Технология производства светодиодов
В докладе на открытии 26 конференции Международной Комиссии по Освещению в Пекине было отмечено, что общее направление работы светотехнической научной общественности должно быть направлено на сокращение энергопотребления и уменьшение загрязнения окружающей среды. То есть речь идет не об уменьшении освещённости, а о более рациональном и эффективном использовании освещения. Одним из наиболее перспективных шагов на этом пути, является разработка и использование энергоэкономичных источников света – светодиодов.
Светодиод – полупроводниковый диод, излучающий свет при прохождении тока через p-n–переход. Чтобы p-n-переход излучал свет, должны выполняться следующие два условия. Во-первых, ширина запрещённой зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона, а во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой. Для этого полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения.
Производство светоизлучающих диодов сталкивается с некоторыми трудностями. Поскольку создание светодиодов — это динамично развивающаяся отрасль светотехнической промышленности, то сложившихся законов и правил их применения пока не существует. Нет нормативной документации, относящейся к процессу производства и использования светодиодов. Каждое крупное производство старается найти свои критерии отбора продукции, но, к сожалению, некаких международных соглашений не существует. Хотя в этом направлении в последнее время ведется активная работа и достигнуты хорошие результаты, надо понимать, что создание единых требований к светодиодной технике – дело не одного года.
Рассмотрим поэтапно процесс создания светодиодов.
1) Выращивание кристалла.
Здесь главную роль играет такой процесс, как металлоорганическая эпитаксия. Эпитаксия – это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Эпитаксиальный рост полупроводников (а светодиод – это именно полупроводник) осуществляется методом термического разложения (пиролиза) металлорганических соединений, содержащих необходимые химические элементы. Для такого процесса необходимы особо чистые газы, что предусмотрено в современных установках. Толщины выращиваемых слоев тщательно контролируются. Важно обеспечить однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста доходит до полутора миллионов евро. А процесс наладки получения высококачественных материалов для будущих светодиодов занимает несколько лет.
2) Создание чипа.
На этом этапе имеют место такие процессы, как травление, создание контактов, резка. Весь этот комплекс получил название «планарная обработка пленок». Пленка, выращенная на одной подложке, разделяется на несколько тысяч чипов.
3) Биннирование.
Биннирование (сортировка чипов) – особенно важный процесс производства светодиодов, о котором несправедливо часто забывают упоминать в литературе. Дело в том, что при производстве любой продукции должны соблюдаться некие критерии отбора. Но на вышеописанных стадиях производства светодиода невозможно добиться абсолютного сходства изделий по его характеристикам. Изготовленные чипы изначально имеют характеристики, различающиеся в некотором диапазоне. Чипы сортируют на группы (бины). В каждой группе определённый параметр варьируется в определённых пределах.
Сортировка происходит по:
- длине волны максимума излучения;
- напряжению;
- световому потоку (или осевой силе света) и т.
д.
д.Биннирование, как способ градации светодиодной продукции, находит применение на производстве и, следовательно, в наименовании поставляемой продукции. Оба эти факта делают применение светодиодов доступным для широкого круга пользователей.
4) Создание светодиода.
Создание непосредственно светодиода – это заключительный этап технологической цепочки. Создается корпус будущего источника света, монтируются выводы, подбирается люминофор (если он необходим). Но особо стоит отметить такую важную часть, как оптическую систему (а именно, изготовление линз). Линзы для светодиодов изготавливают из эпоксидной смолы, силикона или пластика. К ним предъявляется широкий спектр требований, т.к. оптическая система светодиода играет большую роль (направляет световой поток светодиода в нужный телесный угол).
Линзы должны:
- быть максимально прозрачными;
- пропускать свет во всем оптическом диапазоне;
- обладать хорошей клейкостью материала к материалу печатной платы;
- быть температура стабильными;
- обладать высоким сроком службы (что характеризуется к воздействию излучения кристалла и химическому воздействию люминофора, если таковой применен).
Благодаря большому количеству положительных качеств (малой потребляемой мощностью, отсутствию ртути, низкому напряжению питания, высокой надежности, малым габаритам и т.д.), на основе светодиодов создаются разнообразные и высококачественные осветительные светодиодные приборы. Можно долго перечислять различные типы светодиодных светильников: это и прожекторы, и линейные светодиодные светильники, и светильники общего или специального назначения. Однозначно можно сказать, что светодиоды – это динамично развивающиеся источники света. А технология производства светодиодов – сфера деятельности высококлассных мировых специалистов, способных достигать все более высоких результатов.
Социальные кнопки для Joomla
Как получают белые светодиоды?
Строго говоря, светодиоды не могут быть «белыми» — это лишь условное название твердотельных источников белого света. В отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп, светодиоды излучают свет в очень узком диапазоне длин волн, то есть, практически монохромный.
