Светодиоды применение: Светодиоды и их применение / Публикации / Элек.ру

Светодиоды и их применение / Публикации / Элек.ру

Светодиод это полупроводниковый прибор, который имеет электронно-дырочный переход, способный создавать оптическое излучение при пропускании через него в прямом направлении электрического тока. На английском светодиод (светоизлучающий диод) звучит как Light Emitting Diode, а в аббревиатуре, как LED.

Мощные и современные светодиоды, так не похожие на свои прототипы, сейчас активно применяются в большом количестве сфер, начиная с освещения жилых помещений, производственных, административных и заканчивая архитектурной, даже уличной подсветкой.

В течение последних лет область применения светоизлучающих диодов прилично расширилась. Если ранее светодиоды относились к индикаторам электронных приборов, то сегодня, где только их не увидишь, на дорожных знаках, на светофорах, на приборной панели машин и т.д. Отметим тот факт, что автопромышленность без светодиодов уже не обходится, их очень активно внедряют в сигнальные огни торможения, а также габаритные фонари.

Широкую область применения источников света LED можно легко объяснить технологическими достижениями в разработке мощных диодов, благодаря чему с каждым годом такое освещение все увереннее вытесняет уже привычные, но порядком устаревшие источники освещения, такие как, лампы накаливания (ЛОН), галогенные лампы накаливания, компактные люминесцентные лампы (ЛЛ) и т.д. Перечислять весь фронт, их применения можно бесконечно:

  • освещение на промышленных/производственных предприятиях, рабочих мест,
  • освещение подъездов и коридоров домов,
  • освещение в магазинах прилавков и витрин.

Светодиоды, которые используют для подсветок, тоже являются мощными LED, по многим параметрам, а именно, световой поток, надежность в эксплуатации, отличный индекс цветопередачи, световая отдача и поэтому они совершенно не уступают и порой превосходят привычные для нас источники освещения, в осветительных приборах.

Если сравнивать с другими лампочками, то главные преимущества LED — это срок службы с номиналом до 50000 часов, а также направленное излучение. Светоизлучающие диоды не содержат ртути, как газоразрядные или люминесцентные лампочки, что значительно облегчает, уже наболевшую проблему с утилизацией.

Время выхода светового потока на максимальное значение, сразу после включения лампы, это всего доля секунды, благодаря чему вы можете подбирать освещение любого тона, начиная с желтого теплого и заканчивая белым дневным или голубым холодным.

Использование светодиодов, как источников света, помогает значительно уменьшить расходы на электроэнергию. Именно поэтому так важно и нужно рассматривать два самых основных фактора, где преимущества применения LED наиболее существенно. Такими факторами являются, отсутствие обслуживания приборов и экономия на электрической энергии.

Используя светодиодные источники вместо устаревших лампочек накаливания, экономия на электроэнергию составит 95%, а вместо люминесцентных около 50%.

В России периодически предпринимаются попытки полностью перевести весь город или определенные районы на полупроводниковое освещение. И это имеет большой смысл, поскольку светодиодные лампы сегодня это самые мощные и экономичные источники освещения.

Светодиоды: принципы работы, виды, характеристики, области применения | LIGHT-RU.RU

Светодиоды различных цветов

Сегодняшний мир невозможно себе вообразить без электрического освещения. Огромные мегаполисы и самые отдаленные уголки земного шара освещаются всевозможными электрическими источниками искусственного света. Однако, непрерывное развитие технологий приводит к тому, что мастодонт электрического освещения — «лампочка Ильича» — уверенно уступает лидирующие позиции современным высокотехнологичным и высокоэкономичным источникам электрического света, среди которых, безусловно, безоговорочно лидируют светодиоды.

Содержание статьи

Что такое светодиод и история его изобретения

Принцип действия светодиода

Светодиод — это полупроводниковый прибор, излучающий фотоны определенной частоты при пропускании через него электрического тока.

Часто термин «светодиод» заменяется англоязычной аббревиатурой LED от «led emitting diod» — светоизлучающий диод. Русскоязычный аналог данного словосочетания — СИД — используется значительно реже.

Эффект испускания фотонов достигается благодаря наличию в этих приборах электронно-дырочного перехода, рекомбинация электронов и дырок в котором сопровождается переходом электронов с одного энергетического уровня на другой, в результате чего избыток энергии высвобождается в виде свободного фотонного излучения.

Олег Лосев, советский ученый, изобретатель, один из праотцов светодиода

Впервые подобное явление было обнаружено в далеком 1907 году английским исследователем Генри Раундом. Позднее независимо от него советский ученый Олег Лосев в 1923 году также зафиксировал электролюминесценцию в точке контакта карбида кремния и стали под воздействием электрического тока и даже смог запатентовать своё изобретение под названием «Световое реле» в 1927 году. Но, как часто бывает, открытие не было должным образом оценено современниками и до победного шествия светодиодов оставались долгие десятилетия.

Технология создания инфракрасных светодиодов была освоена в США лишь в 1961 году, а первый реально применимый светодиод в видимом диапазоне спектра (красный) был создан в 1962 году Ником Холоньяком. Позднейшие исследования привели к созданию в 1971 году синего светодиода, а в 1972 году был создан первый жёлтый светодиод и были разработаны способы десятикратного увеличения яркости красных светодиодов.

Тем не менее, несмотря на очевидный прогресс в развитии светодиодной техники, светодиоды оставались чрезмерно дорогими вплоть до конца 60-х годов ХХ века. Их широкое промышленное производство и применение начинается лишь в 70-х годах ХХ века, а производство дешевых синих светодиодов началось лишь после 1990 года, когда японским ученым, получившим позднее за это Нобелевскую премию, удалось критически усовершенствовать технологию их создания.

Виды светодиодов в зависимости от химического состава полупроводников

Поскольку светодиоды являются полупроводниковыми приборами, то и материалы, используемые для их создания, являются традиционными для полупроводниковой техники. Самый распространенный, безусловно, галлий в химических соединениях с другими элементами. Широко применяются также индий, алюминий, кремний.

Использование разнообразных соединений дает возможность получать светодиоды, испускающие свет в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового. А использование дополнительно нанесенных люминофоров и цветных пластиков еще больше расширяет цветовую палитру получаемого света.

Виды полупроводниковых материалов, используемых в светодиодах для получения излучения различного спектра
Цвет Длина волны, нм Падение напряжения, В Полупроводниковые материалы
Инфракрасный λ > 760 ΔU Арсенид галлия (GaAs)
Алюминия галлия арсенид
(Aluminium gallium arsenide AlGaAs)
Красный 610 1,63 Алюминия-галлия арсенид (AlGaAs)
(Aluminium gallium arsenide AlGaAs)
Галлия арсенид-фосфид (GaAsP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Оранжевый 590 2,03 Галлия фосфид-арсенид (GaAsP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Жёлтый 570 2,10 Галлия арсенид-фосфид (GaAsP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Зеленый 500 1,9 Индия-галлия нитрид (InGaN) / Галлия(III) нитрид (GaN)
Галлия(III) фосфид (GaP)
Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP)
Алюминия-галлия фосфид (AlGaP)
Синий 450 2,48 Селенид цинка (ZnSe)
Индия-галлия нитрид (InGaN)
Карбид кремния (SiC) в качестве субстрата
Кремний (Si) в качестве субстрата — (в разработке)
Фиолетовый 400 2,76 Индия-галлия нитрид (InGaN)
Пурпурный Смесь нескольких спектров 2,48 Двойной: синий/красный диод,
синий с красным люминофором,
или белый с пурпурным пластиком
Ультрафиолетовый λ 3,1 Алмаз (235 нм)
Нитрид бора (215 нм)
Нитрид алюминия (AlN) (210 нм)
Нитрид алюминия-галлия (AlGaN)
Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN) — (менее 210 нм)
Белый Широкий спектр ΔU ≈ 3,5 Синий/фиолетовый диод с люминофором

Типоразмеры SMD светодиодов

SMD — Surface Mount Device — электронные детали или устройства, монтируемые на поверхность (как правильно, на поверхность платы). Именно такой тип монтажа стал самым распространенным в мире электроники и, соответственно, самыми распространенным являются и SMD светодиоды, т.е. светодиоды, предназначенные для поверхностного монтажа. Иногда их называют чип-светодиодами, но такое название скорее редкость.

Существует несколько самых распространенных размеров SMD светодиодов. Как правило, разные производители придерживаются общепринятых стандартов, хотя, например, световой поток светодиодов одного типоразмера у разных изготовителей может отличаться.

SMD 3528

Светодиод SMD 3528

Светодиоды для поверхностного монтажа типоразмера 3528 являются, пожалуй, одним из наиболее распространенных вариантов. Они имеют прямоугольную форму со сторонами 3,5 и 2,8 миллиметра. Толщина составляет 1,4 мм. Для облегчения монтажа на корпусе светодиода со стороны катода делается срез угла, позволяющий однозначно определить правильное расположение элемента. Светоизлучающая поверхность сформирована в виде круга и, как правило, покрыта люминофором, отличающимся в зависимости от целей использования светодиода. Существенной особенностью данных светодиодных элементов является сильная зависимость их яркости от температуры. Так, при нагревании светодиода до 80 °C его яркость может упасть на 25% и более.

SMD 5050

Светодиод SMD 5050

Светодиоды SMD 5050 обладают квадратным корпусом размером 5,0 на 5,0 мм, внутри которого расположены три кристалла по своим характеристикам идентичных тем, которые устанавливаются в SMD 3528. Фактически SMD 5050 можно считать более совершенной версией светодиодов 3528. Возможность установки трёх кристаллов в один корпус позволяет создавать более мощные и яркие светодиоды, а наличие возможности независимого управления каждым кристаллом позволяет создавать многоцветные RGB светодиоды, способные излучать практически весь видимый человеческим глазом световой спектр.

SMD 5630

Светодиод SMD 5630

Появление нового типа светодиодов с габаритами корпуса 5,6 на 3,0 мм засвидетельствовало не только внешние изменения привычных размеров SMD, но и ознаменовало внесение в их конструкцию заметных улучшений, влияющих на существенные показатели их работы. Применение новых материалов и инженерных решений позволило увеличить мощность и светоотдачу светодиодов 5630 по сравнению с их более ранними собратьями.

Несмотря на наличие в SMD 5630 четырёх выводов используется всего два из них. Второй является отрицательным катодом, а четвертый положительным анодом. При этом ключ катода расположен возле первого вывода. Размещение чипов SMD 5630 на металлической подложке является хорошим тоном, так как способствует значительному улучшению отвода тепла из рабочей зоны и, соответственно, продлению срока службы высокотехнологичного устройства.

На следующем рисунке наглядно представлена разница между направлением светового потока и углами обзора у светодиодов 3528, 5050 и 5630. Невооруженным глазом заметен рост данных показателей с увеличением форм-фактора чип-светодиода.

Сравнительная характеристика направления и угла излучения светодиодов 3528, 5050 и 5630

SMD 5730

Светодиод SMD 5730

Братья-близнецы светодиодов 5630 — светодиоды SMD 5730 — появились на рынке практически одновременно со своими младшими соплеменниками и во многом являются их аналогами. Среди конструктивных отличий необходимо отметить, что светоизлучающие диоды 5,7 на 3,0 мм имею лишь два контакта, в отличие от светодиодов 5630. При этом они несколько выше (приблизительно на 0,5 мм). Также светодиоды 5730 подразделяются по потребляемой мощности на два класса: 0,5 Вт и 1 Вт, и часто обозначаются соответственно SMD 5730-05 и SMD 5730-1. Устройства обоих этих классов являются высокоэффективными светоизлучающими устройствами с низким тепловым сопротивлением кристалл/подложка около 4 °C, что значительно повышает энергоэффективность и долговечность оборудования на их базе.

Сравнительные характеристики чип-светодиодов SMD5730-05 и SMD5730-1
Параметр SMD Максимально допустимое значение Единица измерения
SMD5730-05 SMD5730-1
Прямой ток 180 350 mA
Импульсный прямой ток 400 800 mA
Рассеиваемая мощность 0.5 1.1 W
Температура перехода 130 130 °C
Рабочая температура — 40 / + 65 — 40 / + 65 °C
Температура хранения — 55 / + 100 — 55 / + 100 °C
Температура пайки 300°C в течении 2 сек. 300°C в течении 2 сек.

Как видно из приведенных данных, светодиоды 5730-1, имея вдвое большую рассеиваемую мощность, функционируют и при больших токах. Таким образом, при выборе между светодиодами 5730-05 и 5730-1 необходимо учитывать как условия отвода тепла в готовом изделии, так и электротехнические параметры работы светоизлучающего диода.

Сравнительная характеристика светодиодов различных типоразмеров
Параметр 3528 5050 5630 5730 (0,5 Вт) 5730 (1 Вт)
Световая отдача (Лм/Вт) 5 15 40 40 100
Мощность, Вт 0,06 0,2 0,5 0,5 1,0
Температура, °C +65 +65 +80 +80 +80
Ток, А 0,02 0,06 0,15 0,15 0,30
Напряжение, В 3,3 3,3 3,3 3,4 3,4
Размеры, мм 3,5 х 2,8 5,0 х 5,0 5,6 х 3,0 5,7 х 3,0 5,7 х 3,0

SMD 3014

Светодиод SMD 3014

Сравнительно недавно появившиеся светоизлучающие диоды форм-фактора 3,0 на 1,4 мм не только имеют существенно меньшие внешние размеры, чем более ранние SMD, но и обладают значительно более высокой энергетической эффективностью.

Данные светодиоды работают при максимальном токе 30 мА, что позволяет отнести их к слаботочным устройствам. Также при их монтаже необходимо учитывать, что контакты анода и катода не только выведены на боковые поверхности, но и уходят под нижнюю часть изделия. Целью данного изменения было увеличение теплоотвода от меньшего по размеру, но более мощного потребителя.

SMD 2835

Светодиод SMD 2835

Светодиоды SMD 2835 вобрали в себя, пожалуй, самые лучшие черты других LED SMD. Несмотря на то, что размеры светодиодов 2835 совпадают с размерами светодиодов 3528 (3,5 х 2,8 мм), SMD2835 имеют иную конструкцию светоизлучающей поверхности, выполненной в форме прямоугольника, что снижает неэффективные потери энергии и повышает оптические показатели, в частности, угол обзора.

Конструктивные особенности светодиодов 2835 (использование контактов анода и катода в качестве теплоотводящей подложки) сближает эти устройства с SMD3014, в которых реализован такой же принцип. По электротехническим же характеристикам наиболее близкими к SMD2835 являются SMD5730-05

Энергетическая эффективность различных светодиодов

Развитие LED технологий направлено в первую очередь на увеличение их энергоэффективности. Средние показатели световой отдачи для различных типов чип-светодиодов составляют следующие значения:

  • SMD 3528 — 70 лм/Вт
  • SMD 5050 — 80 лм/Вт
  • SMD 5630 — 80 лм/Вт
  • SMD 5730-05 — 80 лм/Вт
  • SMD 5730-1 — 100 лм/Вт

Из приведенных данных видно, что со сменой поколений светодиодов кардинального роста световой отдачи не произошло. В тоже время, если сравнить светодиоды SMD3528 и светодиоды SMD5730-1, то можно обнаружить, что световой поток вырос почти в 22 раза, в то время как потребление энергии возросло всего в 15 раз.

Подключение светодиодов в электрическую цепь

Обозначение светодиода на электрической схеме

Штатное функционирование светоизлучающих диодов возможно только при подаче на анод положительного потенциала, а на катод — отрицательного, т.е. при прохождении через него тока только в прямом направлении.

Поскольку p-n переход имеет резко возрастающую вольт-амперную характеристику, светодиод должен подключаться к источнику тока. При подключении светодиода к источнику напряжения должна предусматриваться установка ограничивающих ток элементов (например, резисторов). Роль таких элементов может выполнять сама электрическая цепь. Модели светодиодов некоторых производителей поставляются с уже встроенными токолимитирующими элементами. В таких случаях в техническом описании к светодиодам указываются максимальные и минимальные допустимые значения подаваемого на светоизлучающий диод напряжения.

Вольт-амперная характеристика p-n перехода в светодиодах

Выход из строя светодиода может быть связан с подачей на его контакты напряжения, превышающего заявленные производителем пределы. В этом случае на светодиоде выделяется количество тепла, которое не может быть отведено теплоотводящими элементами, что приводит к перегреву SMD светодиода и его необратимому выходу из строя.

Токолимитирующая цепь для маломощных светодиодов (простейший вариант) может представлять собой элементарный резистор, включенный последовательно со светодиодом. В более сложных случаях, когда существует необходимость защиты мощных светодиодов, применяются схемы с широтно-импульсной модуляцией. Такой вариант позволяет решить сразу две задачи: во-первых, поддерживает среднее значение тока, идущего через светодиод на безопасном уровне и, во-вторых, позволяет диммировать светодиод, т.е. регулировать яркость его свечения.

