Какие светодиоды используются в лампах освещения: Всё о светодиодных лампах / Мастерская

Содержание

Лампы на светодиодах. Виды и устройство. Работа и применение

В лампах применяются светодиоды в качестве источника света. Лампы на светодиодах используются для освещения улиц, в промышленности и в быту. Это самые чистые с экологической точки зрения источники освещения.

Их безопасность основана на применении в изготовлении компонентов, не имеющих вредности. Не используется ртуть, поэтому в случае перегорания или разрушения лампы на светодиодах не опасны.

Основными составляющими светодиодной лампы являются:

Корпус.
Цоколь.
Драйвер.
Светодиоды.

Обозначают светоизлучающий диод буквенным сокращением СИД или СД. На английском языке его обозначение LED. Он является в составе светодиодной лампы источником света.

Схема его принципа работы совпадает с процессом любого полупроводникового диода из германия или кремния с р-n переходом. При подаче к аноду положительной разницы потенциалов, а к катоду отрицательной, происходит движение электронов к аноду, движение дырок к катоду. Ток идет по диоду в одном направлении прямо.

Но, в составе светодиода другие материалы из полупроводников, при бомбардировке которых в прямом направлении дырками и электронами осуществляют рекомбинацию, переводят их на следующий энергетический уровень. В результате выделяются фотоны, которые являются элементарными частицами излучения волн светового диапазона.

В электросхемах светодиоды обозначают как обычные диоды, добавляют к ним стрелки (излучение света).

Полупроводники имеют различные свойства излучения фотонов. Прямозонные проводники – вещества нитрид галлия и арсенид галлия прозрачны для световых волн видимого спектра. Выделение света происходит в результате замены слоев р-n перехода.

В светодиоде слои располагаются:

1 — Анод
2 — Катод
3 — Активный слой на основе In-GaN
4 — Буферный слой на основе GaN
5 — Сапфировая подложка
6 — Токопроводящий слой n-GaN
7 — Токопроводящий слой p-GaN

Имеются площадки контактов в слоях для катода и анода.

При переходе электронов в фотоны теряется энергия по следующим причинам:

Световые волны преломляются на выходе из полупроводника в месте кристалл – воздух, длина волны искажается.
Внутри слоя часть частиц света теряется, хотя слой очень тонкий.

Световой поток может повыситься, если использовать подложку из сапфира. В лампах такие конструкции нашли применение. В обычных светодиодах для индикаторов подложка не применяется.

Такие диоды имеют линзу из рефлектора, направляющего свет и эпоксидной смолы. Соответственно назначению лампы угол распространения света имеет широкий интервал от 5 до 160 градусов.

Дорогостоящие диоды для ламп производят с ламбертовой диаграммой, то есть в пространстве яркость светодиода постоянная, независимо от угла, направления света.

Размеры кристалла малы, от одного кристалла будет мало света. В лампах содержится группа светодиодов. Сделать освещение равномерным сложно, так как каждый диод – это точечный источник света.

1 — Вывод 1
2 — Корпус
3 — ЧИП
4 — Слой люминофора
5 — Проводник
6 — Рефлектор
7 — Вывод 2
8 — Теплоотвод
9 — Изолятор
10 — Печатная плата

Узкий спектр волн света от полупроводниковых диодов приводит к утомляемости глаз, дискомфорту, в отличие от солнца или ламп накаливания. Чтобы как-то исправить этот недостаток, в конструкцию светодиодов ввели слой люминофора.

Размер потока света, излучаемого полупроводниковым диодом, зависит от силы тока р-п перехода. При большем токе излучение выше, до определенного порога.

Габариты светодиодов малы, поэтому применять большие токи не получается. Ток для индикаторных диодов не превышает 20 мА. Для более мощных ламп освещения делается отвод тепла и защитные меры, которые имеют ограничения.

Поток света в лампе возрастает по мере увеличения тока, затем снижается из-за потери тепла. Выделение тепла не происходит при свечении светодиодной лампы, они считаются холодным светом.

Но, это не значит, что лампа не нагревается.

Ток, проходящий через светодиод, в различных контактах проходит через сопротивления участков, что вызывает нагревание лампы. Энергия теряется из-за тепла, при повышении тока тепло может вывести из строя конструкцию лампы на светодиодах.

Кристаллы светодиодов в лампах могут достигать большого количества (более 100). Для подведения тока оптимальной величины сделаны платы из стеклотекстолита с дорожками, проводящими ток, и имеющими разную конфигурацию.

Кристаллы светодиодов припаивают к контактным площадкам по группам, последовательно подают питание, одинаковый ток пропускают по каждой цепочке. Эта схема простая в техническом плане, но имеет серьезный недостаток. Если нарушится какой-либо контакт, то перестают светить все звенья цепи, лампа выходит из строя.

К каждой группе диодов подводится напряжение постоянной величины от устройства – драйвера. Раньше он назывался источником питания. Драйвер преобразовывает напряжение входа сети в питающее напряжение светодиодов. Входное напряжение может быть как 220 В (в квартире), так и 12 В (в автомобиле).

