У доповіді на відкритті 26 конференції Міжнародної Комісії з Висвітленню в Пекіні було відзначено, що загальний напрямок роботи світлотехнічної наукової громадськості має бути направлено на скорочення енергоспоживання та зменшення забруднення навколишнього середовища. Тобто мова йде не про зменшення освітленості, а про більш раціональне і ефективне використання освітлення. Одним з найбільш перспективних кроків на цьому шляху, є розробка і використання енергоекономічних джерел світла - світлодіодів.
Світлодіод - напівпровідниковий діод, що випромінює світло при проходженні струму через p-n-перехід. Щоб p-n-перехід випромінював світло, повинні виконуватися наступні дві умови. По-перше, ширина забороненої зони в активній області світлодіода повинна бути близька до енергії квантів світла видимого діапазону, а по-друге, ймовірність випромінювання при рекомбінації електронно-діркових пар повинна бути високою. Для цього напівпровідниковий кристал повинен містити мало дефектів, через які рекомбінація відбувається без випромінювання. Ці умови в тій чи іншій мірі суперечать один одному. Реально, щоб їх дотриматися, одного р-n-переходу в кристалі недостатньо. Доводиться виготовляти багатошарові напівпровідникові структури. Їх називають гетероструктури (саме за вивчення гетероструктур академік Алфьоров отримав Нобелівську премію). Це послужило новим етапом у розвитку технологій виготовлення світлодіодів.
Виробництво світловипромінювальних діодів стикається з деякими труднощами. Оскільки створення світлодіодів - це динамічна галузь світлотехнічної промисловості, то склалися законів і правил їх застосування поки не існує. Ні нормативної документації, яка стосується процесу виробництва і використання світлодіодів. Кожне велике виробництво намагається знайти свої критерії відбору продукції, але, на жаль, некак міжнародних угод не існує. Хоча в цьому напрямку останнім часом ведеться активна робота і досягнуті добрі результати, треба розуміти, що створення єдиних вимог до світлодіодним техніці - справа не одного року. Щоб зрозуміти, в чому складність створення подібної документації, слід ознайомитися з технологією виробництва.
Розглянемо поетапно процес створення світлодіодів.
1) Вирощування кристала.
Тут головну роль відіграє такий процес, як металоорганічна епітаксії. Епітаксия - це орієнтований зростання одного кристала на поверхні іншого (підкладки). Епітаксиальні зростання напівпровідників (а світлодіод - це саме напівпровідник) здійснюється методом термічного розкладання (піролізу) металлорганических з'єднань, що містять необхідні хімічні елементи. Для такого процесу необхідні особливо чисті гази, що передбачено в сучасних установках. Товщини вирощуваних верств ретельно контролюються. Важливо забезпечити однорідність структур на поверхні підкладок. Вартість установок для епітаксійного росту доходить до півтора мільйонів євро. А процес налагодження отримання високоякісних матеріалів для майбутніх світлодіодів займає кілька років.
2) Створення чіпа.
На цьому етапі мають місце такі процеси, як травлення, створення контактів, різка. Весь цей комплекс отримав назву «планарная обробка плівок». Плівка, вирощена на одній підкладці, розділяється на кілька тисяч чіпів.
3) Біннірованіе.
Біннірованіе (сортування чіпів) - особливо важливий процес виробництва світлодіодів, про який несправедливо часто забувають згадувати в літературі. Справа в тому, що при виробництві будь-якої продукції повинні дотримуватися певні критерії відбору. Але на вищеописаних стадіях виробництва світлодіода неможливо домогтися абсолютного подібності виробів по його характеристикам. Виготовлені чіпи спочатку мають характеристики, що розрізняються в деякому діапазоні. Чіпи сортують на групи (біни). У кожній групі певний параметр варіюється в певних межах.
Сортування відбувається по:
- довжині хвилі максимуму випромінювання;
- напрузі;
- світлового потоку (або осьової силі світла) і т. д.
Біннірованіе, як спосіб градації світлодіодної продукції, знаходить застосування на виробництві та, отже, в найменуванні продукції, що поставляється. Обидва ці факти роблять застосування світлодіодів доступним для широкого кола користувачів.
4) Створення світлодіода.
Створення безпосередньо світлодіода - це заключний етап технологічного ланцюжка. Створюється корпус майбутнього джерела світла, монтуються висновки, підбирається люмінофор (якщо він необхідний). Але особливо варто відзначити таку важливу частину, як оптичну систему (а саме, виготовлення лінз). Лінзи для світлодіодів виготовляють з епоксидної смоли, силікону або пластику. До них пред'являється широкий спектр вимог, тому що оптична система світлодіода грає велику роль (направляє світловий потік світлодіода в потрібний тілесний кут).
- бути максимально прозорими;
- пропускати світло у всьому оптичному діапазоні;
- мати гарну клейкість матеріалу до матеріалу друкованої плати;
- бути температура стабільними;
- володіти високим терміном служби (що характеризується до впливу випромінювання кристала і хімічного впливу люмінофора, якщо такий застосований).
Завдяки великій кількості позитивних якостей (малою споживаною потужністю, відсутності ртуті, низькій напрузі харчування, високої надійності, малим габаритам і т.д.), на основі світлодіодів створюються різноманітні і високоякісні освітлювальні світлодіодні прилади. Можна довго перераховувати різні типи світлодіодних світильників. це і прожектори, і лінійні світлодіодні світильники, і світильники загального або спеціального призначення. Однозначно можна сказати, що світлодіоди - це динамічно розвиваються джерела світла. А технологія виробництва світлодіодів - сфера діяльності висококласних світових фахівців, здатних досягати все більш високих результатів.