Основные современные материалы, используемые в кристаллах светодиодов:
InGaN – синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости;
AlGaInP - желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости;
AlGaAs - красные и инфракрасные светодиоды;
GaP – желтые и зеленые светодиоды.
устройство 5мм.- светодиодов (слева) и мощных (справа) светодиодов
Устройство светодиодов различных типов упрощенно представлено на рисунках. Свет, излучаемый полупроводниковым кристаллом, попадает в миниатюрную оптическую систему, образованную сферическим рефлектором и самим прозрачным корпусом диода, имеющим форму линзы. Изменяя конфигурацию рефлектора и линзы, устанавливая вторичные линзы, добиваются необходимой направленности излучения.
трехкристалльный RGB светодиод под микроскопом
Кроме светодиодов лампового типа (3,5,10мм, их форма действительно напоминает миниатюрную лампочку с двумя выводами), в последнее время все большее распространение получают SMD - светодиоды. Они совершенно иной конструкции, отвечающей требованиям технологии автоматического монтажа на поверхность печатной платы (surface mounted devices – SMD).
А сверхяркие светодиоды такого типа называются эммитеррами (emitter, англ. "излучатель").
SMD светодиоды имеют более компактные размеры, допускают автоматическую расстановку и пайку на поверхность платы без ручной сборки. Некоторые производители светодиодов выпускают специальные SMD-диоды, содержащие в одном корпусе три кристалла, излучающие свет трех основных цветов – красный, синий и зеленый. Это позволяет получить при смешении их излучения всю цветовую гамму, включая белый цвет, при ультракомпактных размерах.
Яркость светодиода характеризуется световым потоком (Люмены) и осевой силой света (канделлы), а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов.
Цвет, как обычно, определяется координатами цветности, цветовой температурой белого света (Кельвин), а также длиной волны излучения (нанометры).
Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности (характеристика "Люмен/Ватт"). Также интересной характеристикой оказывается цена одного люмена ($/Люмен).
По силе света светодиоды делятся на три основные группы:
- Светодиоды ультравысокой яркости, мощностью от 1W (Ultra-high brightness LEDs) – сотни канделл;
- Светодиоды высокой яркости, мощнотью до 20 mW (High brightness LEDs) – сотни и тысячи милликанделл;
- Светодиоды стандартной яркости (Standard brightness LEDs) – десятки милликанделл.
Итак, любой светодиод состоит из одного или нескольких кристаллов, размещенных в корпусе с контактными выводами и оптической системы (линзы), формирующей световой поток. Длина волны излучения кристалла (цвет) зависит от материала полупроводника и от легирующих примесей. Биновка (wavelength bin) кристаллов по длине волны излучения происходит при их изготовлении. В партии поставки на современном производстве отбираются близкие по спектру излучения кристаллы.
Широкий диапазон оптических характеристик, миниатюрные размеры и гибкие возможности по дискретному управлению обеспечили применение светодиодов для создания самых различных световых приборов и изделий. Светодиод излучает в узкой части спектра, на определенной длине волны его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры.
Современное разнообразие светодиодов и так называемых светодиодных сборок делает часто нетривиальной задачу выбора подходящих комплектующих для реализации тех или иных светотехнических приложений. Основные параметры светодиодов – цветность, сила света и угол обзора по половинной мощности излучения. Но для профессионального выбора, оценки качества и эффективности изделий необходим учет многих других характеристик светодиодов. Ниже приведен их краткий перечень.
Значение характеристик и параметров в конкретном случае зависит от типа кристалла, конструкции и размера рефлектора, структуры и толщины люминофорного покрытия, методов формирования оптической линзы и других факторов.
LeDD, 05.02.2010