Подключение стабилизированного постоянного тока к каждому светодиоду параллельно выполнить трудно, редко применяется. Драйверы имеют различные схемы: трансформаторная и т.д. Распространенные варианты схем зависят от конфигурации.

Драйверы имеют низкую стоимость при условии, если они подключаются к постоянному напряжению, защищенному от скачков, перепадов и импульсов, не имеют резистора, ограничивающего ток, в цепи выхода питания. Это используется в фонариках на аккумуляторах, в них светодиоды соединены с аккумуляторами.

Они запитаны повышенным током, ярко светят, перегорают довольно часто. Если в драйверах нет защиты от скачков напряжения, то дешевые лампы быстро выгорают, не отработав ресурса по гарантии.

Блоки питания качественного изготовления не нагреваются, перегруженные драйверы нагреваются, энергия расходуется на потерю тепла. Эти потери довольно значительные, они могут превышать энергию выделяемых фотонов (света).

Квартирные лампы на светодиодах имеют цоколь Е27. Он дает возможность применять лампы в обычных патронах. Импортные лампы снабжены другими цоколями, для которых нужны соответствующие патроны, с отличием в шаге резьбы и диаметре. Напряжение питания может быть 110 В. Лампы для автомобилей тоже бывают разными по конструкции цоколей.

Чтобы защитить светодиоды, не нужны герметичные колбы, не требуется выкачивать из них воздух или создавать среду газа. Светодиоды закрыты материалами из пластика, пропускающего свет.

Размещение частей на светодиодах отличается у производителей, для различных целей. Последовательность монтажа у них одинаковая: от драйвера к светодиодной плате, закрывается защитным стеклом. Могут устанавливаться экраны защиты от нагрева, и т.д.

Устройство и конструктивные особенности разных производителей может значительно отличаться в аналогичных лампах, но принципы конструирования у них общие.

Виды и применение лампы на светодиодах

По применяемости лампы на светодиодах делятся:

Для дома и офиса.
Уличные.
Прожекторы.
Автомобильные.
Лампы на светодиодах для растений (ультрафиолетовые).
Светильники для зданий.

По конструкции и световому потоку лампы на светодиодах делятся:

Общего назначения, для офисов и жилых помещений, похожи на лампы накаливания, свечи, «кукурузы».
Направленного света – для подсветки витрин, площадей.
Линейные, в виде трубки, похожи на люминесцентные лампы. Применяются для торговых залов и офисов.

Используемым типам светодиодов на:

Индикаторных диодах. К ним относятся лампы на диодах 3 мм и на «Пираньях». Качество света от таких ламп низкое.
SMD диодах, распространенные, имеют малый размер, не греются, широкое применение.
Диодах 1, 3, 5 Вт, нагрев значительный.
СОВ диодах, по новой технологии, преимущество перед другими: более надежны за счет монтажа диодов сразу на плату, равномерный световой поток, разные исполнения формы ламп.
Филаментных диодах, освещение на 360 градусов, малая цена, теплоотвод.

Разделение по типу цоколей

Широко распространены цоколи «Эдисона» с резьбой и обозначением буковой Е с цифрой. Цифра – это диаметр цоколя в мм (Е27, Е14, Е40). Цоколь G – штыревое соединение. Цифра указывает расстояние между штырями (выводами). Такие лампы подключаются только через блок питания. Цоколь Т используется для замены ламп люминесцентных, измеряется в дюймах.

Достоинства, недостатки, особенности

К достоинствам относятся:

Экономия электроэнергии, энергоэффективность, потребляют в 5 раз меньше энергии.
Срок эксплуатации, составляет для разных типов 30-50 тысяч часов работы.
Механическая прочность.
Безопасность, не содержат вредных веществ, нет сильного нагрева, применяют в любых светильниках, для натяжных потолков.
Широкий интервал температуры использования, работают до -60 градусов мороза.
Быстрый запуск, сразу светят ярко.
Надежность при частых выключениях и включениях.
Экологически безопасны, можно утилизировать с обычным мусором.

К недостаткам относится:

Большие размеры из-за технической стороны устройства.
Боятся перегрева, эффективность уменьшается, тускнеют.
Не в любую люстру могут поместиться из-за увеличенного размера.
Световой поток направленный, по бокам и сзади светит хуже.
Стоимость выше других типов ламп, с каждым годом цена снижается.

Особенности

Лампы на светодиодах состоят из платы со светодиодами, цоколя, корпуса, блока питания, колбы матовой. Ток сразу преобразуется в свет, минуя стадию нагрева, как в лампах накаливания. Потери на нагрев наименьшие, светодиоды экономичны, безопасны.

Светодиоды придуманы еще в 70-х годах, но использовались лишь в приборах, индикаторах, экранах. Светодиоды голубого цвета высокояркие изготовлены в 1993 году, белые в 1996 году. Современные светодиоды имеют отдачу света до 170 лм / Вт.

