Существует белый светодиод. Белые светодиоды: революция в освещении — технологии, преимущества и перспективы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое белый светодиод и как он устроен. Каковы преимущества и недостатки светодиодного освещения. Каковы перспективы развития технологии белых светодиодов. Как светодиоды меняют индустрию освещения.

Содержание

Что такое белый светодиод и как он устроен

Белый светодиод — это полупроводниковый прибор, излучающий свет, воспринимаемый человеческим глазом как белый. Существует два основных типа белых светодиодов:

Многокристальные (RGB) светодиоды, содержащие несколько излучателей разных цветов в одном корпусе
Люминофорные светодиоды на основе синего, фиолетового или ультрафиолетового чипа с люминофорным покрытием

Наиболее распространены люминофорные светодиоды, в которых синий светодиодный чип покрыт слоем желтого люминофора. Часть синего излучения проходит через люминофор, а часть преобразуется в желтый свет. В результате смешения получается белый свет.

Преимущества светодиодного освещения

Белые светодиоды обладают рядом важных преимуществ по сравнению с традиционными источниками света:

Высокая энергоэффективность — до 190 лм/Вт
Длительный срок службы — до 50 000 часов и более
Компактные размеры и малый вес
Отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения
Мгновенное включение без времени разогрева
Высокая механическая прочность
Возможность регулировки яркости
Экологическая безопасность

Какие факторы обеспечивают такие высокие характеристики светодиодов? Ключевую роль играет конструкция современного белого светодиода, включающая следующие элементы:

Полупроводниковый кристалл (чип) — источник света
Люминофорное покрытие для преобразования цвета
Теплоотводящий кристаллодержатель
Отражатель для формирования светового пучка
Линза для защиты и фокусировки света

Корпус для монтажа и отвода тепла

Недостатки и ограничения светодиодного освещения

Несмотря на множество достоинств, у светодиодных источников света есть и некоторые недостатки:

Высокая стоимость по сравнению с традиционными лампами
Ограниченный индекс цветопередачи у бюджетных моделей
Необходимость эффективного охлаждения при высоких мощностях
Невозможность работы при температурах выше 80-100°C
Потребность в специальных драйверах питания

Как эти недостатки влияют на применение светодиодов? Высокая цена ограничивает массовое внедрение в бытовом освещении. Проблемы с охлаждением затрудняют создание сверхмощных светодиодных ламп. А необходимость в драйверах усложняет конструкцию светильников.

Области применения белых светодиодов

Несмотря на имеющиеся ограничения, белые светодиоды находят широкое применение во многих сферах:

Общее освещение помещений и улиц
Автомобильные фары и сигнальные огни
Подсветка ЖК-дисплеев
Архитектурная и декоративная подсветка
Аварийное и автономное освещение
Прожекторы и направленное освещение
Портативные фонари и налобные светильники

Где светодиоды показывают наилучшие результаты? Прежде всего, в системах с длительным временем работы, где важна экономия электроэнергии. А также там, где требуются компактность, надежность и стойкость к внешним воздействиям.

Перспективы развития технологии белых светодиодов

Технологии производства белых светодиодов активно развиваются. Основные направления исследований включают:

Разработку более эффективных люминофоров
Создание многокомпонентных светодиодов
Применение квантовых точек
Увеличение квантового выхода полупроводниковых чипов
Использование новых материалов и подложек

Разработку светодиодов без люминофора

Какие результаты ожидаются от этих исследований? Предполагается достижение эффективности более 300 лм/Вт, улучшение цветопередачи до уровня солнечного света, снижение стоимости и расширение областей применения светодиодов.

Влияние светодиодов на индустрию освещения

Внедрение светодиодных технологий оказывает значительное влияние на всю индустрию освещения:

Снижение энергопотребления систем освещения
Появление новых форм-факторов светильников
Развитие «умного» освещения с возможностью управления
Изменение подходов к проектированию осветительных систем
Трансформация рынка комплектующих для светотехники

Как это отражается на потребителях? Они получают более экономичные, долговечные и функциональные системы освещения. При этом изменяется сам подход к освещению — от простой замены ламп к комплексным световым решениям.

