Корзина
+7 (911) 943-50-80
ОСВЕЩЕНИЕ#ЭЛЕКТРИКА#УМНЫЙ ДОМ

Как выращивают светодиоды?

Общее представление о производстве светодиодов. Их буквально выращивают в лабораториях. Наглядный пример "от" и "до".

10.06.14

Технология выращивания светодиодов.​

1 января вступил в силу закон, запрещающий производить и продавать лампы накаливания 100 и более ватт – на полках магазинов их больше не встретить. Отныне они вне закона. Лампочки Ильича в будущем перестанут существовать, запрет выйдет и на менее мощные лампы. Россия постепенно переходит на принципиально иной источник освещения - светодиод.

 

 

Светодиод – это источник света устроенный совершенно иначе – в нём нет процесса горения. Если в лампе Ильича накаливается вольфрамовая нить и за счёт разогрева нити идёт свет, то в светодиодных приборах нет этого процесса горения, здесь идёт прямое преобразование электрического тока в свет.

Как выращивают светодиоды

 

 

Подобных лабораторий в России немного, их можно пересчитать по пальцам. В таких лабораториях выращивают специальные кристаллы - основа будущих светодиодов.

Лаборатории светодиодов в России

 

В качестве подложки используется данная круглая пластина, сделанная из искусственного сапфира.

Выращивание светодиодов на подложке

 

Далее несколько подложек помещают в камеру где происходит процесс роста светодиода. На научном языке он называется эпитаксией.

Камера для выращивания светодиодов

 

 

Основной задачей является получить кристалл способный проводить ток.
Сапфир такой способности не имеет, зато у него есть идеальная кристаллическая решётка, которую можно нарастить тока проводящими химическими элементами.
Основой будут являться металлы: индий, галлий, алюминий.

Химический состав элементов для наращивания кристаллов  

Происходит это следующим образом: Газ наполняет камеру, где размещены сапфировые подложки. В нём содержаться триметилы - химические элементы на основе металлов.

Камера с газом. триметилы

 

При последующем нагреве камеры, триметилы начинают оседать на кристаллическую решётку сапфира формируя новые слои.

Процесс наращивания слоёв  

Данные процесс занимает 6 часов. За этот период удаётся нарастить до 70 новых слоёв.

Выращенные слои кристаллов за 6 часов  

Вырастить хороший кристалл - это, как сварить борщ. У каждого повара свой рецепт приготовления и маленький секрет. Так и здесь, ингредиенты известны всем, но пропорции и процесс приготовления у каждого свой и разглашать его не торопятся. Но в любом из случаев, идеального рецепта (это когда все 100% эл.тока превращаются в свет) пока не достиг никто.
Идея одна: лучше светимость, больше мощности. Задачи бывают разные для светодиодов и под некоторые уже есть готовый рецепт, а вот чтобы иметь уникальный рецепт универсального светодиода - этого пока не достигли.

Оборудование и процесс выращивания  

Кристалл выращен. За период наращивания, его толщина увеличилась всего на 5 микрон. Невооружённым глазом таких изменений не заметить, но между тем, это уже полноценный светодиод. Пусти через него ток, и он будет светить. С одной подложки, можно получить до 4000 светодиодных лампочек.

Готовая подложка с наращенными слоями кристалла

 

Наглядное доказательство: подсоединяют к пластинке плюс и минус (катод и анод), и получаем яркое свечение голубого цвета.Что же происходит? Почему электрический ток преобразовывается в свет?

Свечение подложки при подключённом катоде и аноде  

 

Всё просто! Во время роста кристалла, в его атомах образовалось большое количество свободных положительно и отрицательно заряженных частиц, так называемых электронов и дырок ("носитель" положительного заряда). Подключая светодиод к сети мы заставляем эти частицы сталкиваться друг с другом, что выделяет большое количество энергии в виде света.

Столкновение свободных отрицательных и положительных частиц - принцип работы светодоидов  

 

Дальше дело техники. Для начала разделяют кристаллическую решётку на отдельные кристаллы, так как светить способен каждый из них. Для этого подложку разрезает машина алмазными лезвиями.

Деление кристаллической решётки на специальном оборудование

 

Размер каждого кристалла не превышает 1 кв.мм.

Размер кристалла 1 кв.мм.

 

Вручную данный процесс сделать практически невозможно, тогда в дело вступают современные станки. Они по одному захватывают каждый кристалл, устанавливают его в корпус будущего светодиода и приваривают к нему контакты.

Процесс установки кристалла в корпусПроцесс установки кристалла в корпус

 

Те самые плюс и минус - это две тонкие нити, разглядеть которые можно исключительно только под микроскопом. Нити состоят из золота, так как оно проводит ток лучше иных металлов и идеально подходит для этих целей.

Увеличение под микроскопом. Золотые контакты. СпайкаВид под микроскопом. Пайка золотых контактов для светодиодов

 

В принципе светодиод готов, но свечение его пока голубое.Чтобы добиться белого света, каждый кристалл покрывают специальным раствором - Люминофор. Этот раствор закупают в Японии и смешивают у нас с эпоксидной смолой определённого состава, в результате чего получается вязкая смесь жёлтого цвета. Ей покрывают каждый кристалл в нужном количестве, добиваясь разной температуры свечения, измеряемой в кельвинах(К).

Люминофор. Покрытие светодиодов специальным составом из эпоксидки и люминофора

 

Далее идёт элементарная физика - жёлтый солнечный свет проходит через голубую атмосферу вот и получается белое свечение - то, что мы называем дневным светом.
В устройстве светодиодов всё наоборот, голубой свет проходит через жёлтый люминофор - получается белый свет. Только светит он в разы ярче, в отличие от аналогичных лампочек накаливания.

Проверка после покрытия люминофором  

На 1 ватт светодиода, приходится порядка 130 люмен света.

Для сравнения:
Лампа накаливания 40 Ватт имеет световой поток порядка 230 люмен.
Светодиод - до 130 лм. / Вт.
Получается, чтобы заменить одну такую лампочку нужно всего 2-3 светодиода и соответственно вместо 40 ватт нам понадобится всего 2.
Кроме малого энергопотребления и высокой светоотдачи, светодиод нельзя разбить или стряхнуть, он гарантированно прослужит в сотни раз дольше чем лампа накаливания. Ресурс обыкновенных ламп достигает лишь 1000 непрерывной работы, в отличие от ресурса светодиода.

Проверка светодиодов в течение 8 часов.   Проверка светодиодов

 

Итак, да будет свет! Как мы видим, светодиод в буквальном смысле, заставляет смотреть сквозь боль на это великолепие.

Прежде чем отправить светодиоды на продажу с производства, они проходит испытание на прогонных стендах и аппаратах.
В течение 8 часов светодиоды постоянно горят и если за это время они не погаснут, то гарантированно проработают ещё 50000 часов, что составляет 6 лет непрерывной работы!

Предыдущие новости