CC BY
3
ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «APRIORI. CЕРИЯ: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ»
№ 3 2016
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОДИОДНЫХ МОДУЛЕЙ
Арсентьева Маргарита Алексеевна
студент
Пищина Татьяна Владимировна
студент
Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, Саранск
Аннотация. В статье описываются возможные пути повышения эффективности светодиодных модулей с помощью повышение качества ростовых подложек и применение плазменной обработки.
Ключевые слова: светодиоды, LЕD, спектр, светодиодный модуль.
INCREASE OF EFFICIENCY OF LED MODULES
Arsentyeva Margarita Alekseevna
student
Pishchina Tatyana Vladimirovna
student
Mordovian state university of N.P. Ogaryov, Saransk
Abstract. In this article possible ways of increase of efficiency of LED modules with the help improvement of quality of growth substrates and application of plasma processing are described.
Key words: light-emitting diodes, LED, range, LED module.
Сегодня LED (light-emitting diode) модули популярны как в области интерьерного освещения, так и в области внешней рекламы. Светодиодный модуль - это совокупность светодиодов, соединенных последовательно на основе электрической цепи. С целью обеспечения общего стабильного напряжения в связке между двумя последовательно подключенными светодиодами используются резисторы. В связи с тем, что LED модули используются на улице, их корпус изготавливается из высокопрочного полистирола (или металла), что способствует высокой степени герметичности и теплоотвода.
Свое применение LED модули нашли в различных элементах интерьера, подсветке витрин магазинов, объемных вывесках. Отдельные виды LED модулей применяются для достижения определенных целей. Разнообразие форм светодиодных модулей делает их монтаж простым, а уровень освещенности самым высоким. Так, LED модули объединяющие в себе группу светодиодов с широким углом рассеивания позволяют достичь равномерного освещения объекта, а светодиоды с узким углом рассеивания, напротив, позволяют сделать акцент на конкретном месте, объекте.
Удачное использование светодиодов в разных сферах деятельности привело к тому, что же в настоящий период собственно световой диод представляется наиболее прочным и экономным источником света. На принципе светодиодной подсветки изготавливаются современные LED мониторы, телевизоры и другая техника.
Использование светодиодных модулей дает возможность сэкономить на замене источников освещения т.к. светодиодные модули владеют долгосрочностью эксплуатации, высочайшей прочностью и экономичностью. Из числа плюсов LED модулей необходимо особо отметить их возможность объединения в шлейфы и в том числе в эластичные гирлянды.
Правило деятельность светодиодов базируется в люминесценции. Данный феномен имеет возможность возникать только лишь с полупроводниками, которые содержат в специальном металлическом кожухе кристалл, излучающий пучок. Кроме кристалла в структуру светодиода входит линза, обеспечивающая небольшой либо обширный диапазон рассеивания. Свечение светодиода ещё называют холодным свечением.
За последние два года производство светодиодов и источников света на их основе прочно укрепилось в числе самых динамично развивающихся отраслей мировой электроники, но, несмотря на непрерывный прогресс светодиодной тематики, потенциал увеличения плотности светового потока для светодиодов все еще остается достаточно высоким. До 95 % электронов, проходящих через светодиод, выбивают из возбужденных атомов фотоны, однако кристалл сам по себе является эффективной ловушкой для фотонов и большая часть генерируемого света отражается от внутренних поверхностей кристалла, поглощаясь ими и превращаясь в тепло. Из-за этого явления только порядка 15 % света выходит из светодиодной сборки и поэтому так необходимо разрабатывать и применять различные методики увеличения эффективности све-тодиодов.
Некоторые способы повышения эффективности светодиодного модуля:
1) Повышение качества ростовых подложек.
Качество эпитаксиальных GaN-гетероструктур (GaN - нитрид галлия) в большой мере зависит от свойств кристаллической решетки ростовой подложки. В качестве подложек для производства GaN-светодиодов применяются такие материалы как карбид кремния, сапфир, кремний и др. Известно, что чем лучше совпадают кристаллические решетки подложки и выращиваемой GaN-структуры, тем выше качество общей структуры, а, следовательно, и производительность светодиода.