Необходимо помнить, что при использовании источников питания с низким внутренним сопротивлением, не допускается подача на светодиод напряжения обратной полярности, т. к. у большинства светодиодов обратное пробивное напряжение составляет всего несколько вольт. В том случае, если светодиод используется в схеме, где есть вероятность появления обратного напряжения, светодиод следует защищать путём установки параллельно с ним обычного диода в обратной полярности.

Варианты защиты светодиодов от обратного напряжение (на примере подключения к сети переменного тока 220В)
Защита светодиодов от обратного напряжения диодом Встречно-параллельное подключение светодиода и диода Встречно-параллельное подключение двух светодиодов

Преимущества светодиодов по сравнению с другими источниками света

Являясь качественно новыми источниками электромагнитного излучения, светодиоды обладают рядом существенных преимуществ перед своими предшественниками, что способствует их широкому перманентному внедрению в различных областях народно-хозяйственного комплекса.

Среди преимуществ светодиодов необходимо выделить следующие их качества и характеристики:

  • Отсутствие в LED светодиодах чувствительных к механическим воздействиям конструктивных элементов (таких, например, как нить накаливания) определяет их повышенную вибро- и механическую стойкость к неблагоприятным воздействиям во время изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации.
  • Крайне эффективное преобразование светодиодами электрической энергии в световую определяет крайне высокий коэффициент их световой отдачи. Натриевые газоразрядные и металлогалогенные лампы, бывшие многие десятилетия бесспорными лидерами на рынке по показателю световой отдачи, в настоящее время утратили свои лидирующие позиции из-за появления не менее эффективных светоизлучающих диодов. Так, если показатель световой отдачи у натриевых газоразрядных ламп составляет около 150 лм на Вт потребляемой мощности, то у самых современных светодиодов он достиг 146 лм/Вт и продолжает повышаться вместе с развитием технологий и применением новых конструкторских решений.
  • Срок эксплуатации светодиодов составляет от 30 тыс. до 100 тыс. часов, что значительно превышает показатели источников света, изготовленных по другим технологиями. Недостатком светоизлучающих диодов является то, что при длительной эксплуатации и/или неэффективном отводе тепла их кристаллы подвержены так называемой деградации, приводящей к плавному снижению яркости излучения.
  • Существенным плюсом светодиодов является независимость длительности их службы от количества итераций включения-выключения. Этим они выгодно отличаются от других светоизлучающих устройств (например, газоразрядных ламп и ламп накаливания), чувствительных к количеству циклов включения-выключения.
  • Излучению светодиодов имманентно присуща спектральная чистота, в то время как в других устройствах она достигается за счет использование различных светофильтров. Спектрографический анализ излучения красного светодиода
  • Экологическая безопасность LED обусловлена тем, что в их производстве не используются опасные элементы и соединения (ртуть, фосфор, галогениды металлов). Также в спектре их излучения отсутствует ультрафиолет, что приводит к отсутствию необходимости создания защиты от него.
  • Светодиоды безопасны в эксплуатации, т.к. обычно они питаются относительно низкими напряжениями и, благодаря высокой светоотдаче, редко нагреваются выше 50-60 °C
  • Немаловажным фактором, способствующим широкому применению светодиодов, является отсутствие инерционности их включения: максимальная яркость излучения достигается сразу после включения, в то время как у энергосберегающих люминесцентных ламп время включения колеблется от 1 секунды до 1 минуты, а выход на стопроцентную яркость происходит в течение 3-10 минут после начала работы (в зависимости от температуры окружающей среды и особенностей лампы).
  • Практически нулевая чувствительность светодиодов к низким и ультранизким температурам позволяет использовать их вне помещений в странах с суровым климатом. В тоже время, как уже отмечалось, светодиоды (как и любые другие полупроводниковые приборы) чувствительны к высоким температурам. В связи с этим при монтаже LED устройств всегда необходимо уделять особое внимание наличию достаточного уровня отвода тепла.
  • Широкое варьирование угла излучения у различных видов светодиодов (от 15° до 180°) позволяет решать различные конструкторские и технологические задачи при создании устройств с их использованием.
  • Наличие широкого спектра белых светодиодов (белый теплый, белый дневной, белый холодный) дает возможность использовать различные их типы для решения различных задач в зависимости от конкретной ситуации и необходимости получения того или иного эффекта от освещения.
  • Относительно низкая стоимость светодиодов (особенно индикаторных).
  • Высокие показатели коэффициента цветопередачи CRI.

Применение светодиодов

Благодаря широкому спектру преимуществ, светодиодные источники излучения нашли применения в разнообразных областях. Основными направлениями использования LED являются:

  • Исторически первой областью применения светодиодов было приборостроение. Именно здесь светодиоды стали массово применяться в качестве устройств индикации. Индикаторами могут быть как одиночные LED (например, индикатор включения в сеть), так и собранные в различные табло (цифровые, цифро-буквенные).
  • В последние десятилетия стали широко использоваться так называемые светодиодные кластеры. По сути это массив светодиодов, находящихся под общим цифровым (как правило) управлением. Обывателю такие кластеры знакомы в виде бегущих строк, больших экранов, размещаемых на улицах городов.
  • Также светодиоды обеспечивают подсветку жидкокристаллических экранов мобильных устройств, телевизоров и мониторов персональных компьютеров и ноутбуков.
  • Мощные и сверхмощные светодиоды нашли своё применение в фонарях уличного освещения, а также в современных светофорах. Применение LED излучателей в светофорах крупных городов не только способствует оптимизации потребления электроэнергии, но и за счет высокой светоотдачи и цветопередачи способствует снижению аварийности на дорогах.
  • Повышению безопасности на дорогах способствует и внедрение принципиально новых элементов дорожной обстановки: дорожных знаков на основе светодиодов. Такие знаки прекрасно видны в любое время суток и практически в любую погоду.
  • В последние годы светодиоды получили широкое распространение в качестве основных источников промышленного и бытового освещения. Светильники на основе LED, а также светодиодные ленты уверенно вытесняют с рынка другие виды источников света. В первую очередь это происходит за счет лавинообразного снижения цен на светодиоды в последнее время, а также благодаря появлению множества локальных производителей достаточно качественной светодиодной продукции.
  • Использование LED технологий в растениеводстве позволяет создавать узкоспециализированные источники освещения (фитолампы) с особым спектром излучения, обеспечивающим максимальную эффективность процесса фотосинтеза в листьях сельскохозяйственных растений. Применение подобных приборов особенно перспективно на территориях с северным климатом.
  • Стремительное развитие информационных технологий также обуславливает значительный спрос на светодиодную продукцию. Использование LED в качестве легкодоступных источников модулированного электромагнитного излучения широко распространено при создании систем передачи информации по оптическим волокнам.
  • Заняли свою нишу светодиоды и в сфере дизайна в виде цветных светодиодных лент, гибких шнуров дюралайт, светодиодных гирлянд. С их помощью оформляются как интерьеры жилых помещений, так и архитектурные и арт-объекты, а также концертные и выставочные залы, бары, дискотеки, ночные клубы.
  • Дешевизна и чарующая привлекательность LED привела к их повсеместному использованию в игрушках, детских играх, различных USB-устройствах.
  • Менее известно, но от того не менее широко распространено использование светодиодов в оптронах, позволяющих создавать разнообразные детекторы наличия, дискретные спидометры, детекторы начала и конца, а также устройства передачи сигнала без передачи электрического напряжения. Устройство и обозначение оптрона (оптопары)

LIGHT-ru.RU — С НАМИ СВЕТЛЕЕ!

Устройство светодиода принцип работы светодиода преимущества

Светодиод: устройство, принцип работы, преимущества

Интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели — все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов. Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь светодиодная тема у всех на слуху. Говорят, за ними будущее.

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. Особенно активно экспансия LED разворачивается в области интерьерного оформления и светодизайна.

Настоящая публикация не случайно построена в форме вопросов и ответов (FAQ, frequently asked questions — часто задаваемые вопросы). Именно так заинтересованный человек подходит к новому для него объекту, с тем чтобы «пощупать» его с разных сторон и уж потом решить: нужен — не нужен. А мне задавать правильные вопросы и находить на них верные ответы помогал профессор МГУ Александр Эммануилович Юнович, один из ведущих российских специалистов по светодиодам.

1. Что такое светодиод?

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

2. Из чего состоит светодиод?

Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.

Рис. 1. Конструкция светодиода Luxeon фирмы Lumileds lighting.

3. Как работает светодиод?

Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

4. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?

Разумеется, да. Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

5. Чем хорош светодиод?

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и, теоретически, это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы достигает 100 тысяч часов, что в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

6. Чем плох светодиод?

Только одним — ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближайшие 2-3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

7. Когда светодиоды начали применяться для освещения?

Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.

В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо — не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.

К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.

8. От чего зависит цвет светодиода?

Исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

9. Какие трудности пришлось преодолеть ученым, чтобы изготовить голубой светодиод?

Голубые светодиоды можно сделать на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. (Помните таблицу Менделеева?)

У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал КПД и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и служили недолго. Оставалась надежда на нитриды.

Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом равновесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; ясно, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения — нитрилы алюминия и индия — тоже полупроводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от состава, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но… проблему не удавалось решить до конца 80-х годов.

Первым, еще в 70-х, голубой светодиод на основе пленок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось получить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практических применений, однако руководство сказало: «Ну, это ж на сапфире — дорого и не так уж ярко, к тому же p-n-переход нехорош…» — и работы Панкова не поддержали.

Между тем группа Сапарина и Чукичева из МГУ обнаружила, что под действием электронного пучка GaN с примесью цинка становится ярким люминофором, и даже запатентовала устройство оптической памяти. Но тогда загадочное явление объяснить не удалось.

Это сделали японцы — профессор И. Акасаки и доктор X. Амано из университета Нагоя. Обработав пленку GaN с примесью магния электронным пучком со сканированием, они получили ярко люминесцирующий слой р-типа с высокой концентрацией дырок. Однако разработчики светодиодов не обратили должного внимания на их публикации.

Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, исследуя пленки нитридов элементов III группы, сумел воспользоваться результатами профессора Акасаки. Он так подобрал легирование (Мд, Zn) и термообработку, заменив ею электронное сканирование, что смог получить эффективно инжектирующие слои р-типа в GaN-гетероструктурах. Вот как был получен голубой светодиод.

Фирма Nichia запатентовала ключевые этапы технологии и к концу 1997 года выпускала уже 10-20 млн голубых и зеленых светодиодов в месяц, а в январе 1998 года приступила к выпуску белых светодиодов.

10. Что такое квантовый выход светодиода?

Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электроннодырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться). Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим теплоотводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а для синих — 35%.

Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.

11. Как получить белый свет с использованием светодиодов?

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

12. Какой из трех способов лучше?

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения — суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.

Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих — люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод. Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

13. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

14. Как реагирует светодиод на повышение температуры?

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

15. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

Как видно из рисунка 2, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

Рис. 2. Зависимость силы тока от напряжения питания светодиода.

16. Для чего светодиоду требуется конвертор?

Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.

17. Можно ли регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания — этого-то как раз делать нельзя, — а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

18. Чем определяется срок службы светодиода?

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20-50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

19. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени?

Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее время нет стандартов, которые позволили бы выразить количественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

20. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?

Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо — доподлинно не известно, потому что, насколько я знаю, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют.

Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально. Проблемой заинтересовался академик Михаил Аркадьевич Островский — крупный специалист в области цветного зрения. Тема, за решение которой он взялся, называется так: «Психофизическое восприятие светодиодного освещения системой зрения человека».

21. Когда и как сверхъяркие светодиоды появились в России?

Об этом лучше всех расскажет профессор Юнович.

Люминесценцию карбида кремния впервые наблюдал Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиотехнической лаборатории в 1923 г. и показал, что она возникает вблизи p-n-перехода. Первая научная статья о кристаллах нитрида галлия была опубликована профессором МГУ Г.С. Ждановым в 30-х гг. Люминесценцию в гетероструктурах на основе арсенида галлия впервые исследовали в лаборатории Ж.И. Алферова в 60-х гг. и показали, что можно создать структуры с внутренним квантовым выходом близким к 100%. Разработки структур и светодиодов на основе нитрида галлия велись в ленинградских Политехническом и Электротехническом институтах, в Калуге, в Зеленограде в 70-х гг., но они тогда не привели к созданию эффективных голубых светодиодов.

В 1995 году я прочел первые статьи Накамуры и понял, что «голубая проблема» в принципе решена. Тогда же я получил грант соросовского фонда. В декабре на эти деньги я смог поехать на конференцию в США, и там профессор Жак Панков познакомил меня с Ш. Накамурой. Я забросил наживку: мол, хочу приобщить студентов Московского университета к передовым достижениям в области голубых светодиодов и рассказать им о столь замечательном изобретении. Рыбка клюнула, и в феврале я получил от д-ра Ш. Накамуры из Японии бандеролью 10 светодиодов от фиолетового до зеленого. Все потом оказалось просто — фирма Nichia Chemical начинала выпуск светодиодов на рынок и была заинтересована в научной рекламе. В лаборатории МГУ мы их досконально исследовали, сняли все характеристики и получили новые научные результаты. Д-р Ш. Накамура дал любезное согласие на совместную публикацию наших первых статей.

Одновременно специалисты из группы Бориса Ферапонтовича Тринчука в Зеленограде продемонстрировали образцы зеленых светодиодов начальникам из ГАИ и получили положительный отзыв. Все дело в том, что эта группа сделала опытный образец светодиодного светофора, но у них не было хороших зеленых светодиодов. Светофоры с новыми сверхъяркими зелеными светодиодами намного превосходили светофоры с лампами, и московское правительство сделало заказ на 1000 светодиодных светофоров к 850-летию Москвы. Такое везение!

Как раз тогда у нас гостила киргизская скрипачка Райкан Карагулова — выпускница Московской консерватории, ученица моей жены, которая работала в Японии первым концертмейстером симфонического оркестра в Осаке. Выяснилось, что место ее работы находится неподалеку от фирмы Nichia Chemical! Б.Ф. Тринчук дал ей тысячу долларов и попросил купить на них и прислать на мой адрес 200 зеленых светодиодов. Из них были изготовлены первые светофоры из той юбилейной тысячи. Москва стала первым в мире городом с массовым применением светодиодных светофоров.

Наши ученые и инженеры в НИИ «Сапфир» пытались повторить достижение японцев и изготовить структуры на основе нитридов для голубых и зеленых светодиодов на старой эпитаксиальной установке, которую пришлось модернизировать, чтобы достичь более высоких температур и давлений. Но инициатива заглохла из-за отсутствия денег и интереса руководства.

22. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей?

Что касается выращивания кристаллов, то основная технология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок — в р-области.

Рис. 3. Схематическое представления светодиода.

За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6-12 подложках диаметром 50-75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5-2 млн долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это технология, требующая высокой культуры.

Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к n- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24 x 0,24 до 1 x 1 мм2/.

Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый светодиод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол. Около половины стоимости светодиода определяется этими этапами высокой технологии.

Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-технологии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.

Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора — в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, призванные им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на круглом массивном радиаторе.

Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.

23. Кто в мире сегодня производит светодиоды?

Чтобы делать качественные светодиоды в нужном количестве, понадобилось слияние двух отраслей — электронной и светотехнической. Все западные гиганты, производящие светодиоды для светотехники по полному циклу, начиная с производства чипов и заканчивая различными светодиодными модулями и сборками, а также светильниками на их основе, идут по этому пути. General Electric заключила союз с производителем полупроводниковых приборов Emcore, создав компанию GEL Core. Philips Lighting совместно с Agilent, дочерней компанией Hewlett-Packard, создали предприятие LumiLeds. Osram объединяет усилия с полупроводниковыми предприятиями своей материнской компании Siemens. Как заметил Макаранд Чипалкатти, менеджер по маркетингу из подразделения Opto Semiconductors компании Osram Sylvania, специализирующемуся на устройствах LED, производители светотехники сами уничтожают свой бизнес. Но если сегодня не «наступить на горло собственной песне», то завтра придут другие и сделают это куда более жестко.

Впрочем, существуют компании, специализирующиеся только на производстве чипов. Это предприятия радиоэлектронной промышленности, и они не занимаются светотехникой. К их числу относится Nichia Corporation.

24. Каковы основные производители светодиодных модулей и сборок и представленные ими модельные ряды?

Чипы и отдельные светодиоды производят компании Nichia Corporation, Сгее, LumiLeds Lighting, Opto Technology, Osram Opto Semiconductors, GEL Core. Массовое производство структур и чипов для светодиодов ведут тайваньские фирмы Lite-On, Taiwan Oasis и др.

В России светодиоды производят компании Корвет Лайт, Светлана Оптоэлектроника, Оптэл, Оптоника. По конструкции и технологическому исполнению наши светодиоды не уступают зарубежным, специалисты перечисленных компаний имеют соответствующие патенты. В Москве и Санкт-Петербурге есть возможность выращивать собственные чипы — например, эпитаксиальная установка имеется в Санкт-Петербургском физтехе, — но для промышленного производства необходимо крупное финансирование, и пока наши компании используют зарубежные чипы.

25. Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию, и где высоки требования по электробезопасности.

26. Возможности и применение

Изобретение первых светодиодов — полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку — относится к 1960-м годам. Однако до 1980-х низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.

Появление сверх ярких, а также синих (в середине 1990-х годов) и белых диодов (в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе — мобильных телефонов и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного, синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков, а также конструировать из них дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации.

Светодиоды, за счет их малой потребности в электроэнергии, — оптимальный выбор декоративного освещения в местах, где существуют проблемы с энергетикой.

Срок службы светодиодов, превышающий в 6-8 раз долговечность люминесцентных ламп, относительная простота в работе с ними на этапе сборки изделий, отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания. Одним из немногих и существенных аспектов, за счет которого неон удерживает свои позиции в сегменте подсветки вывесок, является пока еще более высокая стоимость светодиодов.

27. Преимущества

Экономично…

Одним из достоинств светодиодов является их долговечность. Данные источники света обладают ресурсом использования 100 000 часов, а ведь это 10-12 лет непрерывной работы. Для сравнения — максимальный срок работы неоновых и люминесцентных ламп составляет 10 тыс. часов.

За это же время в световом модуле, использующем люминесцентные лампы, их нужно будет сменить 8-10 раз, а лампы накаливания придется заново «вкручивать» от 30 до 40 раз. Использование светодиодных модулей позволяет снизить затраты на электроэнергию до 87%!

Удобно…

Светодиодный модуль — многокомпонентная структура с неприхотливой схемой подключения. В цепочке, скажем, из полусотни светодиодов один-два неисправных не только не выводят рекламный фрагмент из строя, но даже не влияют на суммарное световое излучение. Гигантский ресурс работы светодиодов практически решает проблемы, связанные с необходимостью их замены. Кроме того, светоизлучающие диоды способны надежно функционировать в самом широком диапазоне рабочих температур.

Надежно…

Есть надежность совершенно особого рода — та, от которой порою зависят человеческие жизни. Применение светодиодов в устройствах отображения информации (дорожные знаки, светофоры, информационные табло и т.д.) ведет к значительному увеличению расстояния их восприятия человеческим глазом. Неслучайно во многих крупных городах развитых стран уже нет обычных светофоров, а светодиодные схемы используются в воздушных и надводных навигационных системах.

Другим аспектом, благодаря которому светодиодам некоторыми заказчиками отдается предпочтение, являются их прочность и антивандальные качества. В отличие от стеклянных трубок данные источники света изготовлены из пластика. За счет этого их нелегко вывести из строя посредством механических повреждений. Характерное напряжение, необходимое для работы одного светодиода, — 3-4 вольта. Поэтому в условиях, когда требуется соблюдение повышенных мер безопасности или нет возможности использовать высокие напряжения, светодиоды являются оптимальным выбором. Рабочее напряжение светодиодных модулей, как упоминалось ранее, составляет 10-12 В. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Это также облегчает подключение светодиодов к электросети. У газоразрядных трубок, в отличие от светодиодов, есть порог срабатывания: чтобы источник света загорелся, в начале необходимо подать на разряд необходимое напряжение. Светодиоды же начинают излучать свет сразу при подключении к электросети, и их яркость легко регулировать наращиванием или снижением напряжения практически сразу после включения. Одним из важных преимуществ светодиодов является устойчивость к воздействию низких температур. Известно, что на морозе внутри газоразрядных источников света происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов.

Красиво…

Если бы LED-технологии не изобрели светотехники, их бы создали дизайнеры. Светодиоды, в отличие от ламп с неоном, имеют практически неограниченные возможности для «игры» со спектрами, цепочки которых можно выстроить таким образом, чтобы световые акценты точно работали на образ. Плавные, почти незаметные для глаза световые переходы от пика к пику в плане выразительности, конечно, уступают живописи, но оставляют далеко позади другие источники света. Изощренная цветодинамика, характерная для светодиодных модулей, способна удовлетворить требования самого требовательного дизайнера. Интересно, что игра со спектрами имеет и экологическое значение. Ведь кривые чувствительности, скажем, растений и человеческого глаза не совпадают: те спектры, которые комфортны для нашего глаза, часто дискомфортны для растений, и наоборот. Зональное использование различных светодиодных «цепочек» в тех интерьерах, где одновременно пребывают и растения, и человек, снимают эту проблему.

Представительно…

Светодиодные модули необычайно компактны. Различные сувениры, миниатюрные стенды и компактные табло, украшенные светодиодной символикой компании, смотрятся на удивление выразительно и необычно. Доля рынка светотехнических изделий, занимаемая светодиодами, составляет ничтожную долю. В развитых странах, особенно в крупных городах и столицах, она медленно, но верно возрастает. Своеобразным символом этой нежной и неизбежной революции стало гигантское 500-метровое полотно из светодиодов, непрерывно протянувшееся над главной улицей Лас-Вегаса.

Применение светодиодов сегодня. Область применения светодиодов.


LED – яркие и экономичные светодиоды. Что это такое, где применяются светодиоды? Это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.
В настоящее время светодиоды считаются передовой технологией. Именно их изобретение и дальнейшее использование позволило воплотить в жизнь множество дизайнерских идей — применение светодиодов в закрытых помещениях, насыщенность и устойчивость цвета, и многое другое. Очень долго светодиоды применялись только лишь как маломощные красные или зеленые индикаторы в разных электрических устройствах. В настоящий момент они составляют серьезную конкуренцию лампам накаливания и люминесцентным лампам. И действительно, LED дает отдачу в десятки раз больше чем лампы накаливания. Кроме того, это крайне экономичный прибор. При соблюдении оптимальной температуры он может работать непрерывно в течение долгого времени. Это объясняется тем, что излучение светодиода имеет нетепловую природу. Светодиод является надежным и прочным в эксплуатации. Ведь он не требует стеклянной колбы. Вместе с тем, он располагает богатой цветовой гаммой и отсутствием инертности.
При использовании светодиода у вас есть возможность регулировать яркость и цвет, ранее такое было практически невозможно. Яркость и мощность светодиода зависит от области его применения. И, пожалуй, самое главное преимущества светодиода — это отсутствие инфракрасного и ультрафиолетового излучения и отсутствие ртути в составе. Именно эти факторы могут гарантировать безопасность для здоровья человека и экологическую безопасность.
Сфера использования LED очень широка. Они могут полностью обеспечить световую рекламу, светофоры, взамен привычных неоновых ламп. Например, освещение стен и скользящая подсветка могут стать отличными решениями вашей рекламной кампании.
Светодиоды можно применять в дизайне интерьеров, декоративной подсветке зданий. Отличным применением LED будет и освещение автомобилей, их разнообразная подсветка как внешняя, так и внутренняя. Достаточно необыкновенное решение — подсветка телефонов, фотоаппаратов и камер. Самое интересное, что подобная технология идеально подходит для полноцветного освещения с самой высокой яркостью. Теперь можно наслаждаться всевозможными цветами и красками сидя дома перед экраном телевизора. Итак, LED все больше и больше проникает во все сферы нашей жизни, упрощает и делает ее намного ярче.

Применение светодиодного освещения

Применение светодиодного освещения

 С наглядными примерами применения светодиодного оборудования Вы можете ознакомиться на странице ПРОЕКТЫ, которые реализовала наша компания.

Так как интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели — все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов.

Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь светодиодная тема у всех на слуху. Говорят, за ними будущее.

Что такое светодиод?

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.

Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники.

Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах.

Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию и где высоки требования по электробезопасности.

В Москве в начале 2004 года была принята трехлетняя программа энергосберегающего освещения на базе светодиодных технологий. Координационный совет возглавил профессор Ю.Б. Айзенберг. Согласно этой программе предлагается использовать светодиоды в опытном строительстве, ЖКХ и других областях. Например, светодиодные светильники будут устанавливаться в подземных переходах, подъездах, на лифтовых площадках, то есть там, где не нужна большая освещенность, но требуется минимум обслуживания и энергозатрат, а также важна высокая вандалоустойчивость.

Область применения светодиодных прожекторов:
  • Подсветка зданий, домов и других объектов ЖКХ;
  • Освещение пешеходных переходов;
  • Освещение мостов и туннелей;
  • Аварийное энергосберегающее освещение;
  • Освещение охраняемых объектов;
  • Подсветка витрин и вывесок торговых центров и магазинов;
  • Подсветка рекламных щитов и баннеров.

Светодиодные прожекторы для уличного освещения имеют хорошую защиту от попадания в них воды, пыли или грязи (IP54…IP68), а также климатическое исполнение, позволяющее работать в температурном диапазоне до -50 … +50 °С. Долгий срок службы данных светодиодных прожекторов (средний ресурс работы светодиодов до 10 лет при нормальных условиях работы) позволяет не задумываться о ежемесячной замене ламп и снизить затраты на их обслуживание, а низкое значение потребляемой электроэнергии (в 5..6 раз меньше чем у ламп накаливания), позволит снизить затраты на электроэнергию. Многочисленные преимущества светодиодных прожекторов перед традиционными источниками света, делают их наиболее перспективными для применения на сегодняшний день.

Сверхяркие светодиоды

С момента своего появления, светодиоды проделали длинный путь технологического развития. В последние годы, были разработаны яркие светодиоды в широком диапазоне цветов, который теперь включает белый. Это в свою очередь, открыло массу новых применений для светодиодов в качестве источника света со своей собственной нишей рынка, известной как «светодиоды высокой яркости» (HB LEDs).

Для определения таких светодиодов также исполузуют термины «суперяркие светодиоды», «сверхъяркие светодиоды», «ультраяркие светодиоды» — это синонимы. Есть несколько способов идентифицировать светодиоды высокой яркости. Первый очень прост и интуитивен — светодиоды настолько яркие, что наблюдатель не может непосредственно смотреть на них, без раздражения глаз. Второй — более технически определен, основываясь на производственном процессе светодиодов.

Существует два типа светодиодов высокой яркости с использованием определенных полупроводниковых материалов.

  1. На основе AlInGaP создают красные, оранжевые, желтые и зеленые светодиоды высокой яркости.
  2. Другой материал — InGaN , позволяет создать синий, сине-зеленый, чистый зеленый и, совместно с желтым фосфором, белый цвет.

Простейший 5мм светодиод высокой яркости обеспечивает интенсивность света, по крайней мере, несколько сотен милликандел.

Область применения сверхярких светодиодов:

Область применений сверхъярких светодиодов, может быть условно разделена на две широкие категории, а именно:

  1. С использованием прямого света
  2. Освещение.

Прямой светодиодный свет используется для передачи информации, например в алфавитно-цифровых табло и полноцветных видео дисплеях, где светодиоды формируют пиксели дисплея. В сигнальных устройствах также используется прямой свет. Как пример, дорожные сигналы – светофоры и знаки, стоп-сигналы и индикаторы поворота транспортных средств.

В освещении, светодиод используется, чтобы осветить поверхность, пространство или объект, вместо того, чтобы быть видимым непосредственно. Примеры включают использование светодиодов в фонариках, интерьерную подсветку, освещение фасадов зданий, подсветку дисплеев и клавиш мобильных телефонов, освещение в автомобилях.

Перспективные применения сверхярких светодиодов:

Эффективность применения светодиодов растет, поскольку их стоимость непрерывно снижается, а новые технологические усовершенствования приводят к постоянному увеличению яркости светодиодов. В то время как сверхъяркие светодиоды, очевидно, продолжат свое проникновение на все их текущие рынки, новые прикладные области применения разовьются уже в ближайшие годы, хотя сегодня этот сегмент составляет приблизительно 5% от всего рынка сверхярких диодов.

Несколько примеров:

  • подсветка больших жидкокристаллических панелей,
  • головной свет автомобильных фар,
  • освещение натяжных потолков.

Действительно ли светодиоды заменят традиционные источники света общего применения, остается предметом для дебатов…

Применение цветных светодиодов в освещении. Обзорная статья.

Развитие светодиодных технологий позволило не только достичь грандиозных успехов в многообещающем направлении искусственного освещения, но и приблизиться к оптимальным параметрам энергопотребления. Благодаря совершенствованию технологий высокоэффективные светодиоды делают расход электроэнергии минимальным.

Что такое LED- освещение?

Принцип работы LED-освещения, пришедшего на смену традиционным приборам, таким, как люминесцентные и галогенные лампы, основан на технологии применения полупроводников. Свечение светодиода обеспечивается прохождением электрического тока через структуры нано материалов, применяемых в чипе светодиода. При этом цвет свечения обусловлен типом используемых материалов, нанесенных на поверхность чипа (люминофор). Изделия, в которых используется такой современный свет, признаны специалистами самыми экономичными и перспективными приборами освещения. Обширная палитра сияющих оттенков, обилие вариантов яркости и сценариев режима свечения открывают бесконечные горизонты для конструкторов и дизайнеров модных люстр и прочих устройств, обеспечивающих эффектное освещение.

Применение цветных светодиодов

К цветным относятся светодиоды разнообразного свечения (красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, фиолетового) и их оттенки, кроме белого.

Светодиоды красного свечения

Используются при сигнальном освещении, например, при оборудовании железнодорожных переездов (рис. 1), так как насыщенный красный лучше других цветов заметен с дальних расстояний.


Рис. 1. Сигнальное светодиодное освещение железнодорожных переездов Светодиоды красного, желтого и зеленого свечения

Используются в светофорах, передавая четкий сигнал для водителей и пешеходов.


Поток красного излучения оптимален для фотосинтеза, что позволяет использовать настольные лампы для выращивания рассады на подоконниках (рис. 2), а их более крупногабаритные аналоги — в сельском хозяйстве. Рис. 2. Светодиодное освещение рассады

Светодиоды, излучающие интригующий глубокий красный свет, используются в сфере развлечений (аттракционах, цирках и др.) (рис. 3, 4).


Рис. 3. Светодиодная подсветка аттракционов


При подсветке арены цирка красочное свечение цветных светодиодов дает представлению торжественность и восторг (рис. 4). Возможность управления освещением делает использование светодиодов проще.

Рис. 4. Красочная светодиодная подсветка арены цирка


Сочетание оранжевых, желтых, фиолетовых, синих и зеленых светодиодов приятно гармонирует при подсветке деревьев в парковой зоне (рис. 5).

Рис. 5. Светодиодная подсветка парка


Прожекторы с зеленым свечением обычно используются для подсветки хвойных деревьев и кустарников. Такой дизайн приятно радует глаз в любое время года.

Светодиоды желтого свечения

Используются как габаритные огни в автомобиле. Широкое применение светодиодов желтого свечения в интерьере для декоративных целей для придания теплоты и уюта.

Светодиоды зеленого свечения


Создают мягкое освещение, снижающее эмоциональное напряжение, успокаивающее и расслабляющее. Такой свет подходит для создания элегантных торшеров и ночников. Различные оттенки зелёного выгодно оттеняют объёмные элементы, что делает их особенно уместными для подсветки архитектурных сооружений (рис. 6).

Рис. 6. Светодиодная подсветка здания

Светодиоды синего свечения


Используются как контурная подсветка; а также в качестве информационных и рекламных бегущих строк в транспорте и др.

Светодиоды фиолетового свечения

Используются для оригинальной подсветки воды в аквариуме (рис. 7) и др.

Рис. 7. Светодиодная подсветка аквариума


Благодаря широкому динамическому диапазону цветовой температуры имеет обширное применение цветных светодиодов:
Рис. 8. Светодиодная подсветка интерьера

Специалисты компании «Gorod LED» помогут правильно подобрать комплектующие для долгой и оптимальной работы светодиодов.

Советы по подбору разнообразного освещения

Для декорирования жилого помещения при частой смене настроения лучше использовать разнообразное свечение с возможностью управления светом.

Можно освещать яркими светодиодами отдельные зоны интерьера.

Красные светодиоды использовать при подсветке ландшафта не допустимо, так как при проецировании получается грязно черный цвет.

Свечение синих светодиодов, в отличие от фиолетовых, становится более ярким в темное время суток.

Вывод

В настоящее время создатели цветных светодиодов решают проблему снижения производственных издержек и стоимости изделий. При удачном разрешении этих вопросов они прогнозируют, что применение светодиодов в освещении станет незаменимым для общего и локального освещения различных объектов.

© «СИТИ Эксклюзив», 2018

Светодиодное освещение — теория, типы и применение светодиодов

Вступление

Можно ли сказать, что светодиодное освещение вытесняет или хотя бы заменяет другие, традиционные типы освещения? Однозначно, нельзя. Причин несколько — высокая цена, масса недостатков, спорные пользовательские характеристики и отсутствие законодательных норм и правил.

Теория светодиодное освещение

Прежде всего, разберемся с теорией светодиодного освещения. Источником света светодиодного освещения является светодиод.

Фото светодиодаподключение светодиода

Светодиод имеет несколько названий, одно из них, наиболее правильно его характеризует. Светодиод это светоизлучающий диод (СИД).

