Диоды яркие: Самые мощные и яркие светодиоды 0,5 и 10 Ватт на 12 Вольт

Содержание

конструкция и принцип работы, где используются, виды сверхярких ламп

Благодаря современным технологиям, за последнее время произошла серьёзная модернизация осветительных приборов. Привычные лампы накаливания сменились более экономичными и долговечными. Особым этапом является появление светодиодных ламп, характеризующихся высокой яркостью. Яркие светодиоды нашли применение в разных сферах.

  • Разновидности ламп
  • Конструкция светодиода
  • Виды и характеристики
  • Особенности монтажа
  • Область применения

Разновидности ламп

Сегодня спектр ламп для освещения представлен различными моделями от стандартных до суперсовременных. Все они обладают разными характеристиками:

  • Лампы накаливания. Долгое время они были единственными источниками освещения, имели мощность от 15 до 300 Вт. Современные лампы разделяются на два вида. В криптоновых применяется инертный газ криптон, обеспечивающий хорошую светоотдачу. Их минимальная мощность равна 40 Вт, максимальная — 100 Вт. Биспиральные модели функционируют за счёт дугообразной нити из вольфрама, могут иметь зеркальную, прозрачную либо опаловую поверхность.
  • Люминесцентные. Излучают свет благодаря люминофорному покрытию, на которое действуют ультрафиолетовые лучи газового разряда. Обеспечивают мягкий рассеянный свет разной мощности (от 8 до 80 Вт). Дают в 7−8 раз больше светового потока, чем лампы накаливания, служат в 10−20 раз дольше. Отличаются мерцающим светом и чувствительностью к температурным перепадам.
  • Галогенные. Выпускаются в разных формах и размерах. Излучаемый ими свет может быть рассеянным или в виде концентрированных пучков. Благодаря возможности светить очень яркими насыщенными оттенками, галогенные светильники широко применяются в современном дизайне для создания оригинальных световых решений в жилых помещениях и уличных пространствах. Лампы галогенного типа имеют множество вариантов установки. Их можно подвесить вверху или на стенах, встроить в подвесной потолок в виде точечных приборов, закрепить на мебели. В поворотных моделях имеется специальный вращающийся держатель, позволяющий направлять лучи света в нужную сторону.

Среди всего ряда осветительных ламп светодиоды выделяются самым низким потреблением электроэнергии, поэтому пользуются большой популярностью среди потребителей. Они характеризуются высокой яркостью, светопередачей порядка 60 — 80 Лм/Вт. Срок службы приборов мощностью от 7 до 21 Вт/час может достигать 100 тысяч часов.

Отдельной разновидностью светодиодов являются автономные лампы, работающие за счёт аккумуляторных и солнечных батарей. Такие светильники эффективны, как при высоких (+50), так и низких (-30) температурах. Имеют свойство включаться самостоятельно с наступлением темноты, поэтому успешно применяются для уличного освещения.

Конструкция светодиода

Светодиодный светильник имеет довольно сложное устройство. В его конструкцию входит несколько элементов, каждый из которых выполняет определённую функцию:

  • Светодиодные чипы. Выступают в роли основных деталей, обеспечивающих свечение. В зависимости от размера светильника и желаемой мощности, в нём может содержаться от одного до нескольких десятков взаимосвязанных между собой чипов. При поломке одного из них другие также перестают работать. От качества чипов зависят характеристики лампы и срок ее службы.
  • Печатная плата. Производится из сплавов алюминия, хорошо отводящих тепло и обеспечивающих температуру, необходимую для функционирования чипов.
  • Радиатор. На него отводится тепло от печатной платы с чипами. Изготавливаются из алюминиевых сплавов и форм с множеством отдельных пластин. С помощью этих пластин увеличивается площадь теплоотведения радиатора.
  • Драйвер. Сглаживает, уменьшает и стабилизирует напряжение на входе электрической цепи. Бывает выносным или встраиваемым. Второй тип используется чаще.
  • Конденсатор. Ликвидирует пульсацию напряжения, которое поступает с драйвера на светодиодные кристаллы.
  • Цоколь. Служит для подключения патронов. Для его производства применяется латунь с покрытием из никеля. Эти материалы обеспечивают хорошее соединение и долговременную защиту от коррозии.
  • Полимерное основание. Вплотную прилегая к цоколю, гарантирует защиту корпуса от электрических пробоев. Также основание предохраняет пользователей от электротравм при замене лампочек.
  • Рассеиватель. Имеет форму полусферы, изготавливается из матированного поликарбоната или прозрачной пластмассы, исключающей риск повреждения при падении. Предназначается для увеличения угла равномерного рассеивания светового пучка. Практически не нагревается во время свечения лампы.

Особенность светодиодов заключается в расположении области максимального нагрева. Если в других видах осветительных лампах тепловая энергия распространяется от внешней стороны поверхности, то в диодных светильниках печатная плата нагревается изнутри. Поэтому для обеспечения эффективной и безопасной работы необходимо регулярное отведение тепла из лампы.

Виды и характеристики

С развитием технологий на основе обычных светодиодных лампочек началось производство полупроводниковых приборов, характеризующихся очень высокой яркостью свечения. Сверхяркие светодиоды имеют определённую классификацию.

Лампы тайваньского производителя Epistar характеризуются компактными размерами и высокими качественными показателями. Имеют очень долгий срок эксплуатации.

