автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Контроль параметров маломощных светодиодов при проектировании осветительных устройств на основе исследования их характеристик

На правах рукописи

Иванова Вилия Равильевна

КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ МАЛОМОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Специальность: 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ШЖ\2

005007170

Казань-2011

005007170

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет».

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Тукшаитов Рафаил Хасьянович.

доктор физико-математических наук, профессор Козлов Владимир Константинович

доктор технических наук, профессор Ильин Герман Иванович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева», г. Саранск.

Защита состоится 20 января 2012 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.082.01 при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» по адресу: 420066, Казань, ул. Красносельская 51, тел., факс (843) 562-43-30.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51, КГЭУ, Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.082.01.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного энергетического университета, с авторефератом - на сайте http://www.kgeu.ru

Автореферат разослан декабря 2011г.

Ученый секретарь >. Л

диссертационного совета, д.ф.-м.н. Щ^С) Р.И.Калимуллин

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В последнее десятилетие Правительство РФ прилагает большие усилия к решению проблемы энергосбережения, в том числе в области электроосвещения, поскольку ежегодно растет электропотребление. В плане этой технической политики проводится активная замена ламп накаливания на компактные люминесцентные и светодиодные. При этом последним отдается большее предпочтение, поскольку они потребляют электроэнергии в 5-10 раз меньше люминесцентных ламп при сроке службы в 510 раз больше.

Началу становления производства светильников дневного света послужили работы профессора Суджи Накамуры, выполненные в 1996-1997 годах и посвященные созданию коммерческого светодиода белого цвета свечения [1,2]. С этого времени началось интенсивное производство светодиодных светильников в разных странах мира, включая Россию, причем в условиях отсутствия нормативной базы, стандартов и, особенно, системы контроля качества светодиодов [2,3]. Последнее в немалой степени обусловлено тем, что за истекший период еще не выработана система параметров светодиодов, подлежащих контролю [4,5]. Следует отметить, что вопросы контроля качества светодиодов в литературе пока остаются не освещенными.

Получив сведения по многим параметрам светодиодов, можно судить об их качестве по степени отклонения этих параметров от требуемых проектировщиками значений. Не менее важную информацию может нести непосредственно вариабельность каждого измеряемого параметра, однако она остается в литературе практически не изученной.

Учитывая, что маломощные светодиоды находят широкое применение при разработке самых различных светотехнических устройств (ламп, светильников, прожекторов и др.), представляется важным в качестве первого этапа осуществить разработку системы параметров, пригодных для налаживания входного контроля качества маломощных светодиодов (50-100 мВт), с последующей их сравнительной характеристикой.

Таким образом, задача разработки и систематизации параметров для контроля технических характеристик и качества светодиодов является актуальной.

Объект исследования - маломощные светодиоды с различным спектром излучения, используемые для производства светодиодных ламп, светильников, прожекторов и устройств световой рекламы.

Предмет исследования - электрические и светотехнические параметры маломощных светодиодов.

Цель исследования - разработка системы параметров маломощных светодиодов и усовершенствование методик их измерения для обеспечения контроля.

В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:

1. Создать экспериментальную лабораторную измерительную установку; усовершенствовать методики определения ряда параметров светодиодов.

2. На основе экспериментальных исследований электрических и светотехнических характеристик светодиодов с различным спектром излучения разработать систему параметров для контроля качества светодиодов.

3. Составить перечень параметров, пригодных для контроля светодиодов, и осуществить их дифференциацию на основные и вспомогательные.

Методы исследования. В работе использовались аналитические и расчетные методы с применением ЭВМ, а также экспериментальные методы основных характеристик светодиодов и их сопоставление с расчетными данными.

Научная новизна.

1. Разработан перечень параметров маломощных светодиодов и усовершенствованы методики их определения, которые создают научно-практическую основу для обеспечения контроля светодиодов и светодиодных устройств (ламп, прожекторов, светильников и рекламных устройств).

2. Предложено для повышения качества контроля светодиодных изделий наряду с электрическими и светотехническими параметрами оценивать уровень их вариабельности.

3. Показано, что в маломощных рекламных и декоративных светодиодных устройствах, имеющих небольшой срок эксплуатации, можно увеличить их световой поток в 3-5 раз путем пропорционального увеличения силы тока.

Практическая значимость.

1. Разработанная система параметров и усовершенствованные методики определения могут бьггь рекомендованы светотехническим предприятиям для входного контроля выпускаемых светодиодов и светодиодных устройств.

2. Отдельные предложения, сформулированные на основе материалов диссертации, вошли в проект ГОСТа Р МЭК 62504-2011 «Светодиоды и их модули для общего освещения. Термины и определения».

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Разработанная система параметров маломощных светодиодов и усовершенствованные методики их определения создают научно-практическую основу для контроля светодиодов при проектировании осветительных устройств.

2. При изготовлении маломощных светотехнических устройств с небольшим сроком службы (декоративного освещения, рекламы и автономного светильника) для увеличения их светового потока сила тока может быть в 3-5 раз больше номинального тока.

3. Величина коэффициента вариации электрических параметров светодиодов должна бьггь положена в основу их бинирования по качеству как на стадии производства, так и на стадии применения.

Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов

Достоверность полученных результатов обеспечена большим объемом экспериментальных исследований, проведенных с использованием усовершенствованных методик измерения характеристик светодиодов. Целый ряд результатов подтвержден проведением повторных серий опытов с использованием более 500 светодиодов разного типа и цвета свечения. Полученные данные обработаны и проанализированы с помощью ряда методов математической статистики.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных и научно-технических конференциях: XVII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2011); VII, VIII Международных научно-технических конференциях «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» (г. Саранск, Мордов. гос. ун-т имени Н.П.Огарева, 2009, 2010); IV, V, VI Международных молодежных научных конференциях студентов и аспирантов «Тинчуринские чтения» (г. Казань, КГЭУ, 2009, 2010, 2011); XII аспирантско-магистерском научном семинаре КГЭУ, посвященном «Дню энергетика» (г. Казань, КГЭУ, 2008); XXIII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (г. Казань, КВАКУ им. М.Н. Чистякова, 2011).

Публикации. Основные научные результаты диссертации практически полностью отражены в 12 опубликованных работах, в том числе в 3 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК по специальности диссертации.

Личный вклад автора работы

Результаты, представленные в диссертации, получены при непосредственном участии автора. Автор разработал и изготовил измерительную установку, усовершенствовал методики измерения ряда параметров светодиодов, самостоятельно выполнил экспериментальные исследования, статистическую обработку полученных данных и анализ результатов.

Соответствие диссертации научной специальности.

Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Представленные в ней результаты соответствуют: п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», п. 5 «Разработка метрологического обеспечения приборов и средств контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, оптимизация метрологических характеристик приборов».

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 170 страницах и состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа включает в себя 30 таблиц и 15 рисунков. Список литературы содержит 159 источников, в том числе 24 иностранных.

Основное содержание работы Измерительная установка и методики исследований Для измерения электрических и светотехнических параметров светодиодов (СД) (силы тока, напряжения питания, порогового напряжения, обратного пробивного напряжения, крутизны вольт-амперной характеристики (ВАХ), длины волны максимума излучения, полуширины спектрального излучения и др.) собрана лабораторная измерительная установка (рис. 1), состоящая из источников стабилизированного напряжения Б5-48, СРЫ-ЗОНКЮ и миллиамперметра М1104 с пределом измерения от 5 мкА до 30 А (класс точности прибора 0,2), дополнительного микроамперметра М2004 (класс точности 1,5) с верхним пределом измерения 200 мкА, двух тумблеров и ограничительного резистора (класс точности 1), а также из малогабаритного монохроматора (погрешность установки длины волны ± 0,5 нм), мультиметра ОМЦ-20 (±2%), люксметра ТКА-ПКМ (класс точности 0,1) и электротермометра серии 8803 (точность измерения ± 0,1 °С).

Рис.1. Структурная схема измерительной установки

В проведенных экспериментах изучались характеристики СД разных производителей (Edison, Seoul Semiconductor, Foryard Optoelectronics, Дельфин и др.), в количестве от 5-7 до 15-24 штук. В зависимости от задачи исследований, в опытах использовались светодиоды от одного до пяти цветов свечения.

При определении значений обратного пробивного напряжения применялся высоковольтный источник стабилизированного напряжения GPR-30H10D и микроамперметр М2004.

Значение ограничительного резистора /г*огр выбиралось от 5 до 200 Ом (класс точности 1), в зависимости от решаемой задачи. В ряде опытов одновременно измерялись напряжение источника питания, напряжение на светодиоде и сила тока. Напряжение на светодиоде определялось мультиметром ОМЦ-20 (погрешность прибора ± 0,01 В).

Определение порогового напряжения и обратного пробивного напряжения СД осуществлялось при фиксированном значении силы тока, равном 20 мкА. В процессе снятия ВАХ сила тока не превышала 2-3 от номинального значения, а при определении пробивного напряжения сила тока не превышала 200 мкА. Пороговое напряжение определяется шириной запрещенной зоны и, следовательно, характеризует качество полупроводникового материала.

Усовершенствованы методики исследования вольт-амперных, люкс-амперных, Я-амперных характеристик, определения постоянного порогового напряжения, определения обратного пробивного напряжения (С/06р), определения постоянного прямого напряжения (С/раб) светодиодов, определения крутизны прямой ветви вольт-амперных характеристик, длины волны максимума излучения (Лпм) и полуширины спектрального излучения (ДДо,5). Погрешность определения светотехнических параметров составляла ± 0,2-1,0 %, а электрических - не превышала ± 5%. Коэффициент их вариации (Су) вычислялся на основе среднеквадратического отклонения (о) измеренных показателей.

Результаты исследований

Из результатов измерений, приведенных в табл. 1, видно, что типы светодиодов по уровню разброса тока можно поделить на три группы. Первую группу составляют СД марки ЬУ514, РУЬ-5484У\УС1А, С566С-ВРС, ЬВ520 и КЬ30-НУ2148, вторую группу - С48МР-С18, ЬУ580А и ЬЯ770В, третью -ЬК521. Анализ результатов показал, что по данному показателю к наиболее качественным можно отнести СД первой группы с Су от 1,6 до 7 %. В то же время к наименее качественным можно отнести СД третьей группы с С„ от 12 до 1В %. В этих сериях опытов погрешность определения силы тока была не более ± 1,5 %.

Из таблицы также видно, что крутизна ВАХ и значение постоянного прямого напряжения у СД разного цвета свечения отличается друг от друга. СД красного свечения Ы1770В имеют крутизну ВАХ в 4 раза больше СД зеленого свечения С48МР-О.Г8, а СД белого свечения РУЬ-5484У№С1А - превосходят в 1,8 раза СД синего свечения ЬВ520. Таким образом, наименьшее значение крутизны имеют СД зеленого С48МР-СД8 и синего ЬВ520 цвета свечения. Следовательно, эти СД имеют несколько большую стабильность постоянного прямого тока. Поскольку у маломощных светодиодов абсолютное значение крутизны ВАХ на порядок больше, чем у мощных, то с целью приведения крутизны ВАХ к единому масштабу при сравнительных измерениях целесообразно выражать ее в относительных величинах, которое вычисляется по формуле^ =8,1 ди,гдс <5/ и ¿у - относительные значения прироста тока и напряжения соответственно. Крутизна вольт-амперных характеристик светодиодов определялась в области номинального значения силы тока.

Из табл. 1 следует, что значения постоянного прямого напряжения светодиодов красного (1Л521, 1Л77(Ю), зеленого (С48МР-С18) и желтого (Ш,30-НУ2148, ЬУ580А) цвета свечения равно 1,9-2,2 В, а белого (ЬУ514, БУЬ-5484У\УС1А) и синего (ЬВ520, С566С-ВРС) - 3,2-3,4 В.

Проведены также измерения вариабельности рабочего напряжения СД. Для этого через последовательно соединенные СД пропускали ток фиксированного значения (20±2 мА) и при этом уровне тока измеряли значение напряжения и оценивали его вариабельность. Коэффициент вариации рабочего напряжения составил не более ±2%, причем у СД красного цвета свечения ЬЯ521 он больше, а у СД оранжевого цвета свечения АЬ307-0-М он меньше.

Таблица 1. Значения постоянного прямого напряжения, крутизны ВАХ и вариабельности прямого тока светодиодов

№ Цвет свечения и марка СД Кол СД (и) ипр. при 1=20 мА 4р., мА Су, % 5, мА/В

1 Зеленый (С48МР-С18) 7 2,2 28-33 9,8-5,2 43

2 Синий (ЬВ520) 5 3,2 31-38 2,7-3,2 60

3 Синий (С566С-ВРС) 7 3,4 26-34 3,0-5,6 80

4 Белый (ЬУ514) 5 3,2 28-37 2,4-1,6 80

5 Желтый (М30-НУ2148) 7 2,1 30-49 1,9-1,6 90

6 Белый (РУЬ-5484У\УС1) 5 3,1 27-35 7,1-5,0 110

7 Желтый (ЬУ580А) 5 2,1 20-36 8,5-7,2 160

8 Красный (017700) 5 1,9 22-40 6,9-7,3 180

9 Красный (ЬЯ521) 7 1,9 20-43 17-12 230

Дополнительные опыты (табл. 2) показали, что увеличение объема выборки лишь несколько повышает точность определения Су. В этих опытах С, изменялось в пределах 0,92-1,23 %.

Таблица 2. Значения коэффициента вариации рабочего напряжения светодиодов оранжевого цвета свечения марки АЬ307-0-М при разных объемах выборок при силе тока 20 мА

п (количество светодиодов) 5 10 15 24

£/сд,В 1,99 2,0 1,99 1,99

а 0,02 0,03 0,02 0,02

С, % 1,23 1,3 1,13 0,92

Результаты ряда серий измерений свидетельствуют, что Су прямого напряжения светодиодов у исследованных типов в целом не превышает ±2%. Данные результаты позволяют не только прогнозировать, но и приближенно на

основе значений крутизны ВАХ оценить степень разброса силы тока при параллельном подключении СД, а, соответственно, и их световых потоков.

Установлено, что наибольшим обратным пробивным напряжением ((7^) обладают светодиоды оранжевого АЬ307-0-М и зеленого С48МР-0.18 цвета свечения. Вместе с тем, однозначно прогнозировать величину пробивного напряжения по цвету свечения нельзя, поскольку СД красного свечения одних производителей имеют С/«*р. = 14 В, а других - 80 В, а максимальное значение Обр. одних СД оранжевого свечения равно 80, а у других -103 В.

Значение коэффициента вариации обратного пробивного напряжения находится в пределах 3-6%. Причем у СД с большим значением пробивного напряжения оно в целом меньше, чем у СД с малым значением 1!06р.

На рис. 2 представлены результаты измерений обратной ветви ВАХ, позволяющих оценить обратное пробивное напряжение светодиодов. Установлено, что оно в зависимости от типа СД находится в пределах от 14 до 103 В.

-120 -100 -80 -60 ~»0 -20 О

Рис. 2. Зависимость силы тока от величины обратного напряжения светодиодов разного цвета свечения

В работе также изучены спектральные параметры СД. С помощью спектрометра на базе малогабаритного монохроматора МОМ-1 проведены исследования длины волны максимума излучения и полуширины спектрального излучения у разных типов СД. Результаты приведены в табл. 3. Коэффициент вариации длины волны излучения составляет не более ±0,4% при собственной погрешности измерения порядка ±0,2%. Это свидетельствует о том, что параметр Лтах может быть использован лишь для контроля степени соответствия СД техническому паспорту.

Что касается полуширины спектрального излучения светодиодов (ДАо.з), то вариабельность ее существенно больше погрешности измерения (3) и находится в пределах 2-8%. Наименьший Су полуширины спектрального излучения (ДД0 5) получен у СД ЬУ580А желтого свечения, а наибольший - у СД ЬВ520 синего свечения.

Существенное превышение С„ полуширины спектрального излучения над ошибкой измерения длины волны <5 (ЛпИ) позволяет рекомендовать С„ (ЛЯо,5) для использования при контроле характеристик СД.