Физика процесса, основана на выделении фотонов электронами диодов при прохождении p-n перехода. То есть, при определенных физических характеристиках p-n перехода, диод начинает излучать в определенном диапазоне спектра.

Стоит отметить, что для освещения используют диоды, излучающие не только в видимой части спектра, но и диоды, излучающие в ультрафиолетовом спектре. Такие диоды покрывают специальным люминофором, который светиться при выделении диодом ультрафиолетового излучения.

Один из крупнейших производителей мощных полупроводниковых светодиодов является компания Cree Inc. Производят они не только светодиоды, но и другие электронные компоненты. Чтобы cree купить, лучше обратиться в компанию специализирующейся на поставке отечественной и зарубежной измерительной техники и электронных компонентов. Это обезопасит от некачественной покупки и долгих ожиданий.

История светодиода

Первый светодиод был изготовлен в 1962 году, в Иллинойском университете, они излучали красный свет низкой интенсивности.

Отмечу, что полупроводниковый прибор диод, был известен ранее 60-х годов прошлого века. Обычный диод не излучает в видимом диапазоне. Видимое излучение начинается при определенной толщине p-n перехода диода и определенных материалах, из которых изготовлены слои p-n перехода.

светодиод

Цвет видимого излучения (длина волны) зависит от применяемого в диоде материала полупроводника. На фото видим красный светодиод.

До 90-х годов, светодиоды не находили применение в технологиях освещения, свет был тусклым и не годным для освещения. Только в 90-х годах, был изготовлен сверхяркий синий световой диод, годный для технологий освещения.

Примечательно, нет светодиодов излучающих белый свет. Чтобы добиться белого светодиодного излучения используется следующие технологии:

  1. В паре с цветным светодиодом используется линза, на которую наносят различное люминофорное покрытие. Нанося на линзу голубого светодиода, желтое люминофорное покрытие, получаем белый свет светодиода.
  2. Второй способ получить белый свет от светодиода, называется RGB. Смысл очень прост. На единой плате размещаются красные, зеленые, синие светодиоды. Именно по этому, эту технологию называют Red-Green-Blue (RGB). Смешивание этих излучений на линзе светодиода, дает монохромный белый свет. Недостаток RGB метода, слабая цветопередача (индекс CRI).
  3. На диод, излучающий невидимое ультрафиолетовое излучение, наносят цветное люминофорное покрытие, получают свет различного цвета.

Светодиоды для освещения

Светодиоды нашли широкое применение не только в освещении. Всем знакомы светодиодные подсветки в мониторах и телевизорах. Тип этих светодиодов называется DIP и Superflux.  У них очень слабый световой поток и они не пригодны для освещения.

Для освещения используются следующие типы светодиодов:

  • SMD светодиоды (Surface Mounted Device). Эти светодиоды получили наибольшее распространение. Наиболее популярны типы светодиодов: SMD 5050, 5630, 5730, 3030, 3528, SMD 4014,  Маркировки SMD 3528, 5050, 5630, 5730 означают размер корпуса светодиода, 5050 это размер 5 на 5 мм.
  • Мощные светодиоды 10;20;30;50 и 100 вт. Имеют угол рассеивания 140˚ и выполняются на теплоотводящей платформе.
Мощные светодиоды
  • Светодиоды COB (Chip on Board). Новое поколение LED освещения, идущее на смену SMD светодиодам с 2014 года. По этой технологии несколько кристаллов размещаются на единой платформе, что позволяет эффективнее отводить тепло и получать большую световую отдачу.
Светодиоды COB

Примечание: Частое упоминание об отводе тепла требует пояснений. В отличие от традиционных ламп, светодиоды не излучают тепло, свет от них фактически холодный, а отдают тепло в p-n переход светодиода. Отсюда потребность, предпринимать шаги по отводу тепла при увеличении мощности светодиода.

Фото 10 ваттного светодиода.

Варианты освещения LED светильниками

Уличное LED освещение. Яркое, мощное освещение готовыми (в сборе) светильниками антивандального исполнения со светодиодами различного типа и высокой IP (степенью защиты корпуса).

Уличный LED светильник

LED лампы для дома и офиса. Лампы, идущие на смену лап накаливания, галогенных и люминесцентных ламп. Имеют стандартные винтовые цоколи E 14 и E27 и цоколи GU5.3, GU10. (читать статью: Типы цоколей светодиодных ламп: маркировка, обозначение, фото)

Фото лампочки LED, цоколиФото лампочки LED, корпуса

LED подсветка, декоративная. Более известна как светодиодная лента.

Лента светодиодная синяя (Blue)

Светодиодные прожектора.

Фото прожектора LED

Grow light освещения для подсветки растений.

Фото LED подсветки растений

Фонарики с LED светом.

LED фонарик

Вывод

Как видите на фото, благодаря компактности светодиодов, их можно «засунуть» в любой стандартный футляр ламп другого типа. Это технически упрощает переход на LED освещение. Однако, есть в светодиодном освещении и недостатки, которые тормозят их повсеместное внедрение:

  • Прежде всего, они очень дорогие;
  • Требуется отвод тепла для мощных светодиодов;
  • Пульсирующий свет светодиодов, плохо влияет на зрение.
  • Присутствие эффекта ослепления.

Именно по этому, светодиодное освещение, нашло широкое применение, как освещение декоративное в виде подсветок по потолку и полу, а также в рекламе и садоводстве.

LED светильники активно используются как подсветка лестницы. Они практически незаменимы в частных домах повышенной этажности. Проблема заключается в ночной подсветке лестниц. И здесь отличным решением могут стать LED светильники для лестниц Livolo. По внешнему виду это квадратный светильник небольших размеров, предназначенный для встраивания в стену около ступенек лестниц. По типу освещения это LED светильник, что по определению улучшает освещенность со снижением энергопотребления (их мощность около 1 Вт). Кроме этого, светильники для лестниц Livolo имеют встроенные датчики освещенности, что позволяет автоматизировать их ночное включение.

Кроме этого, светильники для лестниц Livolo имеют встроенные датчики освещенности, что позволяет автоматизировать их ночное включение. Наличие неожиданных, но очень современных и удобных функций характерны для электрооборудования компании Livolo.

Например, бесконтактные и сенсорные выключатели всех типов и диммеры не только украсят любое жилище, но и создадут современные условия для жизни. Интересны и актуальны радиоуправляемые выключатели освещения. Они обеспечить управления светом дома с пульта управления. Вдобавок, к функциональности, розетки и выключатели Livolo выполнены в изящном, современном дизайне, которые невозможно не оценить.

©Ehto.ru

Статьи раздела: Освещение

 

светодиодных приложений | Fabrico, подразделение EIS, Inc.

Преобразование теплопроводных материалов для решения проблем, связанных с производительностью светодиодов

Светодиоды

(светоизлучающие диоды) являются последней разработкой в ​​индустрии освещения. Светодиодные фонари, ставшие популярными благодаря своей эффективности, разнообразию цветов и длительному сроку службы, идеально подходят для множества применений, включая ночное освещение, художественное освещение и наружное освещение. Эти фонари также широко используются в электронной и автомобильной промышленности, а также для вывесок и многих других целей.

Обеспечивая эффективное преобразование энергии и увеличивая срок службы, эти лампы помогают сэкономить деньги на замене ламп и потреблении электроэнергии. Светодиодные лампы предназначены для преобразования электрической энергии в свет через микрочип, который затем освещает крошечные источники света, излучающие видимый свет. Этот процесс потребляет до 90% меньше энергии, чем традиционные лампы накаливания и люминесцентные лампы.

Светодиодные фонари — это источники направленного света. Это означает, что лампы излучают свет в определенных направлениях, в отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп, которые излучают свет во всех направлениях.Указанное направленное освещение и электрическое преобразование микрочипа помогают повысить эффективность и качество света.

Преобразование теплопроводных материалов для решения проблем, связанных с производительностью светодиодов

Светодиоды

предоставляют инженерам-разработчикам широкий спектр преимуществ:

  • Высокая энергоэффективность: светодиодные лампы более эффективны, чем стандартные люминесцентные лампы и лампы накаливания. Светодиодные лампы потребляют меньше энергии и более эффективно преобразовывают эту энергию в свет, чем традиционные люминесцентные лампы и лампы накаливания.
  • Обеспечивают долгий срок службы: светодиодные лампы рассчитаны на срок службы до 6 раз дольше, чем другие типы освещения. Это помогает сэкономить деньги и не тратить деньги на замену лампочек. Светодиодные фонари также не изнашиваются из-за быстрого и повторяющегося включения и выключения, как это могут быть другие типы лампочек.
  • Работа при низких температурах: В то время как другие типы фонарей требуют более высокого напряжения для работы при низких температурах, светодиодные фонари остаются работоспособными и надежными в более холодных местах.Это делает их идеальными для освещения холодильников и складских помещений.
  • Доступен в широкой цветовой гамме: Светодиодные лампы выпускаются с более теплым или более холодным освещением, обеспечивая идеальный оттенок света для любого помещения.
  • Управляемость: Светодиодные лампы — это полупроводниковые устройства, яркость которых можно регулировать с помощью контроллеров. Светодиодные фонари обеспечивают возможность непрерывного затемнения, в то время как другие типы освещения могут обеспечивать только ступенчатое затемнение.
  • Мгновенное включение: Некоторым другим типам ламп требуется время, чтобы достичь полной яркости.Светодиодные фонари, с другой стороны, включаются на полную мощность, как только переключатель щелкает.
  • Прочный и долговечный: За счет отказа от стеклянных корпусов светодиодные фонари могут похвастаться повышенной прочностью и устойчивостью к поломке. Светодиодные фонари обычно устанавливаются на печатных платах и ​​соединяются припаянными выводами. Это увеличивает устойчивость светодиодных светильников к вибрации и другим видам помех.
  • Нет УФ-излучения / очень мало инфракрасного: Светодиодное освещение помогает защитить ковры, произведения искусства, оконные покрытия и окрашенные поверхности от любого потенциального повреждения инфракрасным или УФ-излучением.
  • Малый размер обеспечивает гибкость дизайна: светодиодные фонари выпускаются в широком диапазоне размеров, что обеспечивает большую свободу при проектировании.

Все преимущества светодиодов связаны с одной проблемой — они нагреваются. Диоды высокой яркости, особенно в светодиодных кластерах, могут вызвать значительные тепловые проблемы, которые повлияют на характеристики светодиодов.

Светодиодные диоды

состоят из полупроводникового материала кристалла, пропитанного или легированного примесями для образования p-n-перехода. Свет проецируется вверх в светодиоде и нагревается вниз в основание.По мере повышения температуры внутри светодиода световой поток уменьшается. Правильное управление температурой при проектировании модулей для светодиодов, будь то на печатной плате или внутри корпуса, требует оценки материалов и методов рассеивания тепла. Fabrico может порекомендовать подходящие материалы и конструкции для обеспечения необходимой теплопроводности и электроизоляции.

Материалы с термическими помехами (TIM) являются жизненно важными компонентами всех светодиодных ламп. TIM помогают сохранить светодиодные фонари и работать с максимальной мощностью, управляя теплом, выделяемым лампами.Fabrico комбинирует и адаптирует эти материалы, чтобы они соответствовали индивидуальным и специфическим потребностям любого светодиодного применения.

TIM находятся между светодиодом и радиатором. Там они обеспечивают высокую теплопроводность для эффективной передачи тепла, излучаемого от источника света, к радиатору. Это достигается за счет вытеснения воздуха внутри светодиода. Без TIM тепло не передается эффективно, и производительность светодиодов страдает.

Предлагаемые материалы и клеи могут включать:

  • Проводящие клеи и смазки: включая материалы с фазовым переходом, клеи и смазки, которые находятся между теплогенераторами и радиатором, чувствительные к давлению ленты, которые крепятся к радиаторам, термоткани и ленты, обеспечивающие теплопроводность, и силиконовые губчатые материалы для поглощения тепла .Электропроводящие клеи и смазки от ведущих поставщиков, таких как 3M, DuPont, Von Roll и Saint-Gobain.
  • Ленты: Клейкие ленты доступны для различных применений, включая склеивание, соединение, маркировку и покрытие для использования в таких отраслях, как электротехника, автомобилестроение, производство и многое другое. Эти ленты устраняют необходимость в механических крепежах, экономя как материалы, так и технологические затраты. Предлагается широкий выбор лент, в том числе изолента, лента для гашения вибраций, лента из пенопласта, переносная лента и многое другое.
  • Керамические и наполненные металлом эластомерные заполнители зазоров : заполнители зазоров помогают создавать пути для эффективной теплопередачи между тепловыделяющими механизмами, радиаторами, распределителями тепла и другими охлаждающими устройствами. Интерфейсная площадка 3M 5595 обеспечивает отличную теплопроводность.
  • Ткани с покрытием: специальные переработанные ткани с покрытием доступны в большом количестве вариантов на Fabrico. Ламинированные, прорезанные или высеченные ткани с покрытием предлагаются для таких применений, как изоляция, защита поверхности, химическая стойкость и терморегулирование.Ткани могут быть ламинированы с помощью чувствительных к давлению клеев, токопроводящих клеев и могут быть высечены для соответствия требованиям экранирования EMI / RFI и структурным требованиям. Специальные переработанные тканевые материалы с покрытием доступны от ведущих поставщиков DuPont, Isovolta, Saint-Gobain и Von Roll.
  • Материалы с фазовым переходом: Материалы с фазовым переходом (PCM) — это материалы, которые плавятся и затвердевают при определенных температурах, но при этом могут вызывать повреждение и выделять большое количество энергии.PCM, например 3M 8926-02 и Nitto-Denko TR-5925.

Помимо материалов для управления температурным режимом, требуются различные переработанные материалы, которые имеют решающее значение для производительности, надежности и безопасности светодиодного освещения. Материалы, используемые для электробезопасности и пожарной безопасности, имеют решающее значение для работы светодиодов, поскольку устраняют риск поражения электрическим током и возгорания, вызванный выделяющимся теплом.

После того, как были выбраны лучшие материалы, Fabrico также предоставляет готовый компонент терморегулирования после высечки.

Интегрированные светодиодные светильники с прямым подключением идеально подходят для обеспечения максимальной рентабельности освещения. Огнезащитные изделия (FRB) используются в дополнение к радиаторам и материалам термоинтерфейса на уровне корпуса и корпуса светильника. FRB — это тонкие изоляционные устройства из неорганических материалов. Эти изоляционные материалы FRB обеспечивают чрезвычайно высокую огнестойкость и термостойкость в таких областях применения, как:

  • Светильники осветительные общего назначения (в том числе светодиодные)
  • Электромобили и гибридные электромобили
  • Приборы
  • Электрооборудование

Наряду с отличной термостойкостью и огнестойкостью, FRB обладают дуговой и путевой стойкостью, диэлектрической прочностью, гибкостью и возможностью преобразования.

Fabrico также предлагает решения по экранированию EMI / RFI для снижения магнитных или радиочастотных помех. Хотя светодиоды работают с постоянным током, существуют элементы управления освещением и схемы регулирования яркости с утроением высоких частот. Управление EMI ​​/ RFI может принимать несколько различных форм, например:

Правильный выбор электрической изоляции, экранирования EMI / RFI и огнестойкой барьерной защиты имеет важное значение для правильного управления температурным режимом и выбора материала, чтобы сделать ваши светодиодные фонари максимально функциональными и эффективными.Чтобы получить более подробную информацию по этим темам, посетите наш веб-семинар.

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о продуктах или услугах Fabrico.

Основы светоизлучающих диодов

| Типы, цвета и применение светодиодов

Light Emitting Diode или просто LED — один из наиболее часто используемых источников света в наши дни. Будь то фары вашего автомобиля (или дневные ходовые огни) или освещение гостиной вашего дома, применения светодиодов бесчисленны.

В отличие от (почти) устаревших ламп накаливания, светодиоды (и люминесцентные лампы) нуждаются в специальной цепи для их работы. Их просто называют драйверами светодиодов (или балластом в случае люминесцентных ламп).

Поскольку светодиоды неизбежны в нашей жизни, заинтересованным людям (инженерам, разработчикам драйверов и т. Д.) Будет полезно познакомиться с основами работы с светоизлучающими диодами. Эта статья представляет собой краткое руководство по светодиодам, которое включает в себя краткое введение, электрические обозначения светодиода, типы, конструкцию, характеристики, драйверы светодиодов и многое другое.

ПРИМЕЧАНИЕ: Существует более простая версия этой статьи «Светодиод — светоизлучающий диод», которая дает более простой обзор светодиода, не вдаваясь в технические детали.

Введение

Двумя наиболее значительными полупроводниковыми источниками излучения света, широко используемыми в различных приложениях, являются ЛАЗЕРНЫЕ диоды и светодиоды. Принцип работы ЛАЗЕРНЫХ диодов основан на вынужденном излучении, в то время как светодиоды основаны на спонтанном излучении.