«Тёплые ламповые» светодиоды | Публикации

На бытовом уровне спектр светодиодных ламп и светильников считается более «холодным», чем свет ламп накаливания. Помимо некоторых предрассудков, данное мнение имеет под собой объективную основу. Всего каких-то 10 лет тому назад светодиоды белого свечения выпускались только в варианте с «холодным оттенком», да и сейчас недорогие светодиодные лампы не отличаются «теплотой». Тем не менее, благодаря развитию технологий, стали широко применяться светодиоды, дающие приятный глазу теплый оттенок белого. А недавно обозначилась новая тенденция — использовать для освещения светодиоды, имеющие даже более «теплый» оттенок, чем среднестатистическая лампа накаливания.

Оттенки белого свечения принято указывать в виде цветовой температуры, то есть температуры абсолютно черного тела, которое дает излучение с таким же спектром. В лампах накаливания и галогенных лампах свет испускает нить накала, которую можно представить в качестве абсолютно черного тела. Соответственно, к этим типам ламп понятие цветовой температуры применимо без каких-либо оговорок.

Цветовая температура ламп накаливания для широкого применения зависит от мощности и лежит в пределах 2400-3000 К. Международная комиссия по освещению (МКО) приняла в качестве эталонной лампы накаливания источник света с цветовой температурой 2856 К. В практической светотехнике за цветовую температуру лампы накаливания, как правило, берут значение 2700 К, приблизительно соответствующее лампе накаливания мощностью 60 Вт, так как именно такое значение мощности было наиболее распространено до введения ограничений на неэффективные источники света. В частности, такую цветовую температуру имеют компактные люминесцентные лампы с теплым белым свечением. Впрочем, в данном случае словосочетание «цветовая температура» является лишь сокращенным вариантом термина «коррелированная цветовая температура» (КЦТ).

Спектр излучения газоразрядных и твердотельных источников света (к которым относятся и светодиоды) в общем случае значительно отличается от спектра излучения абсолютно черного тела. Поэтому применительно к ним говорят о КЦТ, которая определяется как температура абсолютно черного тела, спектр которого по определенным критериям наиболее близок к спектру излучения источника света.

Для определения КЦТ, как правило, используется диаграмма цветности МКО-1931. В ней каждый цвет определяется двумя координатами: х (цветность) и у (насыщенность). Подробное описание данной системы выходит за рамки настоящей статьи, о нем можно прочесть в [Л]. На диаграмме строится кривая излучения абсолютно черного тела при разных температурах. Оттенки свечения ламп накаливания находятся точно на ней, точки, соответствующие газоразрядным и твердотельным источникам света, в общем случае имеют отклонения отданной кривой.

Область, в пределах которой сдвиг относительно заданной точки на диаграмме цветности дает оттенок, неотличимый для человеческого глаза от исходного, ограничена так называемым эллипсом Мак-Адама. В том случае, если различие составляет п различимых человеческим глазом цветовых оттенков в любом направлении на диаграмме, то говорят об n-шаговом эллипсе Мак-Адама.

Определение КЦТ светодиодов белого свечения во всем мире в настоящее время осуществляется по методике, описанной в американском стандарте ANSI С78.377А, принятом в 2008 году. Были определены 8 стандартных значений КЦТ. Их расположили на кривой излучения абсолютно черного тела и вокруг каждого начертили 7-шаговый эллипс Мак-Адама. Далее, для упрощения практического использования, эллипсы были заменены четырехугольниками. КЦТ белого светодиода полагается равной КЦТ, соответствующей четырехугольнику, куда попал его оттенок свечения.

Аналогичный подход был реализован и в российском стандарте ГОСТ Р 54350-2011. Производители светодиодов могут указывать значение КЦТ и не входящее в стандартный ряд значений, тогда значение КЦТ определяется по иным методикам, которые производитель выбирает самостоятельно.

Разработчики стандарта ANSI С78.377А в качестве основы использовали уже исторически сложившийся ряд КЦТ для компактных люминесцентных ламп. Поэтому минимальное стандартное значение КЦТ принято равным 2700 К.

Вкусное освещение

Чем ниже КЦТ светодиода, тем ниже его светоотдача. Поэтому нижняя граница КЦТ, массово используемых светодиодов, определяется главным образом экономической эффективностью — применение светодиодов вместо традиционных источников света должно себя окупать. Увеличение светоотдачи повышает пороговое значение КЦТ, при котором использование светодиодов становится выгодным. Вот почему раньше выпускались главным образом светодиоды «холодного» оттенка с высокой КЦТ.

Светодиоды с низкой КЦТ, вплоть до 2200 К, выпускаются серийно с 2010 года. Но из-за низкой эффективности они применялись главным образом в «нишевых» решениях. Например, в светодиодных лентах или лампах-ретрофитах с регулируемым оттенком белого. В них используются светодиоды с низкой (около 2200 К) и высокой (около 6500 К) КЦТ, излучение от которых смешивается. Диммируя группы светодиодов с той или иной КЦТ, можно получать белое свечение заданного оттенка. Однако, в данном случае энергоэффективность отходила на второй план и светоотдача вполне могла быть сопоставимой со светоотдачей галогенных ламп.

