Что такое светодиод - виды светодиодов. Применение светодиодовсветодиодОглавление Введение Понятие, виды, структура светодиодов Свойства и характеристики светодиодов Возможности, применение и недостатки светодиодов Заключение Список литературы Понятие, виды, структура светодиодов Светодиод-это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Так как светодиод является полупроводниковым прибором, то при включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод ("минус"), а другой - анод ("плюс").
Схема лампы на светодиодах Лампы на светодиодах всё более популярны. Цены на светодиоды постепенно снижаются, и замена ламп накаливания на светодиоды выглядит все более привлекательной. Экономичность и долговечность, удешевление и улучшение качественных характеристик светодиодов, располагают к тому, что самодельная лампа на светодиодах это реальность. Лампа на светодиодах своими руками - это здорово.
Несложная схема светодиодной лампы для изготовления в домашних условиях показана на рисунке. На этой схемы видно, что для питания светодиодов используется мостовой выпрямитель с емкостным балластом, который ограничивает выходной ток. Такие источники питания экономичны и просты, не боятся коротких замыканий, их выходной ток ограничивается емкостным сопротивлением конденсатора. Подобные выпрямители часто называют стабилизаторами тока. Светодиод состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного светодиода серии Luxeon, выпускаемой компанией Lumileds, схематически изображена на рисунке.
Принцип работы светодиода заключается в следующем: 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. Чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче. 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 [1]. Светодиод хорош тем, что в нём, 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 может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5 — 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.
Рис. 1. Световая отдача различных типов светодиодов в сравнении с другими источниками света 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. Цвет светодиода зависит 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. 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. Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную 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 тепло-отводом 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. Изобретение синих светодиодов замкнуло «RGB-круг» и сделало возможным получение светодиодов белого свечения. Существует четыре способа создания белых СД, каждый со своими достоинствами и недостатками. Один из них – смешение излучения СД трёх или более цветов. На рис. 2 показано получение белого света путем смешивания в определённой пропорции излучения красного, зелёного и синего светодиодов.
В принципе такой способ должен быть наиболее эффективным. Для каждого из СД – красного, зелёного или голубого – можно выбрать значения тока, соответствующие максимуму его внешнего квантового выхода излучения. Но при этих токах и напряжениях интенсивности каждого цвета не будут соответствовать значениям, необходимым для синтеза белого цвета. Этого можно достигнуть, изменяя число диодов каждого цвета и составляя источник из многих диодов. Для практических применений этот способ неудобен, поскольку нужно иметь несколько источников различного напряжения, много контактных вводов и устройства, смешивающие и фокусирующие свет от нескольких СД. Второй и третий способы – смешение голубого излучения СД с излучением либо жёлто-зелёного люминофора, либо зелёного и красного люминофоров, возбуждаемых этим голубым излучением. На рис. 3 показано получение белого света с помощью кристалла синего светодиода и нанесённого на него слоя жёлтого люминофора [6].
Эти способы наиболее просты и в настоящее время наиболее экономичны. Состав кристалла с гетероструктурами на основе InGaN/GaN подбирается так, чтобы его спектр излучения соответствовал спектрам возбуждения люминофоров. Кристалл покрывается слоем геля с порошком люминофора таким образом, чтобы часть голубого излучения возбуждала люминофор, а часть – проходила без поглощения. Форма держателя, толщина слоя геля и форма пластикового купола рассчитываются и подбираются так, чтобы излучение имело белый цвет в нужном телесном угле. Сейчас исследуется около десятка различных люминофоров для белых СД. На рис. 4 показано строение 5мм светодиода, излучающего белый свет. Четвертый способ – смешение из лучения трёх люминофоров (красного, зелёного и голубого), возбуждаемых ультрафиолетовым светодиодом. На рис. 5 показано получение белого света с помощью ультрафиолетового светодиода и RGB-люминофора. Этот способ использует технологии и материалы, которые разрабатывались в течение многих лет для люминесцентных ламп. Он требует только два контактных ввода на один излучатель. Но этот способ связан с принципиальными потерями энергии при преобразовании света от диода в люминофорах. Кроме того, эффективность источника излучения уменьшается, т.к. разные люминофоры имеют разные спектры возбуждения люминесценции, не точно соответствующие УФ-спектру излучения кристалла СД. Светоотдача белых СД ниже, чем светоотдача СД с узким спектром, поскольку в них происходит двойное преобразование энергии, часть её теряется в люминофоре. В настоящее время светоотдача лучших белых СД 25...30 лм/Вт.
Свойства и характеристики светодиодов Светодиод – низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4В 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. Реакция светодиода на повышение температуры такова: p-n-переход – это «кирпичик» полупроводниковой электронной техники, представляющий собой соединённые вместе два куска полупроводника с разными типами проводимости (один с избытком электронов – «n-тип», второй с избытком дырок – «p-тип»). Если к p-n переходу приложить «прямое смещение», т.е. подсоединить источник электрического тока плюсом к р-части, то через него потечёт ток. Современные технологии позволяют создавать интегральные схемы, содержащие огромное количество p-n переходов на одном кристалле; так, в процессоре Pentium-IV их количество измеряется десятками миллионов [1]. Нас интересует, что происходит после того, как через прямо смещённый p-n переход пошёл ток, а именно момент рекомбинации носителей электрического заряда – электронов и дырок, когда имеющие отрицательный заряд электроны «находят пристанище» в положительно заряженных ионах кристаллической решётки полупроводника. Оказывается, что такая рекомбинация может быть излучательной, при этом в момент встречи электрона и дырки выделяется энергия в виде излучения кванта света – фотона. В случае безизлучательной рекомбинации энергия расходуется на нагрев вещества. В природе существует как минимум 5 видов излучательной рекомбинации носителей зарядов, в том числе так называемая прямозонная рекомбинация. Впервые это явление в далёкие 20-е годы исследовал О.В. Лосев, наблюдавший свечение кристаллов карборунда (карбид кремния SiC). Для большинства полупроводниковых диодов это явление – просто «побочный эффект», не имеющий практического смысла. Для светодиодов же излучательная рекомбинация – физическая основа их работы. 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. Применение и недостатки светодиодов 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. 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. 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. 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. Поверхностный взгляд на использование светодиодов сразу отмечает их высокую стоимость – главный недостаток по сравнению с лампами накаливания и неоновыми трубками различных типов. Если говорить о цене изделия как таковой, то LED-изделия действительно «не каждому по карману». До сих пор затраты на светодиодные модули - два раза выше стоимости неонового изделия аналогичной яркости. Однако производители по всему миру продолжают наращивать мощности по изготовлению светодиодов, и цены на данные источники света неуклонно понижаются. Практика показывает, что совокупные затраты на приобретение и эксплуатацию светодиодных изделий, в конечном итоге оказываются в 2 - 2,5 раза ниже затрат на обычные светильники. Также недостатком при использовании светодиодов в конструировании объемных букв средних и крупных размеров можно считать их миниатюрность, из-за которой требуется объединять многочисленные отдельные светодиоды в группы. Чтобы обеспечить яркий и красочный свет, мгновенно привлекающий внимание, требуется большое количество светодиодов. В данном случае возникает необходимость использования универсальных модулей: один или два светодиода, которые можно интегрировать практически в любой рекламный образ. Где применяют светодиоды? все виды световой рекламы (вывески, щиты, световые короба и др.) замена неона дизайн помещений дизайн мебели архитектурная и ландшафтная подсветка одноцветные дисплеи с бегущей строкой магистральные информационные табло полноцветные дисплеи для больших видео экранов внутреннее и внешнее освещение в автомобилях, грузовиках и автобусах дорожные знаки и светофоры Другие сферы применения включают подсветку жидкокристаллических дисплеев в сотовых телефонах, цифровые камеры, а также архитектурное и другие виды освещения. Сектор электронного оборудования включает применение светодиодов в качестве индикаторных ламп в промышленных и потребительских товарах. studfiles.net Устройство светодиода и принцип действияСветодиод сокращённо (СД), светоизлучающий диод (СИД), light emitting diode сокращённо LED – это полупроводниковое устройство, которое способно создавать световое излучение различной интенсивности при подключении его в прямом направлении к электрическому току. Светодиод: устройство.
