ПРИМЕНЕНИЯ

Хотя явление элект^люминесценции известно уже несколько десятилетий, промышленное использование светодиодов нача­лось лишь в конце 60-х годов. Некоторые из новых приборов заменяют существующие источники света, другие находят при­менение в специальных условиях в точном соответствии с их свойствами. В перспективе светодиоды, по-видимому, в основ­ном будут не заменять другие источники света, а дополнять их. Само собой разумеется, что, пока не появятся новые области применения, определяемые свойствами светодиодов, они будут использоваться аналогично обычным источникам света. По­этому, прежде чем перейти к специальным применениям, срав­ним работу светодиодов и других источников света.

На рис. 7.1 приведены спектры излучения типичной лампы накаливания, «белой» люминесцентной лампы и желто-зеленого светодиода из GaP[16]). Эти спектры наложены на кривую чув* ствительности глаза V(Я); видно, что излучение светодиода хо­рошо согласуется со спектральной чувствительностью глаза. Из­лучение светодиодов имеет наибольшую функцию видности — для желто-зеленых светодиодов она составляет более 600 лм на 1 Вт излучаемой мощности (в то время как для люминесцент­ных ламп она менее 150 лм/Вт, а для ламп накаливания с воль­фрамовой нитью ~25 лм/Вт).

Вместе с тем функция видности является лишь одной ИЗ СО' ставляющих световой отдачи ер, которая характеризует эффек­тивность преобразования источником света электрической энер­гии в световую. Эволюция различных искусственных источников света с точки зрения световой отдачи показана на рис. 7.2. Све­тодиоды на этой диаграмме занимают самое нижнее место, так что в настоящее время они не могут конкурировать с другими источниками света как осветители общего назначения[17]). В чем

ПРИМЕНЕНИЯ

Длина Волны, нм

Рис. 7.1. Спектры излучения различных источников света в сравнении со спектральной чувствительностью глаза У(Я).

же заключаются особенности светодиодов, которые дают им преимущества перед другими источниками света для целого ряда применений? Рассмотрим их последовательно.

1. Малогабаритные осветители. От световых индикаторов ма­лой мощности требуется световой поток 5—50 млм. Световая отдача вольфрамовых ламп накаливания падает с уменьшением размеров, а у светодиодов остается неизменной. Большие раз­меры элементов и выделение большого количества тепла в лам­пах накаливания приводят к изготовлению источников больших размеров, чем это необходимо, если исходить из величины тре­буемого светового потока1). Источник, как правило, распола­гается вдали от освещаемой поверхности, чтобы обеспечить хо­рошие условия теплоотвода, так что используется только часть света, выходящая через колбу в небольшом телесном угле. С другой стороны, малая рассеиваемая тепловая мощность в светодиодах позволяет располагать излучающие свет струк­туры так, чтобы использовать весь излучаемый свет. В резуль­тате светодиоды вполне могут конкурировать с лампами нака­ливания в качестве малогабаритных индикаторов (рис. 7.3).

Красный светодиод

ПРИМЕНЕНИЯ

Натриевая лампа-

ПРИМЕНЕНИЯ

Люминесцентная лампа

ПРИМЕНЕНИЯ

Ртутная лампа

Красный светодиод из ваР

ПРИМЕНЕНИЯ

5 z

6

ль - пЄрОСипиС

- у лампа

- Керосиновая

■ 4 Восковая УсВеча to-’m..Zj L

из GaAsf_x Рх

то то т ж т> юзо ш то то т tm

Гад

ПРИМЕНЕНИЯ

Рис. 7.2. Эволюция световой отдачи искусственных источников света.

too

10

ороп 1------------------------------------------- 1--------- 1----------- l

' 0,0001 0,001 0,01 0,1 і

Световой поток, ли

Рис. 7.3. Зависимость световой отдачи малогабаритных ламп от полного све­тового потока.

ПРИМЕНЕНИЯ

Идеальный красный свето­фильтр _

500

Длина боты, нм

S00

Рис. 7.4. Спектральное распределение излучения вольфрамовой лампы нака­ливания и красного светодиода из GaP и кривая пропускания идеального красного длинноволнового светофильтра [5]. ^

Поглощение ^Пропускание

т

2. Цветные индикаторы. Когда речь идет о цветных индика­торах, светодиоды имеют явное преимущество по сравнению с источниками света с широким спектром излучения. Например, на рис. 7.4 показано спектральное распределение излучения красного светодиода из GaP и лампы накаливания с «идеаль­ным» красным светофильтром. Свет в правой части пропускаеТ­
ся фильтром, а в левой поглощается. Из этих кривых видно, что яркость лампы накаливания с вольфрамовой нитью уменьшается светофильтром примерно в 5 раз, а яркость светодиода почти не меняется. Такая же ситуация имеет место во всем спектральном диапазоне от зеленого света до инфракрасного; однако в голу­бой части спектра, как это обсуждалось в разд. 6.4.2, сущест­вующие светодиоды не могут конкурировать с обычными источ­никами света.

3. Надежность. Для лампы накаливания конец работы озна­чает полный выход ее из строя. Срок службы светодиода обыч­но определяется как время, в течение которого яркость диода ири нормальных условиях работы уменьшается вдвое. На рис. 7.5 приведена зависимость срока службы ламп накалива­ния и светодиодов (при указанных критериях) от светового по­тока. Срок службы приборов обоих типов зависит от рассеивае­мой мощности, пропорциональной световому потоку. Малогаба­ритные электролюминесцентные лампы имеют на 2—3 порядка больший срок службы, чем лампы накаливания с тем же полез­ным световым потоком. Это различие увеличивается для цвет­ных индикаторов, а также в тех случаях, когда лампы во время работы испытывают механические сотрясения: раскаленные вольфрамовые нити легко выходят из строя под действием ме­ханических напряжений.

4. Совместимость с кремниевыми ИС. Одним из самых важ­ных преимуществ светодиодов является их совместимость с кремниевыми интегральными схемами (ИС). Для иллюстра­ции в табл. 7.1 приведены типичные значения рабочего напря-

ПРИМЕНЕНИЯ

Рис. 7.5. Зависимость светового потока от срока службы для малогабаритных

ламп.

жения Vf, напряжения пробоя Увг, диапазона рабочих токов h и времени включения Твкл различных светодиодов. Кроме элек­трических характеристик, светодиоды согласуются с кремние­выми ИС по механическим свойствам, а во многих случаях и по технологии производства. Поэтому можно ожидать, что в любых применениях кремниевых ИС для отображения и обработки информации, связи и контроля будут использоваться и свето­диоды.

Таблица 7.1

Типичные электрические характеристики различных светодиодов

Светодиод

Цвет

излучения

Vp, в

vBr в

1 р, мА

ТВКЛ' с

GaAs (диффузион­ный)

ик

1,3

3

5-100

1,5-lO"3

GaAs:Si

ик

13

20

5-100

2-Ю-7

GaAs^jjPj,

Красный

1.7

3

30

3-Ю-8

GaP:Zn, О

»

2,0

10

10

5-10-7

GaP:N

Желто-

зеленый

2,0

30

10

5 • 10"*

Все изложенное раскрывает главные причины интереса к приборам на основе светодиодов. В последующих разделах описаны различные применения светодиодов в трех основных группах приборов — отдельных лампах, индикаторах и оптиче­ских изоляторах (оптронах).

Оставить комментарий