Характеристика лампы светодиодные: технические характеристики, плюсы и минусы

Содержание

Важные параметры и характеристики светодиодных ламп

Снижение розничных цен на светодиодные лампы привело к резкому росту их продаж. Однако ситуация с выбором качественного товара для многих по-прежнему остаётся тупиковой. Если купить лампочку накаливания было просто, с появлением КЛЛ задача не значительно усложнилась за счет более широкого ассортимента и оттенков излучаемого света. Параметры светодиодных ламп имеют значительно больше пунктов, чем у лампочек предыдущих поколений.

Но не стоит пугаться. Чтобы купить хорошую светодиодную лампу, углублённых познаний товара не понадобится. Достаточно один раз разобраться с основными параметрами, чтобы потом легко ориентироваться среди чисел, указанных на упаковке. Так что же нужно знать покупателю о светодиодных лампах, и на какие технические характеристики обратить внимание перед покупкой?

Основные характеристики

Следуя пословице: «Встречают по одёжке…» достаточно взять в руки коробку с лампочкой, чтобы ознакомиться с её основными техническими характеристиками. Обратить внимание следует не на крупные яркие цифры, а на напечатанное мелким шрифтом описание из 10 и более позиций.

Световой поток

Во времена, когда лампа накаливания была источником света №1, понятие светового потока мало кого интересовало. Яркость свечения определялась номинальной мощностью лампочки. С появлением светодиодов мощность потребления источников света снизилась в разы, а КПД вырос. За счет этого появилась экономия, о которой так часто напоминают рекламные ролики.

Световой поток (Ф, лм или lm) – величина, которая указывает на количество световой энергии, отдаваемой осветительным прибором. Опираясь на значение светового потока можно легко подобрать замену существующей лампочке со спиралью. Для этого можно воспользоваться нижеприведенной таблицей соответствия.

Наравне со световым потоком часто можно встретить понятие «световая отдача». Её определяют как отношение светового потока к потребляемой мощности и измеряют в лм/Вт. Данная характеристика более полно отражает эффективность источника излучения. Например, светодиодная лампа нейтрального света мощностью 10 Вт излучает световой поток примерно в 900-950 лм. Значит, её светоотдача будет равна 90-95 лм/Вт. Это примерно в 7,5 раз больше, чем у аналога со спиралью в 75 Вт с таким же световым потоком.

Бывает, что после замены лампы накаливания на светодиодную её яркость оказывается ниже заявленной. Первая причина такого явления – установка дешёвых китайских светодиодов. Вторая – заниженная мощность потребления. Эти обе причины говорят о товаре низкого качества.

Также величина светового потока зависит от цветовой температуры. В случае со светодиодами принято указывать световой поток для нейтрального света (4500°K). Чем выше цветовая температура, тем больше световой поток и наоборот. Разница в светоотдаче между однотипными светодиодными лампами теплого (2700°K) и холодного (5300°K) свечения может достигать 20%.

Мощность

Мощность потребления светодиодной лампы (P, Вт) – вторая по важности техническая характеристика, которая показывает на то, сколько электроэнергии потребляет светодиодная лампа за 1 час. Суммарное энергопотребление складывается из мощности светодиодов и мощности драйвера. Наиболее востребованы в наше время led осветительные приборы мощностью 5-13 Вт, что соответствует 40-100 ваттным лампам с нитью накала.

Качественные драйвера импульсного типа потребляют не более 10% энергии от общей мощности.

В качестве рекламы производители часто пользуются понятием «Эквивалентная мощность», которая выражается в надписи на упаковке наподобие 10 Вт=75 Вт. Это означает, что светодиодную лампу в 10 Вт можно вкрутить вместо обычной «груши» в 75 Вт, не потеряв при этом в яркости. Разнице в 7-8 раз можно верить. Но если на коробке красуется надпись вроде 6 Вт=60 Вт, то зачастую это не более чем рекламный трюк, рассчитанный на рядового покупателя. Это не значит, что изделие плохого качества, но реальная светоотдача будет, скорее всего, совпадать с лампой накаливания не в 60, а гораздо меньше.

Напряжение и частота питания

Напряжение питания (U, В) принято указывать на коробке в виде диапазона, в пределах которого производитель гарантирует нормальную работу изделия. Например, параметр 176–264В свидетельствует о том, что лампочка уверенно справится с любыми перепадами сетевого напряжения без существенной потери яркости.

