CC BY
56Компоненты и технологии, № 3'2004
Светодиоды COSMO
Cosmo — компания более чем с двадцатилетней историей, специализирующаяся на производстве оптопар, оптореле, герконовых и твердотельных реле. Недавно она приступила к выпуску новой продукции — светодиодов. В статье рассмотрены основные виды, характеристики и сферы применения этих устройств.
Юрий Левашов
levashov@alkon.net
В 1962 году появился светоизлучающий диод, ставший на сегодняшний момент базовым элементом оптоэлектроники, хотя впервые возможность создания светодиодов была показана в 1927 году сотрудником Нижегородской радиолаборатории О. В. Лосевым при исследовании свечения полупроводникового кристалла, вызванного пропусканием электрического тока.
Светодиод (часто используется также английская аббревиатура LED — light emitting diodes) — полупроводник, принцип работы которого основан на физическом явлении возникновения светового излучения при прохождении электрического тока через p-n-переход. Причем цвет свечения определяется типом полупроводниковых материалов, образующих светоизлучающий p-n-переход.
1 II
/ і 1 V
"I /
р-ТИП зона
проводимости
©©©
валентная зона
©0©
Eg
п-тип
расстояние
Рис. 1. Схема и энергетическая диаграмма полупроводникового светодиода
10
Светодиод состоит из активного слоя, включающего в себя электронно — дырочный переход, с характерной шириной запрещенной зоны Eg, заключенного между полупроводниками p и п типа (рис. 1). Величина Eg определяет минимальную энергию, необходимую для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости.
При пропускании электрического тока в прямом направлении происходит проникновение носителей заряда — электронов и дырок в активный слой из прилегающих пассивных слоев ф и п). При этом происходит спонтанная рекомбинация, сопровождающаяся излучением света.
Длина волны излучения X (мкм) связана с шириной запрещенной зоны активного слоя Еg (эВ) и законом сохранения энергии X =1,24/Еg.
Длительное время массовое производство светодиодов ограничивалось приборами, излучающими в красной и инфракрасной областях спектра. Светодиоды изготавливали на основе арсенида галлия GаAs и его твердого раствора AlGaAs.
Попытки реализовать первые зеленые и синие светодиоды начались более 20 лет назад, однако полученные образцы обладали слабой интенсивностью свечения вследствие использования не прямозонных полупроводников и малым временем жизни (несколько минут).
Группы инженеров из различных компаний вели многочисленные исследования в этой области, и лишь в 1991 году японский инженер Шуджи Накамура создал первый синий светодиод, обладающий требуемой яркостью свечения и длительным временем жизни.
1994 год можно считать годом, в котором началось массовое коммерческое производство синих и зеленых светодиодов.
Исследования в области создания полупроводниковых источников света (свето- и лазерные диоды) являются одной из горячих тем вследствие огромной важности их применения.
-------www.finestreet.ru-----------------------
Компоненты и технологии, № 3'2004
За последние шесть лет совершен значительный прорыв в технологиях и материалах. Современные полупроводниковые технологии позволяют создавать несколько миллионов оттенков цветного изображения, комбинируя в различной степени синий, красный и желтый цвета. Светодиоды стали значительно ярче и дешевле, чем в былые годы, началось массовое вторжение светодиодных источников света в традиционные области светотехники, такие, как архитектурная подсветка зданий, ландшафтное освещение и т. д., основная причина которого — повышенная наработка на отказ. Время жизни светодиода составляет около 100000 часов, или 10 лет непрерывной работы.
Несомненным достоинством светодиодов является и малое потребление энергии, что значительно расширяет их сферы применения.
Сферы применения светодиодов
• подсветка функциональных клавиш различного назначения;
• устройства индикации;
• декоративные источники света для оформления жилых и коммерческих помещений;
• наружное световое оформление;
• оформление витрин магазинов;
• подсветка для торгового оборудования.
Светодиоды Cosmo
Компанией Cosmo выпускается большой ассортимент светодиодов, как поверхностного монтажа, так и выводных, для монтажа в отверстия.
На рис. 2 представлена классификация выпускаемых светодиодов. Вся продукция делится на две большие ветви: светодиоды поверхностного монтажа и выводные.
Разберем более подробно существующие ветви.