Основа светодиода – полупроводниковый кристалл. Кристалл размещается на металлическое основание катод, который также является отражателем. Кристалл соединяется тонкой проволокой с анодным выводом. Вся конструкция помещается в корпус колбу нужной формы, верхняя часть колбы состоит из рассеивающей или собирающей линзы. От формы линзы зависит угол рассеивания светового потока, чем более плоская линза, тем шире угол рассеивания и наоборот, чем выпуклей линза, тем уже световой поток. Для изготовления кристалла светодиода могут, используются такие полупроводниковые материалы как арсенид галлия, алюминия галлия арсенид, галлия фосфид, галлия арсенид-фосфид, кремний и пр. В зависимости от материала, из которого сделан кристалл, светодиод может излучать заданный спектр свечения. Все светодиоды можно поделить на два основных типа: Индикаторные – маломощные светодиоды используются как индикаторы в различных приборах (см. рис. сверху). Осветительные – более мощные светодиоды, используются в осветительных приборах. Типы осветительных диодов:
Устройство осветительного светодиода. |
| 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.
duray.ru
принцип действия, схемы, примеры и т.д.
Светодиод — диод с простым P-N переходом, главной особенностью которого является то, что он испускает свет, когда через него проходит ток. Используется во многих цифровых дисплеях, а также в других типах индикаторных устройств.
СветодиодОбратите внимание на основы электричества и на приборы электроники. Принцип работы светодиода
Основные рабочие характеристики любого светоизлучающего диода сходны с характеристиками обычного диода. Когда подается напряжение, то электроны двигаются от материала N-типа через P-N переход и соединяются с отверстиями в материале P-типа. В обычных диодах энергия, которая возникает в результате соединения электронов с отверстиями, выделяется в виде тепла. Однако, когда речь идет о светодиодах, то энергия в них выделяется в первую очередь в виде света.
Схема светодиодаСветодиоды могут изготавливаться таким образом, что будут испускать красный, зеленый, голубой, инфракрасный или ультрафиолетовый свет. Это достигается путем изменения количества и типа материалов, которые используются в качестве присадки. Яркость света также может изменяться, что осуществляется с помощью управления количеством тока, проходящего через светодиод. Однако, как и любой другой диод, СИД имеет предельные значения тока, которые он может выдержать.
Где используются светодиоды
Одной из основных областей применения светодиодов является использование их в качестве сигнальных лампочек. Например, этот прибор может использоваться для того, чтобы проконтролировать идет ли по цепи ток или она обесточена.
Цепь с сигнальной лампочкой представляет собой ряд приборов, последовательно соединенных между собой: светодиод, резистор, выключатель и источник постоянного тока.
Схема типичной цепи с сигнальной лампочкойКогда выключатель цепи с сигнальной лампочкой замкнут, то напряжение прямого смещения от источника тока подается на светодиод (который разработан таким образом, чтобы срабатывать только, когда имеется прямое смещение). Электроны, которые прорываются через P-N переход, соединяются с отверстиями, в результате чего энергия высвобождается в виде света. Резистор, установленный в этой цепи, ограничивает протекание тока по ней, с тем, чтобы защитить светодиод от повреждений, которые может вызвать чрезмерный ток.
Светодиоды могут также использоваться в цифровых дисплеях, например, в наручных часах или калькуляторах.
С помощью высвечивания различных комбинаций из семи элементов на дисплее можно отображать любую цифру от нуля до девяти.
Цифровой дисплей на калькуляторе из семи элементовКаждый светодиод соединен последовательно с резистором и выключателем, где каждый выключатель представляет собой внешнюю управляющую цепь. Выключатели имеют обозначения от А до G, чтобы соответствовать элементам дисплея. Семь последовательных проводов соединены параллельно с источником постоянного тока. Для того, чтобы подать питание на какой-либо светодиод, замыкается соответствующий выключатель. Каждый последовательно включенный в цепь резистор ограничивает ток, проходящий по проводу, и, тем самым, предотвращает повреждение светодиодов от чрезмерно большого тока.
Схема внешней цепи управления для цифрового дисплея калькулятораЦифры появляются на цифровом дисплее в результате различных сочетаний семи выключателей. Например, если выключатели А и В замкнуты, то соответствующие элементы на дисплее загорятся и образуют цифру 1. Подобным же образом цифра 2 может быть образована с помощью выключателей A, C, D, F и G, которые будут замкнуты одновременно.
Замыкая соответствующие выключатели в определенных комбинациях, на дисплее можно получать цифры от 0 до 9. Если элементы расположить несколько иным образом, то на дисплее можно получить знак плюса, минуса, десятичные точки или же буквы алфавита.
Светодиоды могут использоваться даже для обеспечения искусственного освещения для роста растений. Основными преимуществами светодиодов в этом случае являются: низкое потребление электричества и тепловыделения, а также возможность настройки необходимого спектра излучения.
kipiavp.ru
Принцип работы светодиода
Дата публикации: 21 июня 2015.
Светодиод – это разновидность диода, электронного прибора обладающего односторонней проводимостью электрического тока. Диод, или как его еще называют выпрямительный диод, обладая своими уникальными свойствами изменять электрическое сопротивление в зависимости от полярности приложенного к нему напряжения, применяют для выпрямления переменного тока. Конструкция выпрямительного диода может строиться как на базе радиоэлектронных ламп, так и на базе полупроводниковых кристаллов.