Таблица 3. Значения величин и коэффициентов вариации спектральных параметров разных типов светодиодов

№ Цвет свечения и марка СД ^тлах ± !<4%, (нм) ДХо,5 ± /сУ)%_ (нм)

1 Белый (С503С-\УАМ) 458 ±/0,40 23 ±/5,0

2 Белый (ЕБЕН-КЬС8-Е1) 453 ±/0,27 24,7 ±/6,0

3 Белый (РУЬ-5484У\УС1) 453 ±/0,42 24,6 ±/6,2

4 Синий (ЬВ520) 457 ±/0,13 26,7 ±/7,8

5 Красный (1Л1521) 629 ±/0,13 17 ±/7,2

6 Желтый (ЬУ580А) 592 ±/0,20 16,4 ±/2,0

На рис. 3 приведена зависимость светоотдачи от силы рабочего тока. Установлено, что у маломощных светодиодов максимум светоотдачи наблюдается при значении тока в 2-3 раза меньше постоянного прямого, а именно, при токе 5-10 мА.

.......

Рис. 3. Зависимость светоотдачи светодиода белого свечения марки РУЬ-5484У\УС1А от силы тока

Из этих данных следует, что в случае питания СД от автономных гальванических источников пониженным током как светоотдачу, так и ресурс

можно несколько увеличить (в 1,5-2 раза). При этом величину светового потока можно восстановить до исходного значения увеличением количества используемых СД. Кроме того, установлено, что во многих автономных светильниках начальная сила рабочего тока в 4-6 раз превышает номинальную силу тока, что вызывает ускоренный износ гальванической батареи. Во избежание этого предложено осуществлять оптимальное сопряжение источников питания со светодиодными модулями.

Нисходящая ветвь зависимости относительной светоотдачи (Я/Я0=//)) от силы тока может быть описана аналитическим выражением:

Зн= 0,98-е -0'02',

где/-сила рабочего тока, мА.

Для маломощных СД номинальной силой тока является 20 мА, которая обеспечивает срок их службы 50000-100000 часов. Однако в ряде устройств (реклама, декоративная подсветка, ночники и т.п.), в силу их быстрого морального старения необходимость в таком большом сроке службы отсутствует. Это открывает возможность существенного снижения их себестоимости при повышении силы тока в 3-5 раз выше номинального

Рис. 4. Зависимость относительной освещенности (¿¿) от силы тока для двух типов светодиодов 000 — У8Р-5Я488С-С; ДМ - 1Л521

На рис. 4 приведены кривые зависимости относительной освещенности от силы тока светодиода. Как из них видно, максимальный световой поток у разных маломощных светодиодов достигается при силе тока 75-100 мА. Дальнейшее повышение силы тока ведет к значительному увеличению температуры р-п-перехода СД и, соответственно, к снижению светового потока за счет уменьшения внешнего квантового выхода. Восходящая часть кривой на графике, имеющая практическое значение, с удовлетворительной погрешностью может быть описана линейным уравнением 3Е~ 0,015-1.

Значение 1тах, при котором достигается Етах, как и /пр, следует использовать для характеристики СД. Зависимость повышения относительного значения освещенности от силы тока удовлетворительно описана аналитическим выражением:

дЕ = -74-12 +16,8-1,

где I - сила рабочего тока, А.

На рис. 5 приведены результаты исследования температуры электродов. Температура катода оказалась выше температуры анода. Перепад температур достигает 10°С при повышении силы тока до 100 мА. Применение теплоотводящих подложек, дополнительного омеднения печатной платы в области пайки электродов или микрорадиатора открывает возможность увеличения срока службы СД при необходимости больших уровней световых потоков, и снижения себестоимости изделий.

Результаты этих серий опытов свидетельствуют о том, что температуру кристалла СД можно косвенно контролировать путем измерения температуры одного светодиодного электрода (катода) у его основания. Такой прием особенно эффективен при пропускании значений тока СД выше постоянного

Рис.5. Значения температуры катода светодиодов: ООО - катод; ддд - анод.

Таким образом, установлено, что при постоянном прямом напряжении питания коэффициент вариации постоянного прямого тока маломощных светодиодов находится в пределах от 2 до 18%. Изучив Ст силы тока у 9 типов светодиодов в количестве порядка 500 шт. в 10 сериях опытов мы провели их сортировку (бинирование) по величине этого признака. К первой группе отнесли светодиоды с С„в пределах от 2 до 7%, ко второй - с Су от 8 до 12%, а к третьей -от 13 до 18%.

Показано, что значение крутизны ВАХ светодиодов разного цвета свечения в среднем находится в пределах 50-160 мА/В. Для сравнительной

оценки СД разной мощности определяющим показателем является относительное значение крутизны ВАХ, которое находится в пределах 10-30.

При последовательном соединении СД и номинальном значении тока (20 мА) коэффициент вариации рабочего напряжения в двух сериях опытов, выполненных на СД ЬЯ521 красного и АЬ307-0-М оранжевого свечения, находится в пределах от 0,9 до 1,3%.

Контроль вариабельности светового потока целесообразно осуществлять по величине вариабельности силы тока, поскольку между силой тока и световым потоком имеется линейная зависимость.

Разработанные и усовершенствованные методики измерения и контроля позволяют с достаточной точностью проводить определение параметров светодиодов.

Осуществлено бинирование СД по коэффициенту вариации силы тока и светового потока. Результаты исследований характеристик СД позволили разработчику предложить систему из 26 светотехнических и электрических параметров, причем 14 из них отнесены к основным параметрам светодиодов (см. табл. 4), а остальные 12 - отнесены к второстепенным: длина волны максимума излучения (X™*), коэффициент вариации постоянного порогового напряжения (С^ипор), %), коэффициент вариации постоянного прямого напряжения (С/(/пр.), %), коэффициент вариации крутизны ВАХ СД (Су(5), %), коэффициент вариации максимального значения прямого тока, обеспечивающего максимальный световой поток (С„(/шахф), %), коэффициент вариации импульсного прямого тока пр.ИШ1), %), температура основания катодного электрода Гк, коэффициент вариации светового потока (С^Ф), %), коэффициент вариации обратного пробивного напряжения (Су({/обР), %), коэффициент вариации угла излучения (С^в), %), температурный коэффициент обратного напряжения (Тк^обр, В/°С.), рассеиваемая мощность при обратном восстановлении (Р0ер).

Для внедрения метода контроля СД предстоит в дальнейшем проведение измерений параметров СД разных производителей с последующей их статистической обработкой для выработки нормативов их вариабельности. Созданный банк данных позволит бинировать СД по уровню вариабельности и использовать их в соответствии с требованиями, предъявляемыми к каждому разрабатываемому изделию (по энергоэффективности, надежности, сроку службы, безопасности, цене и др.).

Из рассмотренных 26 параметров новыми являются 10, которые рекомендуются автором применять в светотехнической практике. В силу этого в дальнейшем требуется проведение их верификации и бинирования по качеству и уровню информативности, что представляет большой объем исследований, который может быть выполнен только трудом многих исследователей.

Таблица 4. Параметры, предлагаемые в качестве основных, для входного контроля технических характеристик и качества светодиодов

№ Параметры Наименование параметра

1 /пр, мА Постоянный прямой ток

2 См (/„ом), % Коэффициент вариации постоянного прямого тока

3 ипр,В Постоянное прямое напряжение

4 ^ПОТ>.) В Постоянное пороговое напряжение

5 мА/В Крутизна вольт-амперной характеристики

6 Н, лм/Вт Световая эффективность (светоотдача)

7 0, град. Угол излучения

8 ААо,5, нм Полуширина спектрального излучения светодиода

9 СГ(АЛо,5),% Коэффициент вариации полуширины спектрального излучения светодиодов

10 Лии ф, мА Максимальное значение прямого тока, при котором обеспечивается максимальный световой поток

11 Тк/щ, мАУС Температурный коэффициент прямого тока

12 ^имп. проб.> ^ Импульсное напряжение пробоя

13 Лф, Вт Рассеиваемая мощность при прямом восстановлении

14 иобр, в Обратное пробивное напряжение

Разработанная система может служить дополнительным средством контроля при производстве светодиодных устройств: светильников, прожекторов, рекламных и декоративных устройств.

Основные выводы по результатам исследования

1. Результаты проведенных исследований создают научно-практическую основу для внедрения контроля светотехнических и электрических параметров светодиодов, что будет способствовать повышению качества и надежности производимых осветительных установок.

2. Разработана система информативных параметров, предназначенная для контроля светодиодов и, соответственно, обеспечения качества светодиодных устройств осветительного и рекламного назначения, в которой все параметры дифференцированы на 2 группы: основные в количестве 14 и вспомогательные в количестве 12, из которых 10 являются вновь предложенными.

3. Предложено использовать коэффициент вариации светотехнических и электрических параметров для разбиения светодиодов на группы с высоким, средним и низким качеством.

4. Показано, что величина обратного пробивного напряжения у разных исследованных типов светодиодов находится в достаточно широком диапазоне, а величина его коэффициента вариации уменьшается с увеличением значения. Обратный тепловой пробой маломощных светодиодов при непрерывной и импульсной подаче тока наступает при значении рассеиваемой мощности порядка 1 Вт.

5. Увеличение светового потока маломощных светодиодных устройств (рекламные, индикаторные) при небольших сроках их эксплуатации (до 1,5-2 лет) возможно путем существенного повышения силы рабочего тока относительно постоянного прямого тока (до 80-100 мА). При этом с целью уменьшения температуры светодиодов следует предусматривать дополнительные конструктивные приемы.

Список основных публикаций, отражающих содержание диссертации:

1. Иванова В.Р. Разработка новой методики определения КПД осветительных приборов / Р.Х. Тукшаитов, В.Р. Иванова, P.P. Шириев, Н.В. Писклова// Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2009. № 11-12. С. 104-109.

2. Иванова В.Р. Обеспечение энергоресурсосбережения при питании светодиодных светильников от гальванических элементов / Р.Х. Тукшаитов, В.Р. Иванова, Я.Ш. Алхамсс, Р.Р. Шириев // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2010. №11-12. С. 108-114.

3. Иванова В.Р. Разработка новых показателей для входного контроля качества светодиодов / В.Р. Иванова И Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2011 № 7-8. С. 156-160.

4. Иванова В.Р. Проблема оптимального сопряжения модулей светодиодного светильника с источником стабилизированного напряжения и способы ее решения / Р.Х. Тукшаитов, В.Р. Иванова, Я.Ш. Алхамсс // Энергетика Татарстана. 2010. № 2. С. 49-54.

5. Иванова В.Р. Сравнительный анализ вольт-амперных характеристик маломощных светодиодов по результатам экспериментальных данных / В.Р. Иванова, Р.Х. Тукшаитов // Материалы докладов IV Международной молодежи, науч. конференции студентов и аспирантов «Тинчуринские чтения». Т. 1. Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2009. С. 225. . , ■ .

6. Иванова В.Р. Разработка ряда критериев для характеристики качества светодиодов / В.Р. Иванова, Р.Х. Тукшаитов // Материалы докладов VII Международной научно-технич. конференции «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики». Т. 1. Саранск: Мордов. гос. ун-т имени НЛ.Огарева, 2009. С. 14-16.