Заключение: будущее за светодиодными технологиями

Белые светодиоды произвели настоящую революцию в индустрии освещения. Несмотря на некоторые ограничения, их преимущества обеспечивают все более широкое внедрение в различных сферах. Дальнейшее развитие технологий позволит улучшить характеристики и снизить стоимость светодиодов, что сделает их доминирующим источником света в будущем.

Белый светодиод — Википедия

Мощный белый светодиод.

Бе́лый светодио́д — многокомпонентный полупроводниковый прибор, излучающий свет, вызывающий в силу особенностей психофизиологии восприятия цвета человеком (метамерия) ощущение света, близкого к белому.

Различают два вида белых светодиодов:

Многокристальные светодиоды, чаще — трёхкомпонентные (RGB-светодиоды), имеющие в своём составе три полупроводниковых излучателя красного, зелёного и синего свечения, объединённые в одном корпусе.

Люминофорные светодиоды, создаваемые на основе синего, фиолетового или ультрафиолетового светодиода, имеющие в своём составе слой специального люминофора, преобразующего в результате фотолюминесценции часть излучения светодиода в свет в относительно широкой спектральной полосе с максимумом в области жёлтого (наиболее распространённая конструкция). Излучение светодиода и люминофора, смешиваясь, дают белый свет различных оттенков.

История изобретения

Первые полупроводниковые излучатели красного цвета для промышленного использования были получены Н. Холоньяком в 1962 году. В начале 70-х годов появились светодиоды жёлтого и зелёного цвета свечения. Световой выход этих, в то время ещё малоэффективных, устройств к 1990 году достиг уровня в один люмен. В 1993 году Сюдзи Накамура, инженер компании Nichia (Япония), создал первый синий светодиод высокой яркости. Практически сразу появились светодиодные RGB устройства, поскольку синий, красный и зелёный цвета позволяли получить любой цвет, в том числе и белый. Белые люминофорные светодиоды впервые появились в 1996 г. В дальнейшем технология быстро развивалась, и к 2005 году световая отдача светодиодов достигла значения 100 лм/Вт и более. Появились светодиоды с различными оттенками свечения, качество света позволило конкурировать с лампами накаливания и ставшими уже традиционными люминесцентными лампами. Началось использование светодиодных осветительных устройств в быту, во внутреннем и уличном освещении

[1].

RGB-светодиоды

Типичный спектр RGB-светодиода

[2]^[3]^[4] и более многоцветные^[5] варианты. Многоцветный светодиод, в отличие от других RGB полупроводниковых излучателей (светильники, лампы, кластеры) имеет один законченный корпус, чаще всего аналогичный одноцветному светодиоду. Светодиодные чипы располагаются рядом друг с другом и используют одну общую линзу и отражатель. Поскольку полупроводниковые чипы имеют конечный размер и собственные диаграммы направленности, такие светодиоды чаще всего имеют неравномерные угловые цветовые характеристики^[6]. Кроме того, для получения правильного соотношения цветов зачастую недостаточно установить расчётный ток, поскольку световая отдача каждого чипа неизвестна заранее и подвержена изменениям в процессе работы. Для установки нужных оттенков RGB светильники иногда оснащают специальными регулирующими устройствами^[7].

Спектр RGB светодиода определяется спектром составляющих его полупроводниковых излучателей и имеет ярко выраженную линейчатую форму. Такой спектр сильно отличается от спектра солнца, следовательно индекс цветопередачи RGB светодиода невысок. RGB-светодиоды позволяют легко и в широких пределах управлять цветом свечения путём изменения тока каждого светодиода, входящего в «триаду», регулировать цветовой тон излучаемого ими белого света прямо в процессе работы — вплоть до получения отдельных самостоятельных цветов.

Многоцветные светодиоды имеют зависимость световой отдачи и цвета от температуры за счёт различных характеристик составляющих прибор излучающих чипов, что сказывается в незначительном изменении цвета свечения в процессе работы^[8]^[9]. Срок службы многоцветного светодиода определяется долговечностью полупроводниковых чипов, зависит от конструкции и чаще всего превышает срок службы люминофорных светодиодов.

Многоцветные светодиоды используются в основном для декоративной и архитектурной подсветки^[10]^[11], в электронных табло

[12] и в видеоэкранах.