Задача разработки высокоэффективных светодиодов с цветовой температурой 2400 К изначально исходила от торговли и общественного питания. Хлеб, мясо, сыр и некоторые другие продукты питания более привлекательно и аппетитно выглядят при освещении с низкой цветовой температурой. Для этого используются специальные люминесцентные лампы, либо же обычные люминесцентные лампы, на которые устанавливаются светофильтры. Вместо них было предложено использовать светодиоды с низким КЦТ.

В кафе и ресторанах освещение с низким КЦТ дает посетителям ощущение расслабленности, что привлекает новых клиентов. Поэтому специально для предприятий общественного питания выпускаются лампы накаливания с недокаленной нитью. Другой вариант — снижение температуры нити накала путем постоянного диммиирования лампы. Пониженная температура нити накала обуславливает низкое значение цветовой температуры, но обратной стороной является плохая энергоэффективность — светоотдача падает до 2 раз по сравнению с обычной лампой накаливания, что приводит к огромным счетам за электроэнергию. И здесь использование светодиодного освещения с КЦТ 2400 К способно дать значительную выгоду.

Светодиоды с КЦТ 2400 К, имеющие столь высокую светоотдачу, что их выгодно использовать не только для декоративной подсветки, но также для локального и даже общего освещения, массово производятся с 2013 года. Выпуском таких светодиодов занимаются Cree, Osram, Edison и некоторые другие компании. Светодиодные лампы-ретрофиты с КЦТ 2400 К производятся под такими известными брендами, как GE, Megaman, Verbatim и рядом других. Параметры некоторых светодиодных ламп 2400 К приведены в таблице. В России продажи светодиодных ретрофитов с КЦТ 2400 К, пригодных для общего освещения, начались в 2014 году.

Кроме ламп-ретрофитов выпускаются и светодиодные светильники с КЦТ 2400 К. В основном это линейные модульные системы. (См. таблицу.)

Параметры некоторых светодиодных ламп с КЦТ 2400 К

Тип лампы	Цоколь	Напряжение питания, В	Потребляемая мощность, Вт	Световой поток, лм	Светоотдача всей лампы лм/Вт	Индекс цветопередачи Ra
GE LED Candle LED4DCAMCF/824BK	E26*	120	4,5	250	56	75
GreenCreative BR30	E26*	120	10	640	64	83
TCP LED11A19D24K	E26*	120	10	800	80	н/д
Megaman LC0803.5dCT-2400K	El 4	220-240	3,5	210	60	80
Megaman LG4105.5CS-2400K	E27	220-240	5,5	380	69	80
Led2day	R7s (118 мм)	230-240	10	850	85	н/д
Ecola Globe LED Premium G45 золотой шар	El 4	220	7	н/д	н/д	н/д

* Для рынка США.

Несъедобные применения

Если на упаковке светодиодной лампы указана КЦТ 2700 К, вроде бы, можно быть уверенным, что спектр будет таким же, как у лампы накаливания. Так и получается, если речь идет о дорогостоящих светодиодных лампах с розничной ценой более 0,03 долл, за 1 лм (для сравнения стоимости светодиодных ламп принято использовать соотношение между ценой и световым потоком, здесь и далее стоимостные характеристики даются на декабрь 2014 г.) Но когда используются лампы с розничной ценой порядка 0,01-0,02 долл, за 1 лм, то даже при наличии маркировки 2700 К у них наблюдается более «холодный» оттенок свечения, чем у ламп накаливания.

СВЕТОДИОДНЫЕ ЛАМПЫ И СВЕТИЛЬНИКИ С НИЗКОЙ КЦТ МОГУТ НАЙТИ ШИРОКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ В МУЗЕЯХ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В СТАРИННЫХ ЗДАНИЯХ. СПЕКТР ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ СКЦТ2400 К БЛИЖЕ К ИЗЛУЧЕНИЮ СВЕЧИ (ОКОЛО 2000 К), ЧЕМ У ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ С КЦТ 2700. В РЕЗУЛЬТАТЕ ПОСЕТИТЕЛИ МОГУТ ПОНЯТЬ, КАК ВЫГЛЯДЕЛИ ИНТЕРЬЕРЫ, КОГДА ИХ ОСВЕЩАЛИ СВЕЧАМИ.

Причина заключается в особенностях производства светодиодов. Как и у других полупроводниковых приборов, у светодиодов характеристики носят вероятностный характер. В итоге при производстве светодиодов одного типа получается значительный разброс цветовых оттенков. По этому признаку светодиоды делят на категории — так называемые бины.

Чем ближе цветовой оттенок светодиода к кривой излучения абсолютно черного тела, тем это бин реже встречается и, соответственно, стоит дороже.

