Новинки на рынке светодиодной продукции от компании SemiLEDs

Введение

Использование светодиодов (СД) в качестве источников света для систем освещения и светотехнических изделий в настоящее время перестало быть чем-то особенным. Сегодня они применяются практически везде: от светофоров и информационных табло до систем освещения. Характеристики современных СД и СД-модулей достигли достаточно высоких значений, что позволяет успешно применять их не только в индикаторах, как это было, можно сказать, на заре их появления — в 60-70-х гг. прошлого века, но и в различных других областях, включая светосигнальную аппаратуру, освещение и т. д.

Светодиодный рынок стремительно развивается, и лидерами на нем, как уже отмечалось [1, 2, 3], являются компании, которые внесли в разработки собственное know-how. К ним последние несколько лет относится и тайваньская компания SemiLEDs, основанная в 2004 г., которая имеет в своем активе также собственную технологию производства кристаллов, основанную на разработанном ее специалистами методе отсоединения структуры нитрида галлия (GaN) от сапфировой (Al₂O₃) подложки [1, 2, 3, 4].

Эта технология получила название lift-off [1, 2, 3, 4, 5]. С ее помощью компании SemiLEDs удалось существенно снизить концентрацию дефектов в структурах GaN, выращенных на подложках из сапфира (Al₂O₃) [1 , 2, 3], и, как следствие, уменьшить безызлучательную рекомбинацию, тем самым увеличив квантовый выход излучения [1, 2, 3]. А разработанный компанией собственный метод монтажа структуры на проводящую подложку позволил изготавливать кристаллы с контактами на противоположных гранях, тем самым обеспечивая вертикальное протекание тока, что позволяет снизить внутреннее сопротивление структуры и, как следствие, уменьшить прямое напряжение и потребляемую мощность при номинальном токе [1, 2, 3]. Кроме того, стоит отметить, что данная технология позволяет использовать подложки Al₂O₃ несколько раз в процессе роста, что снижает себестоимость кристаллов [1, 2, 3].

Мощные светодиоды видимого диапазона

Прежде всего, стоит отметить обновление серии мощных светодиодов С35, о предыдущих моделях которой было достаточно подробно сказано в [1, 2]. В качестве обновления специалисты SemiLEDs выпустили серию C3535x (рис. 1). В нее входят два семейства: C3535L (СД белого цвета свечения) и C3535M (цветные СД). Параметры приборов этих семейств представлены в таблицах 1 и 2.

Рис. 1. Мощные светодиоды серии C3535x компании SemiLEDs

При сравнении C3535x с предыдущей серией C35 компании SemiLEDs [1, 2] можно заметить, что значения светового потока или мощности оптического излучения большинства СД не снизились, а у теплого белого и синего увеличились. Кроме того, в линейке цветных СД появился темно-красный, который расширил диапазон видимого спектра, перекрываемый данной серией, расширив тем самым область применений СД SemiLEDs [3].

СД серии C3535x изготавливаются в корпусе, аналогичном серии C35, размер основания составляет 3,45×3,45 мм. Основания такого же размера и типа используются многими известными производителями, например Cree (XP-серии или серия XT-E) или Philips Lumileds (Luxeon Q) [3]. Кривая светораспределения СД серии C3535x также аналогична кривой светораспределения указанных СД, что позволяет разработчикам использовать СД данной серии в существующих изделиях без каких-либо изменений и доработок, используя существующие печатные платы и оптику. Это предоставляет производителям светотехнических изделий на основе СД определенные преимущества, такие как сокращение цикла разработки приборов и оптимизация времени вывода нового изделия на рынок.

Мощные светодиоды УФ-диапазона

Ранее SemiLEDs выпускала СД УФ-диапазона серии С35 — C35L-U-A (рис. 2) [3]. С конца 2014 — начала 2015 гг. компания доработала данные приборы, выпустив серию C3535U-UNx1. В ней, например, есть модели с двумя значениями углов светораспределения — 125° (рис. 3а) и 55° (рис. 3б), что существенно облегчает работу разработчикам, позволяя использовать соответствующие типы СД серии C3535U-UNx1 в случаях, когда требуется более широкая или более узкая кривая светораспределения конечного прибора даже без использования вторичной оптики. Это является неоспоримым преимуществом данной серии, так как большинство линз для СД изготавливаются из полимерного материала, который может деградировать при длительном воздействии УФ-излучения.

Рис. 2. Мощные УФ-светодиоды C35L-U-A компании SemiLEDs

Рис. 3. Мощные УФ-светодиоды серии C3535U-UNx1 компании SemiLEDs с углами распределения:
а) 125°;
б) 55°

СД серии C35L-U и новой серии C3535U-UNx1 изготавливаются на одинаковом основании. Как уже отмечалось ранее, основания такого же размера и формы используются многими известными производителями. Это означает, что при разработке приборов для УФ-области спектра могут использоваться стандартные печатные платы.

Рис. 4. Мощные УФ-светодиоды серии BC3535U-VNL1 компании SemiLEDs

Еще одна новая серия УФ СД SemiLEDs — BC3535U-VNL1 (рис. 4) [3]. Она также начала выпускаться компанией в конце 2014 — начале 2015 г. Из приведенных в таблице 3 характеристик видно, что эта серия перекрывает достаточно коротковолновый диапазон, тем самым позволяя расширить область применения УФ СД.

СД, длина волны излучения которых, повторим еще раз, лежит в диапазоне 365-375 нм, являются наиболее подходящими для применения в приборах и системах проверки денежных знаков, в системах очистки и обеззараживания воды, например для бассейнов и аквариумов. Также они могут применяться в различных специальных решениях, требующих источников света УФ-диапазона, в том числе и в осветительных системах, где предполагается использовать несколько люминофоров, максимум спектра возбуждения которых лежит в УФ-области.