Люминофорные светодиоды

Спектр одного из вариантов люминофорного светодиода

Комбинирование синего (чаще), фиолетового^[13] или ультрафиолетового (не используются в массовой продукции) полупроводникового излучателя и люминофорного конвертера позволяет изготовить недорогой источник света с неплохими характеристиками. Самая распространённая конструкция^[14] такого светодиода содержит синий полупроводниковый чип нитрида галлия, модифицированный индием (InGaN) и люминофор с максимумом переизлучения в области жёлтого цвета — иттрий-алюминиевый гранат, легированный трёхвалентным церием (ИАГ). Часть мощности исходного излучения чипа покидает корпус светодиода, рассеиваясь в слое люминофора, другая часть поглощается люминофором и переизлучается в области меньших значений энергии. Спектр переизлучения захватывает широкую область от красного до зелёного, однако результирующий спектр такого светодиода имеет ярко выраженный провал в области зелёного-сине-зелёного цвета.

В зависимости от состава люминофора выпускаются светодиоды с разной цветовой температурой («тёплые» и «холодные»). Путём комбинирования различных типов люминофоров достигается значительное увеличение индекса цветопередачи (CRI или R_a)^[15]^[16]. На 2017 год уже существуют светодиодные панели для фото- и киносъёмки, где цветопередача критична, но такое оборудование дорого, а производители — единичны.

Один из путей увеличения яркости люминофорных светодиодов при сохранении или даже снижении их стоимости — увеличение тока через полупроводниковый чип без увеличения его размеров — увеличение плотности тока. Такой метод связан с одновременным повышением требований к качеству самого чипа и к качеству теплоотвода. С увеличением плотности тока электрические поля в объёме активной области снижают световой выход^[17]. При достижении предельных токов, поскольку участки светодиодного чипа с различной концентрацией примеси и разной шириной запрещённой зоны проводят ток по-разному^[18], происходит локальный перегрев участков чипа, что влияет на световой выход и долговечность светодиода в целом. В целях увеличения выходной мощности при сохранении качества спектральных характеристик, теплового режима, выпускаются светодиоды, содержащие кластеры светодиодных чипов в одном корпусе^[19].

Одна из самых обсуждаемых тем в области технологии полихромных светодиодов — это их надёжность и долговечность. В отличие от многих других источников света, светодиод с течением времени меняет свои характеристики светового выхода (эффективности), диаграммы направленности, цветовой оттенок, но редко выходит из строя полностью. Поэтому для оценки срока полезного использования принимают, например для освещения, уровень снижения светоотдачи до 70 % от первоначального значения (L70)^[20]. То есть, светодиод, яркость которого в процессе эксплуатации снизилась на 30 %, считается вышедшим из строя. Для светодиодов, используемых в декоративной подсветке, используется в качестве оценки срока жизни уровень снижения яркости 50 % (L50).

Срок службы люминофорного светодиода зависит от многих параметров^[21]. Кроме качества изготовления самой светодиодной сборки (способа крепления чипа на кристаллодержателе, способа крепления токоподводящих проводников, качества и защитных свойств герметизирующих материалов), время жизни в основном зависит от особенностей самого излучающего чипа и от изменения свойств люминофора с течением наработки (деградация). Причём, как показывают многочисленные исследования, основным фактором влияния на срок службы светодиода считается температура.

Влияние температуры на срок службы светодиода

Полупроводниковый чип в процессе работы часть электрической энергии отдаёт в виде излучения, часть в виде тепла. При этом, в зависимости от эффективности такого преобразования, количество тепла составляет около половины для самых эффективных излучателей или более. Сам полупроводниковый материал обладает невысокой теплопроводностью, кроме того, материалы и конструкция корпуса обладают определённой неидеальной тепловой проводимостью, что приводит к разогреву чипа до высоких (для полупроводниковой структуры) температур. Современные светодиоды работают при температурах чипа в районе 70-80 градусов. И дальнейшее увеличение этой температуры при использовании нитрида галлия недопустимо. Высокая температура приводит к увеличению количества дефектов в активном слое, приводит к повышенной диффузии, изменению оптических свойств подложки. Всё это приводит к увеличению процента безызлучательной рекомбинации^[22] и поглощению фотонов материалом чипа. Увеличение мощности и долговечности достигается усовершенствованием как самой полупроводниковой структуры (снижение локального перегрева), так и развитием конструкции светодиодной сборки, улучшением качества охлаждения активной области чипа. Также проводятся исследования с другими полупроводниковыми материалами или подложками^[23]^[24].

