Développer une LED bleue pas chère grâce à. La tristesse est verte, l'insomnie est bleue. ✔ Bien à vous et bonne route ! Paix à tous =)
Les Japonais ont créé la LED bleue en 1993, tandis que les LED rouges et vertes font le tour du monde depuis des décennies. Qui aime ou a aimé l'électronique, a soudé quelque chose, se souvient bien des LED vertes et rouges. Je me souviens bien que les LED rouges et vertes étaient toujours et partout au début des années 90, mais il n'y avait pas de bleues.
Je me souviens, en soudant les LED du magnétophone Comet, je me suis demandé pourquoi les LED bleues n'étaient utilisées nulle part. Comment pouvais-je savoir qu'ils n'existaient pas alors dans la nature, et que des scientifiques japonais travaillaient à leur création. J'ai ressoudé, je m'en souviens bien, les leds responsables de la zone avant surcharge sur l'afficheur Comet. Pour une raison quelconque, toute l'échelle (avec surcharge) a été réalisée avec des LED rouges. Il était difficile de dire quand une surcharge s'était produite, car toute l'échelle brillait en rouge. J'ai acheté les verts et les ai soudés à la place des rouges à 0 db. Surcharge gauche rouge.
Oui, beaucoup de choses ont dû être soudées avec des LED. Lorsque j'ai acheté un autre ordinateur, il y a environ 5 ans, les voyants bleus et le bouton d'alimentation de l'unité centrale, qui étaient surlignés en rouge, étaient déjà en vente, je l'ai soudé au bleu. Cela s'est avéré magnifiquement; me plaît.
Dans n'importe quel magasin qui vend de la lumière, vous pouvez voir que presque tous les lustres modernes sont équipés d'un agréable éclairage bleu la nuit. Ce sont des LED bleues.
C'est ainsi que l'avenir se dessine. Bref, le futur est déjà arrivé. Dans les années 80, regarder une image soviétique fanée d'un artiste avec un avenir peint dans une "Technologie-Jeunesse", où des gratte-ciel blancs à l'allure futuriste s'élancent vers le ciel sur un fond de ciel bleu et vert espace naturel Il était difficile de croire que cela était même possible. Mais c'est arrivé, mais pas dans notre pays, mais à l'étranger. Singapour, les villes chinoises, les villes arabes, les japonaises - elles ont juste pris des décennies d'avance. Tout ce que nous avons vu dans les magazines soviétiques fanés est maintenant une réalité. La réalité est vivante, colorée, ce qu'on a du mal à imaginer.
Oui, même Moscou a changé. Y était-il récemment, la ville d'affaires est tout simplement impressionnante. Auparavant, il était impossible d'y penser. Ou prenez des tablettes, des téléphones. Eh bien, comment imaginer dans les années 80 que les gens proposeraient une box qui serait capable de presque tout faire. Jouez, filmez des vidéos, enregistrez des conversations, connectez-vous avec d'autres personnes et accédez à toutes les informations qui se trouvent dans le monde, en fait, instantanément ? Non, nous ne l'avions même pas imaginé. Le futur est arrivé.
Il peut sembler à beaucoup que c'est une donnée, que c'est ainsi que cela devrait être. Mais tout cela est le travail de beaucoup de gens. Ceux qui ont créé cette civilisation. Même une LED bleue a dû être créée.
Après tout, peu de gens savent DEL bleue ce n'était pas facile à obtenir. S'il était simple, il aurait été créé il y a longtemps, avec le rouge et le vert. Si seulement un esprit ordinaire suffisait pour cela, alors cela aurait été fait il y a longtemps et dans n'importe quel pays où il y a plus ou moins de science. Mais les Japonais l'ont fait.
Ce sont eux qui ont réussi à surmonter toute une série de problèmes technologiques. Les Japonais ont pu détecter le dopage, les réseaux cristallins. Nous avons compris et compris comment les faire pousser sur du saphir. Et seulement après cela, ils sont passés du vert et du rouge au bleu.
C'est sur la LED bleue, sur sa création, que les scientifiques du monde entier se sont battus sans succès longue durée. Le voici, créé en 1993. C'était technologiquement très difficile, mais ils l'ont fait. La LED bleue était le chaînon manquant pour obtenir la source de lumière blanche connue pour être constituée d'un mélange de vert, de rouge et de bleu. De plus, exactement DEL bleue est universel, pour ainsi dire. De nos jours, c'est sur des diodes bleues (du fait des propriétés des photons bleus) que sont réalisés les éléments, matrices de diodes vertes et rouges.
Lanternes, lampes - la lumière blanche y est utilisée. N'oubliez pas que tout téléphone a un flash ; elle est blanche. Droit. Cela a été rendu possible en mélangeant les trois couleurs.
Les lecteurs HD DVD et Blu Ray utilisent des diodes laser basées sur la technologie des diodes bleues.
Environ 25 % de l'électricité consommée dans le monde est destinée à l'éclairage. Les technologies LED sont capables d'apporter et apportent leur contribution inconditionnelle à l'épargne, à l'économie et à la conservation des ressources de notre planète. Grâce à l'introduction de la technologie LED dans la production, nous voyons maintenant dans les magasins Lampe à LED, lustres avec Rétro-éclairage LED, bande led toutes les couleurs, d'autres produits.
Et maintenant, 20 ans après la découverte de la diode bleue, qui a changé et, espérons-le, amélioré notre civilisation, ceux qui l'ont créée deviennent prix Nobel. Il ne reste plus qu'à féliciter les scientifiques japonais ! Mais si la LED bleue n'avait pas été ouverte, il n'y aurait peut-être pas eu de flashs dans les téléphones, et les téléphones eux-mêmes auraient peut-être été différents.
