Л. Коган, И. Рассохин

Новые мощные диодные осветители инфракрасного диапазона

Для техники ночного видения и систем видеонаблюдения необходимы мощные осветители инфракрасного диапазона. В настоящей работе в развитие результатов [1-3] описаны новые диодные осветители с повышенной мощностью излучения и модули на их основе.

Повышение мощности излучения диодных осветителей обеспечено за счет следующих технических решений:

• использование высокоэффективных многопроходных двойных гетероструктур в системе GaAlAs;
• увеличение площади излучающего кристалла до 1 мм2, благодаря чему снижается тепловое сопротивление кристалла и создается возможность увеличения рабочего тока; одновременно, увеличение площади кристалла приводит к снижению доли поверхности кристалла, занятой непрозрачными омическими контактами, вследствие чего возрастает внешний квантовый выход излучения;
• применение эффективных отражателей света для сбора и преобразования бокового излучения кристаллов;
• создание полимерного полусферического купола с показателем преломления n ~ 1,55, согласованного по размерам с отражателем бокового излучения, для повышения внешнего квантового выхода излучения и формирования необходимой диаграммы направленности излучения;
• разработка конструкций приборов с пониженным тепловым сопротивлением.

ИК-диод типа У-193 выполнен в корпусе КТ-2 в конструкции прибора У-192 (новое название АОИ195) и отличается увеличенным размером кристалла площадью ~1 мм². Кристаллодержатель прибора обладает повышенной теплопроводностью, что с учетом увеличенного размера кристалла позволяет получить тепловое сопротивление прибора R_T ~ 15ºС/Вт. Габаритные размеры прибора: Ø9x8,5 мм.

В развитие результатов, полученных на 6-кристальном ИК-диоде типа У-272 [1], разработана новая конструкция многокристального ИК-диода типа У-288 (рис. 1). Его конструкция отличается от предыдущей следующим:

• использованы 6 кристаллов площадью ~1 мм², соединенных последовательно;
• ножка корпуса ТО-3 имеет повышенную теплопроводность, что позволяет получить тепловое сопротивление прибора R_T = 7┘10ºС/Вт;
• увеличен диаметр полимерной линзы до Ø18 мм вместо Ø12 мм; благодаря этому удалось применить отражатель бокового излучения, что повысило эффективность прибора.

Рисунок 1. Устройство ИК-диода типа У-288: 1 - излучающие кристаллы; 2 - отражатель бокового излучения; 3 - кристаллодержатель с наваренной медной пластиной; 4 - полусферический полимерный купол; 5 - изолированные выводы

Фотометрические и электрические параметры ИК-диодов типа У-193 и У-288 приведены в табл. 1.

Таблица 1. Параметры ИК-диодов У193 и У288

Тип ИК-диода*	Входные электрические параметры		Фотометрические параметры
			max, нм	Мощность излучения, Рe, Вт		Осевая сила излучения, Je, Вт/ср, тип	Угол излучения, 20,5, град
	Jпр, мА	Uпр, В, не более		не менее	тип
У-193А	0,5 1,0	2,5 3,0	805±10	0,17 0,35	0,23 0,44	0,35 0,7	30±5
У-288А	0,5 0,7	12,5 14,0	805±10	0,8 1,1	1 1,35	0,8	50±10

*) Приборы У-193Б и У-288Б имеют те же параметры при длине волны излучения l_max = 860±20 нм.

Полуширина спектральной полосы излучения _0,5 ~ 35 нм. Мощность излучения приборов почти линейно зависит от прямого тока (рис. 2).

Рисунок 2. Зависимость мощности излучения от прямого тока: 1 - для прибора У-193; 2 - для прибора У-288. Цифрами отмечено отклонение от линейности

Как следует из табл. 1, мощность излучения приборов достигает 0,44 Вт (тип У-193) и 1,35 Вт (тип У-288), а сила излучения достигает 0,7 Вт/ср (тип У-193) и 0,8 Вт/ср (тип У-288). Использование внешней оптики позволяет увеличить силу излучения до десятков Вт/ср и получить большую дальность видеонаблюдения.

Внешний квантовый выход излучения прибора У-193 составил 28┘35%, прибора У-288 - 20┘25%.