Люминофор также подвержен действию высокой температуры. При длительном воздействии температуры переизлучательные центры ингибируются, и коэффициент преобразования, а также спектральные характеристики люминофора, ухудшаются. В первых и некоторых современных конструкциях полихромных светодиодов люминофор наносится прямо на полупроводниковый материал и тепловое воздействие максимально. Кроме мер по снижению температуры излучающего чипа, производители используют различные способы снижения влияния температуры чипа на люминофор. Технологии изолированного люминофора^[25] и конструкции светодиодных ламп, в которых люминофор физически отделён от излучателя, позволяют увеличить срок службы источника света.

Корпус светодиода, изготавливаемый из оптически прозрачной кремнийорганической пластмассы или эпоксидной смолы, подвержен старению под воздействием температуры и со временем начинает тускнеть и желтеть, поглощая часть излучаемой светодиодом энергии. Отражающие поверхности также портятся при нагреве — вступают во взаимодействие с другими элементами корпуса, подвержены коррозии. Все эти факторы в совокупности приводят к тому, что яркость и качество излучаемого света постепенно снижается. Однако, этот процесс можно успешно замедлить, обеспечивая эффективный теплоотвод.

Конструкция люминофорных светодиодов

Схема одной из конструкций белого светодиода. MPCB — печатная плата с высокой тепловой проводимостью.

Современный люминофорный светодиод — это сложное устройство, объединяющее много оригинальных и уникальных технических решений. Светодиод имеет несколько основных элементов, каждый из которых выполняет важную, зачастую не одну функцию^[26]^[27]:

Светодиодный чип. Полупроводниковый материал, используемый в составе светодиодов, кроме собственно способности излучать свет с высокой эффективностью, должен иметь хорошую оптическую прозрачность (для обеспечения свободного выхода квантов света из активной области), иметь хорошую электрическую проводимость (для снижения активных потерь при прохождении тока) и ещё удовлетворять многим критериям технологичности в производстве.
Люминофор. Слой люминофора или смеси люминофоров подбирается весьма тщательно. Кроме достаточно широкого спектра переизлучения, активный материал и вещество, которое играет роль носителя, должны обеспечивать минимальный уровень безызлучательного поглощения. Особое внимание уделяется температурной стойкости и стабильности при длительной работе. Способ нанесения люминофора во многом определяет цветовые характеристики, в том числе угловые характеристики цвета и яркости^[28].
Кристаллодержатель. Медный или другой материал, обработанный специальным образом для обеспечения хороших отражающих свойств и максимальной теплопроводности. Современные конструкции светодиодов позволяют обеспечить достаточно низкое тепловое сопротивление, например за счёт пайки на поверхность (SMD) теплопроводного элемента корпуса светильника. Кристаллодержатель обычно сочетает в себе и функцию отражателя света, поскольку часть переизлучённой энергии, а также часть рассеянного в слое люминофора света возвращается обратно.
Клей или эвтектический сплав. Способ крепления светодиодного чипа в корпусе должен обеспечивать прочность соединения, хороший и равномерный электрический контакт и отличную теплопроводность. Кроме этого, должен иметь хорошую отражающую способность и выдерживать длительное воздействие высокой температуры.
Отражатель. Форма и размер отражателя, совместно с оптической линзой, формируют необходимую диаграмму направленности светодиода. Для увеличения отражающей способности поверхность кристаллодержателя, отражателя и токоподводящих элементов имеют специальные покрытия из различных материалов, от простых вариантов из серебра и алюминия до сложных композитных покрытий, представляющих собой распределённый брэгговский отражатель^[29].
Защитный компаунд, объединяющий собственно элемент, защищающий структуру светодиода от коррозии и воздействия окружающей среды, и линзу (в случае необходимости фокусирования светового потока).
Токоподводящие элементы. Проводники или токоподводящие нити подводят ток к верхней, направленной наружу, стороне полупроводникового чипа. Такой проводник и способ его крепления должен, с одной стороны, обеспечить хороший контакт и низкое активное сопротивление току, с другой стороны, не должен препятствовать выходу света.