Как правило, светодиодная лампа со встроенным токовым драйвером имеет широкий диапазон входных напряжений.

Если источник питания не содержит качественного стабилизатора, то перепады напряжения в сети питания будут сильно сказываться на светоотдаче и влиять на качество освещения. В России наибольшее распространение имеют led-лампы с питанием от сети переменного тока 230В частотой 50/60 Гц и от сети постоянного тока 12В.

Тип цоколя

Размер цоколя необходимо знать для того, чтобы подобрать лампочку в соответствии с существующим патроном в светильнике. Основная масса светодиодных ламп выпускается под резьбовой цоколь Е14 и Е27, которые являются стандартом для настенных, настольных и потолочных светильников советского образца. Не редкость светодиодные лампы с цоколем GU4, GU5.3, которые пришли на смену галогенным лампочкам, установленным в точечных светильниках и китайских люстрах с пультом дистанционного управления.

Цветовая температура

Цветовая температура (TC, °K) указывает на оттенок излучаемого света. Применительно к светодиодным лампам белого свечения всю шкалу условно делят на три части: с тёплым, нейтральным и холодным светом. При выборе следует учесть, что тёплые тона (2700-3500°K) успокаивают и располагают к уюту, а холодные (от 5300°K) бодрят и возбуждают нервную систему.

В связи с этим для дома рекомендуется использовать тёплого свечения, а на кухне, в ванной и для работы – нейтрального. Светильники на светодиодах с TC≥5300°K пригодны только для выполнения специфической работы и в качестве аварийного освещения.

Угол рассеивания

По углу рассеивания можно судить о распространении светового потока в пространстве. Данный показатель зависит от конструкции рассеивателя и расположения светодиодов. Нормой для современных ламп широкого применения является значение ≥210°. Для эффективной работы с мелкими деталями лучше купить лампу с углом рассеивания 120° и установить её в настольный светильник.

Возможность диммирования

Возможность диммирования (управление яркостью освещения) светодиодной лампы подразумевает её корректную работу от светорегулятора (диммера). Диммируемые лампы стоят дороже, так как их электронный блок имеет более сложное устройство. Обычная led-лампочка при подключении к регулятору света не станет работать или будет моргать.

Коэффициент пульсации

Коэффициент пульсации (Кп) не всегда приводится в перечне характеристик, несмотря на то, что имеет первостепенное значение и оказывает влияние на здоровье. Необходимость в измерении данного параметра возникла ввиду наличия в лампе электронного блока и высокого отклика светодиодов. Низкокачественные источники питания не способны идеально сгладить пульсации выходного сигнала, в результате чего светодиоды начинают мерцать с некоторой частотой.

Коэффициент пульсации светодиодных ламп с питанием от сети стабильного постоянного тока равен нулю.

Наиболее качественными принято считать светодиодные лампы с Кп ниже 20%. В моделях с драйвером тока коэффициент пульсаций не превышает 1%. Определить данный параметр на практике несложно с помощью осциллографа. Для этого нужно измерить амплитуду переменной составляющей сигнала на светодиодах и разделить её на напряжение, измеренное на выходе блока питания.

По частоте переменного сигнала в нагрузке можно определить тип применённого драйвера.

Диапазон рабочих температур

Следует внимательно отнестись к данной характеристике, если предполагается эксплуатировать светодиодную лампочку в нестандартных условиях: на улице, в производственных цехах. Некоторые модели способны корректно работать только в узком диапазоне температур.

Индекс цветопередачи

С помощью индекса цветопередачи (CRI или Ra) можно оценить, насколько естественным виден цвет предметов, освещённых светодиодной лампой. Хорошим считается Ra≥70.

Степень защиты от влаги и пыли

Этот параметр выражается в виде обозначения IPXX, где ХХ – две цифры, указывающие на степень защиты от твёрдых предметов и воды. Его можно не обнаружить в перечне характеристик, если лампа предназначена исключительно для использования внутри помещений.

Дополнительные параметры

Срок службы изделия

Срок службы – весьма абстрактная характеристика светодиодной лампы. Дело в том, что под сроком службы производитель понимает общее время работы светодиодов, а не лампы. При этом наработка на отказ остальных деталей схемы остаётся под большим сомнением. Кроме того, на время работы влияет качество сборки корпуса и пайки радиоэлементов. К тому же не один производитель, в связи с долгим сроком службы, не проводит полноценных тестов по деградации светодиодов в лампе. Так что заявленные 30 тыс. часов и более – это теоретический показатель, а не реальный параметр.