Принцип действия светодиода
В отличие от выпрямительного диода светодиод выполняется только на базе полупроводниковых кристаллов. Принцип действия у обоих электронных приборов основан на инжекции (диффузии) электронов и дырок в области p-n перехода, то есть области контакта двух полупроводников с разным типом проводимости. Под инжекцией подразумевается переход избыточных электронов из области n-типа в область p-типа, а также переход избыточных дырок из области p-типа в область n-типа, где существует их недостаток. В результате инжекции в обеих областях, возле границы перехода, образуются не скомпенсированные слои электронов и дырок. На стороне n-перехода слой дырок, а на стороне p-перехода слой электронов. Эти слои образуют так называемый запирающий слой, внутреннее электрическое поле которого препятствует дальнейшей инжекции (рисунок 1).
Рисунок 1. Запирающий слой p-n перехода
Наступает определенное равновесие. При подаче отрицательного напряжения к области кристалла с проводимостью n-типа и положительного напряжения к области кристалла с проводимостью p-типа под действием внешнего электрического поля направленного против запирающего поля открывается путь основным носителям через p-n переход. Запирающий слой становится тоньше и его сопротивление уменьшается. Происходит массовое перемещение свободных электронов из n-области в p-область и дырок из p-области в n-область. В цепи возникает электрический ток (рисунок 2).
Рисунок 2. Включение в прямом направлении
Если подать обратное напряжение, то запирающий слой становится толще и электрическое сопротивление значительно увеличивается. Электрический ток при подаче обратного напряжения практически отсутствует (рисунок 3).
Рисунок 3. Включение в обратном направлении
Нужно помнить, что допустимая величина обратного напряжения у светодиодов, при которой не происходит его пробоя, значительно ниже, чем у выпрямительных диодов. Зачастую эта величина равна максимальному значению прямого напряжения. Поэтому, включая светодиод в электрическую цепь переменного тока, не следует забывать про амплитудное значение напряжения. Для синусоидального напряжения частотой 50 Гц его амплитудное значение в 1,41 раза больше чем действующее. Такие включения используются редко, так как назначение светодиода все-же "светиться", а не "выпрямлять". Обычно светодиод включается на постоянное напряжение.
Видео 1. Полупроводники
При перемещении свободных электронов через p-n переход электроны и дырки излучают фотоны по причине их перехода с одного энергетического уровня на другой. Не все полупроводниковые материалы эффективно излучают свет при инжекции. Например, диоды, выполненные из кремния, германия, карбида кремния, свет практически не излучают. А диоды, выполненные из арсенида галлия или сульфида цинка, обладают наилучшими излучающими способностями.
Излучаемый свет не когерентен и лежит в узком спектре. В связи с этим у каждого светодиода свой спектр волн, со своей длиной и частотой, которые могут быть видны или не видны человеческому глазу. В качестве примера применения светодиодов с не видимым спектром излучения, можно привести светодиоды, применяемые в пультах дистанционного управления любой современной радио-электронной аппаратуры. Для того чтобы увидеть излучение возьмите пульт дистанционного управления и любой сотовый телефон имеющий фото-видео камеру. Переведите телефон в режим съемки видео, направьте объектив камеры на передний край пульта и нажмите на пульте любую из кнопок. При этом на экране телефона вы будете наблюдать свечение светодиода.
Спектр излучения зависит от химического состава кристалла полупроводника. Каждый спектр излучения имеет свой цвет. Поэтому светодиоды излучающие свет в видимом человеческому глазу спектре, воспринимаются разноцветными, красными, зелеными, синими.
История создания светодиодов
Свечение твердотельного диода впервые обнаружил британский экспериментатор Генри Раунд (Henry Round). В 1907 году, проводя свои исследовательские работы он случайно заметил, что вокруг точечного контакта работающего диодного детектора возникает свечение. Однако вывода о практическом применении этого явления им сделано не было.
Через несколько лет, в 1922 году, Олег Владимирович Лосев во время своих ночных радиовахт, точно также как и Генри раунд, случайно стал наблюдать за возникающим свечением кристаллического детектора. Для получения устойчивого свечения кристалла, он подавал на точечный контакт диодного детектора напряжение от гальванической батарейки и тем пропускал через него электрический ток. Это была первая попытка найти практическое применение работы светодиода.
В 1951 году в США начались исследовательские работы по разработке "полупроводниковых лампочек", действие которых было основано на "эффекте Лосева". В 1961 году, была открыта и запатентована технология изготовления инфракрасного светодиода, авторами которой стали Роберт Байард и Гари Питтман. Через год, в 1962 году, Ник Холоньяк (Nick Holonyak), работающий в компании General Electric, изготовил первый в мире красный светодиод, работающий в световом диапазоне и нашедший впоследствии первое практическое применение. Он имел низкую энерго-эффективность, потреблял сравнительно большой ток, но при этом имел тусклое свечение. Тем не менее, технология получилась перспективной и получила дальнейшее развитие.
Следующим шагом в развитии светодиодной техники явилось изобретение желтого светодиода. Бывший ученик Ника Холоньяка - Джордж Крафорд, в 1972 году вместе с изобретением желтого светодиода, увеличил в 10 раз яркость свечения красных и красно-оранжевых светодиодов. Практически одновременно с этими изобретениями, в начале 70-х годов, были получены светодиоды зеленого цвета. Свое применение они нашли в калькуляторах, наручных часах, электронных приборах, световых указателях и дорожных светофорах. Значительного увеличения светового потока, до 1 люмена (Лм), красных, желтых и зеленых светодиодов смогли достичь только к 1990 году.
В 1993 году, японский инженер, работник компании Nichia, Суджи Накамура (Shuji Nakamura), смог получить первый светодиод высокой яркости который излучал синий цвет. Это изобретение стало революцией в развитии светодиодной техники, так как были получены светодиоды трех основных цветов, красного, зеленого и синего. С этого момента можно было получить свечение любого цвета, включая белого.
В 1996 году появились первые белые светодиоды. Они состояли из двух светодиодов – синего и ультрафиолетового с люминофорным покрытием.
Светодиоды белого цвета
К 2011 году были построены конструкции светодиодов белого свечения, которые обеспечивали светоотдачу до 210 Лм/Вт. Каким же образом ученые и инженеры добились таких успехов. Для этого рассмотрим известные на сегодняшний день способы получения светодиодов белого цвета.
Известно, что все цвета и оттенки складываются из трех основных цветов – красного, зеленого, синего. Белый свет не исключение. Существует четыре варианта получения излучения светодиодами белого цвета (рисунок 4).
Рисунок 4. Получение светодиодов излучающих белый свет
Первый вариант – использование в конструкции светодиода трех отдельных p-n переходов излучающих красный, зеленый и синий свет. При этом варианте для каждого p-n перехода требуется свой собственный источник питания. Регулируя напряжение на каждом p-n переходе добиваются создания белого свечения со своим оттенком (цветовой температурой).