Именно этот принцип — смешение цветов — используется при получении белого свечения светодиодов. На сегодняшний день, разработаны несколько методик получения светодиодного свечения белого цвета. Рассмотрим их подробнее.
2-ой способ также подразумевает применение люминофора, только в этом случае смешивается свечение голубого светодиода с излучением зелёного и красного, либо жёлто-зелёного люминофора. Данный метод часто является наиболее экономически оправданным.
3-ий способ получения белого LED излучения состоит в смешивании излучения монохромных кристаллов разных цветов. Обычно в этой методике используются три светодиода – красный (Red), зелёный (Green) и голубой (Blue), отсюда и название – RGB-светодиоды.
Каждая из вышеперечисленных технологий имеет свои достоинства и недостатки. RGB-технология позволяет не только получать белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме, управляя этим процессом вручную или с помощью программы. Таким же образом можно получать различные цветовые температуры белого света. Поэтому RGB-матрицы с успехом используются в светодинамических приборах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света.
Недостатком технологии RGB является ограниченный волновой диапазон излучения, из-за чего белый свет часто получается бледным, может иметь сероватый оттенок и зачастую неестественно взаимодействует с освещаемыми предметами.
Этот недостаток можно преодолеть, добавляя к традиционной RGB-матрице эмиттеры других цветов: Amber, Liam, Cyan, Ginger и т. д. Таким образом можно значительно расширить спектр не только цветного, но и белого цвета.
Ещё один недостаток RGB-технологии состоит в том, что из-за неравномерного отвода тепла с краёв матрицы и из её середины светодиоды нагреваются неодинаково, а значит, их цвет будет по-разному меняться в процессе старения. Процесс усугубляется различиями в скорости деградации кристаллов разного цвета. Поэтому цветовая температура и цвет могут «плавать» в течение всего срока эксплуатации.
Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем RGB-светодиоды. К тому же они имеют однозначно заданный в процессе производства оттенок белого света от более теплой области 2800 K, до холодной синевато-белой области 9000 К. Поэтому обычно белые люминофорные светодиоды обеспечивают лучшую цветопередачу.
Конечно, и эта технология имеет ряд существенных недостатков.
- Прежде всего, к ним относится снижение световой отдачи светодиодов из-за преобразования света в люминофоре.
- Есть определённые технологические сложности и в плане равномерности нанесения слоя люминофора на кристалл, что приводит к неравномерному распределению света.
- Ещё один значимый минус заключается в том, что светодиод значительно долговечнее люминофора, а это, в свою очередь, снижает потенциальный рабочий ресурс источника света.
Светодиоды, изготовленные по разной технологии, применяются в разных осветительных приборах. RGB-светодиоды незаменимы для цветной заливки сцены, создания динамических цветовых эффектов, архитектурной и интерьерной подсветки. Светодиоды с люминофорным слоем обеспечивают необходимую яркость и интенсивность белого света и идеально подходят для светильников с заранее заданной цветовой температурой. Производители выпускают как «тёплые», так и «холодные» светодиоды, которые можно смешивать в произвольной пропорции, достигая лучших результатов.
Читайте другие выпуски светодиодного ликбеза:
Выпуск 1. Что такое светодиоды и почему они светятся?
Выпуск 2. Какой свет излучают светодиоды?
Выпуск 3. Как получают белые светодиоды?
Выпуск 4. Смешение цветов в светодиодных приборах
Выпуск 5. Применение LED приборов
Выпуск 6. Светодиоды на сцене
Выпуск 7. Энергоэффективность светодиодов — миф или реальность?
Выпуск 8. От чего зависит срок службы светодиодов?
Как производятся светодиоды? | Sitler’s LED Supplies
Типы и разновидности светодиодов растут с каждым днем, но сегодня мы возвращаемся к основам. Сегодня мы собрались здесь, чтобы ответить на вечный вопрос: «Как производятся светодиоды?» Мы кратко расскажем вам об основных различиях между светодиодными и традиционными источниками света, о том, какие материалы используются для создания светоизлучающих диодов, как эти материалы разработаны и, наконец, как они соединяются вместе для создания наиболее энергоэффективного свет на рынок!
Предыстория: светодиоды в сравнении с традиционными светильниками
Светодиодное освещение, лампы накаливания и люминесцентные лампы не только имеют разную конструкцию, но и излучают свет по-разному.
Традиционное освещение создает свет, присоединяя провода к источнику энергии. Когда провода нагреваются, они излучают свет. Светодиоды создают свет за счет электронного возбуждения, а не тепла. Вот почему светодиоды потребляют меньше энергии и излучают меньше тепла, поскольку тепло не является основным компонентом при создании света.