Все элементы конструкции светодиода испытывают тепловые нагрузки и должны быть подобраны с учетом степени их теплового расширения. И немаловажным условием хорошей конструкции является технологичность и низкая стоимость сборки светодиодного прибора и монтажа его в светильник.

Яркость и качество света

Самым важным параметром считается даже не яркость светодиода, а его световая отдача, то есть световой выход с каждого ватта потреблённой светодиодом электрической энергии. Световая отдача современных светодиодов достигает 190 лм/Вт^[30]. Теоретический предел технологии оценивается более чем в 300 лм/Вт^[31]^[32]. При оценке необходимо учитывать, что эффективность светильника на базе светодиодов существенно ниже за счёт КПД источника питания, оптических свойств рассеивателя, отражателя и других элементов конструкции. Кроме того, производители зачастую указывают начальную эффективность излучателя при нормальной температуре, тогда как температура чипа в процессе работы значительно выше.^{[источник не указан 212 дней]} Это приводит к тому, что реальная эффективность излучателя ниже на 5—7 %, а светильника — зачастую вдвое.

Второй не менее важный параметр — качество производимого светодиодом света. Для оценки качества цветопередачи существует три параметра:

Цветовая температура, цветовая коррелированная температура (correlated color temperature, CCT) — характеризует оттенок цвета, даётся производителями для указания субъективного восприятия цветового оттенка света, производимого источником, в сравнении с Планковским чёрным телом, нагретым до указанной температуры (в Кельвинах). Для освещения жилых помещений преимущественно используют излучатели тёплого света (от 2700 K до 3000 K) и в некоторых случаях нейтрального (от 3500 K до 4000 K).
Индекс цветопередачи (color rendering index, CRI) — характеризует полноту спектра излучения, способность передавать правильно цвет предметов, по сравнению с солнечным светом. Определяется по стандарту опытным путём при сравнении цвета восьми эталонов, освещённых тестовым источником и максимально приближенным к идеальному. Считается, что источник бытового освещения должен иметь индекс цветопередачи не менее 80.
Качество света. Цветовая температура и индекс цветопередачи во многих случаях не могут адекватно передать качество производимого светодиодами света. Это в основном определяется особенностями спектра с резкими выбросами и провалами. Некоторые цвета, такие как глубокий красный, не анализируются по стандарту измерения CRI. Для более полной оценки качества света принимаются новые методики, например основанные не на восьми, а на девяти эталонах (с дополнительным девятым эталоном красного цвета R₉), шкала качества цвета (Color Quality Scale, CQS), которая в будущем может заменить CRI^[33]^[34].

Люминофорный светодиод на базе ультрафиолетового излучателя

Кроме уже ставшего распространённым варианта комбинации голубого светодиода и ИАГ, развивается также конструкция на базе ультрафиолетового светодиода. Полупроводниковый материал, способный излучать в близкой ультрафиолетовой области^[35], покрывают несколькими слоями люминофора на базе европия и сульфида цинка, активированного медью и алюминием. Такая смесь люминофоров дает максимумы переизлучения в районе зелёной, синей и красной областей спектра. Полученный белый свет обладает весьма хорошими характеристиками качества, однако эффективность такого преобразования пока невелика. Этому есть три причины^{[источник не указан 1973 дня]}: первая связана с тем, что разница между энергией падающего и излученного квантов при флюоресценции теряется (переходит в тепло), и в случае ультрафиолетового возбуждения она значительно больше. Вторая причина — в том, что часть УФ излучения, не поглощенная люминофором, не участвует в создании светового потока, в отличие от светодиодов на основе синего излучателя, а увеличение толщины люминофорного покрытия приводит к повышению поглощения в нём света люминесценции. И наконец, КПД ультрафиолетовых светодиодов значительно ниже КПД синих.