Второй вариант – при этом варианте в конструкции светодиода используется один p-n переход синего свечения, покрытый желтым или желто-зеленым люминофором. Такой вариант применяется чаще всего, так как для работы светодиода требуется один источник питания. Однако цветовые характеристики этого светодиода уступают характеристикам светодиодов получаемых другими способами.
Третий вариант – здесь также используется один p-n переход синего свечения, но покрытый слоями люминофоров двух цветов – красного и зеленого. Конструкции светодиодов, изготавливаемые данным способом, позволяют получить лучшие цветовые характеристики.
Четвертый вариант – конструкция светодиода при этом варианте строится на основе ультрафиолетового светодиода покрываемого тремя слоями люминофоров красным, зеленым и синим. Конструкции таких светодиодов самые не экономичные, так как преобразование коротковолновых ультрафиолетовых лучей в длинноволновые видимые лучи, во всех трех слоях люминофора, сопровождается потерями энергии.
Значение светоотдачи сверхярких светодиодов белого цвета в 210 Лм/Вт пока было достигнуто только в лабораторных условиях. Максимальная же светоотдача ярких светодиодов доступных для общего применения не превышает 120 Лм/Вт. Такие светодиоды очень дороги и используются редко. Основная масса светодиодов имеет светоотдачу 60 – 95 Лм/Вт.
Светоотдача светодиода, так же как и любого другого источника света работающего под действием электрической энергии, зависит от величины проходящего через него тока. Чем больше ток, тем больше светоотдача. Но также как и любого другого источника света, большая часть энергии в нем превращается в тепло. Нагрев светодиодов сопровождается падением их светоотдачи. В связи с этим производители вынуждены использовать массивные металлические корпуса для охлаждения кристалла и рассеивания выделяющегося тепла в окружающую среду. Такие меры позволяют несколько повысить эффективность его использования.
Если сравнивать энергоэффективность различных источников света то выяснится, что светодиоды имея коэффициент полезного действия 40 – 45% являются самыми экономичными. К примеру, лапы накаливания имеют КПД равный 2 – 5%, люминесцентные лампы – 15 – 25%, газоразрядные лампы высокого давления – 24 – 30%.
Режим работы светодиода, когда кристалл имеет температуру близкую к комнатной, несомненно, благоприятно сказывается на его сроке службы. При таких режимах работы светодиод способен работать до 50000 часов не теряя светоотдачи. Если ставится цель повысить светоотдачу увеличивая ток, то это само собой пагубно сказывается на его сроке службы. В первую очередь к концу срока службы значительно падает светоотдача. Падение происходит плавно и достигает 70% от начального значения. Во вторых увеличивается вероятность его полного выхода из строя.
Этот факт говорит о том, что выбирая светильники и лампы при разработке проектов освещения необходимо каждый раз оценивать какой из них более выгоден с экономической точки зрения.
artillum.ru
применение светодиодов
Особенности применения светодиодных светильников
Светодиодное освещение — одно из перспективных направлений технологий искусственного освещения основанное на использовании светодиодов в качестве источника света. Использование светодиодных ламп в освещении уже занимает порядка 10% рынка (по данным 2009 года). Развитие светодиодного освещения непосредственно связано с технологической эволюцией светодиода. Разработаны так называемые сверхъяркие светодиоды специально предназначенные для искусственного освещения.
Пожалуй, самое серьёзное препятствие на пути к энергосбережению - консервативное экономическое мышление. На первое место ставится стоимость покупки сейчас, хотя разница полностью окупается за пару лет, а потом выходит постоянная экономия. При этом в обычном расчёте во внимание берётся лишь прямая экономия, а комплекс косвенных показателей (уменьшение энергодефицита, объёмов дополнительного строительства, потребностей в кабельно-проводниковом оборудовании) в итоге сокращает этот срок вдвое. Скорее всего, некоторых смущает сама «вечность» современных светильников. Ведь она может сделать ненужными некоторые ведомства, занятые обслуживанием фонарей. Но эти опасения беспочвенны.
Чтобы полностью переоборудовать улицы под новые системы освещения, потребуются долгие годы, так что без работы никто не останется. Кроме того, даже в мегаполисах неосвещённых улиц по-прежнему много, да и новые появляются постоянно.
Особенно актуальна проблема энергосбережения при строительстве и вводе в эксплуатацию новых зданий. Например, для населённого пункта в 100 000 человек нужно около 9 000 светоточек. Если вместо так называемых энергосберегающих светильников с натриевыми лампами поставить светодиодные, можно получить экономию электроэнергии до 3 ГВт в год. И это не только уменьшение расходов на подключение, но и возможность применения кабелей с меньшим сечением и пр.
Использование светодиодов приводит к более, чем двукратной экономии электроэнергии, не имеет нужды в специальном обслуживании в противоположность стандартным осветительным системам. Переоборудование городских улиц светодиодными светильниками даст новый свет, близкий к натуральному.
Область применения светодиодных светильников
Следуя общемировым тенденциям и стандартам, Россия все-таки решила сделать шаг в сторону энергосберегающих технологий. Недавние заявления на высшем уровне свидетельствуют о заинтересованности правительства во внедрении энергоэффективных источников света. Так, планируется принять закон, регламентирующий использование различных по эффективности ламп. Ожидается, что к 2011 году должны быть выведены из производства и продажи все лампы накаливания, мощностью более 100 Вт. Кроме того, подразумеваются штрафы за использование низкоэффективных источников света и субсидирования за внедрение высокоэффективных.
Светодиодная продукция все шире начинает использоваться в различных жизненно важных промышленных и социальных объектах. В первую очередь речь идет о промышленных масштабах, ЖКХ, предприятиях, крупных офисных центрах, при строительстве, ремонте и эксплуатации автомобильных дорог. В совокупности эти объекты потребляют мегаватты электричества и в ряде случаев требуют кардинального пересмотра заложенных принципов освещения.
Светодиодные светильники предназначены для создания эффективных решений в различных областях применения:
- Общее внутреннее освещение
- Общее наружное освещение
- Архитектурно-художественное и рекламное освещение
- Уличное и ландшафтное освещение
- Промышленное освещение
- Специальное освещение
Технико-экономические показатели светодиодных светильников позволяют эффективно использовать их при освещении самых различных объектов:
производственных и складских помещений предприятий, автомобильных парковок и автозаправок, теплиц, площадей, парковых и пешеходных зон, улиц, дорог, мостов, тоннелей, объектов ЖКХ, гостиниц и административных зданий, железнодорожных платформ и станций, для архитектурной подсветки зданий и сооружений, фонтанов, аварийного и офисного освещения, территорий дворов, в больницах, школах и др.
Светодиодные светильники для ЖКХ
Из объектов жилищно-коммунального хозяйства перспективными с точки зрения использования светильников со светодиодами в настоящее время могут быть те, в которых действующими нормативными документами установлены сравнительно низкие уровни освещенности при отсутствии требований к качеству цветопередачи или невысоком уровне этих требований. К таким объектам можно отнести:
1. Лифты.