В дорогих светодиодных лампах используются светодиоды, находящиеся относительно кривой излучения абсолютно черного тела в пределах 2-3 шаговых эллипсов МакАдама, либо специальным образом подбираются несколько бинов, которые в сумме дают излучение, лежащее в указанных пределах. При этом проблем соответствия оттенка светодиодной лампы оттенку лампы накаливания не возникает. Для недорогих ламп используются более распространенные бины в пределах до 7-шаговых эллипсов МакАдама. Наиболее распространенным отклонением от координат излучения абсолютно черного тела является сдвиг спектра в сторону большего доминирования синей составляющей. Это и приводит к ощущению более холодного оттенка светодиодной лампы по сравнению с лампой накаливания.

Стандарт ANSI С78.377А не определяет способ вычисления КЦТ 2400 К, но его методику вполне можно экстраполировать на КЦТ за пределами диапазона стандартных значений. Если использовать недорогие светодиоды 2400 К с бинами, взятыми также в пределах 7-шагового эллипса МакАдама, то оттенок с указанным сдвигом на цветовой диаграмме будет восприниматься зрением как идентичный оттенку свечения лампы накаливания. Поэтому, помимо светодиодных ламп, предназначенных для торгового освещения и обладающие направленными свойствами, начат выпуск недорогих ламп с КЦТ 2400 К для интерьерного освещения, дающих излучение во все стороны.

Кроме этого, следует учитывать, что существуют и лампы накаливания с цветовой температурой 2400 К. Именно такая цветовая температура характерна для люстр, в которых установлено большое количество маломощных ламп накаливания. Для них более аутентичным вариантом будет замена ламп накаливания на светодиодные 2400 К, а не 2700 К.

В качестве примера крупного проекта с использованием светодиодных ламп 2400 К можно привести замену в 2014 году 57 000 ламп накаливания на светодиодные в апартаментах The Venetian/The Palazzo, Лас-Вегас. Уникальные интерьеры этого комплекса не допускают освещения лампами с более холодным оттенком, чем использовались изначально. Лампы накаливания мощностью от 20 до 40 Вт были заменены на светодиодные лампы мощностью 4,5 Вт производства GE с КЦТ 2400 К. При этом общая освещенность значительно увеличилась. Экономический эффект от замены ламп оценивается величиной 700 000 долл, в год.

Маркировка

На момент написания статьи единого способа маркировки светодиодных ламп и светильников с КЦТ 2400 К не существовало. На упаковке значение 2400 К пишут далеко не всегда по маркетинговым соображениям, так как потребитель уже приучен к мысли, что аналог лампы накаливания — это непременно светодиодная лампа с КЦТ 2700 К. Используются в основном обозначения Deep Warm White (глубоко теплый белый) или Gold (золото). Также иногда встречаются обозначения Extra Warm White (экстра-теплый белый) и Ultra Warm White (ультра-теплый белый). В технических характеристиках, которые находятся внутри упаковки или же есть у продавца, КЦТ, естественно, указывается.

Соответствие нормам, действующим в России

«Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» делает обязательным применение ряда пунктов свода правил СП 52.13330.2011, в том числе и регламентирующих цветовую температуру освещения помещений. Согласно своду правил СП 52.13330.2011, допускается применение для общего и местного освещения помещений источников света с цветовой температурой 2400-6800 К. Светодиодные лампы и светильники с КЦ 2400 К этому требованию соответствуют.

Согласно ГОСТ Р 54350-2011, неразборный осветительный прибор со светодиодами отличается тем, что светодиодный модуль не может быть изъят без применения специальных инструментов или без нарушения его герметизации. Для таких осветительных приборов ГОСТ устанавливает стандартный ряд значений КЦТ: 2700; 3000; 3500; 4000; 4500; 5000;5700; 6500 К. Значения 2400 К в этом ряду нет. Но если в светильник устанавливается светодиодная лампа, то он не считается неразборным, поэтому значение КЦТ может и не входить в стандартный ряд. Тем не менее, параметры светодиодных ламп регламентируются ГОСТ Р 54815- 2011. Этот стандарт также не допускает КЦТ 2400 К.

Но оба указанных стандарта на момент написания статьи не были обязательными для исполнения — сертификация по ним осуществляется на добровольной основе. То есть продажа и использование светодиодных ламп и светильников 2400 К не являются противозаконными действиями, но сертифицировать их по ГОСТ в полном объеме невозможно, так что потребителю приходится при выборе данных продуктов ориентироваться только на репутацию бренда.

В то же время, следует учесть, что когда разрабатывались и принимались действующие стандарты, о массовом применении светодиодов с КЦТ 2400 К и речи не шло. Но широкое распространение таких светодиодов и изделий на их основе может привести к внесению изменений в стандарты.

ЛИТЕРАТУРА:

Справочная книга по светотехнике под ред. Ю. Б. Айзенберга. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Знак., 2006 г.

Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок» №1 (61), январь-февраль 2015 г.

Сюдзи Накамура | Американский материаловед

Накамура, Сюдзи

Смотреть все СМИ

Дата рождения:: 22 мая 1954 г. (68 лет) Япония

Награды и награды:: Нобелевская премия (2014)

Предметы изучения:: светодиод

Посмотреть весь связанный контент →

Сюдзи Накамура (родился 22 мая 1954, Эхиме, Япония), американский материаловед японского происхождения, лауреат Нобелевской премии по физике 2014 года за изобретение синих светоизлучающих диодов (СИД). Он разделил приз с японскими учеными-материаловедами Акасаки Исаму и Амано Хироши.

