios, todos los cristales experimentales muestran luminiscencia.
- A medida que aumenta la tensión en el espectro, además de los colores amarillo, verde, naranja y azul se observan.
- Los materiales individuales brillan solo desde el borde, otros muestran un efecto volumétrico.
- El fenómeno no se explica por la termoelectricidad.
El resplandor se produce cuando la unión pn está desviada. Con un gran voltaje aplicado, un número considerable de portadores de carga minoritarios penetran en el cristal. El proceso se explica por el efecto túnel. Cuando el "tour invitado" comienza a recombinarse con los portadores de carga principales, el exceso de energía se convierte en luz. Esto explica el hecho de que, a bajos voltajes, Henry Joseph no observó la Ronda.
Sin embargo, no todo es tan simple. Los diodos Schottky, representados por carborundum con contactos metálicos, también pueden brillar con un voltaje aplicado negativo. El esquema es exactamente el mismo, pero con una diferencia de potencial significativa, se produce un desglose por avalancha. Los átomos semiconductores son ionizados por portadores de carga acelerada, la recombinación inversa se realiza con la emisión de un fotón de luz.
¡Advertencia! Los LED modernos emiten solo en un desplazamiento directo de la unión pn, cuando se aplica un potencial positivo al ánodo.
Los trabajos de la Ronda fueron repetidos por el ruso Losev en 1928.El científico del detector de cristales logró obtener un brillo y descubrió que las primeras muestras brillan solo con una conexión unipolar, y para otros, la dirección de la corriente directa no importa. Los intentos de entender el hecho no llevaron al resultado. Pero la conclusión de la Ronda se confirmó que el efecto no está asociado con el calentamiento termoeléctrico.
El comienzo de la era del LED se considera a principios de los años 60, cuando aparecieron las primeras películas de carborundum. La eficiencia de los primeros especímenes resultó ser sorprendentemente pequeña y ascendió a 0.005%.La razón es simple: el carburo de silicio está lejos del mejor material para la fabricación de diodos súper brillantes. Lo último no es factible en esta etapa de la tecnología.
¿Cuál es mejor?
A principios de los años 90, el carborundo desapareció de los estantes. Los últimos LED azules emitidos en el rango de 470 nm con una eficiencia de 0.03%.
Ya en los años 50, los semiconductores del grupo AIIBVI fueron bien estudiados. Produjo una búsqueda constante de nuevas soluciones técnicas. Aparecieron los diodos emisores de luz de semiconductores de clase III-V, utilizando el ejemplo de los cuales los profesores de física explican el fenómeno de la conductividad de la impureza. Los materiales de este tipo de origen artificial no se encuentran en la naturaleza. Al dopar el galio con arsénico, los científicos obtuvieron un nuevo campo para la investigación. Las impurezas se inyectaron en el sustrato mediante epitaxi en fase líquida o en fase gaseosa.
Para 1962, los láseres ya habían aparecido sobre la base del material descrito. Se predijo un gran futuro en la industria espacial, adecuado para la comunicación y las mediciones. La producción en serie de LED basados en arseniuro de galio fue realizada por Texas Instruments. El precio de la pieza fue de 130 dólares. Hoy en día, el costo de los LED ha disminuido considerablemente, y el arseniuro de galio se usa masivamente para crear paneles de control, dispositivos de comunicación y otras cosas.
Arseniuro de galio fosforilado.
La eficiencia de los materiales conocidos resultó ser demasiado pequeña para crear LED súper brillantes. Así que Holonyak y Bevac llegaron en 1962 a la necesidad de la fosforilación del arseniuro de galio para mejorar el rendimiento. Una característica de los nuevos dispositivos fue la alta coherencia de la radiación. Esto significaba que el equipo de comunicaciones esperaba nuevas mejoras, la homogeneidad del haz juega un papel importante.
Tecnologías modernas
Antes se trataba del desarrollo principalmente de los ingenieros de IBM, a excepción de los proyectos secretos de la NASA.En 1962, el famoso General Electric se unió a la lucha. Creciendo cristales por epitaxia en fase gaseosa, los ingenieros de la compañía han logrado un éxito notable. La eficiencia de los dispositivos aumentó rápidamente, pero la coherencia de la radiación se redujo considerablemente. El precio de General Electric fue dos veces más alto que el de Texas Instruments, el lote salió escaso.
En 1968, Monsanto compró los derechos y comenzó la producción en masa de LED basados en arseniuro de galio fosforilado. Las ventas crecieron anualmente al menos cuatro veces, pero permanecieron absolutamente microscópicas en términos absolutos. Finalmente, aparecen las primeras pantallas digitales LED.
