Автор: Пользователь скрыл имя, 03 Марта 2015 в 19:11, курсовая работа
Светодиоды - (электролюминесцентные диоды) преобразуют энергию электрического поля в нетепловое оптическое излучение, называемое электролюминесценцией. О светодиодах опубликовано много статей, сделаны тысячи докладов на конференциях, написаны сотни диссертаций, патентов и научных отчетов, изданы десятки брошюр и несколько книг. Все это обусловлено бурным развитием физики и технологии светодиодов - важнейшего направления в современной полупроводниковой электронике и оптоэлектронике, широко применяющегося в промышленности и обещающего новые применения в ближайшем будущем
В 2003 г. компанией Lumileds, образованной за несколько лет до этого корпорациями Philips и Hewlett Packard, был сделан первый мощный светодиод Luxeon I со световым потоком более 25 лм и световой отдачей более 20 лм/Вт. Светодиоды Luxeon I сразу превзошли по световой отдаче лампы накаливания почти в два раза, что позволило начать говорить о светодиодах как о новых и эффективных источниках света.
Одной из основных особенностей корпуса мощного светодиода является теплоотводящее основание, на которое осуществляется монтаж кристалла. Чаще всего кристалл монтируется в отражатель, находящийся на данном основании. Объем отражателя со смонтированным в нем полупроводниковым кристаллом заполняют оптическим гелем. Это, с одной стороны, увеличивает коэффициент вывода излучения из кристалла за счет большего соответствия показателей преломления, а с другой - позволяет кристаллу и проволочным контактам не повреждаться при тепловом расширении под действием выделения тепла вследствие протекания электрического тока.
Теплоотводящее основание и заполненный гелем отражатель позволяют кристаллу в таком корпусе работать при более высокой температуре, а следовательно, и при повышенных значениях тока. Сверху заполненный гелем отражатель закрывается линзой, которая у разных производителей может быть изготовлена из различных материалов - пластика, кварцевого стекла или полимерных материалов (силикона и т.д.). Линза жестко не фиксируется (поэтому получила название «плавающая линза»), держится за счет адгезии геля при полимеризации, что также дает возможность ей немного смещаться при тепловом расширении за счет нагрева светодиода. Оптическая система светодиодов в корпусе SMD обеспечивает достаточно широкие углы кривой светораспределения, обычно более 90.
В середине 2004 г. подразделение CreeLighting компании CreeInc. выпустило свою первую серию мощных светодиодов XL7090, световой поток которых составлял порядка 55 лм, а световая отдача была около 50 лм/Вт. Эти светодиоды сразу встали в один ряд с аналогами конкурентов - светодиодами компаний Nichia и Lumileds. В 2006 г. CreeLighting разработала и запустила в производство серию мощных белых светодиодов - XR-E7090. Световой поток их достигал значений 100 лм, а световая отдача была до 90 лм/Вт.
К середине 2007 года стали доступны мощные светодиоды с оттенками свечения в холодном (5000 - 10000 K), естественном (3700 - 5000 K) и теплом (2600 - 3700 K) белом диапазонах.
Рисунок 6 - Светодиоды Cree холодного, естественного и теплого белого цвета
На сегодня наилучшими из достигнутых являются значения световой отдачи более 130 лм/Вт в диапазоне цветовых температур 4000 - 8300 K. Это значение получено компанией Cree на светодиодах серии XP-G, запущенных в массовое производство осенью 2009 г. Постепенно к этому уровню подходят и другие производители мощных светодиодов. В феврале 2010 г. Cree заявила о получении на лабораторных образцах значения световой отдачи более 200 лм/Вт при цветовой температуре 4570 K. Это достижение является пока рекордным для светодиодов.