Светоизлучающие диоды

являются наиболее распространенным источником света, доступным в электронных компонентах.Например, они широко используются для отображения времени и многих других типов данных на экранах определенных устройств отображения. Светодиоды — это опто-полупроводниковые устройства, которые легко преобразуют электрический ток в освещение (или свет). Площадь светодиода обычно очень мала, и при разработке диаграммы направленности можно использовать множество интегрированных оптических компонентов. Его главное преимущество — низкая стоимость производства и более длительный срок службы, чем у лазерного диода.

Светодиод состоит из двух основных полупроводниковых элементов.Это положительно заряженные дырки P-типа и отрицательно заряженные электроны N-типа.

Когда положительная сторона P диода подключена к источнику питания, а сторона N — к земле, считается, что соединение находится в прямом смещении, что позволяет электрическому току проходить через диод. Основные и неосновные носители заряда на стороне P и стороне N объединяются друг с другом и нейтрализуют носители заряда в обедненном слое на PN-переходе.

Миграция электронов и дырок, в свою очередь, высвобождает некоторое количество фотонов, которые выделяют энергию в виде монохроматического света с постоянной длиной волны, обычно в нм, которая напоминает цвет светодиода.Цветовой спектр излучения светодиодов обычно чрезвычайно узок.

В общем, это может быть определено как определенный конкретный диапазон длин волн в электромагнитном спектре. Выбор цвета излучения светодиода довольно ограничен из-за природы полупроводника, используемого в производстве. Обычно доступные цвета светодиодов — красный, зеленый, синий, желтый, желтый и белый.

Свет красного, синего и зеленого цветов можно легко комбинировать для получения белого света с ограниченной яркостью.Рабочее напряжение красного, зеленого, желтого и желтого цветов составляет около 1,8 вольт. Фактический диапазон рабочего напряжения светодиода можно определить по напряжению пробоя полупроводникового материала, используемого в конструкции светодиода. Цвет излучаемого в светодиодах света определяется полупроводниковыми материалами, которые образуют PN-переход диода.

Это происходит из-за различий в структуре запрещенной зоны полупроводниковых материалов, и поэтому разное количество фотонов испускается с разными частотами.Однако длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов на стыке, а интенсивность света зависит от количества мощности или энергии, подаваемой через диод. Выходную длину волны можно поддерживать с помощью составных полупроводников, чтобы можно было наблюдать требуемый цвет, обеспечивая выход в видимом диапазоне.

Свет можно производить и управлять с помощью электронных средств различными способами. В светодиодах свет создается за счет электролюминесценции, которая представляет собой твердотельный процесс.При определенных условиях получения света твердотельные процедуры могут производить когерентный свет, как и в лазерных диодах.

Типы светодиодов

Светодиоды можно условно разделить на две основные категории светодиодов. Их

  • Светодиоды видимого диапазона
  • Невидимые светодиоды

Светодиоды видимого диапазона в основном используются для переключателей, оптических дисплеев и для освещения без использования каких-либо фотодатчиков. Невидимые светодиоды используются в приложениях, включая оптические переключатели, анализ и оптическую связь и т. Д., с использованием фотодатчиков.

Эффективность

Рейтинг светодиодов определяется по световой отдаче. Он определяется как отношение светового потока к входной электрической мощности, подаваемой на диод, и может быть выражено в люменах на ватт. Световой поток представляет собой реакцию глаза на световые волны различной длины.

Цвет Длина волны (нм) Типичная эффективность (лм / Вт) Типичная эффективность (Вт / W)
Красный 620-645 72 0.39
Зеленый 520-550 93 0,15
Синий 460-490 37 0,35
Голубой 490-520 75 0,26
Красный — Оранжевый 610-620 98 0,29

Светодиодная конструкция

Структура и конструкция светоизлучающих диодов сильно отличаются от обычных полупроводниковых сигнальных диодов.Свет будет излучаться светодиодом, когда его PN-переход смещен в прямом направлении. PN-переход покрыт прозрачным твердым пластиковым корпусом полусферической формы из эпоксидной смолы, который защищает светодиод от атмосферных возмущений, вибраций и тепловых ударов. PN-переход формируется с использованием материалов с наименьшей шириной запрещенной зоны, таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, фосфид галлия, нитрид галлия-индия, нитрид алюминия-галлия, карбид кремния и т. Д.

На самом деле светодиодный переход не излучает много света, поэтому корпус из эпоксидной смолы построен таким образом, что фотоны света, излучаемые переходом, отражаются от окружающей основы подложки и фокусируются через куполообразную вершину Светодиод, который сам по себе действует как линза, концентрирующая большее количество света.

Это причина, по которой излучаемый свет кажется самым ярким в верхней части светодиода.

Обычно светоизлучающие диоды, излучающие красный свет, построены на подложке из арсенида галлия, а диоды, излучающие зеленый / желтый / оранжевый свет, являются фиктивными на подложке из фосфида галлия. Для излучения красного цвета слой N-типа легирован теллуром (Te), а слой P-типа легирован цинком. Контактные слои сформированы из алюминия на стороне P и олова на стороне N соответственно.

Светодиоды предназначены для обеспечения максимальной рекомбинации носителей заряда на поверхности PN-перехода следующими способами.

  • При увеличении концентрации легирования подложки электроны дополнительных неосновных носителей заряда перемещаются к вершине структуры, рекомбинируют и излучают свет на поверхности светодиода.
  • Путем увеличения диффузионной длины носителей заряда, т. Е. L = √ Dτ, где D — коэффициент диффузии, а τ — время жизни носителей заряда.При превышении критического значения будет вероятность повторного поглощения выпущенных фотонов в устройство.

Когда диод подключен в прямом смещении, носители заряда приобретают достаточное количество энергии, чтобы преодолеть барьерный потенциал, существующий в PN-переходе. Когда применяется прямое смещение, неосновные носители заряда как P-типа, так и N-типа инжектируются через переход и рекомбинируют с основными носителями. Эта рекомбинация основных и неосновных носителей заряда может быть излучательной или безызлучательной.Излучательная рекомбинация излучает свет, а безызлучательная рекомбинация производит тепло.

Органические светодиоды (OLED)

В органических светодиодах сложный полупроводниковый материал, используемый при разработке светодиода, является органическим по своей природе. Органический полупроводниковый материал является электропроводным в какой-то части или во всей молекуле за счет сопряженного электрона; в результате это органический полупроводник. Материал может находиться в кристаллической фазе или в полимерных молекулах.Его преимущества заключаются в тонкой структуре, меньшей стоимости, низком напряжении для вождения, отличной диаграмме направленности, высокой яркости, максимальном контрасте и интенсивности.

Цвета светоизлучающих диодов

В отличие от обычных полупроводников, сигнальных диодов, которые используются для переключения схем, выпрямителей и схем силовой электроники, изготовленных из кремниевых или германиевых полупроводниковых материалов, светоизлучающие диоды производятся из сложных полупроводниковых материалов, таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, Карбид кремния и нитрид галлия-индия смешиваются в разных соотношениях для получения уникальной отличительной длины волны цвета.

Различные полупроводниковые соединения излучают свет в определенных областях видимого светового спектра и, следовательно, создают свет разной интенсивности. Выбор полупроводникового материала, используемого при производстве светодиода, будет определять длину волны излучения фотонов и результирующий цвет излучаемого света.

Диаграмма направленности

Он определяется как угол излучения света по отношению к излучающей поверхности. Максимальное количество мощности, интенсивности или энергии будет получено в перпендикулярном направлении с излучающей поверхностью.Угол излучения света зависит от излучаемого цвета и обычно колеблется от 80 ° до 110 °.

Цвет Длина волны (нм) Падение напряжения (В) Полупроводниковый материал
Инфракрасный > 760 Арсенид галлия
Алюминий Арсенид галлия
Красный 610-760 1.6 — 2,0 Алюминий, арсенид галлия
Фосфид арсенида галлия
Алюминий Галлий Фосфид индия
Фосфид галлия
Оранжевый 590-610 2,0 — 2,1 Фосфид арсенида галлия
Алюминий Галлий Фосфид индия
Фосфид галлия
Желтый 570-590 2.1 — 2,2 Фосфид арсенида галлия
Алюминий Галлий Фосфид индия
Фосфид галлия
Зеленый 500 — 570 1,9 — 4,0 Галлий фосфид индия
Алюминий Галлий Фосфид индия
Алюминий фосфид галлия
Нитрид индия и галлия
Синий 450-500 2.5 — 3,7 Селенид цинка
Нитрид индия и галлия
Карбид кремния
Кремний
Фиолетовый 400 — 450 2,8 — 4,0 Нитрид индия и галлия
Фиолетовый несколько типов 2,4 — 3,7 Двойные синие / красные светодиоды
Синий с красным люминофором
Белый с фиолетовым пластиком
ультрафиолетовый 3.1-4,4 Алмаз
Нитрид бора
Нитрид алюминия
Нитрид алюминия-галлия
Алюминий галлий Нитрид индия
Розовый несколько типов 3,3 Синий с люминофором
Желтый с красным, оранжевым или розовым фосфором
Белый с розовым пигментом
Белый Широкий спектр 3.5 Синий / УФ-диод с желтым люминофором

Цвет света, излучаемого светодиодом, не определяется цветом пластикового корпуса, на котором расположен светодиод. Кожух используется как для усиления светового излучения, так и для обозначения его цвета, когда он не работает от источника питания. В последние годы также доступны синие и белые светодиоды, но они дороже обычных стандартных цветных светодиодов из-за производственных затрат на смешение двух или более дополнительных цветов в точном соотношении в полупроводниковом соединении.

Общие характеристики источников света

Ток привода против светового выхода

При высоких значениях прямого тока возбуждения температура PN-перехода полупроводника увеличивается из-за значительного рассеяния мощности. Такое повышение температуры на переходе приводит к снижению эффективности излучательной рекомбинации. В результате плотность тока еще больше увеличивается; внутреннее последовательное сопротивление будет иметь тенденцию к снижению светоизлучающей эффективности любого источника света.

Квантовая эффективность

Квантовая эффективность любого источника света определяется как отношение скорости излучательной рекомбинации, которая излучает свет, к общей скорости рекомбинации, и выражается как:

η = Rr / Rt

Скорость переключения

Скорость переключения источника света похожа на то, как быстро источник света может включаться и выключаться с помощью приложенного электрического питания для создания соответствующего шаблона оптического выхода. Светодиоды имеют более низкую скорость переключения, чем обычные ЛАЗЕРНЫЕ диоды.

Спектральная длина волны

Пиковая спектральная длина волны определяется как длина волны, при которой генерируется максимальная интенсивность света. Он определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого в производстве светодиодов.

Спектральная ширина

Спектральная ширина источника света определяется как диапазон длин волн, в котором источник света излучает свет. Источник света должен излучать свет в более узкой спектральной ширине.

Вольт-амперные характеристики светодиода

Перед тем, как излучать свет из любого светоизлучающего диода, через него должен протекать ток, поскольку светодиод — это устройство, зависящее от тока, и сила его выходного света прямо пропорциональна прямому току, проходящему через светодиод.

Светоизлучающий диод должен быть подключен к источнику питания с прямым смещением, и его ток должен быть ограничен с помощью резистора, подключенного последовательно, чтобы защитить его от избыточного тока. Светодиод не следует подключать напрямую к батарее или источнику питания, потому что через него будет протекать избыточный ток, и светодиод может повредиться.

Каждый светодиод имеет собственное индивидуальное прямое падение напряжения вдоль PN перехода, и этот параметр определяется полупроводниковым материалом, используемым при производстве светодиода для заданного количества тока прямой проводимости, обычно для прямого тока около 20 мА.

При низких прямых напряжениях в управляющем токе диода преобладает ток безызлучательной рекомбинации из-за рекомбинации носителей заряда по длине светодиодного кристалла. При более высоких прямых напряжениях в управляющем токе диода преобладает ток радиационной диффузии.

Даже при более высоких напряжениях, чем обычно, ток диода ограничен последовательным сопротивлением. Диод никогда не должен достигать обратного напряжения пробоя на короткое время, так как это может привести к необратимому повреждению диода.На рисунке ниже показаны ВАХ светодиодов разного цвета.

Расчет сопротивления серии светодиодов

Светоизлучающий диод хорошо работает, когда он включен последовательно с сопротивлением, в результате прямой ток, необходимый для светодиода, обеспечивается напряжением питания через комбинацию. Значение сопротивления последовательного резистора можно рассчитать по следующей формуле. Обычно прямой ток нормального светодиода составляет 20 мА.

Многоцветный светодиод

На рынке доступно большое количество светодиодов различных форм и размеров, разных цветов и различной интенсивности светового потока. Красный светодиоды арсенида фосфида галлия диаметром 5 мм являются наиболее часто используемыми светодиодами, и их производство очень дешево. В настоящее время производятся светодиоды с многоцветным излучением, и они доступны во многих корпусах, большинство из которых представляют собой два-три светодиода в одном корпусе.

Двухцветные светодиоды

Двухцветные светодиоды представляют собой тип светодиодов, похожих на одноцветные светодиоды, только с одним дополнительным светодиодным чипом, заключенным в корпус. Двухцветные светодиоды могут иметь два или три вывода для подключения; это зависит от используемого метода. Обычно два вывода светодиода подключаются обратно параллельно. Анод одного светодиода соединен с катодом другого светодиода и наоборот. Когда питание подается на любой из анодов, светится только один светодиод.Мы также можем включить оба светодиода одновременно с динамическим переключением на высокой скорости.

Трехцветный светодиод

Обычно трехпроводные светодиоды имеют общий катодный вывод, к которому оба других светодиодных чипа подключены внутри. Должен быть включен один или два светодиода, необходимо заземлить общий катод. Токоограничивающие резисторы подключены к обоим анодам для индивидуального управления током.

Для одно- или двухцветной светодиодной подсветки необходимо подключать питание к любому из анодов по отдельности или одновременно.Эти трехцветные светодиоды состоят из одиночных КРАСНЫХ и ЗЕЛЕНЫХ светодиодных чипов, подключенных к одному и тому же катоду. Этот тип диодов генерирует дополнительные оттенки основных цветов, включая два светодиода с разным соотношением прямого тока.

Схемы драйверов светодиодов

Интегральные схемы Для управления светодиодами могут использоваться как комбинационные, так и последовательные схемы. Светодиоды можно включать и выключать с помощью интегральных схем. Выходные каскады логических вентилей TTL или CMOS могут использоваться для управления светодиодами в качестве переключателей в двух режимах конфигурации.Это режимы конфигурации источника и приемника.

Выходной ток, выдаваемый интегральными схемами в конфигурации режима стока, может составлять около 50 мА, а в конфигурации режима источника прямой ток может составлять около 30 мА. Однако ток, подаваемый светоизлучающим диодом, должен ограничиваться резистором, подключенным последовательно.

Управление светодиодом с использованием транзистора

Вместо использования интегральных схем, светодиоды можно управлять с помощью дискретных компонентов, таких как биполярные транзисторы PNP и NPN.Дискретные компоненты могут использоваться для управления более чем одним светодиодом, как в больших структурах светодиодной матрицы.

Меньшее количество приложений использует в своей работе только один светодиод. Переходные транзисторы используются для управления током через несколько светодиодов таким образом, что прямой ток, управляемый светодиодом, составляет около 10-20 мА. Если для управления светодиодом используется транзистор NPN, то последовательный резистор действует как источник тока. Если для управления светодиодами используется транзистор PNP, то последовательный резистор действует как приемник тока.

Приложения, такие как массив подсветки экрана, уличные фонари или в качестве замены люминесцентной лампы или лампы накаливания, для большинства приложений требуется более одного светодиода. Как правило, параллельное управление несколькими одиночными светодиодами вызывает неравномерное распределение тока между светодиодами; даже в этом случае все светодиоды рассчитаны на одинаковое прямое падение напряжения.

Если один светодиод не работает, последовательные светодиоды могут быть преодолены путем установки параллельных стабилитронов или кремниевых выпрямителей (SCR) на каждом отдельном светодиоде последовательно.SCR — это разумный выбор, поскольку они рассеивают меньше энергии, если им приходится работать вокруг вышедшего из строя светодиода.

В случае параллельной комбинации включение отдельного драйвера для каждой строки дороже, чем использование нескольких драйверов с соответствующей выходной мощностью.

Управление интенсивностью света светодиодов с помощью ШИМ

Интенсивность света, излучаемого светодиодом, регулируется протекающим через него током. Поскольку ток через него меняется, яркость света можно регулировать.Если через диод пропускается большой ток, светодиодный свет светится намного лучше, чем обычно.

Если ток превышает максимальное значение, интенсивность света еще больше возрастает и светодиод рассеивает тепло. Предел прямого тока, установленный для проектирования светодиода, составляет от 10 до 40 мА. Когда требуемый ток очень меньше, может быть вероятность выключения светодиода.

В таких случаях для управления яркостью света и током, требуемым светодиодами, используется процесс, известный как широтно-импульсная модуляция, для многократного включения и выключения светодиода в зависимости от требуемой интенсивности света.Устройства линейного управления рассеивают избыточную энергию в виде тепла, в результате чего для передачи необходимого количества мощности используются драйверы ШИМ, поскольку они вообще не передают мощность.