Depuis plusieurs années maintenant, les lumières bleues sont l'une des décorations les plus à la mode et les plus courantes pour une grande variété d'appareils - des lecteurs multimédias portables et des téléphones portables aux ordinateurs et aux systèmes de cinéma maison. Cependant, pour de nombreux utilisateurs, la lueur bleue provoque une irritation et une gêne. Il s'est avéré que le problème n'est pas causé par une différence de goûts et de préférences personnelles, mais par des raisons tout à fait objectives.
rêve bleu
Aujourd'hui, les LED bleues se retrouvent presque partout : dans les ordinateurs et les périphériques, appareils ménagers, voitures, téléphones portables, lecteurs multimédias portables, etc. Pourquoi exactement Couleur bleue du jour au lendemain est devenu si à la mode? Pour répondre à cette question, faisons un petit voyage dans le temps : retournons dans le passé récent - la dernière décennie du 20e siècle.
Les travaux sur la création de LED capables d'émettre de la lumière bleue ont progressé avec beaucoup de difficulté. Les ingénieurs ne pouvaient pas décoller. Depuis plus de deux décennies, les LED rouges, vertes, jaunes et ambres sont produites en série. Cependant, la couleur bleue est devenue une véritable pierre d'achoppement pour les développeurs de semi-conducteurs.
Le premier à trouver une solution à cette tâche, qui semblait déjà impossible, fut l'ingénieur japonais Shuji Nakamura. Il s'est rendu compte que erreur principale de ses collègues est qu'ils essaient d'adapter un procédé technologique pour la fabrication de LED bleues, qui est déjà longue durée utilisé pour la production d'appareils similaires avec une lueur rouge, jaune et verte. Afin d'éviter le même piège, Nakamura a commencé à résoudre le problème à partir de zéro et a ainsi développé une toute nouvelle technologie qui a non seulement permis d'obtenir la couleur bleue tant convoitée des LED, mais a également considérablement augmenté la luminosité de la lumière. émis par ces dispositifs semi-conducteurs.
Bien sûr, maîtriser n'importe quel nouvelle technologie associés à certains frais. Au début, les LED bleues étaient beaucoup plus complexes et coûteuses à produire que le processus de fabrication bien établi utilisé pour fabriquer des composants similaires qui émettent du rouge ou lumière verte. Par conséquent, les LED bleues étaient nettement plus chères que les rouges, vertes et jaunes.
Comme cela s'est produit plus d'une fois dans l'histoire de l'humanité, la longue période d'attente, combinée au coût élevé et à la complexité de fabrication, a fait tomber instantanément les LED bleues dans la catégorie des accessoires tendance. De plus, le début de la production en série de LED bleues a coïncidé avec le début du nouveau millénaire, qui s'est avéré très symbolique. En 2000, des appareils de grande série équipés de LED bleues sont apparus sur le marché. L'illumination bleue est immédiatement devenue un signe de prestige, de "coolness" et d'appartenance à haute technologie. Designers extérieurs ingénierie électronique et les ordinateurs, à cette époque étaient presque complètement obsédés par la lueur bleue.
Cependant, la vague de "folie bleue" n'a pas seulement touché les designers. Il y a trois ou quatre ans, les propriétaires de voitures domestiques «avancés» ont été engloutis par une véritable épidémie: des ampoules bleues et des LED ont été installées à la place des feux de position et des indicateurs de direction standard, elles ont été utilisées comme décorations pour les buses de lave-glace et même les tuyaux d'échappement. Heureusement, cette mode laide est rapidement passée - en partie parce que le bleu extravagant en un an ou deux a réussi à en déranger beaucoup, et en partie à cause de l'introduction d'amendes pour non-conformité les pré-requis techniques appliquée aux dispositifs d'éclairage extérieurs.
Il faut dire que des paradoxes similaires ont déjà surgi. Qu'il suffise de rappeler le milieu du XIXe siècle - le début de la production industrielle d'aluminium. Au début, le processus technologique était très coûteux et, par conséquent, le prix de ce matériau était extrêmement élevé. Par exemple, en 1852, un kilogramme d'aluminium était évalué à environ 1 200 $, ce qui était beaucoup plus élevé que la valeur unitaire de l'or ! Il n'est pas surprenant qu'à cette époque, les produits en aluminium (en particulier la vaisselle et les bijoux) aient une valeur beaucoup plus élevée que les produits en métaux précieux, même en dépit de leur faible résistance et de leur apparence indescriptible.
Mais revenons au début de ce siècle. Il n'a pas fallu longtemps pour affiner la technologie de production de LED bleues. En raison d'une augmentation significative de la production de ces composants, leurs prix ont commencé à baisser progressivement. Au fur et à mesure que les LED bleues devenaient plus abordables, elles étaient de plus en plus utilisées dans la plupart des différents appareils. Et c'est là que les problèmes ont surgi.
Rose bleue - l'emblème de la tristesse
Il s'est avéré que tous les utilisateurs ne partagent pas le point de vue des designers obsédés par l'idée de rendre l'humanité progressiste heureuse avec une lueur bleue envoûtante. Selon des enquêtes, de nombreux acheteurs d'appareils électroniques sont si ennuyeux que les LED bleues brillantes sont si ennuyeuses que les gens préfèrent les scotcher ou même couper les fils qui y mènent. Voici ce que nous a dit un propriétaire du concentrateur USB avec l'indicateur LED bleu : Cela s'est produit même lorsque l'appareil était situé sur le côté et que la lumière bleue qui en émanait était perçue exclusivement par la vision périphérique. À la fin, j'en ai eu marre et j'ai peint la LED malheureuse avec de la peinture noire.
Soit dit en passant, une histoire similaire s'est produite ce printemps dans notre laboratoire de test lorsque nous avons comparé des haut-parleurs de PC (voir la publication « PC Speakers : 2.0 ou 5.1 ? » dans le n° 5'2007). En quelques minutes de fonctionnement, une LED bleue brillante, dirigée exactement vers l'œil droit, était si fatiguée que, hors de danger, elle a été scellée avec du sparadrap jusqu'à la fin du test.
Pourquoi de tels problèmes sont-ils survenus avec les LED bleues ? Le bleu est-il si différent des autres couleurs - rouge, vert ou jaune ? Mais c'est vraiment différent - du moins du point de vue de notre perception.
Les physiologistes disent que la lumière bleue cause plus de fatigue oculaire et est plus fatigante pour les yeux que les autres couleurs. Et, comme déjà mentionné, en raison de l'utilisation d'une technologie de fabrication fondamentalement différente, les LED bleues sont environ 20 fois plus lumineuses que les vertes, rouges ou jaunes. Il existe également d'autres facteurs objectifs.
Effet Purkinje
La lumière bleue apparaît plus brillante dans des conditions de faible luminosité comme la nuit ou dans une pièce sombre. Ce phénomène s'appelle l'effet Purkinje et est dû au fait que les bâtonnets (éléments sensibles de la rétine qui perçoivent une lumière faible en mode monochromatique) sont les plus sensibles à la partie bleu-vert du spectre visible. En pratique, cela conduit au fait que les voyants bleus ou le rétroéclairage spectaculaire d'un appareil (par exemple, un téléviseur) sont normalement perçus en pleine lumière - par exemple, lorsque nous sélectionnons modèle adapté dans la salle d'exposition du supermarché. Cependant, le même indicateur dans une pièce sombre sera beaucoup plus distrayant de l'image à l'écran, provoquant une grave irritation.
L'effet Purkinje se manifeste également lorsque la source lumineuse se trouve dans la zone de vision périphérique. Dans des conditions de luminosité moyenne à faible, notre vision périphérique est plus sensible aux nuances de bleu et de vert. Du point de vue de la physiologie, cela a une explication tout à fait logique : le fait est que beaucoup plus de bâtonnets sont concentrés dans les zones périphériques de la rétine qu'au centre. Ainsi, la lumière bleue est capable d'avoir un effet distrayant même si l'œil n'est pas actuellement focalisé sur sa source.
Ainsi, la présence de LED bleues sur les panneaux des moniteurs, téléviseurs et autres appareils utilisés dans les pièces sombres est un problème sérieux. défaut de conception. Cependant, d'année en année, les développeurs de la plupart des entreprises répètent cette erreur.
Flou
Œil l'homme moderne peut distinguer les détails les plus fins dans les parties vertes et rouges du spectre visible. Mais avec tout notre désir, nous ne sommes pas capables de distinguer aussi clairement les objets bleus. Nos yeux ne peuvent tout simplement pas se concentrer correctement sur les objets bleus. En fait, une personne ne voit pas l'objet lui-même, mais seulement un halo flou de lumière bleue brillante. En effet, la longueur d'onde de la lumière bleue est plus courte que celle de la lumière verte (pour laquelle nos yeux sont "optimisés"). Du fait de la réfraction observée lors de la traversée du corps vitré de l'œil, la lumière projetée sur la rétine est décomposée en composantes spectrales qui, du fait de la différence de longueur d'onde, sont focalisées en différents points. Étant donné que l'œil se concentre mieux sur la composante verte du spectre visible, le bleu n'est pas concentré sur la rétine, mais à une certaine distance devant elle - par conséquent, nous percevons les objets bleus comme quelque peu flous (flous). De plus, en raison de la longueur d'onde plus courte, la lumière bleue est plus susceptible de se diffuser lors du passage à travers le corps vitré, ce qui contribue également à l'apparition de halos autour des objets bleus.
Pour voir les détails d'un objet éclairé exclusivement par de la lumière bleue, vous devrez beaucoup solliciter vos muscles oculaires. Lors de l'exécution de tels "exercices" pendant une longue période, un mal de tête sévère se produit. Ceci peut être vérifié par expérience personnelle n'importe quel propriétaire téléphone portableéquipé d'un clavier rétroéclairé bleu. Dans l'obscurité, il est beaucoup plus difficile de distinguer des caractères sur les touches d'un tel appareil que sur des tubes équipés d'un rétroéclairage vert ou jaune.
Les médecins ont constaté que la région centrale de la rétine a une sensibilité réduite à la partie bleue du spectre. Selon les scientifiques, la nature a ainsi rendu notre vue plus nette. Soit dit en passant, les chasseurs et les militaires professionnels connaissent cette propriété de la vision : par exemple, pour augmenter l'acuité visuelle le jour, les tireurs d'élite portent parfois des lunettes à verres jaunes qui filtrent la composante bleue.
La tristesse est verte, l'insomnie est bleue
L'effet néfaste de la lumière bleue artificielle sur notre sommeil n'est pas une hypothèse, mais prouvé fait scientifique. Les résultats de nombreuses expériences montrent que la lumière bleue peut modifier le cours de l'horloge biologique interne d'une personne, provoquant des troubles du sommeil.
La réaction particulière de nos yeux et de notre cerveau à la lumière bleue est l'une des conséquences du processus évolutif au cours duquel le corps humain s'est adapté à conditions naturelles vie dans environnement naturel notre planète. Comme vous le savez, sous l'influence de la lumière bleue dans le sang, le niveau de mélatonine ("hormone du sommeil"), qui joue rôle clé dans la régulation du cycle du sommeil. Pour faire simple, lorsque le niveau de mélatonine dans le sang est élevé, une personne s'endort et lorsque le contenu de cette hormone chute à un certain niveau, elle se réveille. Ainsi, la lumière bleue est une sorte de réveil naturel qui ramène de nombreux animaux à l'éveil lorsque le ciel devient bleu après le lever du soleil.