4 ЦВЕТА И МАТЕРИАЛЫ
Обычные светодиоды изготавливаются из различных неорганических полупроводниковых материалов, в следующей таблице приведены доступные цвета с диапазоном длин волн, падение напряжения на диоде, и материал
Таблица 4.1 - Структура светодиода
Цвет |
Длина волны (нм) |
Напряжение (В) |
Материал полупроводника |
Инфракрасный |
λ > 760 |
ΔU < 1.9 |
Арсенид галлия (GaAs) |
Красный |
610 < λ < 760 |
1.63 < ΔU < 2.03 |
Галлия арсенид-фосфид (GaAsP) |
Оранжевый |
590 < λ < 610 |
2.03 < ΔU < 2.10 |
Галлия фосфид-арсенид (GaAsP) |
Голубой |
450 < λ < 500 |
2.48 < ΔU < 3.7 |
Селенид цинка (ZnSe) |
Фиолетовый |
400 < λ < 450 |
2.76 < ΔU < 4.0 |
Индия-галлия нитрид (InGaN) |
Продолжение таблицы - 1
Зелёный |
500 < λ < 570 |
1.9[3] < ΔU < 4.0 |
Индия-галлия нитрид (InGaN) / Галлия(III) нитрид (GaN) |
Пурпурный |
Смесь нескольких спектров |
2.48 < ΔU < 3.7 |
Двойной: синий/красный диод, синий с красным люминофором, или белый с пурпурным пластиком |
5 СВЕТОДИОДНЫЙ ПРИНТЕР
Светодиодный принтер (англ. Lightemittingdiodeprinter, LED printer) - один из видов принтеров, являющий собой параллельную ветвь развития технологии лазерной печати. Как и лазерный, светодиодный принтер предназначен для переноса текстового или графического изображения с цифрового носителя на бумагу. Скорость светодиодных аппаратов примерно равна скорости лазерных, но у этих двух технологий есть и принципиальные отличия.
Принципиальное отличие светодиодного принтера от лазерного заключается в механизме освещения светочувствительного вала. В случае лазерной технологии это делается одним источником света (лазером), который с помощью сканирующей системы призм и зеркал пробегает по всей поверхности вала. В светодиодных же принтерах вместо лазера используется светодиодная линейка, расположенная вдоль всей поверхности вала. Количество светодиодов в линейке составляет от 2,5 до 10 тыс. штук, в зависимости от разрешения принтера.
Принцип работы светодиодных принтеров во многом схож с принципом работы лазерных. Работа принтера основана на принципе сухого электростатического переноса - источник света освещает поверхность светочувствительного вала, воздействие света вызывает изменение зарядов освещенных частях барабана, за счет чего к ним примагничивается порошкообразный тонер. Методы переноса тонера на барабан, на бумагу, и закрепления его в печке, идентичны аналогичным методам применяющимся в лазерной печати - вал прокатывается по бумаге, перенося на неё тонер, после чего бумага передается в устройство термического закрепления (печку), где за счет высокой температуры и давления тонер закрепляется на бумаге.
5.1 Преимущество светодиодной технологии
Светодиодная технология имеет следующие преимуществ в сравнении с лазерной:
светодиодная линейка значительно компактнее сканирующей системы лазерных принтеров, что сказывается и на размерах самих принтеров. Цветные светодиодные принтеры почти в два раза меньше своих лазерных аналогов, для монохромных же моделей разница в размере заметна, но не столь ярко выражена;
в силу отсутствия в механизме формирования изображения подвижных частей, механическая часть теоретически проще и надежнее. Однако стоит учитывать, что ресурс современных лазерных принтеров среднего и старшего классов составляет от одного до десяти и более миллионов страниц, при том что блок лазера с блоком развертки выходит из строя реже всего;
каждый светодиод в линейке даёт световое пятно одинаковой формы -в лазерных принтерах используются дополнительные линзы, корректирующие изменение геометрии светового пятна на краях фотобарабана. На практике разница незаметна;
данные на светодиодную линейку могут подаваться параллельно - электромагнитное излучение от включения большого количества элементов будет близко к шумовому и значительно сложнее осуществлять перехват данных с помощью радиосканера. Однако на практике к светодиодной линейке подходит шина с небольшим количеством проводников - данные к линейке подаются последовательно, что упрощает задачу перехвата.