Достоинства и недостатки люминофорных светодиодов

Учитывая высокую стоимость светодиодных источников освещения по сравнению с традиционными лампами, необходимы веские причины для использования таких устройств^[36]:

Основное преимущество белых светодиодов — высокий КПД. Низкое удельное энергопотребление позволяет применять их в длительно работающих источниках автономного и аварийного освещения.
Высокая надежность и длительный срок службы позволяют говорить о возможной экономии на замене ламп. Кроме того, использование светодиодных источников света в труднодоступных местах и уличных условиях позволяет снизить затраты на обслуживание. В совокупности с высокой эффективностью, можно сказать о существенной экономии средств при использовании светодиодного освещения в некоторых применениях.
Малый вес и размер устройств. Светодиоды отличаются малыми габаритами и пригодны для использования в труднодоступных местах и малогабаритных переносных устройствах.
Отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения в спектре позволяет использовать светодиодное освещение без вреда для человека и в специальных целях (например, для освещения раритетных книг или других подверженных влиянию света предметов), так как ультрафиолет губителен для тканей, живописи и кожи человека, а инфракрасное излучение дает много тепла и может привести к ожогам^[37]. Однако безопасность видимого спектра также бывает переоценена^[38].
Отличная работа при отрицательных температурах без снижения, а зачастую и с улучшением, параметров. Большинство типов светодиодов показывают бо́льшую эффективность и долговечность при снижении температуры, однако устройства питания, управления и элементы конструкции могут иметь противоположную зависимость.
Светодиоды — безынерционные источники света, они не требуют времени на прогрев или выключение, как, например, люминесцентные лампы и количество циклов включения и выключения не оказывает негативного влияния на их надежность.
Хорошая механическая прочность позволяет использовать светодиоды в тяжёлых условиях эксплуатации.
Легкость регулирования мощности как скважностью, так и регулированием тока питания без снижения параметров эффективности и надёжности.
Безопасность использования, нет опасности поражения электрическим током за счет низкого питающего напряжения.
Низкая пожароопасность, возможность использования в условиях взрывоопасности и опасности возгорания за счет отсутствия накальных элементов.
Влагостойкость, стойкость к воздействию агрессивных сред.
Химическая нейтральность, отсутствие вредных выбросов и отсутствие специальных требований к процедурам утилизации.

Но есть и недостатки:

Белые светодиоды в производстве значительно дороже и сложнее аналогичных по световому потоку ламп накаливания, хотя их цена постоянно снижается.
Обладают в большинстве невысоким качеством цветопередачи (индекс CRI, по сравнению с солнечным цветом), которое, однако, постоянно растет с развитием технологий производства светодиодов и их сочетаний в конечном продукте (лампы, светильники).
Существуют опасения о вреде светодиодных источников для подверженных влиянию света предметов, например, произведений искусства.^[38]^[39] Также вероятно вредное воздействие на органы зрения.^[40] Следует отметить, что подобные утверждения и исследования, как правило, относятся к холодным лампам (>5000 К, чей свет в значительной мере отличается от привычного солнечного спектра).
При переходе от бытовых к промышленным светильникам требуется продуманная и надёжная система охлаждения.
Принципиальная невозможность работы при повышенных температурах окружающей среды более 60 — 80 °C.
В силу значительной нелинейности вольт-амперной характеристики светодиоды не могут питаться напрямую от источников напряжения и требуют для сохранения высокого КПД всей системы применения достаточно сложных специализированных источников питания (обычно импульсных преобразователей — драйверов). В бытовых светодиодных лампах преобразователь встраивают в цоколь, что повышает требования к его охлаждению.

Светодиоды освещения обладают также особенностями, присущими всем полупроводниковым излучателям, учитывая которые, можно найти наиболее удачное применение, например, направленность излучения. Светодиод светит только в одну сторону без применения дополнительных отражателей и рассеивателей. Светодиодные светильники наилучшим образом подходят для местного и направленного освещения.

Перспективы развития технологии белых светодиодов

Мощный белый светодиод 20 Вт в сравнении с индикаторным 50 мВт светодиодом.

