Які основні матеріалиСвітлодіодні чіпи? 

Вступ: будівельні блоки світлодіодного світла

Світлодіодні (світлодіодні) чіпи є серцем сучасного освітлення, живлячи все від екранів смартфонів до дисплеїв стадіонів. Але з чого саме вони зроблені? На відміну від традиційних ламп розжарювання, які використовують нагріті нитки, світлодіоди випромінюють світлоелектролюмінесценціяв напівпровідникових матеріалах.

У цій статті розглядається:
✔ Основні напівпровідникові матеріали, що використовуються в світлодіодах
✔ Як різні матеріали впливають на колір і ефективність
✔ Прорив у технології світлодіодних чіпів
✔ Реальні-застосування різних типів світлодіодів

Основні матеріали в світлодіодних мікросхемах

Світлодіодні чіпи єнапівпровідникові приладизроблені з шаруватих матеріалів, які перетворюють електрику на світло. Найважливіші компоненти:

1. Субстрат (базовий шар)

Забезпечує структурну підтримку мікросхеми

Загальні матеріали:

Сапфір (Al₂O₃)– Найчастіше для синіх/білих світлодіодів

Кремній (Si)– Нижча вартість, але більше дефектів

Карбід кремнію (SiC)– Преміальний варіант для світлодіодів високої-потужності

арсенід галію (GaAs)– Використовується для інфрачервоних/червоних світлодіодів

2. Епітаксійні шари (область-випромінювання світла)

Тонкі напівпровідникові плівки, вирощені на підкладці

Визначає колір і ефективність світлодіода

Ключові матеріали:

нітрид галію (GaN)– Сині/УФ світлодіоди

Нітрид індію галію (InGaN)– Регульовані кольори (від зеленого до фіолетового)

Алюміній Галій Індій Фосфід (AlGaInP)– Червоні/жовті/жовті світлодіоди

3. Добавки (для провідності)

Додається до напівпровідників для контролю електричних властивостей

легуючі добавки типу n- (наприклад, кремній)– Забезпечити додаткові електрони

добавки типу p- (наприклад, магній)– Створення «дірок» для потоку електронів

Світлодіодні матеріали за кольором

приклад:

Світлодіоди Cree XLamp®використовуватиSiC підкладкидля чудового розсіювання тепла, що забезпечує ефективність 200+ люмен/ват.

Білі світлодіоди NichiaкомбайнСині фішки InGaNзцерій-ітрій-алюмінієвий гранат (YAG:Ce) люмінофордля теплого-до-холодного білого світла.

Як матеріали впливають на продуктивність світлодіодів

1. Ефективність і яскравість

GaN-на-сапфіріСвітлодіоди домінують на ринку завдяки високій ефективності (~60% ефективності настінної-розетки).

GaN-на-SiC(наприклад, світлодіоди Cree) пропонують кращу теплопровідність, зменшуючи втрату ефективності при високій потужності.

2. Точність кольору (CRI & R9)

Білі світлодіоди на основі InGaN-покладатися на перетворення люмінофора, що впливає на передачу кольору.

Світлодіоди прямого-кольору (AlGaInP)мають чистіші відтінки, але меншу ефективність у зеленому/жовтому.

3. Тривалість життя та термостійкість

SiC підкладкиперевершують сапфір у високо-потужних світлодіодах (50000+ годин).

Погане управління тепломприскорює деградацію матеріалу (наприклад, термічне гартування люмінофора).

Прорив у матеріалах світлодіодних мікросхем

1. GaN-на-GaN (усунення дефектів)

Традиційні світлодіоди GaN-на-сапфірі страждають відневідповідність решітки, зниження ефективності.

GaN-на-GaN(наприклад, світлодіоди Soraa) вирощує шари GaN на нативних підкладках GaN, вирізаючи дефекти шляхом90%.

2. Мікро-світлодіоди (дисплеї наступного-покоління)

Використанняультра-малий (<100µm) InGaN chipsдля екранів ультра-HD (Apple Vision Pro, Samsung Wall TV).

Вимагаєлазерний підйом-вимкнено (LLO)для перенесення чіпів із Sapphire на задню плату дисплея.

3. Світлодіоди з квантовими точками (QLED)

Замінює люмінофор нананокристалічні квантові точкидля більш чистих кольорів.

QD{0}}OLED-телевізори Samsung разомсині світлодіоди GaNзКвантові точки CdSe.

Майбутні тенденції: що буде далі для світлодіодних матеріалів?

Постійний перехід від сапфірових до підкладок SiC/GaN

Підвищує ефективність високо{0}}потужного освітлення (наприклад, світлодіоди для автомобілів, стадіонів).

Перовскітні світлодіоди (PeLED)

Виникає матеріал свузькі спектри випромінювання(краща чистота кольору).

Потенціал дляультра-дешеві світлодіоди для друку.

Біологічні та гнучкі світлодіоди

Органічні світлодіоди (OLED)для складних телефонів.

Біо-світлодіодидля медичних імплантів.

Висновок: чому світлодіодні матеріали важливі

✔ Різні матеріали=різні кольори та ефективність
✔ Вибір субстрату впливає на розсіювання тепла та термін служби
✔ Поточні дослідження спрямовані на створення дешевших, яскравіших і-довговічні світлодіодів

Остання порада:Купуючи світлодіоди, перевірте:

Матеріал підкладки(SiC служить довше, ніж сапфір у високо-потужних світлодіодах)

Якість люмінофора(впливає на якість білого світла)

Термічний менеджмент(запорука довголіття)

Чи знаєте ви?Нобелівську премію з фізики 2014 року присуджено завинахід ефективних синіх світлодіодів GaN, що дозволяє сучасне біле світлодіодне освітлення! Ви б заплатили більше заGaN-на-GaN світлодіодахз вищою ефективністю на 10%? Дайте нам знати в коментарях!