Продукция бренда Smd имеет несколько серий (3528,3014, 3020, 2835 и д. р.). Наиболее востребованы яркие светодиоды серии SMD 5050, отличающиеся белым мощным свечением (мощность доходит до 1 Вт). Часто используются в комплекте со специальными блоками питания, снижающими действующее напряжение до 12 В.

Модельный ряд компании XLamp состоит из трёх вариантов сверхярких светодиодов — XR, XP и MC. Каждый из них имеет индивидуальный размер и форму, но все используют большой рабочий ток, превышающий 350 мА, и имеют высокоэффективную систему теплоотвода. Применяются для внутреннего и наружного освещения современных автомобилей.

Одним из ярких примеров мощных светодиодов являются лампы американской компании Cree. Она выпускает осветительные приборы в разных корпусах:

  • С выводами STD (серии 374, 512, 503, 4SM, 5SM и д. р.). Стандартные корпуса имеют круглое сечение размером 3 и 5 мм и овальное сечение размером 4 и 5 мм.
  • В корпусе «Пиранья» типа P4 (серия Р41, Р42, Р43).
  • В корпусе типа PLCC (серии LM1, LM3, LM4, LP6, LN6, LA1 и т. д. ). Подходят для поверхностного монтажа.

Вне зависимости от типа сверхяркие светодиоды функционируют по одному принципу протекания направленного потока электронов от p-анода к n-катоду. Для образования перехода светодиодные чипы внутри лампы покрываются легированными примесями. Оттенок и длина волны светового потока в каждом светильнике повышенной яркости определяются шириной рабочей p-n зоны.

Качество работы диодов определяется по яркости светового потока и углу рассеивания. В зависимости от температуры, свечение бывает оранжевым, янтарным, зелёным, синим, красным или белым. Белый свет делится на холодный (5000 — 7000K) и тёплый (2700−3500К).

Угол рассеивания также бывает различным от 15 до 120 градусов. За счёт лампочек с разными углами рассеивания создаются оригинальные световые решения с подсвечиванием разных зон.

Особенности монтажа

Прежде чем устанавливать сверхяркий светодиод, следует обратить внимание на то, какие токовые характеристики он имеет. Основной величиной является его постоянный рабочий ток. Средний показатель для большинства сверх ярких приборов находится в диапазоне 15 — 20 мА. Максимальные значения ультраярких ламп достигают 1 А.

Следующий важный показатель — рабочее напряжение — зависит от оттенка излучаемого света. Для инфракрасного цвета характерна минимальная величина от 1,5 до 1,9 В, для белого — максимальная, достигающая 3,7 В. К одному драйверу с постоянным выходным напряжением 12 В можно присоединить 4 ярких диода с напряжением по 3 В либо 12 диодов по 1 В каждый. Драйвер, выходное напряжение которого равно 12 В, следует подключать к сети 220 В.

Главным условием установки любой диодной лампы считается соблюдение полярности питания. Поскольку в светильниках с большой яркостью происходит сильный нагрев световых кристаллов, необходимо обеспечить эффективную систему охлаждения. В большинстве сверхярких моделей она реализована с помощью теплоотводящих радиаторов. Если такие радиаторы не предусмотрены производителем, об охлаждении нужно позаботиться самостоятельно. В процессе установки нужно обеспечить качественную электроизоляцию.

Правильно установленный LED-светильник может проработать не менее 50 тысяч часов. При этом его использование будет экономически выгодным и не нанесёт вреда окружающей среде ввиду отсутствия паров газов, ртути и других опасных компонентов. Ярким светодиодам присущи такие качества, как невосприимчивость к скачкам напряжения и температуры, виброустойчивость и ударопрочность. Компактные лампы способны выдержать большое количество включений.

Все преимущества, которыми обладают сверхяркие диоды, отражаются на их стоимости. Их цена достаточно высокая, но долгий срок эксплуатации и качественные характеристики позволяют добиться окупаемости приборов.

Каждый LED-светильник обладает индивидуальными характеристиками. Поэтому при помощи нескольких диодных ламп трудно добиться равномерной освещённости (даже если они изготовлены одним производителем и относятся к одной серии). Заявленная цветопередача также не всегда соответствует реальной. Регуляторами яркости оснащаются не все осветительные приборы.

Область применения

Высокие технические и эксплуатационные показатели позволяют широко использовать сверхяркие светодиоды. Самыми распространёнными сферами применения являются:

  • Мобильные устройства. Выполняют роль подсветки как в одноцветных, так и в многоцветных дисплеях, работающих на жидких кристаллах.
  • Дорожные знаки. Применяются в светофорах, уличных указателях, поскольку не требуют частого технического обслуживания после установки.
  • Световая реклама. Используются для освещения объёмных букв, световых коробов, рекламных вывесок и ультратонких лайтбоксов. Белый свет, излучаемый диодами, является более эффективной альтернативой применяемому ранее неону.
  • Алфавитно-цифровые табло. Прямой свет служит инструментом для передачи информации на одноцветных табло и полноцветных видеодисплеях в торговых центрах и на спортивных стадионах.
  • Транспорт. За счёт малых размеров и сверхвысокой яркости обеспечивают работу внешних сигнальных устройств (индикаторов поворота, стоп-сигналов) и приборных панелей, установленных в салонах транспортных средств (автомобилях, автобусах, мотоциклах, самолётах).
  • Архитектура и ландшафт. Показывают высокую эффективность при освещении фасадов зданий и различных ландшафтных композиций.