Технологии изготовления светодиодов белого цвета, пригодных для целей освещения, находятся в стадии активного развития. Исследования в этой области стимулируются повышенным интересом со стороны общества. Перспективы значительной экономии энергии привлекают инвестиции в сферу изучения процессов, развития технологии и поиска новых материалов. Судя по публикациям производителей светодиодов и сопутствующих материалов, специалистов в области полупроводников и светотехники, можно обозначить пути развития в этой области:

Исследования и поиск более эффективных и качественных люминофоров. Коэффициент преобразования люминофора влияет на общую эффективность светодиода, кроме того, спектр переизлучения во многом определяет качество излучаемого света. КПД самого на сегодняшний день популярного люминофора ИАГ составляет немногим более 95 %^[41]. Эффективность же других люминофоров, обеспечивающих лучший спектр белого света, существенно меньше. Получение более эффективного, долговечного и с нужным спектром люминофора является целью многочисленных исследований^[42]^[43]^[44]^[45]^[46]^[47].
Комбинированные многокомпонентные светодиоды. Кроме комбинации полупроводниковых чипов различного цвета появляются светодиоды, содержащие несколько цветных чипов и люминофорный компонент^[4]. Результирующий многокристальный светодиод получается ярким и хорошего качества, но его стоимость пока высока.
Белые светодиоды на квантовых точках. Использование в качестве конвертора квантовых точек позволяет создать светодиод с хорошим качеством света^[48], однако, эффективность такого метода пока невысока.
Увеличение эффективности полупроводниковых излучающих материалов. Самый большой резерв эффективности — светодиодный чип. Квантовый выход для большинства полупроводниковых структур не превышает 50 %. Пока что самый высокий уровень эффективности достигнут у красных светодиодов и составляет чуть больше 60 %^[49].
Переход на более дешёвые полупроводниковые структуры. Эпитаксиальные структуры на базе нитрида галлия (GaN) традиционно выращивают на подложке из сапфира. Использование в качестве основы других материалов, например, карбида кремния, чистого кремния, оксида галлия^[50], позволяет существенно снизить стоимость светодиода^[51]. Кроме попыток легирования нитрида галлия разными веществами, исследования ведутся с другими полупроводниковыми материалами — ZnSe, InN, AlN, BN.
Светодиоды без люминофора на базе эпитаксиальной структуры ZnSe на подложке ZnSe, активная область которой испускает голубой, а подложка одновременно (за счет того, что селенид цинка — эффективный люминофор сам по себе) — жёлтый свет^[52].
Светодиоды с полупроводниковыми преобразователями излучения. Дополнительный слой полупроводника с меньшей шириной запрещенной зоны способен поглотить часть световой энергии, что приводит к вторичному излучению в области меньших значений энергии^[53].

