Светодиоды COSMO

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.

Светодиод состоит из активного слоя, включающего в себя электронно — дырочный переход, с характерной шириной запрещенной зоны Eg, заключенного между полупроводниками p и n 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 (p и n). При этом происходит спонтанная рекомбинация, сопровождающаяся излучением света.

Длина волны излучения ?(мкм) связана с шириной запрещенной зоны активного слоя Еg (эВ) и законом сохранения энергии

Длительное время массовое производство светодиодов ограничивалось приборами, излучающими в красной и инфракрасной областях спектра. Светодиоды изготавливали на основе арсенида галлия GaAs 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.

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 вотверстия.

На рис. 2 представлена классификация выпускаемых светодиодов. Вся продукция делится на две большие ветви: светодиоды поверхностного монтажа и выводные.

Разберем более подробно существующие ветви.

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 1,60,80,6 мм, а размеры серии KL192 меньше по своей высоте и равны 1,60,80,4 мм.

Устройства выпускаются с прозрачной линзой, типичный угол излучения составляет 120°. Светодиоды этих серий представлены широкой группой цветовых оттенков отжелтого до голубого. Типичная яркость для разных типов колеблется от 15 до 130 мкд.

Серия KL170

Устройства выпускаются в типоразмере 0805 (2×1,25×0,75 мм). По электрическим параметрам аналогичны серии KL191.

Серия KL110

Типоразмер 1204 (3,21,01,5 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 3,2×1,0x1,5 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 результате смешения двух цветов при «полном » включении (рис. 4).

Серия KL117 представляет собой один трехцветный светодиод, по сути являющийся логическим продолжением серии KL115.

Серия KL150

Серия представляет собой однокристальные светодиоды, предназначенные для поверхностного монтажа. Типоразмер 1206 (3,21,61,1 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 KL165

Устройства предназначены для поверхностного монтажа, типоразмер 1210(3,22,71,1 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 KL167

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(3,2×2,8×1,9 мм). Серия является однокристальной. Типичная интенсивность излучения находится в пределах от 75 до 125 мкд при видимом угле свечения 120° (рис. 6).

Серии KL675/KL677

Типоразмер 1411 (3,22,81,9 мм). Светодиоды этих серий многоцветные и имеют конструктивно 2–3 кристалла. Типичный угол излучения 120°.

Колбовые светодиоды

Колбовые светодиоды представлены сериями KLR03 и KLR05 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).

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.