Прежде всего, чтобы подавать импульсы ШИМ в схемы светодиодов, в первую очередь требуется генератор ШИМ. Есть разное количество генераторов ШИМ.

Светодиодные дисплеи

Одноцветные, двухцветные, многоцветные и несколько других светодиодов объединены в один корпус.Их можно использовать как подсветку, полосы и гистограммы. Одним из важнейших требований цифровых устройств отображения является визуальный числовой дисплей. Типичный пример такого единого пакета из нескольких светодиодов виден на семисегментных дисплеях.

Семисегментный дисплей, как следует из названия, состоит из семи светодиодов в одном корпусе дисплея. Его можно использовать для отображения информации.

Информация на дисплее может быть в виде цифровых данных, состоящих из цифр, букв, символов, а также буквенно-цифровых символов.Семисегментный дисплей обычно имеет восемь комбинаций входных соединений, по одной для каждого светодиода, а оставшийся — общая точка подключения для всех внутренних светодиодов.

Если катоды всех светодиодов соединены вместе и посредством подачи логического ВЫСОКОГО сигнала, то загораются отдельные сегменты. Таким же образом, если аноды всех светодиодов соединены вместе и посредством подачи логического сигнала LOW, то отдельные сегменты подсвечиваются.

Преимущества, недостатки и применение светодиодов

Преимущества

  • Малый размер микросхемы и низкая стоимость
  • Длительный срок службы
  • Высокая энергоэффективность
  • Низкотемпературный
  • Гибкость конструкции
  • Много цветов
  • Экологичность
  • Высокая скорость переключения
  • Высокая сила света
  • Предназначен для фокусировки света в определенном направлении
  • Меньше повреждений
  • Меньше излучаемого тепла
  • Повышенная устойчивость к тепловым ударам и вибрациям
  • Нет УФ-лучей

Недостатки

  • Зависимость выходной мощности излучения и длины волны светодиода от температуры окружающей среды.
  • Чувствительность к повреждениям повышенным напряжением и / или током.
  • Теоретический общий КПД достигается только в особых холодных или импульсных условиях.

Приложения

  • В автомобильном и велосипедном освещении
  • В светофоре Указатели, знаки и сигналы
  • В панелях отображения данных
  • В медицине и игрушках
  • Невизуальные приложения
  • Лампочки и многое другое
  • Пульт дистанционного управления

Строительство, схемы, работа и применение

Светодиод представляет собой двухпроводной полупроводниковый источник света.В 1962 году Ник Холоняк придумал светоизлучающий диод, и он работал в компании General Electric. Светодиод — это особый тип диода, который имеет электрические характеристики, аналогичные диодам с PN переходом. Следовательно, светодиод позволяет току течь в прямом направлении и блокирует ток в обратном направлении. Светодиод занимает небольшую площадь, менее 1 мм 2 . Применение светодиодов в различных электрических и электронных проектах.В этой статье мы обсудим принцип работы светодиода и его применение.


Что такое светоизлучающий диод?

Светоизлучающий диод представляет собой диод с p-n переходом. Это специально легированный диод, сделанный из полупроводников особого типа. Когда свет излучает в прямом смещении, это называется светодиодом.

Светоизлучающий диод

Светодиодный символ

Символ светодиода похож на символ диода, за исключением двух маленьких стрелок, которые указывают излучение света, поэтому он называется светодиодом (светоизлучающим диодом).Светодиод имеет две клеммы, а именно анод (+) и катод (-). Символ светодиода показан ниже.

Светодиодный символ

Конструкция светодиода

Конструкция светодиода очень проста, поскольку он разработан путем нанесения трех слоев полупроводникового материала на подложку. Эти три слоя расположены один за другим, где верхняя область является областью P-типа, средняя область активна и, наконец, нижняя область является областью N-типа. В конструкции можно увидеть три области полупроводникового материала.В конструкции область P-типа включает отверстия; область N-типа включает выборы, тогда как активная область включает как дырки, так и электроны.

Когда на светодиод не подается напряжение, поток электронов и дырок отсутствует, поэтому они стабильны. После подачи напряжения светодиод будет смещен в прямом направлении, поэтому электроны в N-области и дырки из P-области переместятся в активную область. Этот регион также известен как область истощения. Поскольку носители заряда, такие как дырки, содержат положительный заряд, тогда как электроны имеют отрицательный заряд, свет может генерироваться за счет рекомбинации полярных зарядов.

Как работает светоизлучающий диод?

Светодиод просто, мы знаем как диод. Когда диод смещен в прямом направлении, электроны и дырки быстро перемещаются через переход, и они постоянно объединяются, удаляя друг друга. Вскоре после того, как электроны переходят из кремния n-типа в кремний p-типа, он соединяется с дырками, а затем исчезает. Следовательно, он делает атом в целом более стабильным и дает небольшой всплеск энергии в форме крошечного светового пакета или фотона.

Работа светодиода

На приведенной выше диаграмме показано, как работает светодиод, и пошаговый процесс построения диаграммы.

  • Из приведенной выше диаграммы мы можем видеть, что кремний N-типа имеет красный цвет, включая электроны, обозначенные черными кружками.
  • Силикон P-типа синего цвета, в нем есть отверстия, они обозначены белыми кружками.
  • Источник питания через p-n переход вызывает прямое смещение диода и перевод электронов из n-типа в p-тип.Продвигая отверстия в обратном направлении.
  • Электрон и дырки на стыке совмещены.
  • Фотоны испускаются при рекомбинации электронов и дырок.

История создания светодиода

В 1927 году было изобретено

светодиода, но это не новое изобретение. Краткий обзор истории светодиодов обсуждается ниже.

  • В 1927 году Олег Лосев (русский изобретатель) создал первый светодиод и опубликовал некоторые теории по его исследованиям.
  • В 1952 году профессор Курт Леховец проверил теории неудачников и рассказал о первых светодиодах.
  • В 1958 году Рубин Браунштейн и Эгон Лебнер изобрели первый зеленый светодиод.
  • В 1962 году Ник Холоняк разработал красный светодиод. Итак, первый светодиод создан.
  • В 1964 году IBM впервые реализовала светодиоды на печатной плате компьютера.
  • В 1968 году компания HP (Hewlett Packard) начала использовать светодиоды в калькуляторах.
  • В 1971 году Жак Панков и Эдвард Миллер изобрели синий светодиод
  • .
  • В 1972 году М. Джордж Кроуфорд (инженер-электрик) изобрел желтый светодиод.
  • В 1986 году Уолден С. Райнс и Герберт Маруска из Университета Стаффорда изобрели светодиод синего цвета с магнием, включая будущие стандарты.
  • В 1993 году Хироши Амано и физики Исаму Акаски разработали нитрид галлия с высококачественными светодиодами синего цвета.
  • Инженер-электрик, такой как Сюдзи Накамура, разработал первый синий светодиод с высокой яркостью благодаря разработкам Amanos & Akaski, что быстро привело к расширению использования светодиодов белого цвета.
    В 2002 году светодиоды белого цвета использовались в жилых помещениях, стоимость каждой лампы составляла от 80 до 100 фунтов стерлингов.
  • В 2008 году светодиодные фонари стали очень популярными в офисах, больницах и школах.
  • В 2019 году светодиоды стали основными источниками света;
  • Светодиодная разработка невероятна, поскольку она варьируется от небольшой индикации до освещения офисов, домов, школ, больниц и т. Д.

Схема светоизлучающего диода для смещения

Большинство светодиодов имеют номинальное напряжение от 1 до 3 вольт, тогда как номинальный прямой ток находится в диапазоне от 200 мА до 100 мА.


Смещение светодиода

Если на светодиод подается напряжение (от 1 В до 3 В), то он функционирует правильно, так как ток, подаваемый на подаваемое напряжение, находится в рабочем диапазоне. Точно так же, если приложенное к светодиоду напряжение выше рабочего напряжения, то область обеднения внутри светодиода выйдет из строя из-за сильного протекания тока.Этот неожиданно сильный ток приведет к повреждению устройства.

Этого можно избежать, последовательно подключив резистор к источнику напряжения и светодиоду. Безопасные значения напряжения светодиодов будут находиться в диапазоне от 1 В до 3 В, тогда как безопасные номинальные значения тока находятся в диапазоне от 200 мА до 100 мА.

Здесь резистор, который расположен между источником напряжения и светодиодом, известен как резистор ограничения тока, потому что этот резистор ограничивает ток, иначе светодиод может его разрушить.Таким образом, этот резистор играет ключевую роль в защите светодиода.

Математически протекание тока через светодиод можно записать как

IF = Vs — VD / RS

Где,

«IF» — прямой ток

«Вс» — источник напряжения

‘VD’ — падение напряжения на светодиоде

«Rs» — токоограничивающий резистор

Величина падения напряжения для преодоления барьера области истощения. Падение напряжения на светодиодах будет составлять от 2 В до 3 В, в то время как диод Si или Ge равен 0.3 иначе 0,7 В.

Таким образом, светодиод может работать от высокого напряжения по сравнению с Si- или Ge-диодами.
Светодиоды для работы потребляют больше энергии, чем кремниевые или германиевые диоды.

Типы светодиодов

Существуют различные типы светодиодов, некоторые из которых упомянуты ниже.

  • Арсенид галлия (GaAs) — инфракрасный
  • Фосфид арсенида галлия (GaAsP) — от красного до инфракрасного, оранжевый
  • Фосфид арсенида галлия алюминия (AlGaAsP) — ярко-красный, оранжево-красный, оранжевый и желтый
  • Фосфид галлия (GaP) — красный, желтый и зеленый
  • Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) — зеленый
  • Нитрид галлия (GaN) — зеленый, изумрудно-зеленый
  • Нитрид галлия-индия (GaInN) — ближний ультрафиолетовый, голубовато-зеленый и синий
  • Карбид кремния (SiC) — синий как подложка
  • Селенид цинка (ZnSe) — синий
  • Нитрид алюминия и галлия (AlGaN) — ультрафиолет

Принцип работы светодиода

Принцип работы Светодиода основан на квантовой теории.Квантовая теория утверждает, что когда электрон спускается с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень, энергия излучается фотоном. Энергия фотона равна энергетической щели между этими двумя энергетическими уровнями. Если диод с PN-переходом смещен в прямом направлении, то ток течет через диод.

Принцип работы светодиода

Поток тока в полупроводниках вызван потоком дырок в направлении, противоположном току, и потоком электронов в направлении тока.Следовательно, будет рекомбинация из-за потока этих носителей заряда.

Рекомбинация указывает на то, что электроны из зоны проводимости перескакивают в валентную зону. Когда электроны переходят из одной полосы в другую, электроны излучают электромагнитную энергию в виде фотонов, а энергия фотонов равна запрещенной энергетической щели.

Например, давайте рассмотрим квантовую теорию, энергия фотона является произведением постоянной Планка и частоты электромагнитного излучения.Математическое уравнение показано

Eq = hf

Где он известен как постоянная Планка, а скорость электромагнитного излучения равна скорости света, т. Е. C. Частота излучения связана со скоростью света как f = c / λ. λ обозначается как длина волны электромагнитного излучения, и приведенное выше уравнение станет

Eq = he / λ

Из приведенного выше уравнения можно сказать, что длина волны электромагнитного излучения обратно пропорциональна ширине запрещенной зоны.В обычных кремниевых и германиевых полупроводниках эта запрещенная энергетическая щель находится между условием и валентными зонами, так что полное излучение электромагнитной волны во время рекомбинации находится в форме инфракрасного излучения. Мы не можем видеть длины инфракрасных волн, потому что они находятся за пределами нашего видимого диапазона.

Инфракрасное излучение считается тепловым, потому что кремний и германий полупроводники не являются прямозонными полупроводниками, а являются непрямозонными полупроводниками.Но в прямозонных полупроводниках максимальный уровень энергии валентной зоны и минимальный уровень энергии зоны проводимости не возникают в один и тот же момент электронов. Следовательно, во время рекомбинации электронов и дырок происходит миграция электронов из зоны проводимости в валентную зону, импульс электронной зоны будет изменяться.

Белые светодиоды

Производство светодиодов может осуществляться двумя способами. В первом методе светодиодные чипы, такие как красный, зеленый и синий, объединены в одном корпусе для генерации белого света; тогда как во втором методе используется фосфоресценция.Флуоресценцию внутри люминофора можно суммировать в окружающей эпоксидной смоле, тогда светодиод будет активирован коротковолновой энергией с использованием светодиодного устройства InGaN.

Огни разного цвета, такие как синий, зеленый и красный, комбинируются в изменяемых количествах для создания различного цветового ощущения, известного как основные аддитивные цвета. Эти три интенсивности света складываются в равной степени, чтобы получить белый свет.

Но для достижения этой комбинации с помощью комбинации зеленого, синего и красного светодиодов требуется сложная электрооптическая конструкция для управления сочетанием и распространением различных цветов.Кроме того, этот подход может быть усложнен из-за изменений в цвете светодиода.

Линия продуктов белых светодиодов в основном зависит от одиночного светодиодного чипа с люминофорным покрытием. Это покрытие генерирует белый свет при попадании через ультрафиолетовые фотоны или синие фотоны. Тот же принцип применяется и к люминесцентным лампам; излучение ультрафиолета от электрического разряда внутри трубки заставит люминофор мигать белым.

Несмотря на то, что этот процесс светодиода может генерировать разные оттенки, различия можно контролировать с помощью экранирования.Устройства на основе белых светодиодов экранируются с использованием четырех точных координат цветности, которые примыкают к центру диаграммы CIE.

Диаграмма CIE описывает все достижимые цветовые координаты в пределах подковообразной кривой. Чистые цвета лежат над дугой, но белый кончик находится в центре. Цвет белого светодиода на выходе может быть представлен четырьмя точками, которые представлены в середине графика. Несмотря на то, что четыре координаты графика близки к чистому белому, эти светодиоды обычно не эффективны, как обычный источник света, для освещения цветных линз.

Эти светодиоды используются в основном для белых линз, в противном случае прозрачных линз, непрозрачной подсветки. Когда эта технология будет развиваться, белые светодиоды наверняка завоюют репутацию источника освещения и индикации.

Световая отдача

Световая отдача светодиодов может быть определена как создаваемый световой поток в лм для каждой единицы, а электрическая мощность может использоваться в пределах Вт. Номинальная внутренняя эффективность светодиода синего цвета составляет 75 лм / Вт; Желтые светодиоды имеют 500 лм / Вт, а красные светодиоды — 155 лм / Вт.Из-за внутренней реабсорбции потери могут быть приняты во внимание; порядок световой отдачи составляет от 20 до 25 лм / Вт для зеленых и желтых светодиодов. Это определение эффективности также известно как внешняя эффективность и аналогично определению эффективности, обычно используемому для других типов источников света, таких как многоцветные светодиоды.

Многоцветный светодиод

Светоизлучающий диод, который выдает один цвет при подключении в прямом смещении и выдает один цвет при подключении в обратном смещении, известен как многоцветный светодиод.

Фактически, эти светодиоды включают в себя два PN-перехода, и их соединение может быть выполнено параллельно с анодом одного, который соединен с катодом другого.

Многоцветные светодиоды обычно красные, когда они смещены в одном направлении, и зеленые, когда они смещены в другом направлении. Если этот светодиод включается очень быстро при двух полярностях, он будет генерировать третий цвет. Зеленый или красный светодиод будет генерировать желтый цвет при быстром переключении назад и вперед между полярностями смещения.

В чем разница между диодом и светодиодом?

Основное различие между диодом и светодиодом состоит в следующем.

Диод

Светодиод

Полупроводниковый прибор, такой как диод, проводит просто в одном направлении. Светодиод — это один из типов диодов, используемых для генерации света.
Диод может быть сконструирован из полупроводникового материала, и поток электронов в этом материале может придать их энергии тепловую форму. Светодиод разработан с использованием фосфида галлия и арсенида галлия, электроны которых могут генерировать свет, передавая энергию.

Диод преобразует переменный ток в постоянный Светодиод меняет напряжение на свет
Имеет высокое обратное напряжение пробоя Имеет низкое обратное напряжение пробоя.
Напряжение в открытом состоянии диода составляет 0,7 В для кремния, тогда как для германия оно равно 0.3в Напряжение в открытом состоянии светодиода составляет приблизительно от 1,2 до 2,0 В.
Диод используется в выпрямителях напряжения, схемах ограничения и фиксации, умножителях напряжения.

Применение светодиодов: светофоры, автомобильные фары, медицинские приборы, вспышки для фотоаппаратов и т. Д.
ВАХ светодиода

На рынке доступны различные типы светодиодов, и существуют различные характеристики светодиодов, в том числе цветовой свет или длина волны излучения, интенсивность света.Важной характеристикой светодиода является цвет. При запуске светодиода используется только красный цвет. Поскольку использование светодиодов увеличивается с помощью полупроводникового процесса и исследования новых металлов для светодиодов, были сформированы различные цвета.