Comme l'ont montré des études médicales, même une seule LED bleue brillante suffit pour activer ce mécanisme naturel et réduire le niveau de mélatonine. En d'autres termes, installer un réveil ou un centre de musique à éclairage bleu dans la chambre est loin d'être le meilleur. bonne idée. De nombreux physiologistes pensent que impact négatif notre sommeil peut être affecté par une "dose" de lumière bleue reçue d'un puissant lampe à économie d'énergie avec une lueur "froide", un écran de télévision ou un moniteur de PC, même quelques heures avant d'aller au lit.
Cependant, les troubles du sommeil sont loin d'être la pire conséquence d'une surdose de lumière bleue. Certains chercheurs pensent qu'une exposition systématique à une source de lumière bleue même très faible pendant le sommeil peut entraîner un affaiblissement du système immunitaire et donc nuire à la santé. Les scientifiques ont collecté un grand nombre de des données indiquant indirectement que dans les groupes de personnes exposées aux effets chaotiques de la lumière bleue, non associés aux cycles naturels d'alternance jour/nuit, le nombre de patients souffrant de maladies oncologiques dépasse la moyenne. Cependant, ceci n'est encore qu'une hypothèse.
"Bleu" - hors de vue !
Il y a quelques années, les fabricants d'équipements ont commencé à recevoir des plaintes de clients concernant l'inconfort causé par les LED bleu vif. Cependant, dans l'ensemble, les choses sont toujours là. Seuls quelques-uns ont écouté la voix des gens et ont changé leur approche du design. Par exemple, Logitech a récemment annoncé que des modifications de conception avaient été apportées à un certain nombre de conceptions de produits. Malheureusement, pour la plupart, les fabricants ne voient pas (ou ne veulent pas voir) cela comme un problème sérieux et continuent de lancer régulièrement sur le marché des appareils parsemés de LED bleu vif.
Eh bien, alors que la mode l'emporte sur le bon sens, les utilisateurs devront s'occuper seuls de leur confort et de leur santé. Nous rejoignons le groupe des opposants aux LED bleu vif et donnons dans la barre latérale quelques conseils pour ceux qui veulent se protéger, ainsi que leurs proches, d'un éclairage intrusif et potentiellement dangereux. Faites confiance à vos ressentis et soyez vigilants : les LED bleues peuvent réellement représenter une menace pour votre santé.
Salutations, mes amis!
L'intérêt pour les LED croît plus vite que le domaine de leur application dans la technologie d'éclairage. Producteurs et consommateurs, vendeurs et acheteurs - tous semblaient se figer au départ, craignant d'être à la traîne des autres. Et seuls les concepteurs utilisent déjà les capacités uniques des LED avec force et force. L'époque où les LED n'intéressaient que les scientifiques est révolue depuis longtemps. Maintenant, le thème LED est sur toutes les lèvres. Ils disent qu'ils sont l'avenir. Mais peut-être que les attentes sont exagérées ? Voudrais en savoir plus!
Cette publication n'est pas construite par hasard sous forme de questions-réponses (FAQ, foire aux questions - foire aux questions). C'est ainsi qu'une personne intéressée aborde un nouvel objet pour lui afin de le «sentir» sous différents angles et ensuite seulement décider s'il est nécessaire ou non.
1. Qu'est-ce qu'une LED ?
Une LED est un dispositif semi-conducteur qui convertit électricité directement dans la lumière.
Soit dit en passant, en anglais, la LED est appelée diode électroluminescente, ou LED.
2. En quoi consiste une LED ?
A partir d'un cristal semi-conducteur sur un substrat, un boîtier avec des fils de contact et un système optique. Les LED modernes ressemblent peu aux premières LED de boîtier utilisées pour l'indication. La conception d'une LED haute puissance de la série Luxeon fabriquée par Lumileds est représentée schématiquement sur la figure.
Structure LED, alimentation LED, lampe de poche LED, diode
3. Comment fonctionne la LED ?
La luminescence se produit lors de la recombinaison des électrons et des trous dans la région de la jonction p-n. Donc, tout d'abord, vous avez besoin d'une jonction p-n, c'est-à-dire le contact de deux semi-conducteurs avec différents types conductivité. Pour ce faire, les couches proches du contact d'un cristal semi-conducteur sont dopées avec différentes impuretés : d'un côté, accepteur, de l'autre, donneur.
Mais toutes les jonctions p-n n'émettent pas de lumière. Pourquoi? Tout d'abord, la bande interdite dans la région active de la LED doit être proche de l'énergie des quanta de lumière dans le visible. Deuxièmement, la probabilité d'émission lors de la recombinaison des paires électron-trou doit être élevée, pour laquelle le cristal semi-conducteur doit contenir peu de défauts, en raison desquels la recombinaison se produit sans rayonnement. Ces conditions se contredisent dans une certaine mesure.
En réalité, pour remplir les deux conditions, une jonction p-n dans un cristal ne suffit pas et il faut fabriquer des structures semi-conductrices multicouches, les dites hétérostructures, pour l'étude desquelles le physicien russe Zhores Alferov a reçu le prix Nobel 2000 Prix.
4. Cela signifie-t-il que plus le courant passe à travers la LED, plus elle brille ?
Bien sûr que oui. Après tout, plus le courant est important, plus il y a d'électrons et de trous qui pénètrent dans la zone de recombinaison par unité de temps. Mais le courant ne peut pas être augmenté à l'infini. en raison de résistance interne semi-conducteur et jonction p-n, la diode surchauffera et tombera en panne.
5. Pourquoi la LED est-elle bonne ?
Dans une LED, contrairement à une lampe à incandescence ou fluorescente, le courant électrique est converti directement en rayonnement lumineux, et théoriquement cela peut être fait avec presque aucune perte. En effet, la LED (avec une bonne dissipation thermique) chauffe un peu, ce qui la rend indispensable pour certaines applications. De plus, la LED émet dans une partie étroite du spectre, sa couleur est claire, ce qui est particulièrement apprécié des concepteurs, et les rayonnements UV et IR sont généralement absents. La LED est mécaniquement solide et exceptionnellement fiable, avec une durée de vie allant jusqu'à 100 000 heures, soit près de 100 fois plus longue qu'une ampoule à incandescence et 5 à 10 fois plus longue qu'une lampe fluorescente. Enfin, la LED est un appareil électrique basse tension, et donc sans danger.
6. Pourquoi la LED est-elle mauvaise ?
Un seul - le prix. Jusqu'à présent, le prix d'un lumen émis par une LED est 100 fois supérieur à celui d'une lampe halogène. Mais les experts disent que dans les 2-3 prochaines années, ce chiffre sera réduit de 10 fois.
7. Quand les LED ont-elles commencé à être utilisées pour l'éclairage ?
Initialement, les LED étaient utilisées exclusivement pour l'indication. Pour les rendre adaptées à l'éclairage, il a d'abord fallu apprendre à fabriquer des LED blanches, ainsi qu'à augmenter leur luminosité, ou plutôt leur rendement lumineux, c'est-à-dire le rapport flux lumineuxà l'énergie consommée.
Dans les années 60 et 70, des LED à base de phosphure et d'arséniure de gallium ont été créées, émettant dans les régions jaune-vert, jaune et rouge du spectre. Ils ont été utilisés dans les voyants lumineux, les tableaux de bord, les tableaux de bord de voitures et d'avions, les écrans publicitaires, divers systèmes visualisation des informations. En termes de rendement lumineux, les LED ont dépassé lampes conventionnelles incandescent. En termes de durabilité, de fiabilité, de sécurité, ils les ont également surpassés. L'un était mauvais - il n'y avait pas de LED bleue, bleu-vert et blanche.
À la fin des années 80, plus de 100 millions de LED par an étaient produites en URSS, et production mondiale s'élevait à plusieurs dizaines de milliards.
8. Qu'est-ce qui détermine la couleur de la LED ?
Exclusivement sur la bande interdite dans laquelle les électrons et les trous se recombinent, c'est-à-dire sur le matériau semi-conducteur, et sur les dopants. Plus la LED est "bleue", plus l'énergie quantique est élevée et, par conséquent, plus la bande interdite doit être grande.
9. Quelles difficultés les scientifiques ont-ils dû surmonter pour fabriquer une LED bleue ?
Les LED bleues peuvent être fabriquées à base de semi-conducteurs à large bande interdite - carbure de silicium, composés d'éléments des groupes II et IV ou nitrures éléments III groupes. (Vous vous souvenez du tableau périodique ?)
Les LED à base de SiC se sont avérées avoir une efficacité trop faible et un faible rendement quantique de rayonnement (c'est-à-dire le nombre de photons émis par paire recombinée). Les LED à base de solutions solides de séléniure de zinc ZnSe avaient un rendement quantique plus élevé, mais elles surchauffaient en raison de grande résistance et n'a pas servi longtemps. Il y avait de l'espoir pour les nitrures.
Le nitrure de gallium GaN fond à 2000 ° C, tandis que la pression de vapeur d'équilibre de l'azote est de 40 atmosphères; il est clair qu'il n'est pas facile de faire croître de tels cristaux. Des composés similaires - les nitriles d'aluminium et d'indium - sont également des semi-conducteurs. Leurs composés forment des solutions solides ternaires dont la bande interdite dépend de la composition, qui peut être choisie de manière à générer de la lumière de la longueur d'onde souhaitée, y compris le bleu. Mais ... le problème n'a pu être résolu qu'à la fin des années 80.
Dans les années 70, la première LED bleue à base de films de nitrure de gallium sur un substrat de saphir a été obtenue par le professeur Jacques Pankov (Yakov Isaevich Panchechnikov) d'IBM (USA). Le rendement quantique était suffisant pour Applications pratiques, cependant, la direction a déclaré: "Eh bien, c'est sur du saphir - c'est cher et pas si brillant, en plus, la jonction p-n n'est pas bonne ..." - et le travail de Pankov n'a pas été soutenu.
Pendant ce temps, le groupe de Saparin et Chukichev de l'Université d'État de Moscou a découvert que le GaN dopé au zinc devient un phosphore brillant sous l'action d'un faisceau d'électrons et a même breveté un dispositif de mémoire optique. Mais alors phénomène mystérieux n'a pas réussi à expliquer.
Cela a été fait par les Japonais - le professeur I. Akasaki et le Dr X. Amano de l'Université de Nagoya. En traitant un film de GaN dopé au magnésium avec un faisceau d'électrons à balayage, ils ont obtenu une couche luminescente brillante de type p avec une concentration élevée de trous. Cependant, les développeurs de LED n'ont pas prêté l'attention voulue à leurs publications.
Ce n'est qu'en 1989 que le Dr Sh. Nakamura de la Nichia Chemical Company, étudiant des films de nitrures d'éléments du groupe III, a pu utiliser les résultats du professeur Akasaki. Il a choisi le dopage (Mg, Zn) et le traitement thermique de telle manière, en le remplaçant par le balayage électronique, qu'il a pu obtenir des couches de type p à injection efficace dans des hétérostructures de GaN. C'est ainsi que la LED bleue a été obtenue.
Nichia a breveté les étapes clés de la technologie et fin 1997 produisait déjà 10 à 20 millions de LED bleues et vertes par mois, et en janvier 1998 a commencé à produire des LED blanches.
10. Quel est le rendement quantique des LED ?
Le rendement quantique est le nombre de quanta de lumière émis par paire électron-trou recombinée. Distinguez le rendement quantique interne et externe. L'interne est dans la jonction p-n elle-même, l'externe est pour l'appareil dans son ensemble (après tout, la lumière peut être perdue «en cours de route» - absorbée, diffusée). Rendement quantique interne pour bons cristaux avec une bonne dissipation thermique atteint près de 100%, le record d'efficacité quantique externe pour les LED rouges est de 55% et pour le bleu - 35%.
L'efficacité quantique externe est l'une des principales caractéristiques de performance d'une LED.
11. Comment obtenir lumière blancheà l'aide de LED?
Il existe trois façons d'obtenir de la lumière blanche à partir de LED. Le premier est le mélange de couleurs utilisant la technologie RVB. Les LED rouges, bleues et vertes sont densément placées sur une matrice, dont le rayonnement est mélangé à l'aide d'un système optique, tel qu'une lentille. Le résultat est une lumière blanche. La deuxième méthode consiste à appliquer trois luminophores à la surface d'une LED émettant dans la gamme ultraviolette (il en existe également), émettant respectivement une lumière bleue, verte et rouge. C'est comme ça que ça brille Lampe fluorescente. Enfin, dans une troisième méthode, un luminophore jaune-vert ou vert plus rouge est appliqué sur une diode de lumière bleue de sorte que les deux ou trois rayonnements se mélangent pour former une lumière blanche ou presque blanche.
12. Lequel des trois est le meilleur ?
Chaque méthode a ses propres avantages et inconvénients. La technologie RVB, en principe, permet non seulement d'obtenir couleur blanche, mais aussi se déplacer dans le nuancier au fur et à mesure que le courant change à travers différentes LED. Ce processus peut être contrôlé manuellement ou via un programme, et différentes températures de couleur peuvent également être obtenues. Par conséquent, les matrices RVB sont largement utilisées dans les systèmes d'éclairage dynamiques. De plus, un grand nombre de LED dans la matrice fournit un flux lumineux total élevé et une grande intensité lumineuse axiale. Mais la tache lumineuse due aux aberrations du système optique a une couleur inégale au centre et le long des bords, et surtout, en raison de l'évacuation inégale de la chaleur des bords de la matrice et de son milieu, les LED chauffent différemment, et, par conséquent, leur couleur change différemment au cours du processus de vieillissement - la température de couleur totale et la couleur "flottent" pendant le fonctionnement. Cette phénomène désagréable difficile et coûteux à compenser.
Les LED blanches avec luminophores sont nettement moins chères que les matrices LED RVB (en termes d'unité de flux lumineux) et vous permettent d'obtenir une bonne couleur blanche. Et pour eux, en principe, ce n'est pas un problème de toucher le point avec les coordonnées (0,33, 0,33) sur le nuancier CIE. Les inconvénients sont les suivants : premièrement, ils ont moins de rendement lumineux que les matrices RVB en raison de la conversion de la lumière dans la couche de phosphore ; deuxièmement, il est plutôt difficile de contrôler avec précision l'uniformité du dépôt de phosphore dans processus technologique et donc la température de couleur ; et enfin, troisièmement, le luminophore vieillit également, et plus vite que la LED elle-même.
L'industrie produit à la fois des LED avec un phosphore et des matrices RVB - elles ont des applications différentes.
13. Quelles sont les caractéristiques électriques et optiques des LED ?
La LED est un appareil basse tension. Une LED classique utilisée pour la signalisation consomme de 2 à 4 V courant continuà courant jusqu'à 50 mA. Une LED utilisée pour l'éclairage tire la même tension, mais le courant est plus élevé - de quelques centaines de mA à 1A dans un projet. Dans un module LED, des LED individuelles peuvent être connectées en série et la tension totale est plus élevée (généralement 12 ou 24 V).
Lors de la connexion de la LED, la polarité doit être respectée, sinon l'appareil peut tomber en panne. La tension de claquage est spécifiée par le fabricant et est généralement supérieure à 5 V pour une seule LED.
La luminosité d'une LED est caractérisée par le flux lumineux et l'intensité lumineuse axiale, ainsi que par le modèle de directivité. LED existantes différents modèles rayonner dans un angle solide de 4 à 140 degrés. La couleur, comme d'habitude, est déterminée par les coordonnées de chromaticité et la température de couleur, ainsi que la longueur d'onde du rayonnement.
Pour comparer l'efficacité des LED entre elles et avec d'autres sources lumineuses, le rendement lumineux est utilisé : la quantité de flux lumineux par watt Puissance électrique. Le prix d'un lumen est également une caractéristique marketing intéressante.
14. Comment la LED réagit-elle à l'augmentation de température ?
Parlant de la température de la LED, il est nécessaire de faire la distinction entre la température à la surface du cristal et dans la région de la jonction p-n. La durée de vie dépend du premier, le rendement lumineux dépend du second. En général, à mesure que la température de la jonction p-n augmente, la luminosité de la LED diminue, car le rendement quantique interne diminue en raison de l'influence des vibrations du réseau. C'est pourquoi une bonne dissipation de la chaleur est si importante.
La baisse de luminosité avec l'augmentation de la température n'est pas la même pour les LED Couleurs différentes. Il est supérieur pour les LED AlGalnP et AeGaAs, c'est-à-dire pour le rouge et le jaune, et inférieur pour InGaN, c'est-à-dire pour le vert, le bleu et le blanc.
15. Pourquoi est-il nécessaire de stabiliser le courant à travers la LED ?
Comme on peut le voir sur la figure, dans les conditions de fonctionnement, le courant dépend de manière exponentielle de la tension et de petites variations de tension entraînent de grandes variations de courant. Étant donné que la puissance lumineuse est directement proportionnelle au courant, la luminosité de la LED est également instable. Par conséquent, le courant doit être stabilisé. De plus, si le courant dépasse la limite autorisée, une surchauffe de la LED peut entraîner son vieillissement accéléré.
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16. Pourquoi une LED a-t-elle besoin d'un convertisseur ?
Un convertisseur (en terminologie anglaise driver) pour une LED équivaut à un ballast pour une lampe. Il stabilise le courant traversant la LED.
17. La luminosité de la LED peut-elle être ajustée ?
La luminosité des LED est très bien réglable, mais pas en réduisant la tension d'alimentation - c'est tout simplement impossible à faire - mais par la méthode dite de modulation de largeur d'impulsion (PWM), qui nécessite une unité de contrôle spéciale (en fait, il peut être combiné avec l'alimentation et le convertisseur, ainsi qu'avec un contrôleur de couleur matriciel RVB). La méthode PWM consiste dans le fait que non pas un courant constant, mais un courant modulé par impulsions est fourni à la LED, et la fréquence du signal doit être de centaines ou de milliers de hertz, et la largeur des impulsions et des pauses entre elles peut changer. La luminosité moyenne de la LED devient contrôlable alors que la LED ne s'éteint pas.
petite monnaie température de couleur La LED lors de la gradation est incomparable avec un biais similaire pour les lampes à incandescence.
18. Qu'est-ce qui détermine la durée de vie d'une LED ?
Les LED sont considérées comme exceptionnellement durables. Mais ce n'est pas le cas. Plus le courant passe à travers la LED pendant sa durée de vie, plus sa température est élevée et plus le vieillissement est rapide. Par conséquent, la durée de vie des LED haute puissance est plus courte que celle des LED de signal basse puissance et est actuellement de 20 à 50 000 heures. Le vieillissement se traduit principalement par une diminution de la luminosité. Lorsque la luminosité est réduite de 30% ou de moitié, la LED doit être changée.
19. Est-ce que la couleur de la LED « se dégrade » avec le temps ?
Le vieillissement des LED est associé non seulement à une diminution de sa luminosité, mais également à un changement de couleur. Actuellement, il n'y a pas de normes qui quantifieraient le changement de couleur des LED au cours du vieillissement et les compareraient avec d'autres sources.
20. La LED est-elle nocive pour l'œil humain ?
Le spectre d'émission d'une LED est proche du monochromatique, qui est sa différence fondamentale avec le spectre du soleil ou d'une lampe à incandescence. Que ce soit bon ou mauvais n'est pas connu avec certitude, car, pour autant que je sache, aucune recherche sérieuse dans ce domaine n'a été menée nulle part. Toute information sur effets néfastes Il n'y a pas de LED pour l'œil humain.
On espère que bientôt l'effet des LED sur la vision sera étudié en profondeur. L'académicien Mikhail Arkadyevich Ostrovsky, un éminent spécialiste dans le domaine de la vision des couleurs, s'est intéressé au problème. Le sujet qu'il a entrepris de résoudre s'appelle "La perception psychophysique de éclairage LED système de vision humaine.
21. Quand et comment les LED super lumineuses sont-elles apparues en Russie ?
Le professeur Yunovich en parlera le mieux.
- La luminescence du carbure de silicium a été observée pour la première fois par Oleg Vladimirovitch Losev au Laboratoire d'ingénierie radio de Nizhny Novgorod en 1923 et a montré qu'elle se produit près de la jonction p-n. Le premier article scientifique sur les cristaux de nitrure de gallium a été publié par le professeur G.S. Jdanov dans les années 30. La luminescence dans les hétérostructures à base d'arséniure de gallium a d'abord été étudiée au laboratoire de Zh.I. Alférov dans les années 60. et montré qu'il est possible de créer des structures avec un rendement quantique interne proche de 100%. Le développement de structures et de LED à base de nitrure de gallium a été réalisé dans les instituts polytechniques et électrotechniques de Leningrad, à Kalouga, à Zelenograd dans les années 70, mais ils n'ont pas conduit à la création de LED bleues efficaces.
En 1995, j'ai lu les premiers articles de Nakamura et j'ai réalisé que le "problème bleu" était fondamentalement résolu. Ensuite, j'ai reçu une bourse de la Fondation Soros. En décembre, avec cet argent, j'ai pu aller à une conférence aux USA, et là le professeur Jacques Pankov m'a présenté à Sh. Nakamura. J'ai lâché l'appât: je veux présenter aux étudiants de l'Université de Moscou les réalisations avancées dans le domaine des LED bleues et leur parler d'une invention aussi merveilleuse. Le poisson a pris une bouchée et, en février, j'ai reçu un paquet de 10 LED du violet au vert du Dr Sh. Nakamura du Japon. Tout s'est alors avéré simple - la société Nichia Chemical a commencé à commercialiser des LED et s'est intéressée à la publicité scientifique. Dans le laboratoire de l'Université d'État de Moscou, nous les avons soigneusement étudiés, avons pris toutes les caractéristiques et en avons obtenu de nouvelles. résultats scientifiques. Le Dr S. Nakamura a aimablement accepté la publication conjointe de nos premiers articles.
Dans le même temps, des spécialistes du groupe de Boris Ferapontovich Trinchuk à Zelenograd ont présenté des échantillons de LED vertes aux chefs de la police de la circulation et ont reçu des commentaires positifs. Le fait est que ce groupe a fabriqué un prototype de feu de signalisation à LED, mais ils n'avaient pas de bonnes LED vertes. Les feux de signalisation dotés de nouvelles LED vertes super brillantes étaient de loin supérieurs à ceux équipés d'ampoules, et le gouvernement de Moscou a passé une commande de 1 000 feux de signalisation à LED pour le 850e anniversaire de Moscou. Quelle chance !
Juste à ce moment-là, le violoniste kirghize Raikan Karagulova, diplômé du Conservatoire de Moscou, élève de ma femme, qui a travaillé au Japon en tant que premier violon solo de l'Orchestre symphonique d'Osaka, nous rendait visite. Il s'est avéré que son lieu de travail est situé près de Nichia Chemical ! BF Trinchuk lui a donné mille dollars et lui a demandé de les acheter et d'envoyer 200 LED vertes à mon adresse. Parmi ceux-ci, les premiers feux de circulation de ce jubilé mille ont été fabriqués. Moscou est devenue la première ville au monde à utiliser des feux de circulation à LED à grande échelle.
Nos scientifiques et ingénieurs du Sapphire Research Institute ont tenté de reproduire la réalisation japonaise et de fabriquer des structures à base de nitrure pour les LED bleues et vertes sur une ancienne usine épitaxiale qui a dû être mise à niveau pour atteindre plus hautes températures et la pression. Mais l'initiative s'est éteinte faute d'argent et de l'intérêt des dirigeants.
22. Quelles sont les technologies de fabrication actuelles des LED et des modules LED ?
Quant à la croissance des cristaux, la principale technologie est l'épitaxie organométallique. Ce processus nécessite des gaz très purs. À installations modernes prévoit l'automatisation et le contrôle de la composition des gaz, de leurs flux séparés, réglage précis températures des gaz et des substrats. Les épaisseurs des couches développées sont mesurées et contrôlées dans la gamme allant de dizaines d'angströms à plusieurs microns. Différentes couches doivent être dopées avec des impuretés, des donneurs ou des accepteurs afin de créer une jonction p-n avec une forte concentration d'électrons dans la région n et des trous dans la région p.
Dans un processus, qui dure plusieurs heures, il est possible de faire croître des structures sur 6 à 12 substrats d'un diamètre de 50 à 75 mm. Il est très important d'assurer et de contrôler l'homogénéité des structures à la surface des substrats. Le coût des dispositifs de croissance épitaxiale des nitrures semi-conducteurs, développés en Europe (Aixtron et Thomas Swan) et aux USA (Emcore), atteint 1,5 à 2 millions de dollars. L'expérience de différentes entreprises a montré qu'il est possible d'apprendre à obtenir des structures compétitives avec les paramètres nécessaires sur une telle installation dans un délai de un à trois ans. C'est une technologie qui demande une grande culture.
Une étape importante de la technologie est le traitement plan des films : leur gravure, la création de contacts avec les couches n et p et le revêtement avec des films métalliques pour les contacts. Un film développé sur un seul substrat peut être découpé en plusieurs milliers de puces dont la taille varie de 0,24x0,24 à 1x1 mm2.
L'étape suivante consiste à créer des LED à partir de ces puces. Il est nécessaire de monter le cristal dans le boîtier, de réaliser des fils de contact, de réaliser des revêtements optiques qui éclaircissent la surface pour la sortie de rayonnement ou la réfléchissent. Si ce DEL blanche, alors vous devez appliquer uniformément le phosphore. Il est nécessaire, pour assurer l'évacuation de la chaleur de la glace et du boîtier, de réaliser un dôme en plastique qui focalise le rayonnement à l'angle solide souhaité. Environ la moitié du coût d'une LED est déterminée par ces étapes de haute technologie.
La nécessité d'augmenter la puissance pour augmenter le flux lumineux a conduit au fait que la forme traditionnelle du boîtier LED a cessé de satisfaire les fabricants en raison d'une dissipation thermique insuffisante. Il était nécessaire de rapprocher le plus possible la puce de la surface conductrice de la chaleur. A cet égard, remplacer technologie traditionnelle et la technologie SMD (détails de montage de surface) un peu plus avancée vient la technologie de puce à bord (COB) la plus avancée. La LED fabriquée à l'aide de la technologie SOW est représentée schématiquement sur la figure.
Les LED fabriquées à l'aide des technologies SMD et COB sont montées (collées) directement sur un substrat commun, qui peut agir comme un radiateur - dans ce cas, il est en métal. C'est ainsi que sont créés les modules LED, qui peuvent avoir une forme linéaire, rectangulaire ou forme ronde, être rigide ou souple, bref, conçu pour satisfaire tous les caprices du designer. Il existe également des lampes à LED ayant le même culot que les lampes halogènes basse tension, destinées à les remplacer. Et pour les lampes et spots puissants, les assemblages de LED sont réalisés sur un radiateur massif rond.
Auparavant, il y avait beaucoup de LED dans les assemblages de LED. Désormais, à mesure que la puissance augmente, il y a moins de LED, mais le système optique, qui oriente le flux lumineux vers l'angle solide souhaité, joue un rôle de plus en plus important.
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23. Où est-il conseillé d'utiliser des LED aujourd'hui ?
Les LED sont utilisées dans presque tous les domaines de la technologie d'éclairage, à l'exception des zones de production d'éclairage, et même là, elles peuvent être utilisées dans éclairage de secours. Les LED sont indispensables dans éclairage design grâce à leur couleur pure, ainsi que dans les systèmes dynamiques de la lumière. Il est avantageux de les utiliser là où l'entretien fréquent est coûteux, où il est nécessaire d'économiser drastiquement l'énergie et où les exigences de sécurité électrique sont élevées.
Début 2004, Moscou a adopté un programme triennal d'éclairage à économie d'énergie basé sur la technologie LED. Le Conseil de coordination était dirigé par le professeur Yu.B. Eisenberg. Selon ce programme, il est proposé d'utiliser les LED dans la construction pilote, le logement et les services communaux et d'autres domaines. Par exemple, Lumières LED sera installé dans les passages souterrains, les entrées, sur les plates-formes d'ascenseur, c'est-à-dire où un éclairage élevé n'est pas nécessaire, mais un minimum de coûts d'entretien et d'énergie est requis, et une résistance élevée au vandalisme est également importante.
pris
✔ Bien à vous et bonne route ! Paix à tous =)
3 années Mots-clés : led, faq, question, réponse