2. Лестничные клетки (площадки, пролеты, марши).
3. Номерные знаки домов и указатели названий улиц.
Применение светодиода в качестве альтернативного источника света в светильнике только в трех названных участках жилищно-коммунального хозяйства может обеспечить годовую экономию электроэнергии не менее 200 млн. кВт/ч.
Светильники на светодиодах могут избавить жилищно-коммунальное хозяйство города от такого бедствия, как вандализм, т.к. отсутствие в них стекла и изготовление корпусов светодиодов из монолитного поликарбоната делает их практически неразрушаемыми.
Замена люминисцентных ламп на светодиодные благоприятно скажется на экологии, т.к. исключит загрязнение атмосферы ртутью.
Светодиодные светильники для внутренних помещений
(производственных и складских помещений, больниц, школ, офисов)
Светильники этой серии предназначены для установки на стенах, потолках. Данные светильники имеют ряд преимуществ перед традиционными источниками освещения таких как: безинерционность, полное отсутствие мерцания, быстрая окупаемость за счет экономии электроэнергии и минимальных затрат на эксплуатацию, высокая механическая прочность и виброустойчивость, продолжительного срока службы (срок службы светодиодов от 50000 до 100000 часов), антивандальное исполнение, хорошее соотношение цена/качество, бесшумная работа.
Все светильники не требуют дополнительного обслуживания в течение всего срока службы (более 15-20 лет). Так же у светодиодных светильников полностью отсутствуе губительное ультрафиолетовое излучение.
Светодиодные светильники на дорогах и мостах
Первые уличные светодиодные светильники в нашей стране были установлены еще в 2006 году. Накопленный опыт подтверждает высокое качество освещения и высокую надежность светодиодов. Например, с 2007 года светодиодные светильники эксплуатируются в подземном переходе под Третьим транспортным кольцом около Рижского вокзала в Москве и по состоянию на начало 2010 года ни один из светодиодов в этих светильниках не вышел из строя с момента установки.
Основными сферами применения светодиодных светильников уличного освещения являются зоны вдоль автодорог, магистралей, пешеходные зоны. По статистике в местах, в которых установили светодиодные фонари, существенно снижается число дорожно-транспортных происшествий. Для автотрасс рекомендуется установить светодиодные фонари, обладающие высокими цветопередающими свойствами. Это способствует повышению контрастности и увеличению объема воспринимаемой информации.
Одним из преимуществ светодиодных светильников уличного освещения является излучаемый свет максимально близкий к естественному солнечному белому свету. Установка таких фонарей вдоль автомобильных дорог, позволяет повысить ночное видение от 40 до 100%, при этом улучшается восприятие цвета, глубины пространства, увеличивается контрастность предметов.
Кроме этого, внедрение светодиодов в уличном освещении позволяет выровнять колебания уровня нагрузки на сеть в разное время суток. И одно уже это приносит значительный экономический эффект!
Светодиодные светильники в парковых зонах
Установка светодиодных светильников уличного освещения в парках и садах происходит, прежде всего, для обеспечения безопасности населения в вечернее время. С целью получения качественной освещенности парковых зон, в которых устанавливаются такие фонари, к ним предъявляется ряд требований. Не должно быть неосвещенных пространств, темных пятен, которые затрудняют ориентацию. Минимальный уровень света вдоль дорожек должен составлять 1 лк, на ступеньках, а также около неровных поверхностей – 5 лк. Светодиодные фонари в полной мере удовлетворяют всем этим требованиям.
Можно также использовать светодиодные фонари для выполнения только декоративных функций при ландшафтной подсветке парковых зон.
Освещение теплиц: светильники для растений
В настоящее время в большинстве тепличных осветительных систем используются адаптированные для растениеводства натриевые лампы высокого давления - так называемые аграрные натриевые лампы. Однако у них только треть затраченной энергии преобразуется в излучение, эффективное для фотосинтеза, а это означает, что вырабатывается также много лишнего тепла.
Согласно исследованиям института «Гипронисельпром», для получения оптимальной нормы освещённости в теплице для выращивания рассады, равной 40 Вт/м2, необходимо использовать натриевую лампу мощностью минимум 120 Вт, а для получения нормы освещённости в теплице для выращивания на продукцию, равной 100 Вт/м2, - лампу мощностью минимум 300 Вт. При фотопериоде выращивания рассады 14 часов и выращивания на продукцию 16 часов потребление электроэнергии на 1 м2 составит за сутки величину в несколько кВт/ч. В пересчёте на всю продуктивную площадь теплицы величина потребления электроэнергии лампами выливается в огромное значение, существенно влияющее на рост себестоимости продукции. Например, цветоводческое тепличное хозяйство средних размеров - около 5 Га - потребляет на освещение столько же энергии, сколько все светильники на МКАД!!! Применение светодиодных светильников может снизить эту величину, как минимум, в 3 раза. Кроме существенно меньшей потребляемой мощности, светодиоды способны обеспечить большее соответствие спектра излучения аграрного светильника спектру эффективности фотосинтеза, что позволяет снизить требуемую мощность излучения на единицу площади теплицы, а, следовательно, и мощность светильника, в результате чего происходит дополнительное снижение потребления электроэнергии и, как следствие, сокращение затрат.
В настоящее время светодиодные светильники для тепличного освещения нашли широкое применение в сельском хозяйстве в ряде стран (Голландии, Австралии, Великобритании и многих других).
Архитектурно-художественное и рекламное освещение
Светодиодное освещение нашло свое применение в светотехнике, для создания дизайнерского освещения, в специальных современных дизайн-проектах (освещение офисных строений, домов, коттеджей, ландшафтов, бассейнов и т.п.). Но наиболее актуальным остается вопрос именно наружного освещения, поэтому здесь светодиоды «захватывают власть» особенно интенсивно. Их применяют для освещения дорог, улиц, мостов, школ, автостоянок, фасадов зданий т.д.
Преимущества светодиодных светильников:
Сверхдолгий срок службы
Отсутствие нити накала и газоразрядной среды обусловливает продолжительный срок службы светодиодов - до 100 тысяч часов, или 11 лет непрерывной работы! Это в 100 раз больше, чем у лампы накаливания, и в 10–14 раз больше, чем у люминесцентной лампы.
Низкое энергопотребление
Светодиоды являются энергосберегающими источниками света, их использование позволяет существенно экономить электроэнергию по сравнению с накальными и люминисцентными лампами, дюралайтом, неоном.
Предельная экономичность энергопотребления светодиодных светильников получена общим уровнем снижения энергорасходов на 70% по сравнению со светильниками, используемыми в традиционных неэффективных лампах.