Накамура получил степень бакалавра (1977 г. ) и магистра (1979 г.) в области электронной инженерии в Университете Токусима. В 1979 году он пошел работать в небольшую компанию Nichia Chemical в Токусиме. Первоначально он работал над выращиванием кристаллов фосфида и арсенида галлия для светодиодов. Однако продажи этих продуктов оказались разочаровывающими, поскольку Nichia конкурировала с гораздо более крупными конкурентами. В середине 19В 80-х годах компания Nichia решила производить комплектные светодиоды. Накамура самостоятельно изучил необходимые методы производства высококачественных красных и инфракрасных светодиодов, но они также не имели коммерческого успеха.

Накамура считал, что Nichia должна разработать продукт, который не будет конкурировать с продуктами других, более крупных компаний. Этим продуктом будет синий светодиод. Ученые создали светодиоды, излучающие красный или зеленый свет, но попытки создать синие светодиоды не увенчались успехом. Если бы синий светодиод был разработан, его можно было бы комбинировать с красным и зеленым светодиодами для получения белого света за небольшую часть стоимости ламп накаливания и люминесцентных ламп.

Руководитель Накамуры обескуражил его, отметив, что синий светодиод десятилетиями искали исследователи с гораздо лучшим финансированием. В 1988 Накамура обратился прямо к генеральному директору Nichia Огаве Нобуо, требуя более 3 миллионов долларов (долларов США) в качестве финансирования и год в Университете Флориды в Гейнсвилле, чтобы изучить химическое осаждение металлоорганических паров для производства полупроводников для синего светодиода. К удивлению Накамуры, Огава принял его требования.

Вернувшись из Флориды в 1989 году, Накамура выбрал нитрид галлия (GaN) в качестве материала для синего светодиода, главным образом потому, что большинство других исследователей использовали селенид цинка, с которым было легче работать. Выращивать высококачественные кристаллы GaN было очень сложно. Кроме того, в светодиоде свет излучается, когда ток течет через p — n переход, интерфейс между полупроводниками p и n

, и никто не смог произвести GaN p .

Накамура решил первую проблему в 1990 году, вырастив слой кристалла GaN при низких температурах, а затем дополнительные слои GaN поверх слоя при более высоких температурах. В 1992 г. он успешно вырастил p -типа GaN. (Работая одновременно независимо друг от друга, Акасаки и Амано разработали синие светодиоды, используя разные методы.)

В 1994 году Накамура получил степень доктора технических наук в Университете Токусима. Затем он работал над созданием синего лазерного диода с использованием GaN. В 1995 году он добился успеха, и четыре года спустя Nichia начала продавать синие лазерные диоды.

Накамура покинул Nichia — компанию, которая перестала испытывать трудности благодаря синему светодиоду и лазеру — в 1999 году и стал профессором кафедры материалов Калифорнийского университета в Санта-Барбаре в 2000 году. Ничиа попросила Накамуру подписать соглашение о конфиденциальности. с условием, что он не будет работать над светодиодами в течение нескольких лет. Калифорнийский университет посоветовал Накамуре не подписывать, и Ничиа подал на него в суд за нарушение коммерческой тайны.

В 2001 году Накамура подал встречный иск на 20 миллиардов иен (19 долларов США).3 миллиона) гонораров за синий светодиод. (До этого Накамура получил всего 20 000 иен [180 долларов] за свое изобретение.) Он выиграл иск в 2004 году, но Ничиа подал апелляцию, и в 2005 году сумма компенсации была уменьшена до 840 миллионов иен (8,1 миллиона долларов). недоволен этим результатом, но иск стал важной вехой в японском законодательстве об интеллектуальной собственности.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Эрик Грегерсен

Работают ли обычные светодиодные лампы для растений?

»

Могу ли я использовать обычные лампы для выращивания растений в помещении? »

Да, вы можете использовать большинство обычных лампочек для выращивания комнатных растений. Но они далеко не лучший источник света для роста растений, и их использование вряд ли приведет к здоровому комнатному растению в долгосрочной перспективе.

Итак, почему я не рекомендую использовать обычные лампочки и насколько они эффективны по сравнению с лампами для выращивания в помещении?

Остальная часть этой статьи будет более подробной, ответами на эти вопросы, и я надеюсь дать вам хорошее понимание темы по пути.

Искусственный свет полного спектра может дать достаточно света для роста вашего растения, но стоит ли это?

Сразу скажу, что использование обычных лампочек при выращивании растений в помещении никогда не будет таким же эффективным, как поиск хороших источников естественного света в вашем доме.

Дополнительная литература —
Полное руководство по внутреннему освещению и вашим растениям

Тем не менее, некоторые источники искусственного света могут стать хорошим компромиссом для комнатных растений, которые вы выращиваете в плохо освещенных местах и не можете переместить в место с естественным солнечным светом. .

Наука Света

Наука сложная, и вы нас знаете; мы хотели бы, чтобы это было просто, где это возможно. Используйте эту статью, чтобы получить понимание, и я дам ссылку на некоторые более подробные объяснения позже, если вы решите, что хотите больше.

* Щелкает костяшками пальцев и хватает большую чашку кофе * Хорошо, начнем.

Электромагнитное излучение — это энергия, состоящая из фотонов с измеримыми длинами волн. Часть этой энергии невидима для человеческого глаза, например, радиоволны или ультрафиолетовый свет.

Но если это излучение имеет длину волны от 380 до 750 нанометров (нм), большинство людей могут воспринимать его как видимый свет, который соответствует цветам, которые может видеть человеческий глаз.

На приведенной ниже диаграмме показан этот диапазон и то, как он выглядит при переходе от 380 до 750 нм.

Чертеж спектра видимого света.

Растения используют фотоны видимого света для фотосинтеза, который, в свою очередь, питает растение и позволяет ему расти. Так же, как еда поддерживает нас.

В листьях есть клетки, называемые хлорофиллом, которые поглощают определенные длины волн видимого света. Существует два типа: хлорофилл «А», который в основном поглощает фиолетово-синий и оранжево-красный свет, и хлорофилл «В», который в основном поглощает синий свет. На приведенной ниже диаграмме показано, как это выглядит на практике.

Растения поглощают синий и красный свет больше, чем любой другой цвет. — Диаграмма Даниэле Пульези и M0tty

Хотя разные типы хлорофилла поглощают больше на определенных длинах волн (в основном синих или красных), вы можете видеть из приведенной выше диаграммы, что некоторые из них поглощаются на каждом нанометре. Этот диапазон известен как активное фотосинтетическое излучение или ФАР.

Почему это важно? Ну, это означает, что любой дополнительный источник света, который вы предоставляете своим комнатным растениям, должен излучать все эти длины волн, чтобы быть эффективным. Хорошей новостью здесь является то, что большинство современных ламп имеют этот диапазон. Однако некоторые из них лучше подходят для ваших растений, чем другие.

Какой тип луковиц лучше всего подходит для выращивания растений?

У вас могут быть запасные лампочки и один или два светильника, которые можно использовать для работы в саду. Но знаете ли вы, что некоторые луковицы лучше других помогают выращивать растения? Давайте быстро посмотрим от худшего к лучшему и почему.

Лампы накаливания

Эти лампы использовались почти повсеместно 30 лет назад, но сейчас они становятся все более редкими. Лампы накаливания неэффективны и выделяют много тепла при использовании, а это означает, что вы должны держать их подальше от листвы вашего растения, чтобы предотвратить возгорание.

Кроме того, большинство из них производят очень мало синего света (который, как я уже показал выше, необходим для здорового комнатного растения).

Галогенные лампы

Они меньше по размеру и могут светить ярче, чем лампы накаливания, но имеют те же недостатки. Дорогие в эксплуатации, генераторы тепла и малое количество синих длин волн.

Люминесцентные лампы

Иногда называемые лампами T5, они являются шагом вперед по сравнению с двумя последними. Они имеют длительный срок службы и не выделяют столько тепла, но при этом производят большое количество света, используя меньше энергии.

Однако люминесцентные лампы часто имеют неудобную форму, подходят только для специальных ламп и стоят дороже, и хотя они излучают синий свет, большинство из них дает меньше красного.

Светодиодные лампы

Светоизлучающие диоды или светодиоды в настоящее время являются наиболее продаваемыми лампами во многих частях мира. Обычные светодиоды очень энергоэффективны, бывают практически всех форм и размеров и выделяют мало тепла, но при этом могут обеспечивать уровень света полного спектра для выращивания растений.

Такая настольная лампа может дать этому змеиному растению яркий свет на несколько часов.

Лампы для выращивания растений

Это специальные лампы, которые могут поставляться в большинстве форм, упомянутых выше, из которых наиболее популярны компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) и светодиодное освещение. Тем не менее, светодиодные лампы для выращивания растений имеют преимущество, потому что их легче изготовить, и они могут быть любой формы и размера, которые необходимы. Они могут быть в виде луковиц или выложены в виде полос.

Обычные светодиоды предназначены для повседневного использования человеком. В то время как лампы для выращивания предназначены для обеспечения подходящего света для роста растений.

Они часто излучают больше света и располагаются таким образом, чтобы направлять свет в определенном направлении, а не «во все стороны» области. Они также будут точно настроены, чтобы обеспечить полный спектр света, но в идеале с большим количеством синих и красных длин волн, что важно для правильного роста.

Обычные светодиоды подойдут… Но не очень хорошо, и вот почему

Итак, я только что сказал вам, что обычные светодиоды и лампы для выращивания растений являются лучшими лампами для выращивания растений. Но теперь я говорю, что обычные светодиоды не будут такими эффективными? Не волнуйся, я сделаю это понятным.