7. Иванова В.Р. К обоснованию возможности использования вариабельности и спектральных показателей светодиодов для характеристики их качества / В.Р. Иванова II Материалы докладов V Международной молодежной науч. конференции студентов и аспирантов «Тинчуринские чтения». Т. 1. Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2010. С. 242.

8. Иванова В.Р. Определение обратного напряжения пробоя у разных типов светодиодов для входного контроля качества / В.Р. Иванова, Д.И. Майструк // Материалы докладов VIII Международной научно-технич.

конференции «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики», Т. 1. Саранск: Мордов. гос. ун-т имени H Л.Огарева, 2010. С. 44-46.

9. Иванова В.Р. Измерительная установка для контроля качества светодиодов по ряду свето- и электротехнических параметров / В.Р. Иванова // Материалы докладов XVII Международной научно-технич. конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Т. 1. Москва: МЭИ, 201Ï. С. 191-193.

10. Иванова В.Р. Уровень вариабельности напряжения на светодиодах при последовательном их соединении и питании стабилизированным током / В.Р. Иванова, Р.Х. Тукшаитов// Материалы докладов VI Международной молодежной научной конференции студентов и аспирантов «Тинчуринские чтения». Т. 1. Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2011. С. 232-233.

11. Иванова В.Р. Определение прямого предельного напряжения тепловой деградации и элекгропробоя маломощных светодиодов / В.Р. Иванова, А.Н. Константинов, Я.Ш. Алхамсс // Материалы докладов VI Международной молодежной научной конференции студентов и аспирантов «Тинчуринские чтения». Т. 1. Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2011. С. 233-234.

12. Иванова В.Р. Основные светотехнические характеристики маломощных светодиодов при повышенных значениях напряжения питания / Р.Х. Тукшаитов, В.Р. Иванова, Д.Р. Абдульменов // Сборник материалов XXIII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий». Ч. 1. Казань: Изд-во «Отечество», 2011. С. 36-38.

Цитируемая литература

1. Шуберт Ф.Е. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. - 2-е изд. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008.496 с.

2. Срок службы светодиодов: рекомендации по тестированию. Выдержки из доклада Life time and Reliability Working Group при Департаменте энергетики США // Современная светотехника, 2010. № 5. С. 78 - 82.

3. Никифоров С.Г. Исследования параметров светодиодов CREE XLamp ХР-Е / С.Г. Никифоров // Полупроводниковая светотехника, 2011. № 2. С. 12-18.

4. Лишик С.И. Проблемы применения светодиодов в осветительных и светосигнальных устройствах и пути их решения / С.И. Лишик, B.C. Паутинно, B.C. Поседько // Светотехника, 2008. № 4. С. 22.

. 5. Беклиев А. Входной контроль компонентов / А. Беклиев // Компоненты и технологии, 2008. № 10. С. 161-164.

Подписано к печати . 09.12.2011 Формат 60 х 84/16

Гарнитура «Times» Вид печати РОМ Бумага офсетная

Физ. печ. л. 1,0 Усл. печ. л. 0,94 Уч. -изд. 1,0

Тираж 100 экз._Заказ № _

Типография КГЭУ 420066, Казань, ул. Красносельская, д. 51

61 12-5/1307

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ МАЛОМОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК

05 Л1.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

На правах рукописи

ИВАНОВА Вилия Равильевна

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

д. б. н., профессор Тукшаитов Р.Х.

Казань 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10

1.1. Общая характеристика светоизлучающих диодов 10

1.2. Классификация светодиодов и области их применения 12

1.3. Понятие технического контроля качества изделий 16

1.4. Общие требования к входному контролю 19

1.5. Типы входного контроля и регламентирующие его стандарты 23

1.6. Состояние нормативной документации в светодиодной технике 31

1.7. Состояние и проблемы входного контроля свето диодов 34

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЯДА ПАРАМЕТРОВ 40 МАЛОМОЩНЫХ СВЕТО ДИОДОВ

2.1. Разработка установки для измерения электрических и светотехни- 40 ческих параметров светодиодов

2.2. Методики определения параметров маломощных светодиодов 43

2.2.1. Методика исследования вольт-амперных характеристик светодио- 43 дов и определения коэффициента вариации постоянного прямого тока

2.2.2. Методика определения постоянного порогового напряжения и его 45 коэффициента вариации

2.2.3. Методика определения коэффициента крутизны прямой ветви вольт - 46 амперных характеристик

2.2.4. Методика определения обратного пробивного и рабочего напряже- 47 ния светодиодов

2.2.5. Методика определения длины волны максимума излучения с 49 использованием малогабаритного монохроматора

2.2.6. Методика определения люкс-амперной и //-амперной характеристик 51

2.2.7. Методика определения температуры анода и катода светодиодов 52

2.2.8. Методика косвенного определения температурных коэффициентов 53 прямого тока и обратного пробивного напряжения

2.2.9. Методика исследования режимов эксплуатации светодиодов, 54 питаемых от гальванического источника

2.2.10. Методы статистической обработки результатов измерения 55 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МАЛОМОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЯДА ИХ ПАРАМЕТРОВ 60

3.1. Исследование вольт-амперных характеристик светодиодов 60

3.1.1. Изучение зависимости силы тока от напряжения светодиодов 60 разного цвета свечения

3.1.2. Изучение природы высокой вариабельности значения постоянного 66 прямого тока

3.1.3. Определение качества светодиодов белого свечения по 68 вариабельности прямого тока торговых марок Дельфин и Edison

3.2. Оценка крутизны вольт-амперных характеристик светодиодов 72

3.3. Исследование постоянного порогового напряжения и его коэффи- 73 циента вариации