Работа при низких температурах
Одним из важных преимуществ светодиодов для эксплуатации в России является устойчивость к воздействию низких температур. Благодаря полупроводниковой природе светодиодов их применение является особенно актуальным в наших климатических условиях.
В условиях низких температур эффективность излучения люминесцентных ламп резко падает. Использование амальгамы решает эту проблему, однако компактные люминисцентные лампы (КЛЛ) с амальгамой достаточно долго "разогреваются" до полной интенсивности. Внутри газоразрядных источников света на морозе происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов. Эффективность светодиодов, напротив, даже немного повышается при низких температурах, что делает их незаменимыми для использования в холодильных витринах супермаркетов, холодильниках и в наружном освещении. Диапазон температуры эксплуатации светодиодов от -50 до +60°С.
Стойкость к механическим воздействиям
Отсутствие стеклянных деталей, нитей накаливание и каких-либо наполнений и в отличии от ламп накаливания делает светодиоды устойчивыми к механическим воздействиям, ударам и вибрации.
Это свойство очень важно в условиях промышленности, на транспорте, эскалаторах и в других ситуациях. Светодиоды также широко используются как антивандальное освещение, так как не содержат стекла, что отвечает требованиям безопасности и для детских комнат.
Высокая светоотдача
Яркость светодиодых светильников сравнима с неоновыми. Для сравнения: обычная лампа накаливания дает до 10-25 люмен на 1 Вт потребленной энергии, галогенная – 30-50 Лм/Вт, люминесцентная – 79-90 Лм/Вт, светодиодные – 80-120 Лм/Вт и выше, а в настоящее время разработаны сверхяркие светодиоды, дающие 175-200 Лм/Вт.
Если взять широко используемую для уличного освещения лампу ДНаТ, то она обеспечивает 100 Лм/Вт. Но это лишь при первом включении, когда лампа только пришла с завода. Это как раз равняется светодиоду. Потом, от 1 до 2 тыс. часов работы, в зависимости от производителя, этот показатель снижается на 20%. Далее, ближайшие 5000 часов она достаточно стабильна, в том плане, что стабильно падает и деградирует на 40% от первоначального светового потока.
В "тепличных" условиях эти лампы могут и по 15 лет отлично работать. Но за счет эксплуатации в нашем климате при уличном освещении (от -30 до +30°С), они больше года не живут. Здесь вопрос в том, что кроме всего прочего лампы очень сложно питать. Чтобы светильник был дешевым, его традиционно питают с помощью электромагнитного пускорегулирующего аппарата. Его КПД 50%. О чем это говорит? О том, что когда вы берете лампу мощностью 250 Вт, то в итоге она потребляет 500 Вт. То есть эффективность этого светильника без учета других потерь в первый момент включения не 100 Лм/Вт, а только 50! Плюс потери в рефлекторе на формировании диаграммы. А из-за того, что в России вечно экономят на материалах, стекло засасывается грязью, в итоге он светит еще тусклее, плюс деградация самой лампы и в итоге единственный выход - бороться с этим «высокоэффективным» источником света с помощью светодиодного.
Направленность излучения
Выпускается широкий ассортимент модификаций светодиодов по направленности света с углами рассеяния светового потока от 10 до 140 градусов. Поэтому конструкция светодиодов и светильников не требует специальных отражателей или рассеивателей.
Контролируемость (диммируемость)
Совместимость с электронными системами контроля, которые управляют интенсивностью и цветом светового потока. В то время как лампы накаливания легко совмещаются с диммерами и работают очень эффективно, КЛЛ при подключении диммера не могут регулироваться с полной амплитудой. Минимальный уровень освещенности составляет порядка 30% от максимума.
Светодиодам присуща возможность управления через контроллеры, диммеры, в том числе с плавным изменением яркости и цвета свечения. Управляя интенсивностью и режимом свечения можно достичь эффекта «живого света».
Устойчивость к износу
На продолжительность срока службы обычных ламп накаливания влияет частота включения/выключения. Линейные и компактные люминесцентные лампы служат намного дольше, если их оставляют включенными не меньше, чем на 12 часов. Срок действия светодиодов не зависит от частоты включения/выключения.
Чистота цвета
Возможность получения любого цвета и оттенка излучения светодиодов: например, чистый синий, чистый белый, оранжевый, сине-зеленый и десятки других чистых цветов и оттенков — чего нельзя получить, используя лампы накаливания.
Безинерционность
Моментальное включение - не требуют времени на "разогрев" до полноценного уровня светоотдачи. Это свойство абсолютно незаменимо в освещении на транспортных средствах.
Простой электромонтаж
Легкое крепление к любой поверхности существенно облегчают монтаж, ремонт и, соответственно, связанные с ними расходы.
Маленький размер
Компактные установочные размеры светодиодов наиболее удобны для воплощения в жизнь любых дизайнерских решений. Возможность размещения в любых светильниках. Даже самые крупные светильники на светодиодах, производящие тысячи люменов, все равно остаются более компактными, чем традиционные аналоги. Во многих ситуациях, например, в помещениях с низкими потолками, возможность использования низкопрофильных светодиодных светильников имеет ключевое значение.
Замена существующих источников света
Светотехнические и электрические параметры светодиодов позволяют легко заменить любые ранее установленные источники света и значительно сократить расходы на эксплуатацию и обслуживание.
Высокий уровень электро- и пожарной безопасности
Исключение опасности пиковой перегрузки электросетей в момент включения светодиодных устройств. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией.
Малое тепловыделение светодиодов и низкое питающее напряжение дает возможность их широкого применения в различных целях: в детских, учебных, лечебных учреждениях, а также для использования под водой (для подсветки фонтанов, бассейнов, аквариумов).
Экологическая безопасность
Не содержат в своем составе ртути и других вредных веществ. Следовательно, не требуется специальная утилизация.
Не дают побочного ультрафиолетового или инфракрасного излучения, а также отсутствие электромагнитных помех и излучений, что крайне важно в современных условиях жестких экологических норм.
Ультрафиолет губителен для тканей, живописи и кожи человека, а инфоракрасное излучение дает много тепла и может привести к ожогам.
Полное отсутствие мерцания, что обеспечивает высокий комфорт для зрения.
Перспективность
Эффективность применения светодиодов растет, их стоимость непрерывно снижается, а новые технологические усовершенствования приводят к непрерывному увеличению яркости и эффективности светодиодов. Миллиарды долларов тратятся на исследования для изменения технологии светодиодов к лучшему. Это означает, что светодиоды в конечном счете не только заменят традиционное освещение в домах и офисах, но и то, что потребители наконец получат надежные продукты длительного пользования, практически не требующие замены и обслуживания.
Основные выгоды от внедрения светодиодных светильников:
Отсутствие затрат на обслуживание и срок службы 15-20 лет – позволяет первые 5 лет экономить, а все последующие годы – получать реальную прибыль!