Диоды высокой яркости находят применение не только в сферах общего пользования, но и в быту. К примеру, ими всё чаще заменяют традиционное освещение при установке натяжных потолков.

Яркие и долговечные – разбираемся в типах светодиодов


Светодиоды освещают всё больше частей нашей жизни. Они зажигают тёплый свет в люстрах и настольных лампах, создают декоративную подсветку, мигают в поворотниках авто и индикаторах, светятся на вывесках магазинов и указателях – пожалуй, статьи не хватит, чтобы всё перечислить. При этом диоды минимально потребляют энергию, создавая качественный свет. В статье разберёмся, в видах и задачах с которыми они справятся.



Все светодиоды принято делить на две большие группы: индикаторные и осветительные. Первые используются для подсветки приборных панелей, дисплеев, светосигнальных кнопок, поворотников и везде, где необходима цветовая индикация. Вторые обеспечивают высокую интенсивность свечения и встречаются в быту гораздо чаще. Например, в общем освещении жилых помещений, фасадной подсветки, создании световых акцентов, декоративной и праздничной иллюминации. Среди которых пальму первенства делят SMD и COB, на пятки им наступает Filament.



Наиболее популярны, в том числе и из-за своей цены, SMD LED – с английского Surface Mount Device – прибор для монтажа на поверхность. Конструктивно кристаллы крепятся на подложке, отводящей тепло, в неё же вмонтированы контакты. Сверху каждый кристалл отдельно покрывается защитным слоем люминофора. Благодаря чему обеспечивается качественный теплоотвод, длительный срок службы, лёгкость ремонта или замены вышедшего из строя диода. При этом угол светораспределения будет более направленным, что делает заметнее разрывы между светодиодами. Также и яркость немного уступает более современному аналогу COB.

  • Arlight Светодиодная лента RT-5000-2835-320 24V Day4000 CRI98 (BLACK 15mm, 24W/m, IP20) (-)цена по запросу

  • Лента светодиодная SMD5050 14Вт/м 60LED/m 12В RGB LSR2-3-060-20-1-05

    533,65

  • Лента RT 2-5000 24V Day4000 2×2 (3528, 1200 LED, LUX) (5 м)

    1 574

  • Комплект светодиодной ленты SMD5050-30 LED/м-12 В-7,2 Вт/м-IP65-RGB (3 м), 18 Вт, IR-контроллер TDM

    1 347

  • Лента светодиодная SMD5060 14,4Вт/м 60LED/m RGB 010367

    721,30



COB LED отличаются большим количеством кристаллов на плате, покрытых общим слоем люминофора. Они обладают большим углом рассеивания, создают равномерную световую линию с максимально ярким свечением. Плотность размещения может достигать 70 кристаллов на 1 кв. см, поэтому в свечении практически неразличимы отдельные точки. COB-матрицы компактнее SMD, благодаря чему меньшая площадь свечения обладает большей мощностью, что позволяет использовать различные отражатели, линзы и рассеиватели. Из минусов боле высокая стоимость и минимальная ремонтопригодность.

  • Лента 12 Вт/м COB 384 шт/м 3000 K 24 В 5 м PLS PRO Jazzway 5036123

    2 778,30

  • Лента светодиодная COB-5000-CSP-378-24V Warm3000 (8mm, 11.5W, IP20) (ARL, -) 031883

    929,73

  • Лента 12 Вт/м COB 384 шт/м 4000 K 24 В 5 м PLS PRO Jazzway 5036147

    2 778,30

  • Лента 12 Вт/м COB 384 шт/м 6000 K 24 В 5 м PLS PRO Jazzway 5036161

    2 778,30


Filament LED менее распространён из-за относительной новизны технологии и боле узкой области применения. Если два описанных выше типа светодиодов можно встретить в лентах, лампах, светильниках в помещениях и на улицах, в качестве основного источника света ил подсветки, то Filament – это декоративный свет. Преимущественно это стилизованные под старину лампы с тёплым светом свечения. Лишь несколько производителей выпускают продукцию с нейтральным и холодным светом. Такие лампы используются по большей части для декора помещений в стиле лофт, подсветки столиков в ресторане и так далее. Преимуществом является максимальный из все существующий угол рассеивания света – 360°.

  • Лампа светодиодная, филаментная 5 Вт E27 2700 K 600 Lm 300 град. OSRAM 4058075212398

    204,79

  • Лампа светодиодная, филаментная 5 Вт E27 2000 K 300 Lm 360 град. Vintage Edition Ledvance 4058075091993

    1 185,59

  • Лампа светодиодная, филаментная 11 Вт E27 6500 K 1320 Lm 360 град. 360° ИЭК LLF-A60-11-230-65-E27-CL

    224

  • Лампа светодиодная, филаментная 5 Вт E27 1800 K 140 Lm 360 град. OSRAM 4058075269941

    171,30

  • Лампа светодиодная, филаментная 5 Вт E14 2700 K 660 Lm 320 град. LED Star OSRAM 4058075212336

    178,74


Индикаторные светодиоды выдают умеренную яркость и минимально нагреваются. Им не нужно подсвечивать большие площади, важно создать «вспышку света».


DIP-светодиоды представляет собой выпуклую линзу, состоящую из светоизлучающего кристалла, размещенного в цилиндрическом или прямоугольном корпусе. Позволяют реализовать широкий спектр цветового излучения, бывают одно- и многоцветными. Из минусов – малый угол рассеивания света.