ВАХ светодиода

На следующем графике показаны приблизительные кривые между прямым напряжением и током. Каждая кривая на графике обозначает свой цвет. В таблице приведены сводные характеристики светодиодов.

Характеристики светодиода
Какие бывают два типа конфигураций светодиодов?

Стандартные конфигурации светодиода — это два типа излучателей, а также COB

Эмиттер представляет собой одиночный кристалл, который крепится к печатной плате, а затем к радиатору. Эта печатная плата передает электроэнергию на излучатель, а также отводит тепло.

Чтобы помочь снизить стоимость, а также повысить однородность света, исследователи определили, что подложку светодиода можно отсоединить, а одиночный кристалл можно установить на печатной плате открыто.Так что эта конструкция называется COB (chip-on-board array).

Преимущества и недостатки светодиодов

К преимуществам светодиода можно отнести следующее.

  • Стоимость светодиодов меньше и они крошечные.
  • С помощью светодиода контролируется электричество.
  • Интенсивность светодиода меняется с помощью микроконтроллера.
  • Длительный срок службы
  • Энергоэффективность
  • Без периода прогрева
  • Прочный
  • Не влияет на низкие температуры
  • Направленный
  • Отличная цветопередача
  • Экологичность
  • управляемый

К недостаткам светодиода можно отнести следующее.

  • Цена
  • Температурная чувствительность
  • Температурная зависимость
  • Качество света
  • Электрическая полярность
  • Чувствительность по напряжению
  • Падение КПД
  • Воздействие на насекомых
Применение светодиода

Существует множество применений светодиодов, некоторые из которых описаны ниже.

  • Светодиод используется в качестве лампочки в домах и на производстве
  • Светодиоды используются в мотоциклах и автомобилях
  • Они используются в мобильных телефонах для отображения сообщения
  • На светофоре используются светодиоды

Таким образом, в данной статье рассматривается принцип работы и применения светодиодной схемы.Надеюсь, прочитав эту статью, вы получили некоторую основную и рабочую информацию о светодиодах. Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о электрическом проекте последнего года, пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии в разделе ниже. Вот вам вопрос, Что такое светодиод и как он работает?

светоизлучающих диодов — выбор светодиода для работы

Понимание того, как работают светодиоды и какие материалы используются для идеальной работы в различных спектральных диапазонах, поможет выбрать правильный цвет и идеальные длины волн для множества приложений.В этой статье будут обсуждаться новейшие светодиодные технологии и продукты, доступные для вашего приложения, различные цвета светодиодов и их соответствующие длины волн, а также теория работы светодиодов. Наша цель — помочь вам принять взвешенное решение при выборе светодиодного устройства, отвечающего вашим требованиям.

Рисунки 1 и 2: светодиоды оптического диода на 60 кристаллов (вверху) и светодиоды на 99 кристаллах (внизу).

Светоизлучающие диоды (СИД) — это полупроводники, преобразующие электрическую энергию в световую. Цвет излучаемого света зависит от материала и состава полупроводника.Светодиоды обычно делятся на три длины волны: ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное.

Диапазон длин волн имеющихся в продаже светодиодов с выходной мощностью одного пикселя не менее 5 мВт составляет от 360 до 950 нм. Каждый диапазон длин волн, который будет обсуждаться далее в этой статье, сделан из определенного семейства полупроводниковых материалов, независимо от производителя.

Цвета светодиодов

В приложениях, где светодиоды просматриваются напрямую или используются в качестве осветителей, точный цвет гораздо важнее, чем точный световой поток в люменах или канделах (см. Рисунки 1 и 2).

Человеческий глаз относительно нечувствителен к изменениям интенсивности света, и мозг достаточно хорошо компенсирует происходящие изменения интенсивности. Например, глядя на светодиодный видеоэкран в здании, средний человек не заметит падения интенсивности на 20 процентов, поскольку части экрана рассматриваются под углом от 10 до 20 градусов от оси, по сравнению с частью, расположенной непосредственно на оси. . Это постепенное изменение, приближающееся к краю вашего видения, и оно не воспринимается. Точно так же, если светодиоды в одном месте на 10 нм отличаются по длине волны друг от друга, зритель легко увидит эту разницу в цвете и найдет ее отвлекающей.

В области синего диапазона длин волн отмечается стремительный прогресс и повышение эффективности, особенно по мере того, как продолжается гонка за создание более ярких и ярких источников белого освещения.

Большинство используемых сегодня белых светодиодов состоит из синего светодиода, накачивающего желтый люминофор. При прямом взгляде светодиод будет казаться белым, так как синяя и желтая длины волн смешаны вместе в корпусе. Этот продукт идеально подходит для общего наружного освещения и внутреннего освещения прихожей.Однако для освещения, где важна цветопередача (измеряемая как индекс цветопередачи или CRI), этот тип светодиода не подходит.

Цветопередача измеряется по шкале, где 100 идеально соответствует солнечному свету во всем видимом спектре. Когда индекс цветопередачи падает ниже 80, просмотр объектов на глаз не приведет к обнаружению истинного цвета. Для сравнения: лампы накаливания обычно имеют индекс цветопередачи выше 80, тогда как стандартные холодные люминесцентные лампы имеют индекс цветопередачи 60-65. Вот почему в магазине, освещенном люминесцентными лампами, сложно определить истинный цвет одежды.

Рис. 3. В устройствах с подсветкой, таких как кабины самолетов и спидометры, светодиоды могут использоваться для улучшения функциональности, яркости и долговечности системы освещения.

Цветопередача очень важна при чтении топографических карт с помощью светодиодного фонарика или когда электрику необходимо определить цвета проводов с помощью светодиодного фонарика. В музейном освещении высокий индекс цветопередачи жизненно важен для восприятия цвета на картинах и других произведениях искусства.

Плохая цветопередача очевидна, когда объект освещается белыми светодиодами; это потому, что зеленый и красный компоненты слабые.Солнечный свет имеет выход на всех видимых длинах волн с относительно постепенными и плавными переходами, если график изображен как зависимость мощности от длины волны; все цвета могут быть одинаково хорошо определены при солнечном свете. Люминесцентные лампы и белые светодиоды с люминесцентной накачкой не имеют плавной кривой зависимости выходной мощности от длины волны или перехода, характерной для естественного солнечного света; следовательно, цвета, видимые глазом, будут неверными.

Рис. 4. В этой таблице показаны различные применения для каждой длины волны (цвета) светодиода.

Технология белых светодиодов, альтернативная светодиодам с люминофорной накачкой, — это светодиоды RGB или RGBA.Они сочетают в себе красные, зеленые и синие или красные, зеленые, синие и янтарные крошки, чтобы создать белый свет. Эти светодиоды излучают свет с гораздо более высоким индексом цветопередачи и, следовательно, производят цвета, которые более точны при освещении.

Светодиодные чипы доступны в течение многих лет, и концепция продемонстрирована многими различными светодиодными компаниями. Проблема заключалась в стабильности цвета. Красные и желтые светодиодные чипы имеют большой сдвиг длины волны и интенсивности при изменении температуры окружающей среды по сравнению с зелеными и синими светодиодными чипами.Без надлежащей компенсации температурных сдвигов белый свет станет теплее (более красным) при низкой температуре и более холодным (более синим) при высокой температуре.

В течение последних нескольких лет контроллеры светодиодов, специально разработанные для многоцветных светодиодных матриц, появились на рынке по разумной цене. С появлением этих контроллеров рынок «световых двигателей» для многоцветных светодиодов значительно увеличился. Эти контроллеры также позволяют создавать любой интересующий цвет от фиолетового до красного.

Светодиодные приложения

Светодиоды для монохроматических приложений имеют огромные преимущества перед лампами с фильтрами; спектры длин волн определены лучше, чем то, что можно получить с помощью источника белого света и фильтра. Для общего освещения экономия энергии может легко в 100 раз превышать стоимость использования лампы накаливания с фильтром. Это приносит огромные дивиденды в таких приложениях, как архитектурное освещение и светофоры. Маломощные портативные светодиодные вывески для шоссе могут легко питаться от небольшой солнечной панели вместо большого генератора, что дает явное преимущество.

Рис. 5. Текущее значение определяется по формуле I = (V cc -Vf) / R L . Чтобы быть абсолютно уверенным в протекании тока в цепи, необходимо измерить каждый светодиод V F и указать соответствующий нагрузочный резистор. В практических коммерческих приложениях V cc разработан так, чтобы быть намного больше, чем V F , и, таким образом, небольшие изменения в V F не влияют на общий ток в значительной степени. Отрицательный момент этой схемы — большие потери мощности через R L .Светодиоды

более надежны, чем лазеры, обычно дешевле и могут работать с более дешевыми схемами. Европейский Союз теперь вместе с США классифицирует светодиоды как отдельный объект. К счастью, светодиоды не несут тех же проблем безопасности глаз или предупреждений, которые часто имеют лазеры и лазерные диоды. Кроме того, светодиоды нельзя превратить в очень маленькие, сильно коллимированные и оптически плотные пятна. В приложениях, где требуется чрезвычайно высокая плотность мощности на небольшой площади, почти всегда требуется лазер.

Ультрафиолетовые светодиоды (УФ-светодиоды): 320–360 нм

УФ-светодиоды быстро становятся коммерческими, особенно используются для промышленного отверждения и медицинского / биомедицинского применения. До недавнего времени нижнее ограничение по длине волны для высокоэффективного кристалла составляло 390 нм. Он был переведен на 360 нм, и дальнейшие разработки в ближайшие несколько лет, вероятно, приведут к коммерциализации высокоэффективных кристаллов в области 320 нм.

Материалом, в основном используемым для УФ-светодиодов, является нитрид галлия / нитрид алюминия-галлия (GaN / AlGaN).В настоящее время технология не позволяет получать светодиоды высокой мощности по сравнению с синими длинами волн, и рынок неурегулирован, поскольку несколько компаний стремятся улучшить свои процессы.

Светодиоды от ближнего УФ к зеленому: 395–530 нм

Материалом для изделий этого диапазона длин волн является нитрид индия и галлия (InGaN). Технически возможно сделать длину волны от 395 до 530 нм. Однако большинство крупных поставщиков концентрируются на создании синих (450–475 нм) светодиодов для получения белого света с использованием люминофоров и зеленых светодиодов, которые попадают в диапазон 520–530 нм для зеленого освещения светофора.

В синем диапазоне длин волн отмечаются быстрые достижения и повышение эффективности, особенно по мере того, как продолжается гонка за создание более ярких и ярких источников белого света.

Светодиоды от желто-зеленого к красному: 565–645 нм

Фосфид алюминия, индия, галлия (AlInGaP) — это полупроводниковый материал, используемый для этого диапазона длин волн. Он преимущественно используется для светофоров желтого (590 нм) и красного (625 нм) освещения. Лаймово-зеленый (или желтовато-зеленый 565 нм) и оранжевый (605 нм) также доступны по этой технологии, но они несколько ограничены.Технология быстро развивается на красной длине волны, в частности, из-за растущего коммерческого интереса к созданию красно-зеленых-синих белых огней.

Интересно отметить, что ни технологии InGaN, ни AlInGaP не доступны в виде чисто зеленого (555 нм) эмиттера. В этом чисто зеленом регионе действительно существуют более старые, менее эффективные технологии, но они не считаются эффективными или яркими. Это в значительной степени связано с отсутствием интереса и / или спроса со стороны рынка, и, следовательно, с отсутствием финансирования для разработки технологий альтернативных материалов для этого диапазона длин волн.

От глубокого красного до ближнего инфракрасного (IRLED): 660–900 нм

В этой области существует множество вариантов конструкции устройства, но все они используют материалы из арсенида алюминия-галлия (AlGaAs) или арсенида галлия (GaAs). По-прежнему есть стремление повысить эффективность этих устройств, но это только постепенные улучшения. Применения включают инфракрасное (ИК) дистанционное управление, освещение ночного видения, промышленное фотоуправление и различные медицинские приложения (на 660–680 нм).

Теория работы светодиодов
Рисунок 6. Пример точной и стабильной схемы. Эту схему обычно называют источником постоянного тока. Обратите внимание, что ток питания определяется напряжением питания (В куб.см ) минус В куб. Светодиоды

— это полупроводниковые диоды, которые излучают свет, когда электрический ток подается в прямом направлении к устройству. Необходимо приложить электрическое напряжение, достаточное для того, чтобы электроны могли перемещаться через область обеднения и объединяться с отверстием на другой стороне для создания пары электрон-дырка.Когда это происходит, электрон высвобождает свою энергию в виде света, и в результате получается излучаемый фотон.

Ширина запрещенной зоны полупроводника определяет длину волны излучаемого света. Более короткие длины волн равны большей энергии, и поэтому материалы с большей шириной запрещенной зоны излучают более короткие волны. Материалы с большей шириной запрещенной зоны также требуют более высоких напряжений для проводимости. Коротковолновые светодиоды UVblue имеют прямое напряжение 3,5 В, а светодиоды ближнего ИК-диапазона имеют прямое напряжение 1,5 — 2,0 В.

На что следует обратить внимание: доступность и эффективность по длине волны

Высокоэффективные светодиоды можно производить в любом диапазоне длин волн, за одним исключением — от 535 до 560 нм. Решающий фактор относительно того, доступна ли конкретная длина волны на рынке, имеет отношение к рыночному потенциалу, спросу и длинам волн промышленного стандарта. Это особенно заметно в областях 420–460 нм, 480–520 нм и 680–800 нм. Поскольку для этих диапазонов длин волн нет массовых приложений, нет крупных производителей, предлагающих светодиодные продукты для этих диапазонов.Тем не менее, можно найти средних и / или мелких поставщиков, предлагающих продукты для заполнения этих длин волн на индивидуальной основе.

У каждой технологии материала есть точка в диапазоне длин волн, где она наиболее эффективна. Эта точка находится очень близко к середине каждого диапазона. По мере того, как уровень легирования полупроводника увеличивается или уменьшается от оптимального уровня, страдает эффективность. Вот почему синий светодиод имеет гораздо большую мощность, чем зеленый или ближний УФ, желтый — больше, чем желто-зеленый, а ближний ИК — лучше, чем 660 нм.Когда у вас есть выбор, гораздо лучше проектировать для центра диапазона, чем для краев. Также легче закупать продукты, если вы не работаете на грани материальных технологий.

Подача тока и напряжения на светодиоды

Хотя светодиоды являются полупроводниками и требуют минимального напряжения для работы, они по-прежнему являются диодами и должны работать в токовом режиме. Есть два основных способа работы светодиодов в режиме постоянного тока. Самый простой и распространенный — использование токоограничивающего резистора (см. Рисунок 5).Недостатком этого метода является большое тепловыделение и тепловыделение резистора. Чтобы ток был стабильным при изменении температуры и от устройства к устройству, напряжение питания должно быть намного больше, чем прямое напряжение светодиода.

Рис. 7. Контроллер светодиодного освещения серии PP500 от Gardasoft Vision.

В приложениях, где диапазон рабочих температур узкий (менее 30 ° C) или мощность светодиода не критична, может использоваться простая схема, использующая резистор ограничения тока.

Лучше управлять светодиодом с помощью источника постоянного тока (см. Рисунок 6). Эта схема будет обеспечивать одинаковый ток от устройства к устройству и при превышении температуры. Он также имеет меньшую рассеиваемую мощность, чем простой токоограничивающий резистор.

Стандартные коммерческие драйверы светодиодов доступны из различных источников. Обычно они работают с использованием принципов широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления яркостью.

Импульсные светодиоды в режиме высокого тока и / или высокого напряжения для массивов в последовательно-параллельной конфигурации создают уникальный набор проблем.Для начинающего разработчика непрактично проектировать импульсный привод с управлением по току, способный выдавать 5 ампер и 20 вольт. Существует несколько производителей специального оборудования для импульсных светодиодов (см. Рис. 7), например Gardasoft Vision.

Светодиоды

сейчас используются в большом количестве разнообразных рынков и приложений. Их высокая надежность, высокая эффективность и более низкая общая стоимость системы по сравнению с лазерами и лампами делают эти устройства очень доступными и привлекательными как для потребительского, так и для промышленного сегментов.Каждая отдельная светодиодная технология и / или цвет были разработаны для решения конкретных задач и требований. Для получения дополнительной информации о выборе правильного светодиода для вашей задачи освещения посетите оптический диод.


Журнал «Световые технологии»

Эта статья впервые появилась в мартовском номере журнала « Световые Технологии » за март 2010 года.

Читать статьи в этом выпуске здесь.

Другие статьи из архива читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ

Различные применения в светодиодном освещении | LEDwatcher

Светодиодные лампы

, вероятно, являются наиболее эффективной формой освещения на данный момент, поскольку нет другого типа ламп, которые могут выдавать такой яркий и мощный свет без потребления тонны ватт и значительного увеличения вашего счета за электроэнергию.Вот почему светодиоды используются во многих различных сферах, начиная с домашнего освещения и заканчивая освещением рекламных щитов и светильниками для выращивания растений, которые помогают растениям расти лучше и быстрее. Итак, чтобы действительно помочь нам понять, насколько универсальны светодиодные лампы и сколько разных способов их использования, я решил, что список приведен в порядке, потому что, только увидев все различные применения светодиодного освещения, вы действительно сможете оценить эти огни. что они.