Большинство обычных лампочек, используемых в домах, предназначены для того, чтобы излучать свет, в первую очередь для того, чтобы мы могли видеть то, что нас окружает. Вообще говоря, они имитируют цвет, который мы видим вокруг себя в течение дня, по сути, «белый свет».

Диоды не излучают белый свет напрямую. Вместо этого производители светодиодов делают это, преобразуя синий свет с помощью люминофорного покрытия диодов или смешивая интенсивности красных, синих и зеленых чипов для создания «белого».

Вот почему я не рекомендую использовать повседневные светодиодные лампы для комнатных растений.

Вы не знаете, что получаете.
Поскольку большинство людей покупают эти лампочки только для того, чтобы осветить помещение, большинство производителей не расскажут вам, как они заставляют свои лампочки излучать белый свет.
Они также не дадут данных, необходимых для выращивания с их помощью растений. Вы не можете сравнивать и сопоставлять, все, что вы можете делать, это гадать или надеяться на лучшее, и это действительно чушь.
Интенсивность света недостаточна.
По сравнению со специализированными лампами для выращивания или солнечным светом обычные светодиоды невероятно слабы. Гораздо слабее, чем нужно большинству растений для здорового роста. Они просто будут недостаточно эффективны.

Вот небольшой эксперимент, чтобы продемонстрировать мою вторую мысль. Это совсем не научно, но если вы повторите это, вы сможете сделать аналогичные выводы.

Чтобы понять, насколько мощной является лампа для выращивания растений, мы можем определить плотность потока фотосинтетических фотонов (PPFD). Это когда вы измеряете количество фотонов в диапазоне волн от 400 до 700 нм, которые падают на данную поверхность каждую секунду. В данном случае листва растения.

Используя простой регистратор PPFD из App Store, я поместил его примерно в футе под одним из трех источников света. Свет из западного окна в полусолнечный день, стандартная обычная светодиодная лампочка и специальная светодиодная лампа для выращивания.

Я измеряю PPFD из окна, выходящего на запад (небольшое окно и отсутствие прямого солнечного света).

Свет из окна был обычным дневным светом.

Если бы в окно светило солнце, это значение было бы больше 1000 или больше.

Измерение PPFD с помощью обычной лампочки, подвешенной к подвесному светильнику.

Основываясь на том, что я говорил в этой статье, неудивительно, что обычные светодиоды показали худшие результаты с точки зрения выходной мощности PPFD мкмоль/с.

Это обычная лампочка, не особо мощная, каплевидной формы, чтобы давать равномерный и всенаправленный свет, чего мы и хотим от обычной лампочки в обычном светильнике.

Свет распространяется по прямым линиям, поэтому часть света, излучаемого в направлении горлышка лампочки, будет подниматься вверх, так что он даже не достигнет растения внизу. Прожектор с плоской поверхностью правильно направит его вниз, но прожекторы для ламп или общего освещения не подходят для типичного использования в большинстве домов (и у меня не было ни одного, чтобы проверить!).

Световой поток этой лампы для выращивания выше по сравнению с двумя предыдущими типами ламп.

Свет для выращивания растений выигрывает, даже лучше, чем естественный непрямой свет из окна. Это может показаться неожиданным, но лампы для выращивания специально разработаны для того, чтобы направлять как можно больше света на близлежащие растения. Если вы живете в части мира с переменчивым климатом, они также более надежны, чем солнце.

Вы можете видеть, что у этой луковицы плоский край, поэтому весь свет попадает на растение в идеальном месте. Естественный непрямой дневной свет будет проникать в вертикальные/вертикальные окна под углом, поэтому часть этой интенсивной энергии будет потеряна.

Лампа для выращивания растений также потребляет значительно больше энергии, чем обычная светодиодная лампа, и имеет больше микросхем. Он мощнее, ярче и вообще лучше подходит для своих целей во всех отношениях.

Дополнительная литература —
Воспользуйтесь нашим калькулятором, чтобы узнать, сколько стоит работающая лампа для выращивания растений?

Давайте подведем итоги

Садоводство в помещении может быть темным местом, и дополнительное освещение может действительно помочь вырастить здоровые растения, но это зависит от типа используемого освещения.

Вы можете использовать обычные лампы, но в долгосрочной перспективе они вряд ли будут такими же хорошими, как при использовании ламп, предназначенных для нужд растения.

Светильник слева и обычный светодиод справа. Оба могут использоваться в качестве «освещения для растений», но наилучшие результаты даст именно растущий свет.

Первоначальная стоимость специальной лампы для выращивания может быть очень высокой, но если вы хотите удовлетворить только некоторые потребности ваших растений в освещении, вы можете приобрести высококачественную базовую лампу менее чем за 40 долларов.

Как лучше всего использовать светильник для выращивания комнатных растений?
Вскоре мы ответим на этот вопрос в отдельном справочном руководстве.

Тот, который я использую и показан на фото выше, — это SANSI. Компания производит несколько лампочек с различной выходной мощностью и различными домашними установками.

Я дам ссылку на их выбор на Amazon, если вы захотите взглянуть.

РубрикаПол