  • Матрица светодиодная AD16-22HS красная 400В AC EKF PROxima ledm-ad16-r-400

    96,19

  • Лента светодиодная DIP-960S-T 12V Red (DIP 5mm, 96 LED) 024068

    899

  • Матрица светодиодная AD16-22HS синяя 24В AC/DC EKF PROxima ledm-ad16-b-24

    84,65

  • Лампа светодиодная 5 Вт G4 4000 K 400 Lm 360 град PLED Power JAZZWAY 5000971

    143,05

  • Лампа светодиодная 1. 7 Вт G4 2700 K 200 Lm 300 град. OSRAM 4058075057142

    246,80



Straw Hat – похожи на описанные выше цилиндрические модели. Отличаются большим радиусом линзы, меньшей высотой и за счёт близкого расположения кристалла к передней стенки линзы демонстрируют большой угол светораспределения. Применяется в декоративных конструкциях и светосигналах тревоги.


Piranha — сверхъяркие приборы с четырьмя выводами и прямоугольным корпусом. Удобно крепятся на плате, выпускаются с различной температурой свечения в корпусах с линзой и без, угол рассеивания может колебаться узкого до широкого. Благодаря чему эти светодиоды получили широкий диапазон применения от рекламных вывесок до приборной панели авто.


Теперь Вы сможете легко выбрать нужный Вам тип светодиодов. Главное помнить, что все они чувствительны к скачкам напряжения и легко могут перегореть. Чтобы этого избежать используйте драйверы и стабилизаторы напряжения.

Эффективные и яркие белые светодиоды на основе однослойных гетерофазных галогенидных перовскитов

  • Артикул
  • Опубликовано:
  • Цзявей Чен 1,2 na1 ,
  • Цзянь Ван
    ORCID: orcid.org/0000-0002-4515-9782 3 na1 ,
  • Сяобао Сюй 1,2 ,
  • Цзиньхан Ли 1,2 ,
  • Цзичжун Сун
    ORCID: orcid.org/0000-0002-1606-4776 1,2 ,
  • Си Лан
    ORCID: orcid.org/0000-0002-3104-4909 2 ,
  • Sinan Liu 2 ,
  • Bo Cai 1,2 ,
  • Boning Han 1,2 ,
  • Jake T. Прехт 3 ,
  • Дэвид Джинджер
    ORCID: orcid.org/0000-0002-9759-5447 3 и
  • …
  • Хайбо Цзэн
    ORCID: orcid.org/0000-0002-0260-1059 1,2  

Природа Фотоника
том 15 , страницы 238–244 (2021)Процитировать эту статью

  • 10 тыс. обращений

  • 138 цитирований

  • 16 Альтметрический

  • Сведения о показателях

Субъекты

  • Неорганические светодиоды
  • Органические светодиоды

Аннотация

В настоящее время на электрическое освещение приходится около 15% мирового энергопотребления, поэтому важно внедрение эффективных и недорогих технологий освещения. Было показано, что галоидные перовскиты являются хорошими излучателями чистого красного, зеленого и синего света, но желателен эффективный источник широкополосной белой электролюминесценции, подходящий для осветительных приборов. Здесь мы сообщаем о стратегии использования белых светоизлучающих диодов (СИД), основанной на обработанных раствором гетерофазных галогенидных перовскитах, которые, в отличие от белых светодиодов GaN, имеют только один широкополосный излучающий слой и не содержат люминофора. Наши светодиоды работают с пиковой яркостью 12 200 кд м −2 при смещении 6,6 В и максимальной внешней квантовой эффективности 6,5% при плотности тока 8,3 мА см −2 . Систематические исследования in situ и ex situ показывают, что механизмом эффективной электролюминесценции является инжекция заряда в α-фазу CsPbI 3 , перенос заряда с α на δ и сбалансированная излучательная рекомбинация α–δ. Будущие достижения в технологии производства и понимании механизмов должны привести к дальнейшему повышению эффективности и яркости устройств.

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение

Соответствующие статьи

Статьи открытого доступа со ссылками на эту статью.

  • Неорганические галогенидные перовскитовые квантовые точки: универсальная наноматериальная платформа для электронных приложений

    • Chien-Yu Huang
    • , Hanchen Li
    •  … Tom Wu

    Нано-микробуквы
    Открытый доступ
    29 декабря 2022 г.

  • Эффективные однокомпонентные белые светоизлучающие диоды, активированные перовскитами галогенида свинца, легированные ионами лантанидов, за счет управления переносом энергии Фёрстера и устранением специфических дефектов.

    • Жуй Сунь
    • , Донглей Чжоу
    •  … Хунвэй Сун

    Свет: наука и приложения
    Открытый доступ
    06 декабря 2022 г.

Варианты доступа

Подписка на журнал

Получить полный доступ к журналу на 1 год

99,00 €

всего 8,25 € за выпуск

Подписаться

Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.

Купить статью

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

32,00 $

Купить

Все цены указаны без учета стоимости.

Рис. 1: Демонстрация типичных Pe-WLED с α/δ-CsPbI 3 гетерофаза в виде единого эмиссионного слоя. Рис. 2. Структурные и оптические свойства гетерофазного α/δ-эмиттера. Рис. 3: Пространственно разрешенные оптические и электронные свойства гетерофазной пленки. Рис. 4: Динамика носителей и предлагаемый механизм работы в Pe-WLED.

Доступность данных

Данные, подтверждающие результаты этого исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу. Исходные данные приводятся вместе с настоящей статьей.