Несомненно, GaN-подложки, с точки зрения качества, наилучшим образом подходят для роста гетероструктур, однако высокая стоимость и ограниченные размеры не позволяют использовать нитрид-галлиевые подложки для крупносерийного производства. Аналогичное правило работает для подложек из нитрида алюминия, чья кристаллическая решетка отличается от решетки нитрида галлия не более чем на 2 %.
Использование сапфира в качестве материала ростовых подложек для производства светодиодов высокой яркости заставляет мириться с разницей кристаллических решеток порядка 16 %, что приводит к повышенной плотности дислокаций, уменьшающих внутреннюю квантовую эффективность и производительность светодиода.
В качестве решения данной проблемы компания EV Group (Австрия) разработала два метода:
• ростовых шаблонов (Grown Tеmplatеs);
• структурированных сапфировых подложек (Pattеrnеd Saphire
Subs^^s, PSS).
Первый метод предусматривает перенос тонкого затравочного слоя для эпитаксиального роста на пластину-носитель. Пластина-носитель выбирается путем подбора механических и термических свойств, наилучшим образом подходящих для роста требуемой структуры, а технология прямого монтажа пластин открывает возможности по гетерогенной интеграции двух материалов, различие в структурных решетках которых изначально достаточно велико.
Второй метод применяется для улучшения качества GaN-структур с пониженной плотностью дефектов. Внутренняя квантовая эффективность светодиода напрямую зависит от структурного качества эпитакси-альной гетероструктуры. Микро- и наноструктуры повышают как общее качество гетероструктур, так и КПД сверхъяркого светодиода.
2) Применение плазменной обработки для повышения качества операций сборки.
B качестве дополнительной операции, улучшающей качество светодиодных микросборок (а, следовательно, и эффективности светодиода), используется плазменная обработка, позволяющая модифицировать поверхность выводной рамки и кристалла с целью очистки или активации поверхности. Она применяется перед нанесением клея и/или силиконового компаунда, герметизацией, разваркой выводов для очистки и обезжиривания поверхности, создания гидрофильного или гидрофобного эффекта. Для повышения качества операций сборки чаще всего используется ВЧ-плазма на основе аргона и кислорода. В условиях запуска производства, а также отработки технологии изготовления новых изделий, плазменная обработка позволяет ускорить сроки переналадки за счет расширения границ окна допустимых технологических параметров. Другими словами, повышая качество микросборок с помощью плазменной обработки, можно на первых этапах нивелировать негативный эффект от некоторых неоптимально заданных параметров техпроцесса, а также справиться с недостаточным качеством материалов.
Сегодня потребность отечественного рынка в качественных и недорогих светодиодах значительно превышает возможности локальных производителей, а основную долю составляют импортные светодиоды, из азиатско-тихоокеанского региона.
Несмотря в беспрецедентную популярность светодиодов, технология их производства имеет множество нюансов и «подводных камней», влияние каковых может критическим способом сказаться в эффективности и перспективах изготовления светодиодов. В следствии этого с целью оснащения, запуска оснащения, отработки технологического процесса и обучения персонала необходима инжиниринговая предприятие, что имеет навык оснащения аналогичных производств в России, располагает компетентными специалистами в данной области, а также досту-
пом к профильным источникам данных. Подобная предприятие обязана выступать равно как технологический партнер, что будет поддерживать производство в течение всего срока его эксплуатации и даст возможность производителю сосредоточиться, в первую очередь, в задачах, связанных непосредственно с конечным провиантом.
Список использованных источников
1. Гутцайт Э.М. Расчёты светодиодных модулей для местного освещения / Э.М. Гутцайт, А.Е. Краснопольский, Д.В. Милютин // Светотехника. 2007. № 4.С. 52-56.
2. Афонин. В., Коваленко О., Гусева Е., Пильщикова Ю. Моделирование спектра солнечного излучения с помощью светодиодов // Фотоника. 2016. № 2 (56). С. 72-77.
3. Афонин В.В., Борискина А.А., Коваленко О.Ю. Математическая модель для определения колориметрических характеристик многокомпонентной светодиодной системы // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. С. 46.
4. Коваленко О.Ю., Афонин В.В. Программный синтез светодиодного модуля // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горяч-кина. 2009. № 2. С. 52-54.
