Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.
http://belmanhetten.ru/article/detail.php?ID=9451&S_ID=984

1. Из чего состоит светодиод?

Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного светодиода схематически изображена на рисунке.



2. Как работает светодиод?

Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему?

Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона.

Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения.

Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу. Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

3. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?

Разумеется, да. Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

4. Чем хорош светодиод?

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют.

Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы достигает 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5 — 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы.

Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

5. Когда светодиоды начали применяться для освещения?

Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.

В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо — не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.

К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.

6. От чего зависит цвет светодиода?

Исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

7. Что такое квантовый выход светодиода?

Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход.

Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться).

Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим теплоотводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а ддя синих — 35%. Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.

8. Как получить белый свет с использованием светодиодов?

Существует три способа получения белого света от светодиодов.

Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет.

Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа.

И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

9. Какой из трех способов лучше?

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах.

Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения — суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать. Б

елые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО.

Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих — люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод.

Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

10. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА.

Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1 А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода.

Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения. Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности.

Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

11. Как реагирует светодиод на повышение температуры?

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

12. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

Как видно из рисунка, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению. типичная вольт-амперная характеристика светодиода

13. Для чего светодиоду требуется конвертор?

Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.

14. Можно ли регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания — этого-то как раз делать нельзя, — а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы).

Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

15. Чем определяется срок службы светодиода?

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20 — 100 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

16. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени?

Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее время нет стандартов, которые позволили бы выразить количественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

17. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?

Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания.

18. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей?

Что касается выращивания кристаллов, то основная технология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон.

Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок — в р-области. За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6 — 12 подложках диаметром 50 — 75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек.

Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5 — 2 млн. долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это — технология, требующая высокой культуры.

Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к п- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24x0,24 до 1x1 мм2.

Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый светодиод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол.

Около половины стоимости светодиода определяется этими этапами высокой технологии. Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-технологии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.

Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора — в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера.

Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, призванные им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на круглом массивном радиаторе. Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов.

Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.


технология СОВ

Источник статьи: ООО "Фокус"

Перфекционный ультра-современный интерьер/Transformer


Как «построить дом» в однокомнатной квартире. Система Domestic Transformer от Гэри Чанга

Как вы думаете, что может поместиться в крошечной квартире площадью 32 квадратных метра? Спальня, кухня, обширная библиотека, зал с домашним кинотеатром, гардероб, система хранения, ванная комната, встроенная бытовая техника и даже гамак! А еще перфекционный ультра-современный интерьер, солнечное утро, романтический вечер или дружеская вечеринка.


Как «построить дом» в однокомнатной квартире. Система Domestic Transformer от Гэри Чанга

Волшебство – никак иначе нельзя назвать результат работы молодого архитектора из Гонконга Гэри Чанга (Gary Chang), который превратил свою маленькую квартиру в футуристический дом-трансформер, способный принимать как минимум 24 функциональные конфигурации.


Как «построить дом» в однокомнатной квартире. Система Domestic Transformer от Гэри Чанга

Разработанный архитектором механизм мобильных стен Domestic Transformer работает по принципу «гармошки» и позволяет менять обстановку в зависимости от обстоятельств и функциональной необходимости.


Как «построить дом» в однокомнатной квартире. Система Domestic Transformer от Гэри Чанга

Разумеется, такая квартира может стать жилищем только для одного человека, который большую часть времени проводит на работе, вне дома. Однако нельзя не согласиться, что Domestic Transformer - действительно уникальная возможность организации быта и комфорта в перенаселенном муравейнике-мегаполисе при отсутствии более масштабных территориальных возможностей.



Как «построить дом» в однокомнатной квартире. Система Domestic Transformer от Гэри Чанга

А инновационный принцип работы механизма трансформации будет способствовать поддержанию порядка, так как у всех вещей и предметов здесь есть строго отведенные им места и не так уж много возможностей потеряться где-нибудь в другой комнате.



Как «построить дом» в однокомнатной квартире. Система Domestic Transformer от Гэри Чанга

К тому же, необходимость прилагать хоть и небольшие, но усилия для перевоплощения пространства вокруг себя не позволит утратить хорошую физическую форму!

StreetStepper bike. Велосипед и тренажер

Несмотря на то, что велосипед и так считается спортом, в Австрии решили, что этого недостаточно для тех, кто предпочитает совмещать приятное с полезным, и выпустили гибрид велосипеда и такого спортивного тренажера как степпер. В итоге получился девайс под названием StreetStepper bike, велосипед и тренажер.

Кататься на стрит-степпере не сложнее, чем на велосипеде. Разве что вместо того, чтобы крутить педали, здесь нужно на них давить, будто идешь по ступенькам. В итоге нагрузка на ноги и ягодицы куда больше, чем если ездить на обычном велосипеде, а на запястья - намного ниже.


StreetStepper bike. Велосипед и тренажер


StreetStepper bike. Велосипед и тренажер


StreetStepper bike. Велосипед и тренажер

Правда, любителям быстрой езды может не понравиться то, что максимальная скорость, которую можно "выжать" из StreetStepper bike, составляет только 30 км/ч. Но производители утверждают, что основная цель этого новаторского велосипеда - помогать людям поддерживать форму, а не обгонять проезжающие мимо автобусы.