5.2 Цветные светодиодные принтеры
Файл цветного изображения (в формате jpg, bmp, pdf и т.д.) передается на принтер, где растровый процессор принтера раскладывает изображения на 4 базовых цвета: cyan, yellow, magenta и black.
Дальнейший процесс сходен с процессом печати монохромного изображения, с той лишь разницей, что каждый из четырех фотобарабанов наносит на бумагу свой цвет. Большинство светодиодных принтеров делают это за один проход бумаги. В результате, после смешения цветов на бумаге, и термического закрепления тонера в печке, мы имеем цветное изображение.
Все недостатки светодиодной печати перед лазерной актуальны и для цветных принтеров. Сравнимая надежность, качество, но гораздо большая себестоимость не компенсируются меньшим размером принтеров.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения данного курсового проекта были изучены некоторые из видов светодиодов и области применения их. Также была исследована структура светодиодов. Таким образом, все поставленные цели были освоены, задачи - раскрыты и достигнуты.
В результате исследования отметим что светодиоды все более активно входят в нашу жизнь. Говорить о них как о будущих потенциальных источниках света начали в середине 90-х гг. ХХ в. с появлением белых светодиодов и продолжили в начале этого века с появлением первых мощных светодиодов.
Еще раз остановимся на некоторых фактах. В середине 90-х гг. прошлого века светодиоды перекрывают весь видимый диапазон, сразу начинается их применение в светофорах, бегущих строках, экранах, рекламе. В начале 2000-х появляются первые мощные светодиоды со световой отдачей 25 лм/Вт, превышающей почти вдвое световую отдачу ламп накаливания. Как следствие, начинается применение светодиодов в качестве источников света в архитектурно-художественном освещении, где ими заменяют лампы накаливания. В 2006 - 2007 годах мощные светодиоды перекрывают весь белый диапазон и становятся доступны не только холодного, но естественного и теплого оттенков. Одновременно с этим начинаются первые проекты по внедрению светодиодов в качестве источников света в осветительных устройствах. Сейчас световая отдача лабораторных образцов светодиодов некоторых производителей достигла значения 200 лм/Вт.
В процессе работы над данным курсовым проектом я расширил свои знания о светодиодах что позволило мне лучше понимать принцип их работы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Юнович А. Э. Светодиоды на основе гетеро-структур из нитрида галлия и его твердых растворов // Светотехника. 1996. №№ 5, 6.
2. Золина К. Г., Кудряшов В. Е., Туркин А. Н., Юнович А. Э. Спектры Люминесценции голубых и зеленых светодиодов на основе многослойных гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN с квантовыми ямами // ФТП. 2006. Т. 31. № 9.
3. Шуберт Ф. Е. Светодиоды. М.: ФизМатЛит. 2008.4. Лосев О. В. У истоков полупроводниковой техники: избранные труды. Л.: Наука. 2007.
4. Полищук А. Г., Туркин А. Н. Концепция
применения светильников со
5. Полищук А. Г., Туркин А. Н. Новое поколение светодиодов компании Cree для освещения // Автоматизация в промышленности. 2008. № 7.
6. Ковалев А. Н., Маняхин Ф. И., Кудряшов В. Е., Туркин А. Н., Юнович А. Э. Электролюминесценция гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN при ионизационном пробое // ФТП. 2008. Т. 32. № 1.
7. Ковалев А. Н., Кудряшов В. Е., Маняхин Ф. И., Туркин А. Н., Золина К. Г., Юнович А. Э. Туннельные эффекты в светодиодах на основе гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN с квантовыми ямами // ФТП. 2010. Т. 31. № 11.
8. Туркин А. Н., Юнович А. Э. Измерения
мощности излучения голубых и
зеленых InGaN/AlGaN/GaN-светодиодов с
9. Интернет источник http://www.led-e.ru/articles/
10.Интернет источник http://
11.Интернет источник http://knowledge.allbest.ru/
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)