Материалы для светодиодов
LED означает светоизлучающий диод. Поэтому светодиодные фонари состоят из маленьких диодов. Каждый диод создан из полупроводникового материала. Один из слоев полупроводникового материала будет иметь избыток электронов, один слой будет обеднен электронами. Эта разница в электронных уровнях позволяет электронам перемещаться из одного слоя в другой, создавая свет посредством упомянутого выше электронного возбуждения.
Чтобы разобрать его немного дальше, сам полупроводниковый материал состоит из кристаллического материала и нуждается в примесях, чтобы проводить электричество. Однако эти примеси добавляются в полупроводниковый материал позже в процессе производства.
Однако не следует путать эти примеси с несовершенством полупроводникового материала. Они не уменьшают значение диода, они увеличивают его! Добавление этих примесей в полупроводник называется легированием, и это важный материал, используемый при изготовлении светодиодов. Наиболее распространенными добавляемыми примесями являются цинк и азот.
Наконец, для питания диодов необходимо добавить электрические провода. Соединения золота и серебра часто используются в светодиодных проводах, так как они хорошо переносят пайку и хорошо нагреваются. Наконец, диоды заключены в прозрачный пластик, а не в стекло, как традиционные лампы, что делает их прочными и долговечными.
Светодиодный дизайн
При проектировании светодиодных светильников допускается немного больше творчества. В зависимости от области применения света цветовая температура, яркость и эффективность определяются до начала производства. Эти атрибуты определяются на основе размера диода, используемого полупроводникового материала, типов добавленных примесей и толщины слоев диода.
Производство: как изготавливают светодиоды
Производство светодиодов — дело тонкое и сложное, но мы постараемся подвести итог. В первую очередь необходимо изготовить полупроводниковый материал. Это называется полупроводниковая пластина. Полупроводниковый материал «выращивается» в камере с высокой температурой и высоким давлением. Такие элементы, как галлий, мышьяк и/или люминофор, очищаются и смешиваются вместе в камере, которая затем сжижается в концентрированный раствор. После того, как элементы смешаны, в раствор помещают стержень и медленно вытягивают. Раствор кристаллизуется на конце стержня, когда его вытягивают, создавая длинный цилиндрический кристаллический слиток.
Затем этот материал нарезается на полупроводниковые пластины и шлифуется, как если бы вы шлифовали стол, до тех пор, пока поверхность не станет гладкой. Затем его погружают в раствор различных растворителей для тщательной очистки, чтобы избавиться от грязи, пыли или органических материалов.
На следующем этапе процесса на пластину добавляются дополнительные слои полупроводникового материала. Это один из способов добавления примесей или добавок.
Затем на полупроводнике определяются металлические контакты. Это определяется на этапе проектирования и учитывает, будет ли диод использоваться отдельно или с другими.
Наконец, в соответствующую упаковку монтируются диоды, прикрепляются провода, а затем все заливается пластиком. Так делают светодиоды!
Узнайте больше о светодиодах от Sitler’s!
Если у вас есть дополнительные вопросы о светодиодах, посетите страницу часто задаваемых вопросов или наш блог о том, что такое светодиод! Позвоните нам сегодня по телефону (319)-519-0039, чтобы начать свое светодиодное путешествие!
Опубликовано в Основы светодиодного освещения
Из каких материалов состоит светодиодная лампа?
Всякий раз, когда я обсуждаю плюсы и минусы светодиодов, я часто затрагиваю различные компоненты внутри и их назначение.
Потому что каждый компонент светодиодного светильника играет свою роль, делая его энергоэффективным, долговечным и безопасным. Все они выполняют важную работу по превращению светодиодных технологий в будущее домашнего освещения.
И хотя я написал много руководств о преимуществах светодиодного освещения по сравнению с более старыми технологиями, я не делал полного разбора деталей, используемых в светодиодах.
Итак, давайте сделаем это сейчас.
Наряду со светодиодным чипом, который генерирует свет, светодиоды состоят из крышки колбы, которая действует как линза; радиатор для отвода тепла от диодов; схема с драйвером для управления током; корпус для защиты цепи; и основание для подключения лампы к светильникам.
В этой статье давайте более подробно рассмотрим:
- Компоненты, используемые в светодиодах
- Различаются ли компоненты RGB-диодов
- Из чего сделаны колпаки для светодиодных ламп
Какие компоненты используются в светодиодах?
Светодиодные лампы не очень сложны, но они умны и предлагают много преимуществ по сравнению с более старыми технологиями, такими как лампы накаливания.
Начнем с самого светодиода. Это часть лампы, которая генерирует свет, и она состоит из полупроводников, излучающих свет при прохождении тока.
Лампа может иметь один или несколько диодов, в зависимости от конструкции, но все они будут выполнять одну и ту же работу, излучая свет при питании от тока.
Ток должен оставаться постоянным. Слишком большая мощность и диод будет поврежден.
Слишком мало, и свет не будет работать правильно, возможно мигание, что может сильно раздражать.
Это причина, по которой лампы имеют цепь с компонентом, называемым светодиодным драйвером.
Этот драйвер светодиодов состоит из конденсаторов для регулирования потока электричества.
Они преобразуют переменный ток в постоянный ток с более низким напряжением, который требуется диоду, обеспечивая стабильное питание, которое не приведет к перегрузке лампы.
Материнская плата не только выполняет работу драйвера — она также сообщает лампочке, когда включаться и выключаться, и, если ваша лампочка подключена к диммеру, она регулирует яркость диодов.
Эта цепь защищена корпусом. Это средняя часть лампы, между цоколем и крышкой лампы.
Этот корпус обычно облицован алюминием, а металлическая пластина выступает в качестве радиатора. Это жизненно важная часть, потому что она помогает отводить тепло от диода.
Без хорошего радиатора ваши диоды сгорят намного быстрее.
Ток проходит в лампочку через цоколь. Светодиодные лампы имеют широкий выбор цоколей для разных светильников, так что это просто случай, когда вы можете найти то, что вам нужно.
Обычно они изготавливаются из алюминия, так как это легкий и проводящий материал.
Наконец, у вас есть крышка лампы, которая действует как линза.
Он поглощает свет от диодов, а затем излучает его в равной степени, поэтому ваша лампочка выглядит гораздо большим светом, чем просто горящая пара маленьких диодов.
Диоды RGB имеют разные компоненты?
Огни, меняющие цвет, немного отличаются, потому что вам нужны определенные полупроводники для генерации цветного света.
Эти лампочки могут создавать около 16 миллионов цветовых оттенков, но они делают это всего лишь с помощью нескольких компонентов, смешивая свет, как если бы вы рисовали, чтобы создать выбранный оттенок.
Вы, вероятно, встречали аббревиатуру RGB, которая означает «красный, зеленый, синий», и их сочетание даст вам любой желаемый цвет.
Таким образом, диоды RGB имеют разные компоненты, потому что полупроводники изготавливаются из разных материалов для получения этих цветов.
Когда через них пропускают ток разной силы, вы получаете нужный оттенок.
Алюминий Фосфид индия галлия (AlGaAs) создает красный, оранжевый и желтый цвета высокой яркости.
Фосфид галлия (GaP), как правило, является вашим «G» RGB — он создает желтые и зеленые оттенки.
Нитрид индия-галлия (InGaN) используется для создания некоторых зеленых, но в основном синих и ультрафиолетовых цветов.
В некоторых светодиодах арсенид алюминия-галлия также используется для красного и инфракрасного цветов.
Из чего сделана крышка светодиодной лампы?
Крышка светодиодной лампы делает гораздо больше, чем барьер для защиты хрупких компонентов внутри. Тем не менее, это одна важная роль, которую он играет.
Во-первых, давайте разберемся с материалом. Со многими светодиодами крышка будет из прочного пластика.
Однако, если вы покупаете прозрачную светодиодную лампу, она все же может быть сделана из стекла — прозрачные светодиоды очень стильны, и стеклянная отделка играет определенную роль.
Другие используют сверхпрочную эпоксидную смолу. Однако, как правило, материал гораздо менее подвержен разрушению, чем старые лампы.
Из любого материала крышка может быть прозрачной или матовой. При матировании крышка также действует как диффузор.
Это означает, что он преломляет свет, генерируемый диодами, в разных направлениях, так что вместо того, чтобы видеть маленькую точку или несколько точек света внутри крышки, вы получаете один равномерный равномерный свет.
И последнее, на что стоит обратить внимание, это цвет обложки. Обычно это простой белый цвет, но крышки светодиодных ламп могут быть окрашены в другой оттенок.
Это не так часто встречается в большинстве лампочек для дома, но светодиоды имеют множество применений.
Да, вы можете добиться того же эффекта с помощью RGB-диодов внутри белой крышки, но это означает, что вам придется доплачивать за RGB-подсветку и каждый раз устанавливать нужный цвет.
Если для лампы требуется одноцветность, дешевле и проще использовать цветную крышку с простым белым диодом внутри.
Вы даже можете сами покрасить крышку лампы.
Final Words
Это полное описание компонентов светодиодной лампы, материалов, из которых они сделаны, и того, почему все они важны.
Вы всегда должны покупать светодиодные лампы у известного бренда, потому что очень легко сократить расходы на некоторые из этих внутренних компонентов.
Недорогие драйверы светодиодов неэффективны при регулировании тока, поэтому диоды могут быстрее сгореть.