StreetStepper bike. Велосипед и тренажер


StreetStepper bike. Велосипед и тренажер

Стрит-степпер в действии можно посмотреть на этом видеоролике, а узнать дополнительную информацию - на сайте Streetstepper... http://www.streetstepper.com/

Современные технологии в мебели/АРТ-Декоративные магнитные панели ModulArt от Presotto

Романтический вечер, веселый семейный праздник, тематическая вечеринка или просто смена эмоций и душевного состояния? Разработанная итальянской компанией-производителем Presotto серия магнитных декоративных панелей ModulArt предлагает инновационный способ адаптации пусть даже очень стильных, но все-таки серийных предметов мебели к обстоятельствам, индивидуальным предпочтениям и интерьеру.


Современные технологии в мебели/АРТ-Декоративные магнитные панели ModulArt от Presotto

Мы уже не раз рассказывали об обладающих «магнетизмом» в прямом и переносном смысле этого слова предметах декора, при помощи которых можно динамично вносить изменения в обстановку помещения. Вот, например, магнитные занавески или магнитные "пиксели" Motifo для "рисования" на холодильнике.



Современные технологии в мебели/АРТ-Декоративные магнитные панели ModulArt от Presotto

На этот раз представляем вашему вниманию по-итальянски эмоциональную коллекцию ModulArt, состоящую из тонких панелей с различными визуальными и стилевыми решениями, которые вполне могут претендовать на место доминанты интерьера, подчеркивая характер обстановки и создавая настроение ее обитателей.



Современные технологии в мебели/АРТ-Декоративные магнитные панели ModulArt от Presotto

Впрочем, скорей все совсем наоборот – это владельцы новинки создают характер интерьера, соответствующий своему настроению.



Современные технологии в мебели/АРТ-Декоративные магнитные панели ModulArt от Presotto

А так как замена панелей осуществляется буквально «легким движением руки», то подобное перевоплощение может стать интересной творческой игрой да и просто нетрудоемким способом изменить обстановку, не требующем передвижения тяжелой мебели, замены штор или перекрашивания стен.



Современные технологии в мебели/АРТ-Декоративные магнитные панели ModulArt от Presotto

*Умное* чудо-зеркало Cybertecture Mirror


Карманные и автомобильные, настенные и косметические, в шкафу или на стене в ванной, - зеркала всегда сопровождают нас по жизни, и никуда от них не спрятаться. Даже если вы сегодня неважно выглядите, где-нибудь, да придется увидеть себя, некрасивого, пусть даже в витрине магазина или в полированной, начищенной до блеска столешнице. Но если вам наскучило смотреть в зеркало и видеть там только собственное отражение, обратите внимание на новинку под названием Cybertecture Mirror. Это зеркало-гаджет любого сможет порадовать массой талантов и возможностей.

"Ребенок" компании James Law Cybertecture, этот гаджет умеет отражать не только того, кто в данный момент в него смотрится. На поверхности зеркала, как на большом экране, можно увидеть температуру воздуха и календарь, дату и день недели, а еще - гороскоп, рост и вес пользователя и массу дополнительной информации.



*Умное* чудо-зеркало Cybertecture Mirror



*Умное* чудо-зеркало Cybertecture Mirror

Но не нужно думать, что все эти надписи так и будут висеть у вас перед глазами, мешая рассмотреть в зеркале самого себя. Нет, Cybertecture Mirror управляется при помощи специального пульта управления, и представляет собой что-то вроде своеобразного компьютера с собственной операционной системой (утверждают, что это Android), wi-fi и стерео-динамиками.




Так, все необходимые настройки и параметры можно выставить в компьютере благодаря специальной программе управления гаджетом, и без проблем получать на зеркало-экран сообщения с электронной почты, новости с rss-подписки, смотреть фотографии и следить за временем. Кстати, встроенные в зеркало часы не только подскажут верное время, но и будут, при необходимости, сообщать, сколько времени у вас осталось на подготовку к выходу, чтобы ни в коем случае не опоздать на встречу, работу или учебу.



*Умное* чудо-зеркало Cybertecture Mirror



*Умное* чудо-зеркало Cybertecture Mirror

Зеркало Cybertecture Mirror водонепроницаемо и не боится пара, так что можно смело вешать его в кухне или ванной комнате. К тому же это не просто концепт: производитель, фирма James Law Cybertecture, намеревается выпустить этот гаджет уже к концу года и продать как минимум, 2 млн экземпляров в течение первых трех лет. Вот только цена за чудо-зеркало зашкаливает за 7 тыс.долларов...

Магия аромата

Интерактивный комплекс задумывался молодыми дизайнерами Александрой Геродотовой (Alexandra Gerodotova) и Алексеем Гаджиевым (Alexei Gadjiev) прежде всего как гибрид реабилитационного центра и театра. Являет собой огромный подземный комплекс, действие которого направлено на введение человека в антистрессовое состояние и помощь в решении острых проблем.

Помещения, управляемые нейросетью, через наполняющие их предметы, способны улавливать малейшие психоэмоциональные изменения человека, тем самым регулировать условия среды пребывания.



Свободное тело

Каждая из 12 представленных комнат есть своего рода игровое поле (пространство для созиданий, либо разрушений) в котором человек волен делать все, что пожелает. Кричать, создавать аромат, заниматься самоизучением, играть в логические игры, либо просто ничего не делать…
По задумке авторов, пройдя комнаты (любой набор по желанию) в конечном итоге, вы попадаете в главную, где перед вами разыгрывается форум-спектакль, постепенно выводящий Вас из стрессового состояния, обогащающий эмоциями и подталкивающий на решение проблем.



Свободное тело



Море света