Увеличение освещенности за счет увеличения количества светильников на существующих мощностях и кабельных трассах. Человек 80% информации получает через органы зрения, зрительный комфорт напрямую зависит от степени освещенности. Качественная световая среда - создает зону безопасности и визуального комфорта. Каждому знакома смена чувства тревоги и напряжения на уверенность и чувство защищенности при выходе из неосвещенного переулка на освещенную улицу. Статистика однозначно свидетельствует, что в районах с хорошим уровнем освещенности число преступлений в темное время суток значительно ниже, чем в районах с уровнем освещенности ниже норм и тем более, где освещение вообще отсутствует.
Стабильное освещение в зимний период – обеспечивается отсутствием проблем с включением, характерными для всех газоразрядных ламп.
Безопасность движения и сохранение жизней – обеспечивается лучшей видимостью и восприятием глубины пространства за счет бoльшей контрастности (в 400 раз), отсутствие слепящего эффекта за счет, специально сформированного угла светового потока.
Экологическая безопасность – позволяет исключить затраты на специальную утилизацию и сохранить окружающую среду.
Уменьшение сечения кабеля или мощностная разгрузка существующего. На данный момент значительная часть электрических сетей обветшала, и уменьшение нагрузки существенно увеличит их срок службы.
Сохранение электросетей – за счет низких питающих токов (0,34 А) и отсутствия пусковых.
Экономия электроэнергии до 70% – позволяет перераспределить высвободившуюся энергию в «узкие» места и на другие нужды.
РЕАЛЬНАЯ ВЫГОДА
На сегодняшний день для многих владельцев помещений в городе возникла проблема нехватки мощностей. Подведение дополнительных киловатт сулит значительные затраты, да и не всегда возможно. Между тем, во многих случаях системы освещения потребляют более половины всей электроэнергии, и хотя многие уже заменили лампы накаливания на энергосберегающие высвободить требуемые мощности в большинстве случаев не удаётся.
Поскольку светодиодный светильник обладает приблизительно втрое большей эффективностью по сравнению с электролюминесцентными аналогами, решить эту проблему можно. На каждой тысяче квадратных метров освещаемых площадей можно освободить до 20 кВт электричества. И при этом никаких забот по прокладке кабеля, модернизации распределительных шкафов и разводки, которая иногда требует ремонта помещений.
В перспективе, создавая светодиодные системы освещения, можно предложить совершенно новый класс сервиса. Поскольку светодиоды позволяют линейно регулировать яркость практически от нуля и каждый светильник имеет свой источник питания, который может быть управляемым, существует возможность с помощью контроллера построить сложный алгоритм управления светом. Подключённые к нему датчики присутствия полезны для комнат, которые редко посещаются, — для сервисных, коридоров, подсобных помещений и т. п., датчики освещённости помогут автоматически поддерживать яркость света на нужном уровне в том случае, если свет в здании остаётся включённым в течение дня. В результате, вы экономите на потреблении электроэнергии в разы, но не испытываете ни малейшего дискомфорта. В отличие от газоразрядных ламп, светодиоды могут набирать яркость плавно.
Всем давно известно, что сбережение энергии всегда обходится намного дешевле, нежели экстенсивный путь. Сегодня для такого подхода есть реальные возможности. Задача же руководителей — не испугаться разовых вложений, которые потом обернутся немалой выгодой.
Международный опыт. Светодиодные города: практика внедрения
В мировой практике примером одной из наиболее интересных и продуктивных инициатив по продвижению освещения на основе светодиодов является программа под названием LED City. Программа носит международный характер. LED City – это программа совместных действий промышленных предприятий и органов местного самоуправления с целью продвижения, проектирования и внедрения основанного на светодиодах освещения в городах. Разработчики программы LED City заявили, что массовое применение светодиодного освещения позволит: экономить энергию; защищать окружающую среду; сократить расходы на обслуживание; предоставлять освещение лучшего качества, обеспечивающее бóльшую безопасность жителей.
По сообщению Департамента Энергетики США, в Соединенных Штатах на освещение расходуется 22% электроэнергии. В мире постоянно растут цены на энергию, получаемую из топлива минерального происхождения, при этом его доступность сокращается. Одновременно растет заинтересованность в сбалансированном развитии окружающей среды, в связи с чем возникает необходимость революционных изменений в сфере освещения. Источником света, который бы соответствовал этим революционным задачам, являются светодиоды. Их применение позволяет сэкономить 40-70% электроэнергии, используемой для освещения общественных объектов и площадей. Применение светодиодов позволяет сохранять окружающую среду благодаря их долговечности и тем самым способствовать сокращению объема отходов. Вдобавок, светодиоды не содержат ртути и свинца, что значительно упрощает их утилизацию.
По информации Департамента Энергетики США, в течение ближайших 20 лет активное внедрение светодиодного освещения в этой стране даст следующие результаты:
· сокращение спроса на электроэнергию на 62%,
· снижение эмиссии СО2 на 258 млн. тонн,
· отказ от строительства 133 электростанций,
· экономию в объеме примерно $280 млрд. США.
Программа LED City организована в общемировом масштабе. Большинство ее участников – это города Соединенных Штатов, однако к ней присоединились также города Канады, Италии и Китая.
diomir.ru
Сверхяркие светодиоды. Типы и устройство. Работа и применение
Сверхяркие светодиоды – это специальные полупроводниковые приборы, которые выделяются высочайшей яркостью свечения. Подобные изделия появились в результате развития технологического процесса в светодиодной технике. Благодаря этому образовалась отдельная ниша, в которой стали использоваться светодиоды высокой яркости. Эти изделия имеют свои специфические характеристики, плюсы и минусы, которые выделяют их среди остальных элементов. К примеру, они отличаются высокой мощностью и светоотдачей.
Однако подобные светодиоды все еще остаются достаточно дорогими вследствие их конструктивных особенностей. Поэтому еще сравнительно недавно такие светодиоды использовались ограниченно. Однако сегодня они находят все большее применение в самых разных областях. Спрос на данные изделия растет с каждым днем. Планируется, что лет через 5-10 подобные светодиоды будут применяться повсеместно.
Виды
Сверхяркие светодиоды в большинстве случаев имеют следующую классификацию:
- Epistar. Представляют диоды высокого качества, которые выделяются компактными габаритами. Их особенностью являются длительный период работы. Такие изделия широко применяются в различных областях.
- Cree. Подобные световые диоды действуют на базе карбида кремния, а также нитрида галлия. Эти изделия также выделяются продолжительным временем работы. К тому же диоды этого вида потребляют минимум электрической энергии, в частности это 12 вольт. В большинстве случаев их применяют для освещения пешеходных и подземных переходов, автомобильных дорог. К тому же производители используют их в осветительных приборах, к примеру, в фонарях. Необходимо отметить, что светодиоды cree выделяются высоким качеством, вследствие чего их стоимость несколько выше моделей других разновидностей.