Ссылки

  1. Чо, Дж., Парк, Дж. Х., Ким, Дж. К. и Шуберт, Э. Ф. Белые светодиоды: история, прогресс и будущее. Лазер Фотон. Ред. 11 , 1600147 (2017 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  2. «>

    Shen, C. et al. Белые светодиоды с использованием синих и желто-оранжевых люминофоров. Оптик Инт. J. Light Electron Opt. 121 , 1487–1491 (2010).

    Google Scholar

  3. Кидо Дж., Кимура М. и Нагаи К. Многослойное органическое электролюминесцентное устройство, излучающее белый свет. Наука 267 , 1332–1334 (1995).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  4. Парк, С. и др. Молекула, излучающая белый свет: нарушение передачи энергии между составляющими излучающими центрами. Дж. Ам. хим. соц. 131 , 14043–14049 (2009 г.).

    Google Scholar

  5. Райнеке, С. и др. Белые органические светодиоды с эффективностью люминесцентной лампы. Природа 459 , 234–238 (2009).

    Google Scholar

  6. «>

    Jiang, C. et al. Полностью обработанный раствором тандемный белый светодиод на квантовых точках с внешней квантовой эффективностью более 25%. ACS Nano 12 , 6040–6049 (2018).

    Google Scholar

  7. Яо, Э.-П. и другие. Синие и белые светодиоды высокой яркости на основе неорганических нанокристаллов перовскита и их композитов. Доп. Матер. 29 , 1606859 (2017).

    Google Scholar

  8. Чо, Х. и др. Преодоление ограничений эффективности электролюминесценции перовскитных светодиодов. Наука 350 , 1222–1225 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  9. Лин, К. и др. Перовскитные светодиоды с внешним квантовым выходом более 20 процентов. Природа 562 , 245–248 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  10. «>

    Цао Ю. и др. Перовскитные светодиоды на основе спонтанно образованных структур субмикронного размера. Природа 562 , 249–253 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  11. Сюй, В. и др. Рациональная молекулярная пассивация высокоэффективных перовскитных светодиодов. Нац. Фотон. 13 , 418–424 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  12. Чиба, Т. и др. Анионообменные красные перовскитные квантовые точки с солями йода аммония для высокоэффективных светоизлучающих устройств. Нац. Фотон. 12 , 681–687 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  13. Хоу, С., Гангишетти, М.К., Куан, К. и Конгрив, Д.Н. Эффективные синие и белые перовскитные светоизлучающие диоды с помощью легирования марганцем. Дж 2 , 2421–2433 (2018).

    Google Scholar

  14. Мао, Дж. и др. Полностью перовскитная эмиссионная архитектура для белых светодиодов. ACS Nano 12 , 10486–10492 (2018).

    Google Scholar

  15. Луо, Дж. и др. Эффективное и стабильное излучение тепло-белого света от двойных перовскитов, не содержащих свинец. Природа 563 , 541–545 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  16. Смит, М. Д. и Карунадаса, Х. И. Излучение белого света слоистыми галогенидными перовскитами. Согл. хим. Рез. 51 , 619–627 (2018).

    Google Scholar

  17. Сварнкар, А. и др. Индуцированная квантовыми точками фазовая стабилизация перовскита α-CsPbI 3 для высокоэффективной фотовольтаики. Наука 354 , 92–95 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  18. Wang, Q. et al. Стабилизация α-фазы CsPbI 3 перовскита сульфобетаиновыми цвиттерионами в пленках одноэтапного центрифугирования. Джоуль 1 , 371–382 (2017).

    Google Scholar

  19. Ю. Дж. и др. Широкополосное внешнее автолокализованное экситонное излучение в 2D-перовскитах на основе галогенидов свинца, легированных Sn. Доп. Матер. 31 , 1806385 (2018).

    Google Scholar

  20. Лю, К. и др. Динамика экситонной релаксации в фотовозбужденном CsPbI 3 нанокристаллы перовскита. науч. Респ. 6 , 29442 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  21. «>

    Чжан Д., Итон С.В., Ю Ю., Доу Л. и Ян П. Растворно-фазовый синтез перовскитных нанопроволок из галогенида цезия и свинца. Дж. Ам. хим. соц. 137 , 9230–9233 (2015).

    Google Scholar

  22. Томимото, С. и др. Фемтосекундная динамика процесса автозахвата экситона в квазиодномерном комплексе платины с галогеновым мостиком. Физ. Преподобный Летт. 81 , 417 (1998).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  23. Хан, Б. и др. Стабильные, эффективные красные перовскитные светодиоды методом фазовой инженерии (α,δ)-CsPbI 3 . Доп. Функц. Матер. 28 , 1804285 (2018).

    Google Scholar

  24. Steele, J. A. et al. Термическая неравновесность напряженного черного CsPbI 3 тонкие пленки. Наука 365 , 679–684 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  25. Braly, I.L. et al. Пленки гибридного перовскита приближаются к пределу излучения с квантовой эффективностью фотолюминесценции более 90%. Нац. Фотон. 12 , 355–361 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  26. Hu, Y. et al. Стабилизация α-фазы CsPbI 9 с помощью аскорбиновой кислоты0105 3 перовскит для эффективных и стабильных фотогальванических устройств. Сол. РРЛ 3 , 17 (2019).

    Google Scholar

  27. Гиридхарагопал, Р. и др. Электрическая сканирующая зондовая микроскопия с временным разрешением слоистых перовскитов выявляет пространственные вариации фотоиндуцированного движения ионных и электронных носителей. ACS Nano 13 , 2812–2821 (2019).

    Google Scholar

  28. «>

    Moerman, D., Eperon, G.E., Precht, JT & Ginger, D.S. Корреляция неоднородности фотолюминесценции с локальными электронными свойствами в тонких пленках перовскита трибромида свинца метиламмония. Хим. Матер. 29 , 5484–5492 (2017).

    Google Scholar

  29. Bisquert, J. & Garcia-Belmonte, G. О напряжении, фотонапряжении и фототоке в объемных органических солнечных элементах с гетеропереходом. J. Phys. хим. лат. 2 , 1950–1964 (2011).

    Google Scholar

  30. MacLeod, B. A. et al. Встроенный потенциал в сопряженных полимерных диодах с изменяющейся работой выхода анода: межфазные состояния и отклонение от предела Шоттки–Мотта. J. Phys. хим. лат. 3 , 1202–1207 (2012).

    Google Scholar

  31. Protesescu, L. et al. Нанокристаллы перовскитов галогенидов цезия и свинца (CsPbX 3 , X = Cl, Br и I): новые оптоэлектронные материалы, демонстрирующие яркое излучение с широкой цветовой гаммой. Нано Летт. 15 , 3692–3696 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  32. Сварнкар, А. и др. Коллоидные нанокристаллы CsPbBr 3 перовскита: люминесценция за пределами традиционных квантовых точек. Анжю. хим. Междунар. Эд. 54 , 15424–15428 (2015).

    Google Scholar

  33. Song, J. et al. Светодиоды с квантовыми точками на основе неорганических перовскитов, галогенидов цезия и свинца (CsPbX 3 ). Доп. Матер. 27 , 7162–7167 (2015).

    Google Scholar

  34. Li, J. et al. 50-кратное улучшение EQE до 6,27% обработанных раствором полностью неорганических перовскитных CsPbBr 3 QLED за счет контроля плотности поверхностного лиганда. Доп. Матер. 29 , 1603885 (2017).

    Google Scholar

  35. Song, J. et al. Технологии поверхности с тройным лигандом при комнатной температуре синергетически повышают стабильность чернил, динамику рекомбинации и инжекцию заряда для QLED-светодиодов с перовскитом EQE-11,6%. Доп. Матер. 30 , 1800764 (2018).

    Google Scholar

  36. Song, J. et al. Органо-неорганическая гибридная пассивация позволяет использовать перовскитные QLED с EQE 16,48. Доп. Матер. 30 , 1805409 (2018).

    Google Scholar

  37. Бин, Х. и др. Солнечные элементы из нефуллеренового полимера с эффективностью 11,4% с триалкилсилилзамещенным 2D-сопряженным полимером в качестве донора. Нац. коммун. 7 , 13651 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  38. «>

    Сюй Ю. и др. Перовскитные полупроводниковые нанокристаллические лазеры с двухфотонной накачкой. Дж. Ам. хим. соц. 138 , 3761–3768 (2016).

    Google Scholar

  39. Хуанг, Л.-й. & Lambrecht, WRL. Электронная зонная структура, энергии связи фононов и экситонов галогенидных перовскитов CsSnCl 3 , CsSnBr 3 и CsSnI 3 . Физ. B 88 , 165203 (2013 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  40. Perdew, J.P., Burke, K. & Ernzerhof, M. Аппроксимация обобщенного градиента стала проще. Физ. Преподобный Летт. 77 , 3865 (1996).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  41. Муртаза, Г. и Ахмад, И. Изучение первого принципа структурных и оптоэлектронных свойств кубических перовскитов CsPbM 3 (M = Cl, Br, I). Physica B 406 , 3222–3229 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ

    Google Scholar

  42. Мёллер, К.К. Кристаллическая структура и фотопроводимость плюмбогалогенидов цезия. Природа 182 , 1436 (1958).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ

    Google Scholar

  43. Хейд Дж., Скусерия Г. Э. и Эрнцерхоф М. Гибридные функционалы на основе экранированного кулоновского потенциала. J. Chem. физ. 118 , 8207–8215 (2003 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ

    Google Scholar

Ссылки на скачивание

Благодарности

Эта работа в NJUST была поддержана при финансовой поддержке NSFC (61725402 и 51922049), ведущих талантов Национального плана «Десять тысяч талантов» (W03020394), шести лучших инновационных команд провинции Цзянсу ( TD-XCL-004), Программа стипендий для выдающихся ученых (DSFP) в Университете короля Сауда, Фонд естественных наук провинции Цзянсу (BK201 и BK20180020), Национальная ключевая программа исследований и разработок Китая (2016YFB0401701), Программа спонсорства молодых элитных ученых Jiangsu CAST (JS19TJGC132574), Фонды фундаментальных исследований для центральных университетов (3091

99, 30920032102 и HighPArPDer 3091

  • 07 провинции Цзянсу) Образовательные учреждения. Работа по визуализации в Вашингтонском университете (UW) поддерживается Министерством энергетики (DOE-SC0013957), а измерения объемной фотолюминесценции в UW (PLQY, спектры и T-зависимые спектры) поддерживались Национальным научным фондом (NSF MRSEC). 1719797). Дж. В. выражает признательность за поддержку инновационной стипендии Вашингтонского исследовательского фонда и исследовательской стипендии Фонда омелы. Мы благодарим C. Zhang (NJU) за измерения нестационарного поглощения, C.Y. Чжоу из Enlitech за измерения картирования фотолюминесценции и Ю. (Деми) Лю и К. Бишак из Университета Вашингтона за помощь в измерениях низкотемпературной фотолюминесценции и флуоресцентной микроскопии. В работе с синхротронным рентгеновским излучением использовались ресурсы Advanced Photon Source, Центра научных исследований Министерства энергетики США (DOE), которым управляет Аргоннская национальная лаборатория по контракту №. ДЭАК02-06Ч21357.