См. также

Примечания

↑ Philips, 2010, p. 19—20.
↑ Светодиоды MC-E компании Cree, содержащие красный, зелёный, голубой и белый излучатели (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Светодиоды VLMx51 компании Vishay, содержащие красный, оранжевый, жёлтый и белый излучатели (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ ¹ ² Многоцветные светодиоды XB-D и XM-L компании Cree (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Светодиоды XP-C компании Cree, содержащие шесть монохроматических излучателей (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Никифоров С. «S-класс» полупроводниковой светотехники // Компоненты и технологии : журнал. — 2009. — № 6. — С. 88—91.
↑ Трусон П. Халвардсон Э. Преимущества RGB-светодиодов для осветительных приборов // Компоненты и технологии : журнал. — 2007. — № 2.
↑ Шуберт, 2008, p. 404.
↑ Никифоров С. Температура в жизни и работе светодиодов // Компоненты и технологии : журнал. — 2005. — № 9.
↑ Светодиоды для интерьерной и архитектурной подсветки (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Сян Лин Ун (Siang Ling Oon). Светодиодные решения для систем архитектурной подсветки // Полупроводниковая светотехника : журнал. — 2010. — № 5. — С. 18—20.
↑ Светодиоды RGB для использования в электронных табло (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ High CRI LED Lighting | Yuji LED. yujiintl.com. Проверено 3 декабря 2016.
↑ Туркин А. Нитрид галлия как один из перспективных материалов в современной оптоэлектронике // Компоненты и технологии : журнал. — 2011. — № 5.
↑ Светодиоды с высокими значениями CRI (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Технология EasyWhite компании Cree (англ.). LEDs Magazine. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Никифоров С., Архипов А. Особенности определения квантового выхода светодиодов на основе AlGaInN и AlGaInP при различной плотности тока через излучающий кристалл // Компоненты и технологии : журнал. — 2008. — № 1.
↑ Никифоров С. Теперь электроны можно увидеть: светодиоды делают электрический ток очень заметным // Компоненты и технологии : журнал. — 2006. — № 3.
↑ Светодиоды с матричным расположением большого количества полупроводниковых чипов (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Срок службы белых светодиодов (англ.). U.S. Department of Energy. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Виды дефектов LED и методы анализа (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Шуберт, 2008, p. 61, 77—79.
↑ Светодиоды компании SemiLEDs (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ GaN-on-Si Программа исследований светодиодов на кремниевой основе (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012.
↑ Технология изолированного люминофора компании Cree (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Туркин А. Полупроводниковые светодиоды: история, факты, перспективы // Полупроводниковая светотехника : журнал. — 2011. — № 5. — С. 28—33.
↑ Иванов А. В., Фёдоров А. В., Семёнов С. М. Энергосберегающие светильники на основе высокоярких светодиодов // Энергообеспечение и энергосбережение – региональный аспект : XII Всероссийское совещание: материалы докладов. — Томск: СПБ Графикс, 2011. — С. 74—77.
↑ Шуберт, 2008, p. 424.
↑ Отражатели для светодиодов на основе фотонных кристаллов (англ.). Led Professional. Проверено 16 февраля 2013. Архивировано 13 марта 2013 года.
↑ XLamp XP-G3 (англ.). www.cree.com. Проверено 31 мая 2017.
↑ Белые светодиоды с высоким световым выходом для нужд освещения (англ.). Phys.Org™. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Cree First to Break 300 Lumens-Per-Watt Barrier (англ.). www.cree.com. Проверено 31 мая 2017.
↑ Основы светодиодного освещения (англ.). U.S. Department of Energy. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Шаракшанэ А. Шкалы оценки качества спектрального состава света — CRI и CQS // Полупроводниковая светотехника : журнал. — 2011. — № 4.
↑ Ультрафиолетовые светодиоды SemiLED с длиной волны 390-420 нм. (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
↑ Philips, 2010, p. 4—5.
↑ О светодиодах (недоступная ссылка)
↑ ¹ ² LED lights may be bad for Van Gogh paintings
↑ What’s All this About Van Gogh and LEDs?
↑ Светодиодные лампы могут сделать нас слепыми
↑ Н.П.Сощин. Современные фотолюминофоры для эффективных приборов твердотельного освещения. Материалы конференции. (рус.) (february 1, 2010). Архивировано 27 октября 2012 года.
↑ О.Е.Дудукало, В.А.Воробьев. Синтез люминофора на основе алюмоиттриевого граната для источников белого света на основе сид методом горения. Материалы конференции. (рус.) (may 31, 2011). Архивировано 27 октября 2012 года.
↑ Тесты ускоренной температурной деградации люминофоров (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 23 ноября 2012 года.
↑ Research and Markets Releases New 2012 Report on LED Phosphor Materials (англ.). LED Professional. Проверено 30 ноября 2012. Архивировано 10 декабря 2012 года.
↑ Intematix представил набор люминофоров для качественной цветопередачи (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 23 ноября 2012 года.
↑ Lumi-tech предложил SSE люминофор для белых светодиодов (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 23 ноября 2012 года.
↑ Красный фосфор от компании Intematix (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 23 ноября 2012 года.
↑ Светодиоды на квантовых точках (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 23 ноября 2012 года.
↑ Прототип красного всетодиода с длиной волны 609 нм компании Osram с эффективностью 61 % (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 23 ноября 2012 года.
↑ Светодиоды на подложке из оксида галлия (англ.). LED Professional. Проверено 15 февраля 2013. Архивировано 13 марта 2013 года.
↑ Переход на структуру GaN-on-Si (англ.). LED Professional. Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 23 ноября 2012 года.
↑ Tim Whitaker. Joint venture to make ZnSe white LEDs (англ.) (December 6, 2002). Проверено 10 ноября 2012. Архивировано 27 октября 2012 года.
↑ Шуберт, 2008, p. 426.

Литература

Ссылки