3.4. Определение рабочего напряжения светодиодов и коэффициента его 75 вариации при номинальном значении тока

3.5. Определение напряжения и мощности теплового разрушения 77 светодиодов при непрерывном и импульсном способе подачи тока

3.6. Исследование обратного пробивного напряжения и коэффициента его 79 вариации

3.7. Определение коэффициента вариации светового потока светодиодов 82

3.8. Исследование температуры катода и анода светодиодов при разных 87 значениях силы тока

3.9. Исследование зависимости освещенности и светоотдачи светодиода 89 от силы тока в относительных единицах

3.10. Исследование длины волны максимума излучения свето диодов, 92 полуширины спектрального излучения и коэффициентов их вариации

3.11. Исследование температурных коэффициентов прямого тока и 96 обратного пробивного напряжения

3.12. Определение энергосберегающих режимов эксплуатации свето- 99 диодов в светильниках, питаемых от гальванических батарей

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ

102

108

109

127

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В последнее десятилетие Правительство РФ прилагает большие усилия к решению проблемы энергосбережения, в том числе в области электроосвещения, поскольку ежегодно растет электропотребление. В плане этой технической политики проводится активная замена ламп накаливания на компактные люминесцентные и светодиодные. При этом последним отдается большее предпочтение, поскольку они потребляют электроэнергии в 5-10 раз меньше люминесцентных ламп при сроке службы в 5-10 раз больше.

Началу становления производства светильников дневного света послужили работы профессора Суджи Накамуры, выполненные в 1996-1997 годах и посвященные созданию коммерческого светодиода белого цвета свечения [1,2]. С этого времени началось интенсивное производство светодиодных светильников в разных странах мира, включая Россию, причем в условиях отсутствия нормативной базы, стандартов и, особенно, системы контроля качества светодиодов [2,3]. Последнее в немалой степени обусловлено тем, что за истекший период еще не выработана система параметров светодиодов, подлежащих контролю [4,5]. Следует отметить, что вопросы контроля качества светодиодов в литературе пока остаются не освещенными.

Получив сведения по многим параметрам светодиодов, можно судить об их качестве по степени отклонения этих параметров от требуемых проектировщиками значений. Не менее важную информацию может нести непосредственно вариабельность каждого измеряемого параметра, однако она остается в литературе практически не изученной.

Учитывая, что маломощные светодиоды находят широкое применение при разработке самых различных светотехнических устройств (ламп, светильников, прожекторов и др.), представляется важным в качестве первого

этапа осуществить разработку системы параметров, пригодных для налаживания входного контроля качества маломощных светодиодов (50-100 мВт), с последующей их сравнительной характеристикой.

Таким образом, задача разработки и систематизации параметров для контроля технических характеристик и качества светодиодов является актуальной.

Объект исследования - маломощные светодиоды с различным спектром излучения, используемые для производства светодиодных ламп, светильников, прожекторов и устройств световой рекламы.

Предмет исследования - электрические и светотехнические параметры маломощных светодиодов.

Цель исследования - разработка системы параметров маломощных светодиодов и усовершенствование методик их измерения для обеспечения контроля.

В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:

1. Создать экспериментальную лабораторную измерительную установку; усовершенствовать методики определения ряда параметров светодиодов.

2. На основе экспериментальных исследований электрических и светотехнических характеристик светодиодов с различным спектром излучения разработать систему параметров для контроля качества светодиодов.

3. Составить перечень параметров, пригодных для контроля светодиодов, и осуществить их дифференциацию на основные и вспомогательные.

Научная новизна.

1. Разработан перечень параметров маломощных светодиодов и усовершенствованы методики их определения, которые создают научно-практическую основу для обеспечения контроля светодиодов и светодиодных устройств (ламп, прожекторов, светильников и рекламных устройств).

2. Предложено для повышения качества контроля светодиодных изделий наряду с электрическими и светотехническими параметрами оценивать уровень их вариабельности.

3. Показано, что в маломощных рекламных и декоративных светодиодных устройствах, имеющих небольшой срок эксплуатации, можно увеличить их световой поток в 3-5 раз путем пропорционального увеличения силы тока.

Практическая значимость.

1. Разработанная система параметров и усовершенствованные методики определения могут быть рекомендованы светотехническим предприятиям для входного контроля выпускаемых светодиодов и светодиодных устройств.

2. Отдельные предложения, сформулированные на основе материалов диссертации, вошли в проект ГОСТа Р МЭК 62504-2011 «Светодиоды и их модули для общего освещения. Термины и определения».

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Разработанная система параметров маломощных светодиодов и усовершенствованные методики их определения создают научно-практическую основу для контроля светодиодов при проектировании осветительных устройств.

2. При изготовлении маломощных светотехнических устройств с небольшим сроком службы (декоративного освещения, рекламы и автономного светильника) для увеличения их светового потока сила тока может быть в 3-5 раз больше номинального тока.

3. Величина коэффициента вариации электрических параметров светодиодов должна быть положена в основу их бинирования по качеству как на стадии производства, так и на стадии применения.

Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов.

Достоверность полученных результатов обеспечена большим объемом экспериментальных исследований, проведенных с использованием усовершенствованных методик измерения характеристик светодиодов. Целый ряд результатов подтвержден проведением повторных серий опытов с использованием более 500 светодиодов разного типа и цвета свечения. Полученные данные обработаны и проанализированы с помощью ряда методов математической статистики.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных и научно-технических конференциях: XVII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2011); VII, VIII Международных научно-технических конференциях «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» (г. Саранск, Мордов. гос. ун-т имени Н.П.Огарева, 2009, 2010); IV, V, VI Международных молодежных научных конференциях студентов и аспирантов «Тинчуринские чтения» (г. Казань, КГЭУ, 2009, 2010, 2011); XII аспирантско-магистерском научном семинаре КГЭУ, посвященном «Дню энергетика» (г. Казань, КГЭУ, 2008); XXIII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (г. Казань, КВАКУ им. М.Н. Чистякова, 2011).