    Информация об авторе

    Примечания автора

    1. Эти авторы внесли равный вклад: Jiawei Chen, Jian Wang.

    Авторы и филиалы

    1. Институт оптоэлектроники и наноматериалов, Ключевая лаборатория передовых материалов и устройств отображения MIIT, Нанкин, Китай Haibo Zeng

    2. Школа материаловедения и инженерии, Нанкинский университет науки и технологий, Нанкин, Китай

      Jiawei Chen, Xiaobao Xu, Jinhang Li, Jizhong Song, Si Lan, Sinan Liu, Bo Cai, Boning Han и Haibo Zeng

    3. Химический факультет Вашингтонского университета, Сиэтл, Вашингтон, США Jake T. Precht & David Ginger

    Авторы

    1. Jiawei Chen

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    2. Jian Wang

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    3. Xiaobao Xu

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    4. Jinhang Li

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    5. Jizhong Song

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Академия

    6. Si Lan

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    7. Sinan Liu

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    8. Bo Cai

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    9. Boning Han

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    10. Jake T. Precht

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    11. Дэвид Джинджер

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    12. Haibo Zeng

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    Contributions

    H.Z. курировал проект. Дж. С. и ХХ отвечали за устройство и заряд динамика соответственно. JC с помощью BH провел эксперименты с материалами, устройствами и первичными оптическими и электронными характеристиками. Дж. В. провел эксперимент и анализ СЗМ с помощью J.P. под руководством D.G. ДО НАШЕЙ ЭРЫ. и С.Лан провели расчеты DFT и синхротронную дифракцию высоких энергий in situ соответственно. ХХ и Дж.В. подготовил рукопись с исправлениями J.S., J.C., H.Z. и Д.Г. Все авторы обсудили результаты и подтвердили рукопись.

    Авторы переписки

    Переписка с
    Сяобао Сюй, Цзичжун Сун, Дэвид Джинджер или Хайбо Цзэн.

    Заявление об этике

    Конкурирующие интересы

    Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

    Дополнительная информация

    Информация о рецензировании Nature Photonics благодарит анонимных рецензентов за их вклад в рецензирование этой работы.

    Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

    Дополнительная информация

    Дополнительная информация

    Дополнительная информация Рис. 1–19 и Таблица 1.

    Дополнительное видео 1

    В этом видео показан эффективный и яркий белый свет светодиодов Pe-WLED.

    Дополнительное видео 2

    В этом видео показана стабильность Pe-WLED без упаковки.

    Исходные данные

    Исходные данные Рис.

    1

    Статистические исходные данные.

    Исходные данные Рис. 2

    Статистические исходные данные.

    Исходные данные Рис. 3

    Статистические исходные данные.

    Исходные данные Рис. 4

    Статистические исходные данные.

    Права и разрешения

    Перепечатка и разрешения

    Об этой статье

    Эта статья цитируется

    • Неорганические галогенидные перовскитовые квантовые точки: универсальная наноматериальная платформа для электронных приложений

      • Чиен-Ю Хуан
      • Ханчен Ли
      • Том Ву

      Нано-микро письма (2023)

    • Эффективные однокомпонентные белые светоизлучающие диоды, активированные перовскитами галогенида свинца, легированные ионами лантанидов, за счет управления переносом энергии Фёрстера и устранением специфических дефектов.

      • Жуй Сун
      • Донглей Чжоу
      • Хунвэй Сун

      Свет: наука и приложения (2022)

    • Ультрастабильные перовскитные светодиоды ближнего инфракрасного диапазона

      • Бинбин Го
      • Рунчен Лай
      • Давэй Ди

      Природа Фотоника (2022)

    • Индивидуальные кристаллические гибриды для следующего поколения белых светодиодов

      • Джиавэй Чен
      • Сумья Мукерджи
      • Роланд А. Фишер

      Материалы Nature Reviews (2022)

    • Интерфейсные синергетические эффекты, индуцированные многомодовой люминесценцией

      • Жунхуа Ма
      • Чунфэн Ван
      • Дэнфэн Пэн

      Исследования в области нанотехнологий (2022)

    Светоизлучающие диоды — Основы электроники: Видеоруководство по полупроводниковым устройствам

    Из курса: Основы электроники: полупроводниковые приборы

    Светодиоды

    “

    — [Инструктор] Светоизлучающие диоды или светодиоды — самые яркие представители семейства диодов. Как и обычные диоды, они состоят из полупроводникового перехода, который позволяет току проходить через него только в одном направлении. Но этот переход специально спроектирован так, что когда через него проходит ток, он преобразует часть энергии в свет, испуская фотоны. Схематическое обозначение светодиода похоже на обозначение обычного диода с добавлением двух маленьких стрелок, направленных от него, чтобы обозначить свет, излучаемый диодом. Физически светодиоды бывают разных форм и размеров. Во многих бытовых электронных устройствах используются компактные светодиоды для поверхностного монтажа на печатных платах для индикации рабочего состояния устройства. Эти светодиоды для поверхностного монтажа выглядят как маленькие прямоугольные призмы. Для прототипирования схем на макетной плате чаще используются такие светодиоды со сквозными отверстиями, которые состоят из пластиковой колбы с двумя длинными металлическими выводами с одной стороны. Пластиковая лампочка будет либо прозрачной, либо окрашенной, чтобы указать цвет излучаемого ею света. Поскольку светодиоды представляют собой тип диода, они поляризованы, а это означает, что направление тока, проходящего через них, имеет значение. Таким образом, вы можете сказать, какая сторона какая, на большинстве светодиодов со сквозным отверстием металлический вывод, подключенный к положительному выводу анода, будет длиннее, чем вывод, подключенный к отрицательному катоду. Кроме того, на катодной стороне лампы обычно есть плоская часть. И, поскольку я склонен путать в голове термины анод и катод, я обычно просто запоминаю, что плоская часть сбоку светодиодной лампы представляет собой плоскую полосу на символе диода. Если я когда-нибудь соберу схему с использованием светодиода, и она не загорится, первый шаг, который я всегда предпринимаю, чтобы попытаться устранить проблему, — это перевернуть светодиод, потому что есть большая вероятность, что я вставлю его задом наперед. Как и все другие типы диодов, светодиодам требуется определенное количество прямого напряжения на их переходе, прежде чем они позволят протекать через них току для генерации света. Для светодиодов обычно требуется большее прямое напряжение, чем для обычных диодов, и оно будет варьироваться в зависимости от цвета и интенсивности светодиода. Например, в этой таблице показано, как сравниваются значения прямого напряжения, максимального тока и силы света для двух светодиодов разного цвета. Для красного светодиода потребуется прямое падение напряжения где-то от двух до 2,4 вольт. В то время как для синего светодиода требуется более высокое падение прямого напряжения от трех до 3,4 вольт. Как правило, светодиоды с более высоким прямым напряжением также могут выдерживать больший ток. И в этой таблице я вижу, что синий светодиод может выдерживать максимальный ток 30 миллиампер, тогда как красный светодиод может выдерживать только до 20 миллиампер. Более высокое напряжение и номинальный ток синего светодиода означают, что он может рассеивать больше энергии, чем красный светодиод, что позволяет ему излучать более яркий свет. Синий светодиод имеет силу света 400 милликандел против 200 милликандела красного светодиода. Милликандела, или мкд, — это стандартная единица измерения интенсивности источника света, которая обычно используется для описания яркости светодиодов. Для справки, светодиод со световым потоком от 50 до 100 милкандел хорошо использовать для индикатора низкой интенсивности. Но если вы хотите построить светодиодный фонарик, вам нужно будет использовать один из сверхъярких светодиодов с интенсивностью более 10 000 милликандела. Вы можете контролировать яркость светодиода, контролируя величину тока через него. Поскольку прямое напряжение остается постоянным, когда светодиод включен, подача большего тока через светодиод увеличит количество рассеиваемой им мощности и генерируемого им света. Чем больше ток, тем ярче светит светодиод. Однако существует такая вещь, как слишком большой ток. Когда светодиод включен, он позволяет току проходить через него более или менее неограниченно. Таким образом, светодиоду нужно что-то еще, чтобы ограничить величину тока, проходящего через него, иначе он попытается рассеять слишком много энергии и быстро сгорит и разрушится. Самый простой способ предотвратить это — включить резистор последовательно со светодиодом, чтобы ограничить ток, протекающий через цепь. И это поднимает важный вопрос. Какой размер резистора я должен использовать? Как правило, для большинства небольших любительских проектов, в которых обычно используются светодиоды со сквозным отверстием и питаются от источников 3,3 или 5 вольт, резистор 330 Ом, как правило, является безопасным значением ограничивающего резистора, чтобы предотвратить перегорание светодиодов. Однако, если я хочу, чтобы мой светодиод был как можно более ярким, мне нужно использовать закон Ома, чтобы рассчитать наименьшее значение резистора, которое я могу использовать, чтобы дать светодиоду максимальный ток в пределах его ограничений. Например, если я планирую подключить свой красный светодиод к источнику на пять вольт, что является обычным напряжением для микроконтроллерных устройств, я знаю, что, поскольку красный светодиод имеет прямое падение напряжения в два вольта, будет три вольта. слева на ограничительном резисторе. Мой красный светодиод рассчитан на максимальный ток 20 миллиампер. Итак, чтобы найти номинал резистора, который создаст максимальный ток, я разделю три вольта на 20 миллиампер, что даст мне 150 Ом. Так вот, 150 Ом — это не обычное значение резистора, которое есть в моем комплекте деталей, поэтому я округлю до ближайшего значения, которое у меня есть, то есть 220 Ом. Я всегда округляю это значение сопротивления в большую, а не в меньшую сторону, потому что более высокое сопротивление будет больше ограничивать ток, так что ток будет меньше, чем максимум 20 миллиампер. С ограничительным резистором 220, мой светодиод получает только около 13 1/2 миллиампер тока, с которым он может безопасно работать. Если бы я округлил рассчитанное значение резистора в меньшую сторону, а не в большую, это позволило бы большему току протекать через светодиод и превысить его номинал в 20 миллиампер, что привело бы к его быстрому выгоранию. Как только я определил наименьшее значение резистора, которое я могу безопасно использовать, что сделает мой светодиод максимально ярким, я все еще могу поиграть с использованием больших значений ограничительного резистора, чтобы настроить яркость и сделать мой светодиод более тусклым в соответствии с потребностями.