Уличное и дорожное освещение

Один из основных способов использования светодиодных фонарей — это уличное и дорожное освещение.В прошлом мы видели, как наши улицы освещались либо лампами накаливания, либо люминесцентными лампами, но теперь все больше и больше городов и стран меняют эти лампы на светодиодные. И тому есть две причины. Во-первых, светодиодные фонари просто потребляют меньше ватт, а это означает, что они более экономичны, особенно потому, что уличное освещение обычно включается, как только садится солнце, и остается включенным на всю ночь. И, во-вторых, светодиоды также обеспечивают более яркий свет, который улучшает состояние улицы и дороги, а также безопасность на улицах, потому что чем лучше освещение на улице, тем лучше люди видят, куда они едут или едут, и тем в большей безопасности они чувствуют себя. при ходьбе вечером и ночью.

Освещение гаража и стоянки

Если в качестве уличного освещения используются светодиодные лампы, то неудивительно, что в гаражах и на стоянках, которые можно найти рядом с большинством магазинов и учреждений, также используются светодиоды для освещения этих пространств. Они обеспечивают чрезвычайно яркий свет, который позволяет людям не только лучше видеть, когда они кладут продукты или другие покупки в машину, но также заставляют людей чувствовать себя в большей безопасности, когда они находятся в гараже или на стоянке, потому что эти типы пространств довольно печально известны различными преступлениями, связанными с кражами, включая кражи автомобилей и ограбления.

Подсветка рекламного щита

В наш век потребительства еще одним довольно распространенным применением светодиодного освещения является их использование в качестве освещения для рекламных щитов. В наши дни реклама повсюду, от стен домов до автобусных остановок и огромных рекламных щитов на больших дорогах и шоссе. А поскольку все эти рекламные объявления должны быть освещены, чтобы их можно было увидеть и в темное время суток, рекламодателям приходится оснащать их осветительными приборами, которые потребляют много энергии. Таким образом, чтобы немного снизить затраты на рекламные щиты, поскольку печатать рекламу, устанавливать ее и поддерживать в хорошем состоянии недешево, рекламные компании обращаются к светодиодному освещению, потому что, по крайней мере, они могут платить меньше за потребляемую мощность, если они не могут ни на чем экономить.

Освещение навеса

Светодиодные фонари также являются наиболее распространенным типом фонарей, которые устанавливаются в качестве так называемого навесного освещения или освещения в таких местах, как заправочные станции, открытые платформы на вокзалах, на открытых автомойках и т. Д. Светодиоды специально используются в этих местах в основном потому, что они обеспечивают идеальное освещение для этих типов мест, при этом не потребляя много электроэнергии, работая долгое время и способных противостоять множеству различных условий на открытом воздухе.

Промышленное освещение, известное как High Bay Lighting

Промышленный сектор сам по себе является уникальной сферой, которая требует не только определенных рабочих пространств, а это означает, что предприятиям в этой сфере деятельности обычно требуются большие здания складского или заводского типа для работы, но также особое освещение, чтобы эти складские помещения были хорошо освещены и в них приятно работать. Вот здесь-то и пригодятся светильники для высоких пролетов, потому что, поскольку эти типы светильников обеспечивают более мощный и хорошо распределенный свет, чем обычные потолочные светильники, их можно использовать в качестве освещения для потолков от 20 до 20 мм. 45 футов в высоту.И самые эффективные светильники для высоких пролетов сейчас, очевидно, это светодиодные светильники для высоких пролетов, потому что, помимо хорошо распределенного и яркого света, освещение от светодиодов также очень равномерное и, следовательно, гарантирует, что все пространство освещено равномерно. .

Освещение ландшафта, сада, двора и террасы

Еще одно распространенное применение светодиодных ламп — их использование для наружного освещения, будь то освещение ландшафта, сада, заднего двора или даже палубы или крыльца. Это потому, что светодиодные фонари очень прочные и часто могут противостоять различным погодным условиям намного лучше, чем другое освещение.Например, при тестировании светодиодных лампочек исследователи обнаружили, что для того, чтобы разбить светодиодную лампу, вам нужно уронить ее минимум с 4 футов, что означает, что даже если шторм сбивает свет, который вы установили сбоку от своей дом, ваш светодиод будет в порядке. Кроме того, такие вещи, как снег и вода, также не сильно беспокоят светодиодные лампы, поскольку сами светодиоды обычно заключены в прочный прочный корпус, который защищает их от элементов.

Охранное освещение

Наряду с уличным освещением, светодиодные лампы также, как правило, являются идеальным освещением для обеспечения безопасности, поскольку они яркие, их не нужно заменять довольно долгое время, и они могут быть легко оснащены такими вещами, как датчики движения и таймеры. , которые позволяют превратить светодиоды в вашу личную систему ночной безопасности.Освещение долгое время использовалось в качестве превентивной меры против различных видов преступной деятельности, от ограблений до вторжений, и теперь со светодиодными лампами оно стало более эффективным, чем когда-либо.

Фонари для выращивания

Тем, кто любит заниматься садоводством и не хочет прекращать заниматься этим, даже когда погода на улице не позволяет, возможно, стоит присмотреться к светодиодным светильникам для выращивания растений, потому что светодиоды действительно являются одними из самых эффективных светильников для выращивания растений. Благодаря тому, что светодиодные лампы состоят из нескольких светодиодов, они могут излучать свет с точной цветовой температурой для роста растений, поэтому они позволяют людям садиться даже в условиях, где, естественно, не так много света, например, в гаражах, подвалах или просто в помещении зимой, когда природа просто не дает растениям достаточно света для их роста.

Освещение для дома и офиса

Тогда, конечно же, светодиодное освещение также часто используется как домашнее освещение и как свет для офисов, различных учреждений и заведений. В прошлом люди обычно использовали галогенные, лампы накаливания или люминесцентные лампы для освещения своего дома и рабочего пространства, но теперь светодиодные лампы взяли верх и, вероятно, являются наиболее распространенным типом освещения, которое вы можете найти в домах людей и на работе. -места.

Праздничное освещение

Если говорить о светодиодном домашнем освещении, то светодиоды также прекрасно подходят для праздничного освещения.Будь то пугающий: мерцающие огни во время Хэллоуина, мерцающие огни на вашей елке или красные, белые и синие светодиодные гирлянды четвертого июля, светодиодные праздничные огни определенно сделают ваш отдых более праздничным, не увеличивая счет за электричество.

Автомобильное освещение

Если светодиоды используются дома и на работе, почему бы не использовать их и в автомобиле? Независимо от того, проводите ли вы много времени в машине каждый день или просто едете на работу и с работы, вам следует подумать об установке светодиодного освещения в вашем автомобиле.Это связано с тем, что светодиодное освещение не только позволит вам лучше видеть во время вождения, потому что светодиодные лампы в качестве фар будут обеспечивать концентрированные яркие световые лучи, которые легко освещают все впадины и неровности на дороге впереди вас, но также лучше видят когда вы просто сидите в машине, поскольку светодиоды в качестве внутреннего освещения обеспечивают освещение, при котором вы сможете легко читать и выполнять другие задачи.

Развлекательное освещение

И, наконец, что не менее важно, светодиодные фонари также довольно часто используются в развлекательных целях, поскольку они обеспечивают феноменальное сценическое освещение.Вы можете легко осветить все, от рок-концерта до балета, с помощью светодиодных ламп. А поскольку светодиоды бывают разных цветов, форм и размеров, они могут быть очень разнообразными, чтобы соответствовать случаю, который происходит, или артисту, который находится на сцене.

Фотографии применения светодиодов

Это весело и помогает увидеть светодиоды в действии с фотографиями приложений. Эта страница не всегда актуальна, но мы показываем несколько отличных примеров использования наших продуктов, и в большинстве случаев эти изображения принадлежат нашим клиентам.Чтобы получить более актуальную и полную коллекцию фотографий, посетите Фотоальбом Facebook

Светодиодный светильник LVL2 под шкафом: Эти фотографии предоставлены местным подрядчиком, который успешно установил светодиодный светильник под шкафом LVL2 при ремонте кухни. Заказчик хотел, чтобы на столешницах был прямой свет, а в темное время суток — рассеянный свет, поэтому мы решили, что им подойдут несколько полос высотой 3, 2 и 1 фут, размещенных в стратегически важных местах. Электрики позаботились о деталях, но установить эти фонари может любой желающий.Основными требованиями, помимо светильника LVL.2, являются «импульсный источник питания» и «соединительные кабели». Требуемый источник питания — это тот, который подключается к 120 В переменного тока, но выдает 12 В постоянного тока или 24 В постоянного тока; для блока питания также необходим штекерный разъем диаметром 2,5 мм. Кабель-перемычка позволяет передавать питание от одного прибора LVL.2 к другому. Сам LVL.2 выпускается в трех различных цветовых температурах и длине, с монтажными отверстиями на каждом конце полосы.




Сигарный хьюмидор с подсветкой с 5-миллиметровыми светодиодами: (16) теплых белых 5-миллиметровых светодиодов, включенных параллельно от диммируемого постоянного тока 350 мА Wired BuckPuck




Светодиоды высокой мощности в рифовом аквариуме Применение: Используя холодно-белый и королевский синий светодиоды, энтузиасты выращивания рифовых аквариумов выращивают кораллы и создают красивую и естественную среду для своих морских рыб.LEDSupply предлагает светодиодные компоненты и светодиодные комплекты, чтобы помочь домашним мастерам построить свои собственные светодиодные фонари для рифовых аквариумов за небольшую часть розничной стоимости.




Светодиоды высокой мощности для выращивания в помещении: Используя различные спектры, любители домашнего выращивания экономят деньги и продолжают выращивать здоровые растения с помощью светодиодов высокой мощности. LEDSupply предлагает светодиодные компоненты и светодиодные комплекты, чтобы помочь домашним мастерам создавать свои собственные светодиодные лампы для выращивания растений за небольшую часть розничной стоимости.




Светодиоды в Art: Используя светодиоды в сочетании со стеклянными скульптурами, художники могут улавливать свет с помощью травления и изменения цвета для создания драматического эффекта.




Светодиоды в ювелирном магазине Miami Lakes: Настоящий домашний мастер взял мощные светодиоды Luxeon и полностью переделал освещение своего ювелирного магазина. Спектр светодиодного освещения действительно помог привлечь внимание к бриллиантам.Спустя годы магазин переехал, и снова все освещение было переключено на мощные светодиоды.




Больше светодиодов в под шкафом: Светильник LVL2 Linear легко вписался в этот проект. Монтажные отверстия упростили установку, а все остальное сделал сам продукт. Свет идеально подходит как для работы, так и для ночного времени, поскольку он не потребляет много энергии, но обеспечивает достаточно света для ночного перекуса.




Отмеченный наградой ламповый светильник EverLED T8: Экономия энергии и времени, но при этом обеспечение оптимального света — это именно то, что делает лампа EverLED T8.Вот несколько фотографий до и после, демонстрирующих эффект. EverLED был протестирован LM-79 и признан продуктом года журналами Popular Science Magazine и EC&M.



Светодиоды Cree в специальной световой сабле: UltraSabers используют наши светодиодные драйверы и светодиоды Cree в некоторых своих нестандартных саблях. Вот очень классное фото, которое они разместили на нашей стене в Facebook!



Что такое светодиод и как он работает — преимущества, применение, типы и стоимость светоизлучающих диодов

Что такое светодиод и как он работает — преимущества, применение, типы и стоимость светоизлучающих диодов

Абхишек Шах написал 6 июля 2011 г.

ЧТО ТАКОЕ LED / ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП РАБОТЫ

Светоизлучающий диод (LED) — это особый тип полупроводникового устройства, которое излучает видимый свет, когда через него проходит электрический ток.У него две стороны — одна с обилием электронов, называемых «полупроводник n-типа», а другая с пучком дырок, которые необходимо заполнить электронами, известными как «полупроводник p-типа». С помощью этих p-n-переходов эти полупроводники могут управлять направлением потока электричества. Светодиод работает по принципу: когда электроны теряют энергию, они перемещаются с более высокой орбиты на более низкую. Потеря энергии происходит в виде световых фотонов. Цвет излучаемого света зависит от частоты испускаемого светового фотона.Чем выше частота, тем больше выделяется энергия. Нитрид галлия является светоизлучающим компонентом светодиодов. Он используется в сапфировых синих и зеленых светодиодах. Его практическое применение — в светофорах и лазерах в DVD-плеерах высокой четкости.

ИСТОРИЯ СВЕТОДИОДОВ

Х. Дж. Раунд из Marconi Labs открыл электролюминесценцию как явление в 1907 году. Позже, в 1955 году, Рубин Браунштейн из Radio Corporation of America сообщил об инфракрасном излучении арсенида галлия (GaAs) и других полупроводников.Ника Холоняка можно назвать «отцом светодиода». Он разработал первый практический светодиод видимого спектра (красный) в 1962 году, работая в компании General Electric.

ПРЕИМУЩЕСТВА LED

    • Равномерное освещение — свет равномерно распределяется по линзе, что делает их ярче, чем обычные светящиеся огни.
    • Energy Efficient — В отличие от обычных источников света, где более высокий процент энергии теряется в виде тепла, светодиодный свет выделяет незначительное количество тепла, поэтому большее количество электричества преобразуется в свет.Это явление испускания света известно как «электролюминесценция».
    • Longer Life — Эти фонари обладают большей прочностью и, следовательно, более надежны. При правильной установке они могут работать десятилетиями.
    • Малый размер
    • Фильтрация не требуется. — В отличие от ламп накаливания, излучающих только белый свет, который необходимо фильтровать для таких приложений, как светофоры, свет, генерируемый светодиодами, не нужно фильтровать.Таким образом, нет дополнительных потерь энергии.

ПРИМЕНЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ

    • Подсветка ЖК-панели — белых светодиодов используются в плоских компьютерных дисплеях.
    • Пульт дистанционного управления телевизорами, DVD-плеерами и другой бытовой техникой — здесь используются инфракрасные светодиоды.
    • Автомобильное освещение — светодиоды используются, в частности, в стоп-сигналах, сигналах поворота и указателях поворота.
    • Дорожные сигналы — Группы светодиодов упакованы в массивы и расположены так, чтобы образовать светофор.
    • Авиационное освещение

ПРОБЛЕМЫ — Часть электричества в светодиодах превращается в тепло, а не в свет. Если это тепло не отводится, светодиоды работают при высоких температурах, что не только снижает их эффективность, но также делает светодиоды более опасными и менее надежными. Таким образом, управление температурным режимом мощных светодиодов является важной областью исследований и разработок.

ВИДЫ СВЕТОДИОДОВ

Для работы светодиодов разного цвета требуется разное прямое напряжение.Красные светодиоды требуют наименьшего напряжения, а синие — более высокого. Обычно для красного светодиода требуется около 2 вольт, а для синих светодиодов — около 4 вольт. По цвету светодиода его можно разделить на:

  • Светодиод видимого диапазона s — Цвета, излучаемые светодиодами, различаются в зависимости от температуры и тока. Разные цвета испускаются при разной температуре и токе. Цвета светодиодов часто указываются в «нм» или нанометрах, которые являются длиной волны света. Светодиоды не являются полностью монохроматическими, они скорее производят волны с длиной волны в небольшой области спектра.
  • I Инфракрасные светодиоды — иногда их называют IRED — инфракрасные излучающие диоды. Инфракрасный диапазон можно разделить на ближний инфракрасный (NIR) и дальний инфракрасный (IR). Дальний инфракрасный диапазон не входит в диапазон светодиодов. БИК можно разделить на две полосы: длинноволновую и коротковолновую.
  • Ультрафиолетовые светодиоды — светодиоды излучают УФ-А с длиной волны 400 нм. Ультрафиолетовый УФ-В вызывает солнечные ожоги, УФ-С опасен, поскольку он убивает вещи. Однако не рекомендуется смотреть на ультрафиолетовый светодиод.
  • Белые светодиоды — имеют цветовую температуру. Цветовая температура — это мера относительного количества красного или синего — более высокие цветовые температуры содержат больше синего.

LED СТОИМОСТЬ

светодиода созданы на сапфировой подложке и поэтому дороги. Однако разработана технология создания светодиодов на недорогих кремниевых пластинах с металлическим покрытием. Однако технология на основе сапфира в настоящее время слишком дорога для широкого использования в домашнем освещении и стоит по крайней мере в 20 раз дороже, чем обычные лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы.Китай с его низкими производственными затратами и затратами на рабочую силу сделал производство светодиодов очень дешевым и доступным. На рынке есть светодиодные лампы, которые могут заменить обычные КЛЛ, стоимость быстро упала примерно до 20 долларов.

Опубликовано в категории: Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *