Використання світлодіодних ламп для енергозбереження

Чим більший струм проходить через світлодіод, тим він світить яскравіше. Адже чим більше струм, тим більше електронів і дірок надходять в зону рекомбінації в одиницю часу. Але струм не можна збільшувати до безкінечності. Через внутрішній опір напівпровідника і pn-переходу діод перегріється і вийде з ладу.

Світлодіод хороший тим, що в ньому, на відміну від лампи розжарювання або люмінесцентної лампи, електричний струм перетвориться безпосередньо в світлове випромінювання, і теоретично це можна зробити майже без втрат. Дійсно, світлодіод (при належному тепловідвід) мало нагрівається, що робить його незамінним для деяких сфер. Далі, світлодіод випромінює у вузькій частині спектра, його колір чистий, що особливо цінують дизайнери, а УФ-та ІЧ-випромінювання, як правило, відсутні. Світлодіод механічно міцний і винятково надійний, його термін служби може досягати 100 000 годин, що майже в 100 разів більше, ніж у лампочки розжарювання, і в 5 - 10 разів більше, ніж у люмінесцентної лампи. Нарешті, світлодіод - низьковольтний електроприлад, а отже, безпечний.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.4 - Світлова віддача різних типів світлодіодів в порівнянні з іншими джерелами світла

Поганий світлодіод тільки одним - ціною. Поки що ціна одного люмена, випроміненого світлодіодом, в 12-100 разів вище, ніж галогенною лампою. Але фахівці стверджують, що в найближчі 2 - 3 роки цей показник буде знижений в 10 разів.

Спочатку світлодіоди застосовувалися виключно для індикації. Щоб зробити їх придатними для освітлення, необхідно було перш за все навчитися виготовляти білі світлодіоди, а також збільшити їх яскравість, а точніше світловіддачу, тобто відношення світлового потоку до споживаної енергії.

У 60-х і 70-х роках були створені світлодіоди на основі фосфіду і арсеніду галію, що випромінюють в жовто-зеленій, жовтої та червоної областях спектру. Їх застосовували в світлових індикаторах, табло, приладових панелях автомобілів і літаків, рекламних екранах, різних системах візуалізації інформації. За світловіддачі світлодіоди обігнали звичайні лампи розжарювання. По довговічності, надійності, безпеки вони теж їх перевершили. Одне було погано - не існувало світлодіодів синього, синьо-зеленого і білого кольору.

До кінця 80-х років у СРСР випускалося більше 100 млн світлодіодів на рік, а світове виробництво складало кілька десятків мільярдів.

Колір світлодіода залежить виключно від ширини забороненої зони, в якій рекомбінують електрони і дірки, тобто від матеріалу напівпровідника, і від легуючих домішок. Чим «синіший» світлодіод, тим вище енергія квантів, а значить, тим більше повинна бути ширина забороненої зони.

Блакитні світлодіоди можна зробити на основі напівпровідників з великою шириною забороненої зони - карбіду кремнію, сполучень елементів II і IV групи або нітридів елементів III групи.

У світлодіодів на основі SiC виявився занадто малий ККД та низький квантовий вихід випромінювання (тобто число випроменених квантів на одну рекомбіновану пару). У світлодіодів на основі твердих розчинів селеніду цинку ZnSe квантовий вихід був вище, але вони перегрівалися через велику опір і служили недовго. Залишалася надія на нітриди.

Нітрид галію GaN плавиться при 2000° С, при цьому рівноважний тиск парів азоту становить 40 атмосфер; ясно, що ростити такі кристали непросто. Аналогічні з'єднання - нітрили алюмінію та індію - теж напівпровідники. Їх сполуки утворюють потрійні тверді розчини з шириною забороненої зони, яка залежить від складу, який можна підібрати так, щоб генерувати світло потрібної довжини хвилі, у тому числі і синій.

Першим, ще в 70-х, блакитний світлодіод на основі плівок нітриду галію на сапфірової підкладці вдалося отримати професору Жаку Панкову (Якову Ісаєвичу Панчечнікову) з фірми IBM (США). Квантовий вихід був достатній для практичних застосувань, але роботи Панкова не підтримали.

Тим часом група Сапарін і Чукічева з МДУ виявила, що під дією електронного пучка GaN з домішкою цинку стає яскравим люмінофором, і навіть запатентувала пристрій оптичної пам'яті. Але тоді загадкове явище пояснити не вдалося.

Це зробили японці - професор І. Акасака і доктор X. Амано з університету Нагоя. Обробивши плівку GaN з домішкою магнію електронним пучком зі скануванням, вони отримали яскраво люмінісцюючий шар р-типу з високою концентрацією дірок. Однак розробники світлодіодів не звернули належної уваги на їх публікації.

Лише в 1989 році доктор Ш. Накамура з фірми Nichia Chemical, досліджуючи плівки нітридів елементів III групи, зумів скористатися результатами професора Акасака. Він так підібрав легування (Мд, Zn) і термообробку, замінивши нею електронне сканування, що зміг отримати ефективно инжектуючі шари р-типу в GaN-гетероструктурах. Так був отриманий блакитний світлодіод.

Фірма Nichia запатентувала ключові етапи технології і до кінця 1997 року випускала вже 10 - 20 млн. блакитних і зелених світлодіодів на місяць, а в січні 1998 року приступила до випуску білих світлодіодів.

Квантовий вихід - це число випроменених квантів світла на одну рекомбіновану електронно-діркову пару. Розрізняють внутрішній і зовнішній квантовий вихід. Внутрішній - в самому pn-переході, зовнішній - для приладу в цілому (адже світло може губитися «по дорозі» - поглинатися, розсіюватися). Внутрішній квантовий вихід для хороших кристалів з хорошим тепло-відводом досягає майже 100%, рекорд зовнішнього квантового виходу для червоних світлодіодів складає 55%, а для синіх - 35%.

Зовнішній квантовий вихід - одна з основних характеристик ефективності світлодіода.

Винахід синіх світлодіодів замкнуло «RGB-коло» і зробило можливим отримання світлодіодів білого світіння. Існує чотири способи створення білих СД, кожен зі своїми достоїнствами і недоліками. Один з них - змішання випромінювання СД трьох або більше кольорів. На рис. 4.5 показано отримання білого світла шляхом змішування в певній пропорції випромінювання червоного, зеленого і синього світлодіодів.



Рисунок 4.5 - Отримання білого світла методом змішування червоного, зеленого, та синього випромінювання

В принципі такий спосіб повинен бути найбільш ефективним. Для кожного з СД - червоного, зеленого або блакитного - можна вибрати значення струму, відповідні максимуму його зовнішнього квантового виходу випромінювання. Але при цих токах і напругах інтенсивності кожного кольору не будуть відповідати значенням, необхідним для синтезу білого кольору. Цього можна досягти, змінюючи число діодів кожного кольору і складаючи джерело з багатьох діодів. Для практичних застосувань цей спосіб незручний, оскільки потрібно мати кілька джерел різної напруги, багато контактних вводів і пристрої, змішуючі і фокусують світло від декількох СД. Другий і третій способи - змішання блакитного випромінювання СД з випромінюванням або жовто-зеленого люмінофора, або зеленого і червоного люмінофорів, порушуваних цим блакитним випромінюванням. На рис. 4.6 показано отримання білого світла за допомогою кристала синього світлодіода і нанесеного на нього шару жовтого люмінофора.



Рисунок 4.6 - Отриманні білого світла за допомогою кристалу синього світло діоду і нанесеного на нього шару люмінофору.

Ці способи найбільш прості і в даний час найбільш економічні. Склад кристала з гетероструктурах на основі InGaN / GaN підбирається так, щоб його спектр випромінювання відповідав спектрами збудження люмінофорів. Кристал покривається шаром гелю з порошком люмінофора таким чином, щоб частина блакитного випромінювання порушувала люмінофор, а частина - проходила без поглинання. Форма тримача, товщина шару гелю і форма пластикового купола розраховуються і підбираються так, щоб випромінювання мало білий колір в потрібному тілесному куті. Зараз досліджується близько десятка різних люмінофорів для білих СД. На рис. 4.6 показано будова 5 мм світлодіода, випромінюючого білий світ. Четвертий спосіб - змішання з отримання трьох люмінофорів (червоного, зеленого і блакитного), порушуваних ультрафіолетовим світлодіодом. На рис. 4.7 показано отримання білого світла за допомогою ультрафіолетового світлодіода і RGB-люмінофора. Цей спосіб використовує технології і матеріали, які розроблялися протягом багатьох років для люмінесцентних ламп. Він вимагає тільки два контактних введення на один випромінювач.



Рисунок 4.7 - Будова 5 мм світлодіода випромінюючого білий колір

Але цей спосіб пов'язаний з принциповими втратами енергії при перетворенні світла від діода в люмінофора. Крім того, ефективність джерела випромінювання зменшується, тому що різні люмінофори мають різні спектри збудження люмінесценції, не точно відповідні УФ-спектру випромінювання кристала СД. Светоотдача білих СД нижче, ніж світловіддача СД з вузьким спектром, оскільки в них відбувається подвійне перетворення енергії, частина її втрачається в люмінофорі. В даний час світловіддача кращих білих СД 25… 30 лм / Вт

Рисунок 4.8 - Отримання білого кольору за допомогою синього світло діоду і RGB люмінофору.

Існує три способи одержання білого світла від світлодіодів. Перший - змішування кольорів за технологією RGB. На одній матриці щільно розміщуються червоні, блакитні та зелені світлодіоди, випромінювання яких змішується з допомогою оптичної системи, наприклад лінзи. В результаті виходить білий світ. Другий спосіб полягає в тому, що на поверхню світлодіода, випромінюючого в ультрафіолетовому діапазоні (є й такі), наносяться три люмінофора, випромінюючих, відповідно, блакитний, зелений і червоний світло. Це схоже на те, як світить люмінесцентна лампа. І, нарешті, в третьому способі жовто-зелений або зелений плюс червоний люмінофор наносяться на блакитний світлодіод, так що два або три випромінювання змішуються, утворюючи білий або близьке до білого світло.

У кожного способу є свої достоїнства і недоліки. Технологія RGB в принципі дозволяє не тільки отримати білий колір, а й переміщатися по кольоровій діаграмі при зміні струму через різні світлодіоди. Цим процесом можна керувати вручну або за допомогою програми, можна також отримувати різні колірні температури. Тому RGB-матриці широко використовуються в світлодинамічних системах. Крім того, велика кількість світлодіодів в матриці забезпечує високий сумарний світловий потік і велику осьову силу світла. Але світлове пляма через аберацій оптичної системи має неоднаковий колір в центрі і по краях, а головне, через нерівномірне відводу тепла з країв матриці і з її середини світлодіоди нагріваються по-різному, і, відповідно, по-різному змінюється їх колір в процесі старіння - сумарні колірна температура і колір «пливуть» за час експлуатації. Це неприємне явище досить складно і дорого компенсувати.

Білі світлодіоди з люмінофорами істотно дешевше, ніж світлодіодні RGB-матриці, і дозволяють отримати хороший білий колір. Недоліки ж такі: по-перше, у них менше, ніж у RGB-матриць, світловіддача через перетворення світла в шарі люмінофора, по-друге, досить важко точно проконтролювати рівномірність нанесення люмінофора в технологічному процесі і, отже, колірну температуру, і нарешті по-третє - люмінофор теж старіє, причому швидше, ніж сам світлодіод.

4.3 Властивості

Світлодіод - низьковольтний прилад. Звичайний світлодіод, який застосовується для індикації, споживає від 2 до 4В постійної напруги при струмі до 50 мА. Світлодіод, який використовується для освітлення, споживає таку ж напругу, але струм вище - від кількох сотень мА до 1А в перспективі. У світлодіодному модулі окремі світлодіоди можуть бути включені послідовно, і сумарне напруга виявляється більш високою (зазвичай 12 або 24 В).

При підключенні світлодіода необхідно дотримуватись полярності, інакше прилад може вийти з ладу. Напруга пробою вказується виробником і звичайно складає більше 5В для одного світлодіода. Яскравість світлодіода характеризується світловим потоком і осьовою силою світла, а також діаграмою спрямованості. Існуючі світлодіоди різних конструкцій випромінюють в тілесному куті від 4 до 140 градусів. Колір, як завжди, визначається координатами кольоровості і колірною температурою, а також довжиною хвилі випромінювання.

Для порівняння ефективності світлодіодів між собою і з іншими джерелами світла використовується світловіддача: величина світлового потоку на один ват електричної потужності. Також цікавою маркетингової характеристикою виявляється ціна одного люмена.

Реакція світлодіода на підвищення температури така: pn-перехід - це «цеглинка» напівпровідникової електронної техніки, що представляє собою з'єднані разом два шматки напівпровідника з різними типами провідності (один з надлишком електронів - «n-тип», другий з надлишком дірок - «p - тип»). Якщо до pn переходу прикласти «пряме зміщення», тобто під'єднати джерело електричного струму плюсом до р-частини, то через нього потече струм. Сучасні технології дозволяють створювати інтегральні схеми, що містять величезну кількість pn переходів на одному кристалі; так, в процесорі Pentium-IV їх кількість вимірюється десятками мільйонів.

Нас цікавить, що відбувається після того, як через прямо зміщений pn перехід пішов струм, а саме момент рекомбінації носіїв електричного заряду - електронів і дірок, коли мають негативний заряд електрони «знаходять притулок» в позитивно заряджених іонах кристалічної решітки напівпровідника. Виявляється, що така рекомбінація може бути випромінювальною, при цьому в момент зустрічі електрона і дірки виділяється енергія у вигляді випромінювання кванта світла - фотона. У разі безвипромінювальної рекомбінації енергія витрачається на нагрівання речовини. У природі існує як мінімум 5 видів випромінювальної рекомбінації носіїв зарядів, в тому числі так звана прямозоні рекомбінація. Вперше це явище в далекі 20-ті роки досліджував О.В. Лосєв, який спостерігав світіння кристалів карборунда (карбід кремнію SiC). Для більшості напівпровідникових діодів це явище - просто «побічний ефект», що не має практичного сенсу. Для світлодіодів ж випромінювальна рекомбінація - фізична основа їх роботи.

Говорячи про температуру світлодіода, необхідно розрізняти температуру на поверхні кристала і в області pn-переходу. Від першої залежить термін служби, від другої - світловий вихід. В цілому з підвищенням температури pn-переходу яскравість світлодіода падає, тому що зменшується внутрішній квантовий вихід через вплив коливань кристалічної решітки. Тому так важливий хороший тепловідвід.

Рисунок 4.9

Падіння яскравості з підвищенням температури не однаково у світлодіодів різних кольорів. Воно більше у AlGalnP-і AeGaAs-світлодіодів, тобто у червоних і жовтих, і менше у InGaN, тобто у зелених, синіх і білих.

Струм через світлодіод потрібно стабілізувати.

Як видно з малюнка 4.9, в робочих режимах струм експоненціально залежить від напруги і незначні зміни напруги призводять до великих змін струму. Оскільки світловий вихід прямо пропорційний току, то і яскравість світлодіода виявляється нестабільною. Тому струм необхідно стабілізувати. Крім того, якщо струм перевищить допустиму межу, то перегрів світлодіода може привести до його прискореного старіння.

Світлодіоди допускається «живити» в імпульсному режимі, при цьому імпульсний струм, що протікає через прилад, може бути вище, ніж значення постійного струму (до 150 мА при тривалості імпульсів 100 мкс і частоті імпульсів 1 кГц). Для управління яскравістю світлодіодів (і кольором, в разі змішування кольорів) використовується широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) - метод, дуже поширений в сучасній електроніці. Це дозволяє створювати контролери з можливістю плавної зміни яскравості (диммери) і кольору (колор-чейнджери).

Конвертор (в англомовній термінології driver) для світлодіоди - те саме, що баласт для лампи. Він стабілізує струм, що протікає через світлодіод.

Яскравість світлодіодів дуже добре піддається регулюванню, але не за рахунок зниження напруги живлення - цього-то якраз робити не можна, - а так званим методом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), для чого необхідний спеціальний керуючий блок (реально він може бути поєднаний з блоком живлення та конвертором, а також з контролером керування кольором RGB-матриці). Метод ШІМ полягає в тому, що на світлодіод подається не постійний, а імпульсно-модульований струм, причому частота сигналу повинна складати сотні або тисячі герц, а ширина імпульсів і пауз між ними може змінюватися. Середня яскравість світлодіода стає керованою, в той же час світлодіод не гасне. Невелика зміна колірної температури світлодіода при діммірованіі незрівнянно з аналогічним зсувом для ламп розжарювання.

Вважається, що світлодіоди виключно довговічні. Але це не зовсім так. Чим більший струм пропускається через світлодіод в процесі його служби, тим вище його температура і тим швидше настає старіння. Тому термін служби у потужних світлодіодів коротше, ніж у малопотужних сигнальних, і складає в даний час 20 - 50 000 годин. Старіння виражається в першу чергу в зменшенні яскравості. Коли яскравість знижується на 30% або наполовину, світлодіод треба міняти.

Старіння світлодіода пов'язано не тільки зі зниженням його яскравості, але і зі зміною кольору. В даний час немає стандартів, які дозволили б висловити кількісно зміну кольору світлодіодів в процесі старіння і порівняти з іншими джерелами.

Спектр випромінювання світлодіода близький до монохроматичному, в чому його кардинальна відмінність від спектра сонця або лампи розжарювання. Добре це чи погано - достеменно не відомо, тому що, серйозних досліджень у цій області ніде не проводилося. Будь-які дані про шкідливий вплив світлодіодів на людське око відсутні.

Є надія, що незабаром вплив світлодіодів на зір буде вивчено досконально. Проблемою зацікавився академік Михайло Аркадійович Островський - великий фахівець в області кольорового зору.

Технології виготовлення світлодіодів та світлодіодних модулів існуючих на сьогоднішній день: що стосується вирощування кристалів, то основна технологія - металоорганічні епітаксії. Для цього процесу необхідні особливо чисті гази. У сучасних установках передбачені автоматизація і контроль складу газів, їх роздільні потоки, точне регулювання температури газів і підкладок. Товщини вирощуваних шарів вимірюються та контролюються в межах від десятків ангстрем до кількох мікрон. Різні шари необхідно легувати домішками, донорами або акцепторами, щоб створити pn-перехід з великою концентрацією електронів в n-області і дірок - в р-області.

За один процес, який триває кілька годин, можна виростити структури на 6 - 12 підкладках діаметром 50 - 75 мм. Дуже важливо забезпечити та проконтролювати однорідність структур на поверхні підкладок. Вартість установок для епітаксійного росту напівпровідникових нітридів, розроблених в Європі (фірми Aixtron і Thomas Swan) і США (Emcore), досягає 1,5 - 2 млн доларів. Досвід різних фірм показав, що навчитися отримувати на такій установці конкурентоспроможні структури з необхідними параметрами можна за час від одного року до трьох років. Це - технологія, що вимагає високої культури.

Важливим етапом технології є планарна обробка плівок: їх травлення, створення контактів до п-і р-верствам, покриття металевими плівками для контактних висновків. Плівку, вирощену на одній підкладці, можна розрізати на кілька тисяч чіпів розмірами від 0,24 x0, 24 до 1x1 мм².

Наступним кроком є ??створення світлодіодів з цих чіпів. Необхідно змонтувати кристал в корпусі, зробити контактні виводи, виготовити оптичні покриття, просвітлюючі поверхню для виводу випромінювання або відбивають його. Якщо це білий світлодіод, то потрібно рівномірно нанести люмінофор. Треба забезпечити тепловідвід від кристала і корпуса, зробити пластиковий купол, фокусуючий випромінювання в потрібний тілесний кут. Близько половини вартості світлодіода визначається цими етапами високої технології.

Рисунок 4.10

Необхідність підвищення потужності для збільшення світлового потоку призвела до того, що традиційна форма корпусного світлодіода перестала задовольняти виробників через недостатнє тепловідведення. Треба було максимально наблизити чіп до теплопроводящої поверхні. У зв'язку з цим на зміну традиційної технології і кілька більш досконалої SMD-технології (surface montage details - поверхневий монтаж деталей) приходить найбільш передова технологія СОВ (chip on board). Світлодіод, виготовлений за технологією СОВ, схематично зображено на малюнку 4.10.

Світлодіоди, виконані по SMD-і СОВ-технології, монтуються (приклеюються) безпосередньо на загальну підкладку, яка може виконувати роль радіатора - в цьому випадку вона робиться з металу. Так створюються світлодіодні модулі, які можуть мати лінійну, прямокутну або круглу форму, бути жорсткими або гнучкими, коротше, покликані задовольнити будь-яку примху дизайнера. З'являються і світлодіодні лампи з таким же цоколем, як у низьковольтних галогенних, покликані їм на заміну. А для потужних світильників і прожекторів виготовляються світлодіодні зборки на круглому масивному радіаторі.

Раніше в світлодіодних збірках було дуже багато світлодіодів. Зараз, у міру збільшення потужності, світлодіодів стає менше, зате оптична система, що направляє світловий потік в потрібний тілесний кут, грає все більшу роль.

Світлодіоди знаходять застосування практично у всіх областях світлотехніки, за винятком освітлення виробничих площ, та й там можуть використовуватися в аварійному освітленні. Світлодіоди виявляються незамінні в дизайнерському освітленні завдяки їх чистому кольору, а також в світлодинамічних системах. Вигідно ж їх застосовувати там, де дорого обходиться часте обслуговування, де необхідно жорстко економити електроенергію, і де високі вимоги з електробезпеки.

4.4 Зовнішній квантовий вихід

Якість світлодіода характеризується зовнішнім квантовим виходом:

з = г з_э з_опт, (4.1)

де г - коефійіент інжекції;

з_э - внутрішній квантовий вихід;

з_опт - оптична ефективність або коеффіціент виводу.

Множення гзе визначає, ефективність інжекційній електролюмінесценції. Проте навіть при великому значенні гзе зовнішній квантовий вихід світлодіод може виявитися малим внаслідок низького виводу випромінювання зі структури світлодіодів в зовнішнє середовище. При виведенні випромінювання з активної (випромінюючої) області світлодіоди мають місце втрати енергії (рис. 4.11).

Втрати на самопоглинання (промені 1 на рис. 4.11). При поглинанні напівпровідником фотонів їх енергія може бути передана електронам валентної зони з перекладом цих електронів в зону провідності. Можливо поглинання енергії фотонів вільними електронами зони провідності або дірками валентної зони. При цьому енергія фотонів витрачається також на переклад носіїв на більш високі для них енергетичні рівні, але в межах відповідної дозволеної зони. Можливо домішкові поглинання фотонів, при якому їх енергія йде на порушення домішкових рівнів. Крім того, в напівпровідниках може відбуватися поглинання фотонів кристалічною решіткою, поглинання з переходом електронів з акцепторного на донорний енергетичний рівень і деякі інші види поглинання.



Рисунок 4.11 - Втрати при виводі оптичного випромінювання з активної області

Втрати на повне внутрішнє віддзеркалення (промені 2 на рис. 4.11). При падінні випромінювання на межу розділу оптично більш щільною 'середовища (напівпровідник) з оптично менш щільною (повітря) для частини випромінювання виконується умова повного внутрішнього відображення. Ця частина випромінювання, відбившись всередину кристала, в кінцевому рахунку, втрачається за рахунок самопоглинання.

Повне внутрішнє віддзеркалення може сильно обмежувати зовнішній квантовий вихід світлодіод. Цей ефект особливо яскраво виражений в напівпровідниках з прямими переходами, де майже все випромінювання, зазнало повне внутрішнє віддзеркалення, поглинається. В напівпровідниках з непрямими переходами внутрішнє поглинання набагато слабкіше і, отже, випромінювання має більшу ймовірність дійти до будь-якої поверхні кристала діода. Втрати при проходженні світла всередині діодним структури приблизно пропорційні V/Sx0, де x0 - глибина поглинання, V - об'єм, S - площа повної поверхні кристала світлодіод.

Втрати в напівпровідниках обох типів обумовлені високими показниками заломлення матеріалів, використовуваних для світлодіод (n ? 3.3-3.8), і зростають при зменшенні ширини забороненої зони. Випромінювання, падаюче на поверхню під кутом 0, перевищує критичний кут, зазнає повне внутрішнє віддзеркалення. Випромінювання, падаюче під кутом, меншим критичного, також частково відбивається від непросвітленої поверхні. Це френелевскіе втрати. Якщо на поверхню напівпровідника нанести діелектричну плівку з відповідними значеннями товщини та показника заломлення, то вона буде надавати просвітлююче дію і коефіцієнт пропускання збільшиться; критичний кут при цьому практично не змінюється. Втрати на протилежне і торцеве випромінювання (промені 3 і 4 на рис 4.11). Генерація в активній області напівпровідника спонтанна і характеризується тим, що промені спрямовані равновероятно на всі боки. Промені 3, що поширюються в сторону емітера, швидко поглинаються. Активна область нерідко злегка відрізняється значенням показника заломлення від сусідніх областей. Тому промені 4 внаслідок багаторазових відбиттів фокусуються вздовж активної області, так що інтенсивність торцевогоIізлученія вище, ніж в інших напрямках виходу світла з кристала. Кількісно ефективність виведення оптичного випромінювання з світлодіодів характеризується коефіцієнтом виведення зопт і визначається відношенням потужності випромінювання, що виходить з світлодіодів, до потужності випромінювання, що генерується всередині кристалу:

з_опт = P_изл P_ген. (4.2)

Таким чином, зовнішній квантовий вихід зопт - це інтегральний показник излучательной здібності світлодіод, який враховує ефективність інжекції г, електролюмінесценції зе і виведення випромінювання зопт у створенні оптичного випромінювання. Інакше, зовнішній квантовий вихід з. визначається відношенням числа випромінюваних квантів до числа проходять за той же час через світлодіод носіїв заряду:

з = N_ф N_э. (4.3)

Світлодіод на основі гетероструктур. Найкращі параметри випромінювання мають світлодіод, виготовлені на основі гетероструктур (або гетеропереходів). Розглянемо основні особливості гетероструктури більш докладно, тому що вона є базою для виготовлення багатьох типів оптоелектронних приладів.

Гетеропереходів називають перехідний шар, що виникає на межі двох напівпровідників з різною шириною забороненої зони. Кожен з напівпровідників, що утворюють гетероперехід, може мати однаковий або різний тип електропровідності, і, відповідно, кожна пара напівпровідників може утворити чотири гетероструктури: p1-n2, n1-n2, n1-p2, p1-p2 Тут індекс 1 відноситься до напівпровідника з широкою забороненою зоною (ширококутного напівпровідник), а індекс 2 - до напівпровідника із вузькою зоною (вузькозонних напівпровідник).

Рух носіїв в рівноважному стані гетероструктури визначається носіями заряду тільки одного типу (для гетероструктури на рис. 2-електронами). Тому при додатку прямої напруги має місце. одностороння інжекція - тільки електронів з широкозонного шару (емітера) в вузькозонних шар (базу). Така структура, яка містить ширококутного емітер і вузькозонних базу, називається одинарної гетероструктур. Поряд з одинарною у світлодіоді використовується подвійна гетероструктура, в якій є додатково замикаючий ширококутного Р3-шар того ж, що і база, типу провідності У подвійній гетероструктурі другий потенційний бар'єр перешкоджає виходу електронів з базової області (зона бази утворює потенційну «яму», в якій накопичуються інжектовані електрони). Надлишкова, концентрація носіїв в активній, (випромінюючої) області та одностороння інжекція різко підвищують внутрішній квантовий вихід гетероструктури, а також її швидкодія.

Справді, використання подвійної гетероструктури забезпечує локалізацію інжектованих носіїв зарядів в базі при зменшенні її ширини аж до декількох мікрометрів. Це і дозволяє при збереженні внутрішнього квантового виходу значно підвищити швидкодію подвійних гетероструктур. В одинарної гетероструктурі при зменшенні ширини бази потужність випромінювання різко падає, а швидкодія зростає незначно. Для кращих зразків на одинарної гетероструктурі зовнішній квантовий вихід 3-4% а час перемикання 40-80 не; подвійні гетероструктури мають приблизно таке ж значення зовнішнього квантового виходу, а час перемикання 20-30 нс. Важливо підкреслити, що одностороння інжекція не пов'язана зі ступенем легування емітерний і базової областей, як це має місце в звичайному (гомогенному) переході. В результаті вона зберігається до значних щільностей струму і з'являється можливість зміни ступеня легування областей гетероструктури без погіршення інжекції р-n переходів.

Іншою відмінною рисою гетероструктур є різниця в оптичних властивостях бази і емітера. В результаті спектральна характеристика випромінювання вузькозонних бази виявляється зрушеної в область довгих хвиль по відношенню до спектральної характеристиці поглинання широкозонного емітера (рис. 4.11). Тому випромінювання виводиться з світлодіодів через емітер практично без поглинання.

Рисунок 4.11 - Спектральні характеристики бази та емітера гетероструктури

У випромінювачах з подвійною гетероструктур і віддаленої підкладкою позначається явище багаторазового відбиття («багатопрохідний ефект»). Промені, що зазнають на зовнішньому кордоні кристала гетероструктури повне внутрішнє віддзеркалення, багаторазово відбившись, від різних граней кристала, в кінці кінців, падають на зовнішню межу під таким кутом, який дає можливість їм вийти назовні. Очевидно, що багатопрохідний ефект є корисним тільки в тому випадку, якщо поглинання випромінювання в напівпровіднику мало. Поглинання в вузькозонних базі вдається трохи компенсувати за допомогою фотолюмінесценції: поглинання кванта випромінювання веде до нового акту випромінювання.

Всі переваги гетероструктур досяжні тільки при високій якості гетеропереходу. Для отримання якісного гетеропереходу необхідно мати гарний збіг параметрів структури по обидві сторони від металургійної кордону: відмінність постійних кристалічних граток не повинно перевищувати 0,01%, близькими повинні бути і температурні коефіцієнти розширення. У тих випадках, коли ці вимоги не виконуються, висока концентрація дефектів в області гетеропереходу практично зводить до нуля всі його переваги.

4.5 Випромінювальна характеристика

Залежно від способу використання випромінювання світлодіодів - візуального або невізуальних - оптичні властивості світлодіоди описуються світловими або енергетичними параметрами. При візуальної передачі інформації від світлодіода в разі їх застосування в знакових індикаторах, при підсвічуванні написів і пускових кнопок, для індикації стану електронного в пристрої і т. п. приймачем випромінювання служить людське око. Невізуальні передача інформації характеризується тим, що виявлення потоку випромінювання від світлодіода, що працює зазвичай в ІК-діапазоні (ІК-діод), виключає людський зір і здійснюється фізичним фотоприймачем. До невізуальних області застосування світлодіодів відносяться, наприклад, пристрої зчитування з перфокарт і перфострічок обчислювальних машин, всілякі оптичні пристрої зв'язку та сигналізації.

Ефективність світлодіодів характеризують залежностями параметрів оптичного випромінювання від прямого струму через світлодіод і від довжини хвилі випромінювання. Залежність потоку випромінювання Фе від прямого струму Іпр наводиться для ІЧ-діодів і називається излучательной характеристикою (рис. 4.12). Для світлодіодів візуального застосування випромінювальна характеристика задається зазвичай залежністю сили світла Iх від прямого струму Іпр. В якості параметра електричного режиму обраний прямий струм через світлодіод, а не напруга на світлодіодах. Це пов'язано з тим, що р-n перехід світлодіоди включений в прямому напрямку і електричний опір світлодіоди мало. Тому можна вважати, що, прямий струм через світлодіод задається зовнішньої ланцюгом, змінюється в широкому діапазоні і легко вимірюється.

При малих струмах Іпр велика частка рекомбінаційної складової струму і коефіцієнт інжекції відповідно до вираженням малий. З ростом прямого струму потік випромінювання спочатку швидко збільшується до тих пір, поки в струмі діода не стає переважаючою дифузійна складова струму.

1 - участок характеристики при малых токах;

2 - участок характеристики при больших токах.

Рисунок 4.12 - Випромінювальна характеристика

Подальше збільшення Іпр призводить до поступового насичення центрів люмінесценції, і зниження излучательной здібності світлодіод. Крім того, із зростанням струму збільшується ймовірність ударної рекомбінації, що також зменшує випромінювальну здатність. Спільна дія розглянутих механізмів впливу прямого струму на силу випромінювання призводить до того, що випромінювальна характеристика має максимум при деякому певному струмі. Максимальна сила випромінювання залежить від площі і геометрії випромінюючого р-n переходу і від розмірів електричних контактів.

4.6 Спектральна характеристика

Залежність параметрів випромінювання від довжини хвилі оптичного випромінювання (або від енергії випромінюваних фотонів) називається спектральною характеристикою світлодіод. Довжина хвилі випромінювання визначається різницею двох енергетичних рівнів, між якими відбувається перехід електронів при люмінесценції. Довжина хвилі лmax випромінювання світлодіода визначається за формулою:

, (4.4)

де h - постійна Планка;

с - швидкість світла;

E - ширина забороненої зони;

коефіцієнт 1,23 вірний, якщо лmax вимірюється в мкм, а Е - в Ев.

В зв'язку з різною шириною забороненої зони у різних матеріалів Довжина хвилі випромінювання різна в різних типах світлодіод. Приклади спектральних характеристик Світлодіод на основі GaP і SiC з різними домішками наведені на рис. 4.13. Так як перехід електронів при рекомбінації носіїв заряду зазвичай відбувається не між двома енергетичними рівнями, а між двома групами енергетичних рівнів, то спектр випромінювання виявляється розмитим. Спектральний діапазон світло діодів характеризують шириною спектру випромінювання Дл0, 5, з міряти на висоті 0,5 максимуму характеристики.

Випромінювання більшості світлодіодів близько до квазімонохроматіческому (Дл / лmax << 1) і має відносно високу спрямованість розподілу потужності в просторі.



Рисунок 4.13 - Спектральні характеристики світлодіодів

Незалежно від того, наскільки ефективний світлодіод, вихідна випромінювання навіть великої потужності не буде зареєстровано, якщо довжина хвилі випромінювання не, відповідає спектру випромінювання, на який реагує фотоприймач. У величезній більшості випадків застосування світлодіодів повинен бути спектрально узгоджений або з людським оком, або з кремнієвим фотоприймачем. Діапазон спектральної чутливості фотоприймача становить приблизно 300-1100 нм. Людське око має істотно більш вузьким діапазоном чутливості з практично корисною областю 400-700 нм. Для ефективної роботи пари випромінювач - приймач необхідно ретельне узгодження спектральних характеристик цих приладів.

Наприклад, при узгодженні з людським оком світлодіод на основі GaAsP узгодження забезпечується вибором такої довжини хвилі, на якій твір відносної світловий ефективності очі V (л) і квантового виходу світлодіода з (л) є максимальним, тобто

V(л) з(л) =max. (4.5)

Цей максимум досягається при л = 655 нм (рис. 4.13) - червоний колір випромінювання.

У світлодіод, що мають більш короткі довжини хвиль випромінювання (наприклад, з лmax = 565 нм - зелений колір і лmax = 585 нм - жовтий колір), значення з зазвичай істотно нижче, ніж у світлодіодів червоного кольору. Однак відносна чутливість ока при такій довжині хвилі значно більше.

В результаті вдається отримати набір випромінювачів від червоного до зеленого кольору світіння, які мають одне і те ж значення твору V (л) з (з точністю до порядку величини).

Слід підкреслити особливості спектрального узгодження світлодіод з фотодіодом. З одного боку, таке узгодження в порівнянні з узгодженням з людським оком полегшується, так як спектральний діапазон фотодіода значно ширше. З іншого боку, спектральне узгодження не завжди є вирішальним фактором ефективної роботи пари Світлодіод - фотоприймач.

4.7 Оптичні параметри

Оптичні властивості світлодіодів описуються групою оптичних параметрів. Оптичні параметри дозволяють вибрати світлодіод потрібного кольору світіння, який мав би максимальну світлову віддачу при заданому струмі. До оптичних параметрів світлодіода відносяться: довжина хвилі випромінювання лmax, домінуюча довжина хвилі випромінювання лдом, сила світла Iх і кут випромінювання и.

Довжина хвилі випромінювання лmax - це довжина хвилі, що відповідає максимуму спектральної щільності потоку випромінювання світлодіодів. Сучасні структури мають малий розкид значень довжини хвилі випромінювання для світлодіодів одного типу.

У візуальних застосування світлодіодів закріплюється на передній панелі приладу. При цьому він повинен бути добре видно при навколишньому освітленні в місці установки світлодіод. Зазвичай навколишнє освітленість досить висока. Тому для поліпшення сприйняття необхідно посилити контраст між індикатором і фоном. Посилення контрасту полягає в забезпеченні максимальної різниці яскравості включених і виключених світлодіод. Ця умова забезпечується двома шляхами. По-перше, зменшують відображення навколишнього світу від поверхні світлодіод. По-друге, забезпечують максимальне сприйняття оком світла, випромінюваного світлодіод.

В умовах штучного освітлення контраст підсилюють за допомогою виборчих оптичних фільтрів. Вплив такого фільтра на контрастність показано на прикладі знакового індикатора на рис. 8. Легко бачити, що візуальний контроль інформації при наявності фільтра істотно поліпшується.

Основна вимога до контрастному світлофільтри, полягає в хорошій вибірковості, тобто в хорошому пропущенні світла тільки для довжини хвилі випромінювання світлодіодів. Спектральна характеристика фільтра - це залежність відносного пропускання фільтра від довжини хвилі світла. Відносне пропускання Тф фільтра визначається співвідношенням:

Т_ф(л)= L_х(л)/L_х0, (4.6)

де L_х(л) - яскравість випромінювання з фільтром на довжині хвилі л;

L_х0 - яскравість випромінювання без фільтру на довжині л_max.

4.8 Параметри світлодіода як елемента електричного кола

Параметри світлодіоду як елемента електричного кола постійного струму визначаються його вольт-амперної характеристикою. Відмінності прямих гілок вольт-амперних характеристик світло діодів пов'язані з різницею у ширині забороненої зони застосовуваних матеріалів. Чим менше довжина хвилі випромінювання, тим більше пряме падіння напруги на світлодіоді і втрати електричної енергії в ньому. Зворотні гілки вольт-амперних характеристик мають малий допустиме зворотна напруга, оскільки ширина р-n переходу в світло діодах незначна. При роботі в схемах з великими зворотними напругами послідовно з світлодіодами необхідно включати зворотний (не випромінюючий) діод.

Швидкодія світлодіодів визначається інерційністю процесу випромінювання при подачі прямокутного імпульсу прямого струму. Час перемикання tпер складається з часу включення tВКЛ і виключення tвикл випромінювання. Інерційність світлодіодів визначається процесом перезаряду бар'єрної ємності (ємності pn-переходу) і процесами накопичення та розсмоктування неосновних носіїв в активній області світлодіод.

Для світлодіод, що працюють в режимі візуальної індикації, швидкодія виявляється другорядною характеристикою, так як інерційність людського ока складає близько 50 мс, що багато більше tпер світлодіод. Для систем запису і зчитування інформації без візуалізації, наприклад для випромінювачів в оптронів, час перемикання ІК-діода входить складовою частиною в загальний час перемикання оптоелектронного приладу. У цих випадках прагнуть зробити tпер ІЧ-діода мінімально можливим.

Важливою особливістю світлодіод є притаманна їм деградація - поступове зменшення потужності випромінювання. при тривалому протіканні через прилад прямого струму. Деградацію пов'язують зі збільшенням концентрації центрів безвипромінювальної рекомбінації за рахунок переміщення в електричному полі неконтрольованих домішкових атомів. Також грає роль дезактивація частини випромінювальних центрів за рахунок їх переходу з вузлів кристалічної решітки в междуузлия. Зниження потужності випромінювання через деградації підпорядковується експоненціальним законом:

Фх (t) = Фх (0) exp (-t/фдег), (4.7),

де Фх (0) - вихідна (початкова) потужність випромінювання світлодіодів; фдег - постійна часу, що характеризує швидкість процесу деградації.

Для більшості світло діодів фдег = 104 год (аж до 105 - 106 год), однак у деяких зразків термін служби не перевищує 103 г.

Розглянемо вплив температури на параметри і характеристики світлодіод.

З ростом температури зазвичай дещо збільшується довжина хвилі випромінювання лmax світлодіод. Це збільшення визначається тим, що з ростом температури зменшується ширина забороненої зони напівпровідника. У результаті довжина хвилі випромінювання збільшується.

Потік випромінювання (випромінювана потужність) з ростом температури зменшується. Нехай світлодіоди використовуються для візуальних цілей (приймач випромінювання - людське око). Тоді з ростом температури сила світла зменшується, з одного боку, за рахунок зміни чутливості ока зі зміною довжини хвилі, з іншого - за рахунок безпосереднього зменшення потужності випромінювання. Наприклад, для червоного світлодіода при 650 нм чутливість ока змінюється приблизно на 4,3% при зміні довжини хвилі на 1 мм. Зсув довжини хвилі складає 0,2 нм /° С. Сила світла змінюється приблизно на 1% при збільшенні температури на 1° С.

Сила світла світлодіоди змінюється з ростом температури за експоненціальним законом:

Iх (T) = Iх0 exp (-k (T-T0)), (4.8)

де Iх (T) - сила світла при температурі Т;

Iх0 - сила світла при кімнатній температурі; k = ln TKIх

4.9 Можливості використання, недоліки та переваги

Поява понад яскравих, а також синіх (в середині 1990-х років) і білих діодів (на початку XXI століття) і постійне зниження їх ринкової вартості привернули увагу багатьох виробників до даних джерел світла. Світлодіоди стали використовувати в якості індикаторів режимів роботи електронних пристроїв, в підсвічуванні рідкокристалічних екранів різних приладів, у тому числі - мобільних телефонів і пр. Згодом застосування світлодіодів основних кольорів (червоного, синього і зеленого) дозволило отримувати кольору вивісок фактично будь-яких відтінків, а також конструювати з них дисплеї з висновком повнокольорової графіки та анімації.

Світлодіоди, за рахунок їх малої потреби в електроенергії, - оптимальний вибір декоративного освітлення в місцях, де існують проблеми з енергетикою

Термін служби світлодіодів, що перевищує в 6-8 разів довговічність люмінесцентних ламп, відносна простота в роботі з ними на етапі складання виробів, відсутність необхідності в регулярному обслуговуванні та їх антивандальні якості роблять ці джерела світла конкурентоспроможними з більш традиційними-газорозрядними, люмінесцентними лампами та лампами розжарювання. Одним з небагатьох і суттєвих аспектів, за рахунок якого неон утримує свої позиції в сегменті підсвічування вивісок, є поки що більш висока вартість світлодіодів.

Одним з достоїнств світлодіодів є їх довговічність. Дані джерела світла мають ресурсом використання 100 000 годин, а адже це 10-12 років безперервної роботи. Для порівняння - максимальний термін роботи неонових і люмінесцентних ламп становить 10 тис. годин.

За цей же час в світловому модулі, що використовує люмінесцентні лампи, їх потрібно буде змінити 8-10 разів, а лампи розжарювання доведеться заново «вкручувати» від 30 до 40 разів. Використання світлодіодних модулів дозволяє знизити витрати на електроенергію до 87%!

Світлодіодний модуль - багатокомпонентна структура з невибагливою схемою підключення. У ланцюжку, скажімо, з півсотні світлодіодів один-два несправних не тільки не виводять рекламний фрагмент з ладу, але навіть не впливають на сумарний світлове випромінювання. Гігантський ресурс роботи світлодіодів практично вирішує проблеми, пов'язані з необхідністю їх заміни. Крім того, світловипромінюючі діоди здатні надійно функціонувати в самому широкому діапазоні робочих температур.

Є надійність цілком особливого роду - та, від якої часом залежать людські життя. Застосування світлодіодів в пристроях відображення інформації (дорожні знаки, світлофори, інформаційні табло і т.д.) веде до значного збільшення відстані їх сприйняття людським оком. Невипадково в багатьох великих містах розвинених країн вже немає звичайних світлофорів, а світлодіодні схеми використовуються в повітряних і надводних навігаційних системах.

Іншим аспектом, завдяки якому светодиодам деякими замовниками віддається перевага, є їх міцність і антивандальні якості. На відміну від скляних трубок дані джерела світла виготовлені з пластику. За рахунок цього їх нелегко вивести з ладу за допомогою механічних пошкоджень. Характерне напругу, необхідне для роботи одного світлодіода, - 3-4 вольта. Тому в умовах, коли вимагається дотримання підвищених заходів безпеки або немає можливості використовувати високі напруги, світлодіоди є оптимальним вибором. Робоча напруга світлодіодних модулів, як згадувалося раніше, становить 10-12В. Очевидно, що при низькій напрузі не потрібно застосовувати проводи великого перерізу з сильною ізоляцією. Це також полегшує підключення світлодіодів до електромережі. У газорозрядних трубок, на відміну від світлодіодів, є поріг спрацьовування: щоб джерело світла загорівся, на початку необхідно подати на розряд необхідну напругу. Світлодіоди ж починають випромінювати світло відразу при підключенні до електромережі, і їх яскравість легко регулювати нарощуванням або зниженням напруги практично відразу після включення. Одним з важливих переваг світлодіодів є стійкість до впливу низьких температур. Відомо, що на морозі всередині газорозрядних джерел світла відбувається вимерзання ртуті, і це призводить до зниження яскравості світіння. При негативних температурах також виникають проблеми з включенням неону. Світлодіоди позбавлені цих мінусів.

Якби LED-технології не винайшли світлотехніки, їх би створили дизайнери. Світлодіоди, на відміну від ламп з неоном, мають практично необмежені можливості для «гри» з спектрами, ланцюжки яких можна вибудувати таким чином, щоб світлові акценти точно працювали на образ. Плавні, майже непомітні для ока світлові переходи від піку до піку в плані виразності, звичайно, поступаються живопису, але залишають далеко позаду інші джерела світла. Витончена цветодінаміка, характерна для світлодіодних модулів, здатна задовольнити вимоги найвибагливішого дизайнера. Цікаво, що гра зі спектрами має і екологічне значення. Адже криві чутливості, скажімо, рослин і людського ока не збігаються: ті спектри, які комфортні для нашого ока, часто дискомфортні для рослин, і навпаки. Зональне використання різних світлодіодних «ланцюжків» в тих інтер'єрах, де одночасно перебувають і рослини, і людина, знімають цю проблему.

Світлодіодні модулі надзвичайно компактні. Різні сувеніри, мініатюрні стенди і компактні табло, прикрашені світлодіодним символікою компанії, виглядають напрочуд виразно і незвично. Частка ринку світлотехнічних виробів, займана світлодіодами, становить мізерну частку. У розвинених країнах, особливо у великих містах і столицях, вона повільно, але вірно зростає. Своєрідним символом цієї ніжної і неминучою революції стало гігантське 500-метрове полотно з світлодіодів, безперервно простягнулося над головною вулицею Лас-Вегаса.

Поверхневий погляд на використання світлодіодів відразу відзначає їх високу вартість - головний недолік порівняно з лампами розжарювання і неоновими трубками різних типів. Якщо говорити про ціну вироби як такої, то LED-вироби дійсно «не кожному по кишені». До сих пір витрати на світлодіодні модулі - два рази вище вартості неонового вироби аналогічної яскравості. Однак виробники по всьому світу продовжують нарощувати потужності з виготовлення світлодіодів, і ціни на дані джерела світла неухильно знижуються. Практика показує, що сукупні витрати на придбання та експлуатацію світлодіодних виробів, в кінцевому підсумку виявляються в 2 - 2,5 рази нижче витрат на звичайні світильники.

Також недоліком при використанні світлодіодів в конструюванні об'ємних літер середніх і великих розмірів можна вважати їх мініатюрність, через яку потрібно об'єднувати численні окремі світлодіоди в групи. Щоб забезпечити яскравий і барвистий світ, миттєво привертає увагу, потрібна велика кількість світлодіодів. В даному випадку виникає необхідність використання універсальних модулів: один або два світлодіоди, які можна інтегрувати практично в будь-який рекламний образ.

Де застосовують світлодіоди?

· всі види світлової реклами (вивіски, щити, світлові короби та ін);

· заміна неону;

· дизайн приміщень;

· дизайн меблів;

· архітектурна та ландшафтна під світка;

· одноколірні дисплеї з рядком, що біжить;

· магістральние інформаційні табло;

· повнокольорові дисплеї для великих відео екранів;

· внутрішнє і зовнішнє освітлення в автомобілях, вантажівках і автобусах;

· дорожні знаки та світлофори;

· освтілення приміщень та вулиць.

Інші сфери застосування включають підсвітку рідкокристалічних дисплеїв в стільникових телефонах, цифрові камери, а також архітектурне та інші види освітлення. Сектор електронного обладнання включає застосування світлодіодів в якості індикаторних ламп в промислових і споживчих товарах.

Фахівці підкреслюють, що в найближчі кілька років ціни на світлодіоди впадуть до рівня, при якому готові вироби з них будуть коштувати дешевше неонових. У цьому разі потреби у кваліфікації по роботі з неоном, електропроводці високовольтних проводів для підключення газорозрядних трубок та заходи для запобігання помилок, що ведуть до перегорання джерел світла, немає.

Ще більш перспективні світлодіодні модулі - винятковий за гнучкості «конструктор» для дизайнера і виробника реклами, що включає різноманітні найпростіші геометричні форми - лінії, кільця, зірки, прямокутники… Подібно різнокольоровим пластиковим модулям LEGO світлодіодні модулі легко об'єднуються один з одним і не менш легко приєднуються до будь-якої поверхні. Якщо світлодіоди відкривають нову еру в освітленні взагалі, світлодіодні модулі - безперечно, нова ера світлодизайну. Освітлювальний прилад як автономний пристрій перестає бути головним компонентом архітектурного та інтер'єрного освітлення; світлодіодні модулі роблять крок «вглиб», вбудовуючи, інтегруючи світло в різні об'єкти, можна отримати абсолютно нову ступінь свободи у формуванні світлового середовища, виходячи на фантастичний рівень детальності, узгодженості, керованості [2].