SMD СВЕТОДИОДЫ
—| KL191 (1.6 x 0.8 x 0.6 mm) (1 chip) Series |
0603 Series — —| KL192 (1.6 X 0.8 X 0.4 mm) (1 chip) Series |
—I KL191W (1.6 x 0.8 x 0.6 mm) (2 chip) Series|
—| KL191T (1.6 x 0.8 x 0.6 mm) (3 chip) Series |
0805 Series fKL170 (2.0 х 1,25x0,75 mm) (1 chip) Series |
—| KL110 (3.2 xl.O x1.5 mm) (1 chip) Series
1204 Series — —I KL115W (3.2 xl.O xl.5 mm) (2 chip) Series |
—| KL117T (3.2x1.0x1.5 mm) (3 chip) Series |
—| KL150(3.2x1.0x1.1 mm) (1 chip) Series
1206 Series I— —| KL155W( 3.2x1.0x1.5 mm) (2 chip) Series |
L-l KL157T (3.2 x1.0x1.5 mm) (3 chip) Series |
1210 Series — —| KL165W (3.2 x2.7 x1.1 mm) (2 chip) Series |
—| KL167T (3.2 x2.7x1.1 mm) (3 chip) Series |
,—| KL670 (3.5 x2.8 xl.9 mm) (1 chip) Series
1411 Series — —I KL675W (3.5 x2.8 x1.9 mm) (2 chip) Series |
—| KL677T (3.5 x2.8 xl.9 mm) (3 chip) Series |
ВЫВОДНЫЕ СВЕТОДИОДЫ
Lamp Series — —| KLR03 (3 mm)(1 chip) Series
—| KLR05 (5 mm) {1 chip) Series
Flux Series — —| KLF03 (3 mm) (1 chip) Series
I—| KLF05 (5 mm) (1 chip) Series
Рис. 2. Классификация светодиодов Cosmo Electronics
Светодиоды поверхностного монтажа (SMD LED)
Инженеры Cosmo, учитывая маркетинговую политику фирмы и требования, диктуемые современным рынком оптоэлектронных изделий, в своих разработках сделали большой акцент на производство светодиодов поверхностного монтажа.
Освоены следующие типоразмеры: 0603; 0805; 1204; 1210; 1411. Выпускаемая номенклатура содержит полную гамму цветовых оттенков, включая и такие «трудные» цвета, как синий, зеленый и белый (табл. 1).
Серии KL191/KL192
Светодиоды этих серий изготавливаются в типоразмере 0603. Принципиальное отличие серий — в их размерах. Так, габариты серии KL191 составляют 1,6х0,8х0,6 мм, а размеры серии KL192 меньше по своей высоте и равны 1,6х0,8х0,4 мм.
Устройства выпускаются с прозрачной линзой, типичный угол излучения составляет 120°. Светодиоды этих серий представлены широкой группой цветовых оттенков от желтого до голубого. Типичная яркость для разных типов колеблется от 15 до 130 мкд.
Серия KL170
Устройства выпускаются в типоразмере 0805 (2х1,25х0,75 мм). По электрическим параметрам аналогичны серии KL191.
Серия KL110
Типоразмер 1204 (3,2х1,0х1,5 мм). Отличительной особенностью является наличие сферической линзы, благодаря чему удалось увеличить угол свечения до 130°. Чертеж представлен на рис. 3.
Серии KL115/KL117
Обе серии изготавливаются в корпусах 1204 3,2х1,0х1,5 мм. Встроенная сферическая линза, усеченная по бокам, позволяет создавать угол излучения, равный 160°. Корпус — трехвыводной, светодиоды этих серий являются многоцветными.
Светодиоды серии KL115 являются двухкристальными и, соответственно, могут обеспечить три цветовых оттенка свечения: два основных, указанных в технической документации, и третий, полученный в резуль-
Таблица 1. Параметры светодиодов поверхностного монтажа
Номер Цвет свечения Цвет линзы Длина волны, нм Интенсивность излучения, мКнд Видимый угол, гр Типоразмер
KL170YXX Yellow 585 10
KL170URX Super red 660 16
KL170CBX Blue прозрачная 470 40 120 0805
KL170UWX White 120
KL170CGX Green 525 130
KL110YGX Yellow Green 570 15
KL110CBX Blue прозрачная 470 60 130 1204
KL110CGX Green 525 150
KL191YXX Yellow 585 10
KL191SDX Super Orange 620 11
KL191URO Super red 630 50 120 0603
KL191CGX Green прозрачная 525 130
KL191XXX White 120
KL191CBX Blue 470 40
KL150YXX Yellow 585 10
KL150URO Super red 630 40 120 1206
KL150UWX White прозрачная 120
KL150CBX Blue 470 40
KL165W01 Yellow Green 570 15 1210
Super Orange 620 10
Super Orange прозрачная 622 60 120
KL165W05 Blue 470 40 1210
Super Orange 622 60
Yellow Green 575 40
KL167T02 Blue прозрачная 470 40 130 1210
Super red 630 60
KL117T01 Green 525 80 160 1204
Blue прозрачная 470 40
Green 570 25
KL675W01 Red прозрачная 640 35 120 1411
Ultra Red 625 60
KL677T01 Green 525 90 120 1411
Blue прозрачная 470 50
KL670UWX White прозрачная 120 120 1411
* указаны характеристики выборочных серий
тате смешения двух цветов при «полном» включении (рис. 4).
Серия КЬ117 представляет собой один трехцветный светодиод, по сути являющийся логическим продолжением серии КЫ15.
Размеры: мм Точность: ±0,2
2,0
п п П
метка катода
4-R0,3
LED CHIP
Рис. 4. Чертеж светодиодов серии KL115/KL117
- www.finestreet.ru-
11
Компоненты и технологии, № 3'2004
Размеры: мм Точность: ±0,2 метка катода
метка катода R0,2
LED CHIP
4-R0,3/
LED CHIP-
Рис. 5. Чертеж светодиодов серии KL165
к
1 1 і
ю о" t 2,0 г
0,6
Таблица 2. Параметры выводных светодиодов
Номер Цвет свечения Цвет линзы Длина волны, нм Интенсивность излучения, мКнд Видимый угол,гр Диаметр линзы Примечание
KLR03URO Hi. Effi. Red прозрачная 630 1000 40 3 мм колбовые
KLR03YXX Yellow 585 5500 35
KLR03CBX Blue 470 3500 40
KLR03CGX Green 525 4000 40
KLR05URO Hi. Effi. Red прозрачная 628 1800 40 5 мм колбовые
KLR05SDX Super Orange 620 3800 20
KLR05UYX Yellow 592 1700 35
KLR05CGX Green 525 4000 40
KLF03CBX Ultra Blue прозрачная 470 900 40 3 мм Flux
KLF03CGX Ultra Pure Green 525 3000 30
KLF03UYX Ultra Yellow 590 2200 35
KLF03URT Ultra Red 575 2000 35
KLF05CBX Ultra Blue 470 900 40
KLF05UYX Ultra Yellow прозрачная 570 2500 40 5 мм Flux
KLF05CGX Ultra Pure Green 570 5300 20
KLF05URT Ultra Red 575 3000 40
* указаны характеристики выборочных серий
Серия KLl50
Серия представляет собой однокристальные светодиоды, предназначенные для поверхностного монтажа. Типоразмер 1206 (3,2x1,6x1,1 мм). Гамма цветовых оттенков включает желтый, красный, а также зеленый и синий цвета. Типичная яркость свечения находится в пределах от 15 до 130 мкд. Угол излучения равен 120°.
Серия KLl65
Устройства предназначены для поверхностного монтажа, типоразмер 1210 (3,2x2,7x1,1 мм). Конструктивно имеют в своем составе четыре контактные площадки типа concave, позволяющие улучшить центрируемость элемента при пайке, являются двухкристальными и, соответственно, многоцветными. Типичный угол излучения равен 120° (рис. 5).
Серия KLl67
Светодиоды этой серии являются трехкристальным продолжением серии KL165. Типичный угол излучения равен 130°.
Серия KL670
Светодиоды этой серии выпускаются в корпусах PLCC с типоразмером 1411
(3,2x2,8x1,9 мм). Серия является однокристальной. Типичная интенсивность излучения находится в пределах от 75 до 125 мкд при видимом угле свечения 120° (рис. 6).
Серии КЬ675/КЬ677
Типоразмер 1411 (3,2х2,8х1,9 мм). Светодиоды этих серий многоцветные и имеют конструктивно 2-3 кристалла. Типичный угол излучения 120°.
Колбовые светодиоды
Колбовые светодиоды представлены сериями КЬИОЗ и КЬИ05 с размерами линзы соответственно 3 и 5 мм. Отличительной особенностью является повышенная яркость излучения (от 0,9 до 5,3 кд), что позволяет использовать эти светодиоды в традиционных областях светотехники, например, для светодиодных ламп, светодиодных фонарей, светофоров, ламп стопа, декоративной и архитектурной подсветки зданий.
Представлены широкой гаммой цветовых оттенков. Типичный угол свечения равен 40°. Параметры представлены в таблице 2.
Светодиоды FLUX
Светодиоды этой серии выводные. Корпус конструктивно представляет собой квадратную подложку с размещенной на ней прозрачной линзой.
Серия KLF03 имеет диаметр линзы 3 мм, серия KLF05 — 5 мм. Электрические параметры серий идентичны. Характеризуются высокой яркостью свечения. Типичный угол излучения равен 35-40° (рис. 7).
Наборы для разработчиков
Для разработчиков радиоэлектронной аппаратуры фирма Cosmo выпускает демонстрационные наборы, так называемые Demo Board. В наборах представлены светодиоды поверхностного монтажа с различными цветовыми оттенками. Набор позволяет визуально оценить яркость свечения различных серий, а также их габаритные размеры, что позволит более правильно сориентироваться при выборе продукции, при «закладке» ее в будущее изделие (рис. 8).
A cosmo
COSMO Electronics Corpration BWWJJ I'M. Ш-.1
I
kibbm шаг піше urns там инпс
•* т • иоле ™
■"ir ■‘’if- “V* ,lV* :Ш:
■ ИГОМ* ГЦЮИ UIWC UI7M (ШОМ м
Ж
instnnt Sorwco for Ап your LEO Component Noodi
Рис. 8. Фотография демонстрационного набора с образцами продукции (Demo Board)
Заключение
В своем производстве светодиодов фирма Cosmo ориентировалась на потребности существующего рынка оптоэлектронной продукции. Поэтому при выпуске новой продукции был сделан большой акцент на устройствах для поверхностного монтажа, рассчитанных на применение в том числе и в сотовых телефонах — стремительно развивающийся отрасли радиоэлектронной промышленности.
Кроме того, в производстве выводных светодиодов (стандартные колбовые и FLUX) сделан упор на повышенную яркость свечения.
Дополнительную информацию можно найти на сайте компании Cosmo в России: http://www.alkon.net/cosmo/(led).shtml.