Мощные светодиоды ИК-диапазона

В начале 2015 г. SemiLEDs стала разрабатывать и производить СД в ИК-диапазоне спектра, где требуются кристаллы уже на основе арсенидных структур [3, 4, 5]. Если до этого времени компания специализировалась на структурах на основе GaN и его твердых растворов, освоив инновационную технологию lift-off [1, 2, 3, 4, 5] и используя структуры на основе фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP) для производства желтых и красных кристаллов, то теперь можно утверждать, что компания также освоила технологию арсенида галлия (GaAs) и структур на его основе. Вывод этот может быть обоснован тем фактом, что в линейке продукции появились отмеченные ранее в данной статье темно-красные СД серии С3535М, для которых требуются структуры на основе арсенида алюминия-галлия (AlGaAs), а также появившаяся новая серия ИК СД N3535X-INx1 (табл. 4).

Модели с различными значениями углов светораспределения представлены на рис. 5. ИК СД серии N3535X-INx1 имеют новый тип корпуса, в котором используется основание на основе нитрида алюминия (AlN), что позволяет ему обеспечивать, как показано в таблице 4, низкое тепловое сопротивление и хороший отвод тепла от кристалла при высоком рабочем токе, значение которого может достигать 1 А. Двойная эпитаксиальная структура, лежащая в основе кристаллов СД данной серии, позволяет получить высокие значения мощности излучения, которые могут достигать 1 Вт при токе 700 мА. Такие характеристики делают СД данной серии незаменимыми, например, для источников излучения в системах безопасности.

Рис. 5. Мощные ИК-светодиоды серии N3535X-INx1 компании SemiLEDs с углами светораспределения:
а) 140°;
б) 90°
в) 65°

Также важным фактом является то, что СД серии N3535X-INx1 по размерам основания идентичны представителям всех описанных выше серий. Следовательно, разработчики светотехнических изделий могут использовать стандартные печатные платы и при разработке изделий для ИК-применений, которыми являются, например, источники излучения и камеры для систем безопасности, наблюдения, а также систем машинного зрения, меняя только светодиоды.

Таким образом, можно констатировать, что, развивая линейку мощных СД, компания SemiLEDs, кроме видимого, успешно проникла в УФ- и ИК-диапазоны, и ее продукция в корпусе форм-фактора 3535 перекрывает сейчас широкий диапазон длин волн 365-960 нм. При этом одинаковые платы, корпуса и некоторые оптические элементы могут использоваться для изделий различного назначения, что позволит существенно снизить их себестоимость.

Источники света для автомобильной светотехники

Стоит сказать несколько слов и о новом продукте компании SemiLEDs для рынка автомобильной светотехники — светодиодной лампе H4/H7, предназначенной для фары головного света автомобиля и мотоцикла. Компания разработала данную новинку на основе собственного патента и представила ее на рынок в феврале 2015 г.

Ключевой особенностью новой СД-лампы является конструкция излучателя на основе множества СД-кристаллов (рис. 6). Такой излучатель обеспечивает светораспределение, аналогичное тому, что дает нить накала галогенной лампы, при этом его световая отдача существенно выше. Благодаря этому КСС СД-лампы H4/H7 и стандартной галогенной лампы практически одинаковы, однако световые характеристики фары при использовании H4/H7 возрастают примерно на 35% по сравнению с использованием стандартной галогенной лампы. Также стоит отметить, что H4/H7 легче монтировать в корпус фары, чем стандартную галогенную лампу.

Рис. 6. Конструкция излучателя на основе множества светодиодных кристаллов новой светодиодной лампы H4/H7 компании SemiLEDs

СД-фара H4/H7 соответствует требованиям, предъявляемым к головному свету регламентирующими документами в области дорожного движения. Оптическая система данной фары позволяет получить равномерное светораспределение при меньшей яркости и таким образом значительно снизить эффект ослепления водителей встречного транспорта. Поэтому свет новой СД-фары является более комфортным для глаз водителя, он делает лучше освещение дорожного покрытия и обзор дороги в ночное время, улучшая тем самым состояние водителя, снижая его утомляемость и увеличивая работоспособность.

Система отвода тепла, разработанная компанией SemiLEDs для H4/H7, гарантирует ей срок службы до 30 000 ч.

Заключение

Подводя итоги сказанному, стоит отметить, что описанные в данной статье новые СД компании SemiLEDs имеют высокую световую отдачу и эффективность, следовательно, на их основе можно строить экономически более выгодные светотехнические изделия. Кроме того, применение данных СД, имеющих при высокой световой отдаче достаточно хорошую цену люмена, позволит сократить срок окупаемости изделий. Применение белых СД SemiLEDs может позволить существенно снизить себестоимость люмена готового изделия, а также повысить эффективность их использования в промышленности.

Расширение линейки СД как в УФ-, так и в ИК-область свидетельствует о существенном научно-техническом и инженерно-технологическом потенциале компании. Расширение линейки УФ СД в более коротковолновую область свидетельствует об освоении технологии GaN-структур на более высоком уровне, а появление в цветной линейке темно-красных СД, использующих кристаллы на основе AlGaAs-структур, а также принципиально новых ИК СД, в которых используются кристаллы на основе GaAs-структур, говорит об освоении специалистами новых технологических процессов в промышленном масштабе.

Указанные успехи компании SemiLEDs, достигнутые за несколько последних лет, должны позволить ей существенно укрепить позиции в числе лидеров рынка производителей светодиодов.