Fosfuro de galio
En paralelo, se desarrolló la tecnología de producción de fosfuro de galio. Cada firma de la industria luchó con su propio material único. El fosfuro de galio fue absorbido por los laboratorios Bell. Probablemente esta no fue una estrategia deliberada, las empresas temían la absorción mutua. Aunque el hecho de la uniformidad es alarmante. Los LEDs de fosfuro de galio
permitieron obtener un brillo amarillo y rojo. Bell Labs comenzó a trabajar junto con otros a principios de los 60.Lo que te hace pensar acerca de la acción planificada. Las primeras publicaciones fueron independientes y realizadas solo por dos científicos( 1964):
- Grimmeys;
- Scholz.
Las transiciones LED de aleación de estaño del fosfuro de galio llevan su nombre. Los datos obtenidos indican que las propiedades ópticas se mejoran considerablemente con la introducción de impurezas de nitrógeno. Al recocer la estructura de un semiconductor después de su crecimiento, la eficiencia pudo aumentar hasta el 2%.Al mismo tiempo, se realizó una búsqueda de nuevas calidades de color. Diodos así creados basados en fosfuro de galio, dando un tinte verde, la eficiencia fue del 0,6%.
Sin embargo! La eficiencia de los LED verdes es menor, pero debido a la mayor susceptibilidad del ojo a la gama verde, parecían más brillantes que los rojos.
LED Eficiencia de
Para que el LED se vuelva súper brillante, se caracteriza por su alta eficiencia. La lógica es elemental. Cuanto mayor sea la corriente, mayor será la pérdida en la resistencia óhmica de los contactos. En consecuencia, para obtener un alto brillo con baja eficiencia, la corriente se incrementa extremadamente. El semiconductor no se pondrá de pie y se derretirá.No es de extrañar que el primer láser funcionara con un enfriamiento de hasta 77 K. Además de sus cualidades físicas, esto aseguró un enfriamiento adecuado.
Un LED ideal con una eficiencia del 100% irradiando un fotón por cada electrón inyectado. Esto se denomina rendimiento cuántico, idealmente igual a uno. En un LED real, la eficiencia se estima por la relación entre la potencia de la radiación óptica y la corriente de inyección.
Los fotones emitidos deben ir al espacio. Para esto, si es posible, el área de la unión pn se abre. En realidad, una parte significativa de los fotones permanece dentro. Por lo tanto, cada diseño, entre otras cosas, se caracteriza por una salida óptica. Normalmente, el parámetro se convierte en el principal factor limitante, que apenas alcanza el 50%.
La eficiencia de un LED se entiende comúnmente como la relación entre el número de fotones emitidos y la potencia total. Por lo general, un voltaje del orden de un voltio y medio cae a través de la unión pn, y luego la corriente aumenta linealmente. En consecuencia, la potencia se pierde por el desplazamiento de la capa de barrera, la radiación y el calentamiento de la resistencia óhmica. A principios del siglo XXI, la eficiencia del LED del 4% se consideraba normal( teniendo en cuenta la salida óptica).
Para aumentar la salida y finalmente obtener un LED súper brillante, los ingenieros comenzaron a buscar nuevas soluciones constructivas.
Mejora de la eficiencia de los LED
Doble heteroestructuras
El aumento de la luminosidad del diodo se logra manteniendo una alta concentración de portadores. El método de realización es la creación de una doble pn-unión. En este caso, la capa de radiación está rodeada por semiconductores de un tipo diferente de conductividad en ambos lados, lo que aumenta el área de fundición de portadores minoritarios. El diseño parece un sándwich de 5 capas:
- La capa de radiación activa está en el centro.
- En ambos lados está cubierto por semiconductores, lo que provoca la presencia de dos capas de bloqueo. Los contactos
- cubren los semiconductores externos en toda el área para mejorar el flujo de corriente.
El rendimiento cuántico depende del grosor del núcleo. El gráfico no es lineal y muestra una joroba pronunciada o plana pronunciada. Por consiguiente, se requiere que el valor del grosor elija entre sus límites, que son decenas de micrones. Los experimentos muestran que los aumentos en el rendimiento cuántico se logran mediante dopaje débil de la región activa. El número de átomos de impureza no excede de diez a la decimoséptima potencia de unidades por centímetro cúbico. En general, el proceso es relativamente poco conocido.
El aumento de la inyección se logra dopando capas extremas. La concentración de impurezas aquí es al menos un orden de magnitud menor que en el caso anterior, o un número similar de veces mayor. Aunque la barrera y las capas activas están representadas, por definición, por diferentes materiales, es importante que sus redes cristalinas tengan una estructura idéntica. A medida que aumenta el desajuste, el rendimiento cuántico cae bruscamente.
