Изготовление и принцип работы светодиодов
Изготовление и принцип работы светодиодов
Светодиоды прочно вошли в жизнь современного человека. Они есть в фарах автомобилей, уличных светильниках, витринах магазинов и в домашних люстрах.
Лампы накаливания светят за счёт нагревания вольфрамовой нити. От длины этой нити зависит и мощность лампочки. На нагрев нити уходит 96% энергии и только 4% идёт на свет. В светодиодной же лампочке всё наоборот — 4% уходит на тепло, а остальная энергия тратится на освещение.
Сейчас большинство производителей низшего уровня изготавливают эти устройства методом лазерной нарезки кристаллографических пластин. На них наносится слой светонепроницаемой пыли, после чего происходит процесс разрезания квадратиков. Они наклеиваются на подложку при помощи ультрафиолетового прозрачного токопроводящего клея. Такая система не может быть долговечной из-за своего внутреннего устройства. Она рано или поздно начнёт давать расслоения, поэтому происходит преждевременный выход из строя.
Мы рассмотрим технологию выращивания кристаллов на так называемых сапфировых подложках. Они позволяют получить поразительное качество при достаточно невысокой стоимости. Весь процесс сводится к получению элемента, способного без сбоев проводить электрический ток. Чем меньше мертвых зон в сечении, тем точнее получаются световые характеристики. Чистота напрямую влияет на срок службы, устойчивость к перепаду напряжения и генерируемый спектр. Сапфировая подложка является точкой отсчёта для нарастания слоёв кристаллической массы с определенной структурой. Его идеальная кристаллическая решетка лежит в основе большого количества процессов в радиоэлектронике.
Основы процесса
Сапфировые подложки качественно калибруют на этапе сортировки. Далеко не все образцы проходят подбор, ведь их скрытые дефекты обязательно дадут неровный кристалл, обеспечивающий неправильное свечение. Наращивание происходит обязательно в присутствии инертного газа, что гарантирует отсутствие оксидов на поверхности. Регулировка температуры позволяет делать послойную структуру с металлами, вызывающими свечение. Если быть более точными, то используются сложные многокомпонентные сплавы, позволяющие долговременную эксплуатацию. Описание процесса звучит солидно, но толщина наращивания составляет всего 5‒7 микрометров. Это и есть основа каждого светодиода. Его рабочая часть невидима для невооруженного глаза. Весь процесс наращивания длится около 6‒7 часов. Кристаллизация достигается при помощи перепадов температур. Достаточно пропустить электрический ток через полученную структуру для достижения свечения. Подаваемое напряжение должно обладать определенным сводом параметров для лучшего соотношения долговечности и яркости.
Количество заряжаемых одновременно в камеру светодиодов постоянно увеличивается, что снижает стоимость осветительного прибора. В данный момент наиболее продвинутые производители обладают устройствами, позволяющими одновременное выращивание до 5000 кристаллов. Проблема количества в промышленных масштабах решается только количеством камер. Повышение ёмкости влечёт снижение стоимости.
Что касается концентрации металлов или точнейшего соблюдения толщины наращиваемого слоя, то здесь практически невозможно что-либо предсказывать. Каждый производитель имеет собственные секреты, но они составляют коммерческую тайну. Поэтому сложно что-либо утверждать.
Свечение светодиода
В основе функционирования лежит элементарное преобразование электрической энергии в поток света. Потенциалы отрицательного и положительного заряда могут быть неравномерными, что сильно влияет на излучаемый спектр. Для подведения контактов внутрь кристалла используется расслоение при помощи алмазных лезвий крайне малой толщины. Она немного раздвигают слои, а туда вставляются позолоченные или золотые контакты. Рассмотреть эти проводники можно только при сильнейшем увеличении.
Подаваемое напряжение позволяет регулировать спектральный состав луча. Именно поэтому существуют светодиодные лампочки с холодным и тёплым светом.
После этого кристаллическая поверхность закрывается при помощи люминофора, которые обеспечивает определенную проходимость излучения. Он играет роль спектрального фильтра. От качества покрытия напрямую зависит качество освещения поверхностей, а также долговечность устройства, ведь верхний кристаллический слой в условиях контакта с воздухом может осыпаться.
От защитного люминофора и зависит долговечность работы прибора. На самом деле срок в 50000 часов не является пределом. Просто светодиод будет работать более тускло, но его основная функция будет сохранена. В данный момент существуют различные решения с практически вечным свечением, но их применение в быту нецелесообразно.