- Smd. Относятся к распространенной светодиодной продукции. Эти изделия часто встречаются в различных областях. В особенности они популярны для подсветки зданий и сооружений, в том числе интерьерного дизайна внутри помещений. К примеру, при помощи светодиодных лент smd создаются уникальные в дизайнерском плане интерьеры помещений. Однако подобные ленты чаще всего используются совместно со специальными драйверами, то есть блоками питания. Подобные приборы снижают действующее напряжение с 220 до 12 вольт.
На данный момент главными производителями указанных светодиодов являются американские, тайванские и китайские компании.
Отдельной группой выступают светодиоды XLamp, которые выделяются особой мощностью. Их конструктивное исполнение предполагает присутствие теплоотводящего радиатора, что вызвано большим током в 350мА и выше. Благодаря эффективному отводу тепла данный вид светодиода также может работать длительное время. Данная группа делится на три вида: MC, XP и XR. Отличие указанных видов изделий заключается в разных габаритах и формах. Светодиоды XLamp в большинстве случаев применяются для наружного и внутреннего освещения автомобилей.
Устройство
Сверхяркие светодиоды практически всегда имеют конструкцию, которая практически полностью повторяет устройство стандартного светодиода. Типичные изделия монтируются на стандартное основание, тогда как продукция высокой яркости монтируется на теплоотводящую подложку. В остальном – это типичный диод с p-n переходом.
Так, благодаря техническим новациям компании CREE, устройство светодиодов группы XR имеет следующее строение:
- В виде корпусного основания выступает подложка, выполненная из металла и керамики, которая выделяется высокой теплопроводностью. В результате обеспечивается минимальное тепловое сопротивление, в том числе электроизоляция корпуса кристалла от теплоотводящего элемента.
- Кристаллы создаются из кристаллов карбида кремния.
- Материал подложки выполнен из карбида кремния, а также нитрида алюминия. Благодаря этому решается проблема появления механических напряжений в кристалле вследствие смены температуры.
- Металлический корпус также выступает в качестве рефлектора.
- Плавающая линза выполнена из кварцевого стекла. Она установлена в корпусе не жестко и сохраняет свое положение благодаря адгезии к желеобразному герметику. В результате она как бы плавает. Использование такой конструкции дает возможность исключить появление механических напряжений. Также это дает возможность выполнить автофокусировку в широчайшем диапазоне температур;
Показатели указанных светодиодов находятся в прямой зависимости от вида кристаллов, которые установлены в них. Ранее кристаллы были небольшого размера, однако в последнее время промышленность использует новые кристаллы, которые выделяются достаточно большой площадью, в том числе высокой световой отдачей. Они способны действовать при больших токах, а значит светить очень ярко.
Принцип действия
Сверхяркие светодиоды вне зависимости от вида действуют по одинаковому принципу. Диоды выполнены в виде чипа, из полупроводникового материала. Для образования р-n перехода чип покрывается легированными примесями. Подобная конструкция свойственна моделям светодиодов типа cree и smd. Принцип действия в данном случае базируется на перетекании электрического тока от р-анода к n-катоду. В результате напряжение передается в одном направлении.Цвет и длина волны светового излучения зависит от ширины рабочей зоны р-n перехода. Довольно часто для изготовления подобного перехода применяется германий и кремний. Для создания высокой яркости применяется сапфир в виде подложки.
Применение
Сверхяркие светодиоды находят довольно широкое применение.
- Они применяются для подсветки в жидкокристаллических дисплеях мобильников и коммутаторов.
- Для производства светодиодной рекламы.
- Для автомобильной светотехники, в частности для подсвечивания салона, а также индикации поворотов, элементов торпеды. Они часто монтируются в фарах, стоп-сигналах и габаритных огнях.
- Они выступают в качестве светоизлучающих элементов в дорожных указателях и светофорах.
- Довольно часто их используют для освещения помещений мастерских, различных производств, в том числе домов, квартир, подсобных помещений и так далее.
- В качестве сигнальных излучающих элементов в авиации, судоходстве и на железной дороге.
- Для подводного освещения.
- Для ландшафтного освещения.
- Сверхяркие светодиоды широко применяются в медицинской отрасли. В частности, их используют в эндоскопических приборах, дерматоскопах, лампах и ином оборудовании.
- Подобные светодиоды часто используются для тюнинга машин. При помощи них можно заменить практически все стандартные лампочки. К примеру, в автомобильных магазинах продаются готовые комплекты, которые можно сразу включить в электрическую схему машины без каких-либо усовершенствований.
- Для рекламной сферы и так далее.
Светодиоды высокой яркости создают значительный световой поток при небольшом потреблении электрической энергии. Благодаря указанным свойствам можно решать проблемы значительных затрат электрической энергии на освещение, которые на данный момент все еще являются существенными. К тому же при помощи подобных светодиодов можно создать требуемый уровень освещения помещений.
Плюсы и минусы
Сверхяркие светодиоды за последние несколько лет стали невероятно востребованными. Причин тому несколько:
- Энергоэффективность. На данный момент это наиболее экономичные источники света, потребляющие минимум электрической энергии. При применении подобных изделий удается сэкономить порядка 80% электрической энергии.
- Существенный срок службы.
- Возможность функционирования в широких температурных режимах.
- Минимальный нагрев.
- Наличие ударопрочности, в том числе в ряде случаев и влагостойкости.
Как выбрать
- Если Вы хотите приобрести сверхяркие светодиоды, то для начала следует определиться, где Вы их будете применять. Эти изделия могут иметь разное напряжение, что определяется назначением и моделью. В большинстве случаев оно составляет в пределах 1,5-4 В, но может быть и 12 В. В большинстве случаев это влияет на цвет излучения. К примеру, низкое напряжение, как правило, обеспечивает инфракрасный цвет, тогда как высокое обеспечивает создание белого цвета. Средняя мощность для весьма сильных диодов равняется 1 Вт, для типичных представителей – порядка 0,3 Вт.
- В магазине можно приобрести светодиоды в разных цветовых решениях: белые, синие, красные, оранжевые и другие модели.
- Не стоит прельщаться дешевыми изделиями. Вызвано это тем, что яркие светодиоды, произведенные с нарушением технологии или некачественных материалов, через определенное время понизят свою светоотдачу. К примеру, дешевые модели спустя 4 тысячи часов работы лишаются порядка 35% яркости. Тогда как качественные светодиоды даже через 50 тысяч часов работы сохраняют свою яркость практически на прежнем уровне. Колебания яркости могут быть не более 20%
Экономия в будущем
На данный момент широкое внедрение указанных светодиодов невозможно, так как они стоят довольно дорого. Однако в будущем внедрение новых разработок и технологий позволит внедрить их повсеместно. К примеру, города и каждый житель смогут значительно экономить электроэнергию, расходы снизятся в 14-18 раз.
Похожие темы:
electrosam.ru