В развитие работ [2,3] разработан диодный осветительный модуль инфракрасного диапазона повышенной мощности и силы излучения. Модуль создан на основе ИК-диодов из GaAlAs типов АОИ195А (У-192Б) или АОИ195В (У-192Д) или У-192В [1], важнейшие фотометрические и электрические параметры которых приведены в табл. 2.

Таблица 2. Параметры ИК-диодов АОИ195А,В и У192B

Наименование параметра, условное обозначение, единица измерения	Типы приборов
	АОИ195В	АОИ195А	У-192В
Мощность излучения, Рe, при Jпр = 400 мА, мВт, не менее	120,0	100,0	90,0
типичное значение	130,0	110,0	100,0
Угол излучения, 20,5, град		30±5
Длина волны в максимуме спектральной полосы излучения, max, и полуширина, , нм	805╠10/35	870╠20/35	950╠10/50

Диодный модуль создан из 12 ИК-диодов, размещен на общем радиаторе с шагом 25 мм, соответствующем шагу плоских квадратных линз Френеля в блоке этих линз. Расстояние между блоком линз Френеля и плоскостью размещения ИК-диодов примерно равно фокусному расстоянию линз. В ИК-диодах излучающий кристалл размещен на поликоровой пластине, что позволило изолировать электрическую цепь диодов от их корпуса. Это дало возможность соединить ИК-диоды последовательно-параллельно в 2 цепочки по 6 диодов последовательно. Размеры диодного модуля - Ø106x60 мм. Устройство показано на рис. 3.

Рисунок 3. Внешний вид диодного модуля У-201ИК

Фотометрические и электрические параметры модулей с блоком линз Френеля (типы У-201ИК-1, У-201ИК-3 и У-201ИК-5), а также без него (типы У-201ИК-2, У-201ИК-4 и У-201ИК-6) приведены в табл. 3.

Тип ИК-диода*	Входные электрические параметры		Спектр излучения		Мощность излучения, Рe, Вт		Осевая сила излучения, Je, Вт/ср, тип		Угол излучения, 20,5, град	Ориентир овочная дальность освещения, не менее, м
	Jпр, мА	Uпр, В	max, нм	0,5, нм	не менее	тип	не менее	тип
У-201ИК-1	0,6	12╠0,5	805╠10	35	0,7	1	50	60	5	150
У-201ИК-2	0,6	12╠0,5	805╠10	35	0,9	1,2	1	2	30	30
У-201ИК-5	0,6	12╠0,5	950╠10	50	0,5	0,8	40	50	5	120
У-201ИК-6	0,6	12╠0,5	950╠10	50	0,7	1,0	0,7	1,2	30	20

*) Модули типа У-200ИК-3 и У-200ИК-4 с длиной волны в максимуме спектра излучения max = 870╠20 нм имеют те же параметры, что и модули У-200ИК-1 и У-200ИК-2, соответственно.

Как следует из табл. 3, мощность излучения модулей без блока линз Френеля достигает 1,2 Вт, а сила излучения модулей с блоком линз Френеля достигает 60 Вт/ср, что позволяет обеспечить дальность освещения не менее 150 м.

Модули типов У-201ИК-5 и У-201ИК-6 при работе невидимы для человеческого глаза. Приборы У-193, У-288 и У-201ИК работоспособны в импульсном режиме. Время нарастания и спада импульса излучения в диапазоне 0,1-0,9 не более 50 нс. Предельно допустимый импульсный прямой ток - не менее 5 А при средней величине тока 0,5 А. Импульсная мощность излучения линейно зависит от величины импульса тока и достигает 3┘4 Вт (тип У-193) и 10┘15 Вт (тип У-288 и У-201ИК) при J_пр.и = 5 А.

Помимо применения в технике ночного видения и видеонаблюдения, разработанные приборы могут найти применение в медицинской терапевтической аппаратуре, в системах дистанционного управления радиоаппаратурой, в системах оптической связи в атмосфере и т.п.

Срок службы представленных приборов - не менее 50000 часов.

Литература

1. Коган Л.М. Светодиоды с повышенной мощностью излучения // Светотехника. 2000. ╧ 2. С. 16-19.
2. Коган Лев, Рассохин Игорь. Полупроводниковые инфракрасные осветительные модули направленного действия // Электронные компоненты. 2001. ╧ 3. С. 25-26.
3. Коган Л.М., Рассохин И.Т. Светодиодные модули направленного действия // Светотехника. 2001. ╧ 5. С. 13-14.