Публикации.

Основные научные результаты диссертации практически полностью отражены в 12 опубликованных работах, в том числе в 3 статьях в ведущих

рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК по специальности диссертации.

Личный вклад автора работы

Результаты, представленные в диссертации, получены при непосредственном участии автора. Автор разработал и изготовил измерительную установку, усовершенствовал методики измерения ряда параметров светодиодов, самостоятельно выполнил экспериментальные исследования, статистическую обработку полученных данных и анализ результатов.

Соответствие диссертации научной специальности.

Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Представленные в ней результаты соответствуют: п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», п. 5 «Разработка метрологического обеспечения приборов и средств контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, оптимизация метрологических характеристик приборов».

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 170 страницах и состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа включает в себя 30 таблиц и 15 рисунков. Список литературы содержит 159 источников, в том числе 24 - иностранных.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Общая характеристика светоизлучающих диодов

Достижения в области физики полупроводников, изучающей люминесценцию - излучательную рекомбинацию электронов и дырок, позволили создать полупроводниковые источники света - светодиоды.

Светодиод или светоизлучаюгций диод (СД или LED - Light-emitting diode) - полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Эффект люминесценции полупроводниковых соединений был замечен в 1907 г. Первое его практическое применение попытался найти О.В. Лосев в 1923 году [7-10].

Считается, что светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, впервые был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк. В последующем светодиоды начали применять в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах и системах визуализации информации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего разработать конструкцию белых светодиодов, а также существенно увеличить их светоотдачу, под которой понимается отношение светового потока к потребляемой энергии. Только в 90-е годы прошлого века была решена проблема создания светодиодов синего свечения, что позволило в последующем создать белый светодиод. Это открытие существенно расширило области применения светоизлучающих диодов [8, 11-15].

Современные светодиоды разрабатываются на основе гетеропереходов. Цвет свечения светодиода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от состава легирующих примесей. Чем выше однородность цвета свечения светодиода, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны. Светодиоды голубого свечения можно сделать на

основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны - карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы периодической системы. Варьируя составом полупроводников, можно создавать светодиоды для разных длин волн - от ультрафиолетового (Оа1М) до среднего инфракрасного диапазона (РЬ8) [1,2].

Рекомбинация электронов и дырок характеризуется переходом электрона из зоны свободных уровней на уровни валентной. Излучение кванта света, связанное с отдачей энергии электроном при переходе на более низкий уровень энергии, свойственно всем полупроводниковым материалам. Однако для многих из них, например, для германия и кремния, измеряемая энергия мала и излучение находится в невидимой части спектра. Причиной является относительно малая ширина запрещенной зоны (ЛД^з) этих полупроводников. Излучение видимого света при рекомбинации носителей заряда генерируют полупроводниковые материалы, имеющие большую, чем у германия и кремния, ширину запрещенной зоны. Наибольшее применение при изготовлении светодиодов получили фосфид галлия ваР (Л\¥3=2,2 эВ), арсенид галлия ваАэ (ЛWз = 1,5 эВ) и карбид кремния 8Ю (Л^^з = 2,3^3,1 эВ). Основные современные материалы, используемые в светодиодах: 1пОаЫ, ОаАШ, 7п8е8, 7пСс18, 2п8-ОаР, 2п8е-ОаР (синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости), ОаА1АзР, ваАэР, ОаЪъА^Р (желтые, оранжевые, красные и инфракрасные светодиоды высокой яркости) [2].

Длина волны (цвет) излучаемого света определяется разностью энергий уровней, между которыми происходит преимущественный переход электронов при рекомбинации. Эта разность может быть близка к ширине запрещенной зоны (как в арсениде галлия) или меньше ее (как в фосфиде галлия и карбиде кремния). В первом случае рекомбинация носителей заряда сопровождается непосредственным переходом электронов из зоны проводимости в валентную зону. Во втором случае рекомбинация происходит через рекомбинационные

центры (ловушки), локальные уровни энергии которых располагаются внутри запрещенной зоны.

К лучшим излучателям относятся прямозонные полупроводники, то есть такие, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона, типа АШВУ (например, ваАБ или 1пР) и АПВУ1 (например, ZnSe или СсГГе).

На сегодняшний день светодиоды начинают находить применение для наружного и внутреннего освещения. К их основным преимуществам в отличие от существующих источников света, можно отнести: высокую надежность и долговечность; компактность, большую ударную и вибрационную прочность; отсутствие инфракрасного и УФ-излучения; экологическую безопасность (не содержат ртути); безынерционность. Кроме того, они отличаются низким уровнем собственных шумов; высоким уровнем электро- и пожаробезопасности; однородностью и разнообразием цветов свечения, направленностью излучения; широким диапазоном рабочей температуры: -50°С - +85 °С; не требуют использования цветных светофильтров [1, 2, 8, 11, 16, 17].

Светодиоды, в отличие от ламп с неоном, имеют практически неограниченные возможности изменения спектра излучения. Их расположение в светильнике можно выстроить таким образом, чтобы световые акценты эффективно работали на рекламный образ. Светильники на СД могут избавить жилищно-ком