Тип колбы

Несмотря на то что тип колбы для многих не является критичным техническим параметром, во многих моделях его указывают в первой строчке. Обычно тип и маркировка колбы выражается в цифробуквенном коде.

Масса

Весом изделия редко кто интересуется в момент покупки, но для некоторых облегчённых светильников он имеет значение.

Габариты

Сколько производителей – столько и корпусов, отличающихся внешним видом и габаритами. Например, светодиодные лампы мощностью 10 Вт от разных изготовителей могут отличаться в длину и ширину более чем на 1 см. Выбирая новую led лампу для освещения, не стоит забывать о том, что она должна поместиться в уже имеющийся светильник.

Рынок светодиодной продукции продолжает динамично развиваться, вследствие чего характеристики ламп изменяются и совершенствуются. Надеемся, что в ближайшее время применительно к светодиодным лампам будут выработаны стандарты качества, которые упростят покупателю задачу с выбором. Пока же собственные знания – это главная опора при выборе и покупке.

Характеристики и особенности светодиодных ламп для дома — Ремонт квартиры

Светодиодные элементы освещения, в том числе лампа светодиодная е27, помогают снизить затраты на оплату электричества, ведь их энергопотребление в несколько раз ниже. Разовая затрата на покупку ламп окупается примерно через полгода и далее хозяева дома получают чистый профит – это ли не прямая выгода?

Такая простота осложняется тем, что осветительные элементы надо правильно выбрать по характеристикам. Это поможет максимально экономить и не сидеть в полутьме с надеждой на небольшой счёт по оплате услуг энергосетей.

На какие характеристики обратить внимание

Перед покупкой приборов обратите внимание на характеристики светодиодных ламп для дома. Они указываются на упаковке, также подсказать основные характеристики поможет продавец. Итак, советуем обратить внимание на:

  1. Тип цоколя.
  2. Мощность.
  3. Силу светового потока.
  4. Диапазон рабочей и цветовой температуры.
  5. Уровень защиты.
  6. Напряжение питания.
  7. Срок службы.

Некоторые технические характеристики светодиодных ламп, например, срок службы, могут меняться в зависимости от особенностей использования элемента освещения, то есть частоты его включения и длительности работы.

Выбираем цоколь и мощность

Начнём выбор с цоколя, ведь он должен совпадать с патроном и если этого не будет, то и толку от лампочки также не предвидится. Стандартный цоколь – это E27, он подходит для обычных (больших) патронов, которые были наиболее распространены до недавнего времени. В последнее время многие люстры и бра имеют по умолчанию маленький патрон, под него подойдёт E14. Есть ещё и цоколь E40, но он редко используется для помещения в жилом доме.

Резюмируя – стандартный размер, всем известный с детства – это E27, маленький цоколь для новых люстр, бра и светильников – это E14.

Мощность – это соотношение потребляемой и преобразованной в свет энергии. Мы привыкли видеть на старых лампах цифры 40, 60, 100 Вт. На новых светодиодных элементах таких значений вы не увидите, ведь они потребляют мало электричества, но преобразовывают его в большое количество световой энергии.

Вот таблица, в которой показана мощность старых ламп накаливания (ЛН) и равная им по преобразованию электричества в свет мощность светодиодных элементов + общая сила светового потока. При покупке обратите внимание на силу светового потока, некоторые производители указывают худшие значения. Т.е. покупая 8 ваттную лампочку, она может соответствовать 500 Лм, а это не является эквивалентом 60 Вт.

Старая ЛН, Вт Светодиод, Вт Сила светового потока, Лм
40 4-5 400
60 6-8 700
75 8-11 900
100 11-14 1200

Световой поток и диапазон температур

Со световым потоком всё понятно, он измеряется в Люменах и характеризует силу светового потока. Рядовому потребителю проще ориентироваться на мощность приборов, чем он мощнее, тем больше сила выделяемой световой энергии. Таблица выше это полностью доказывает, избавляя от необходимости углубления в дебри физики.

Нет ничего сложного и с параметрами рабочей температуры. Эта характеристика указывает, при какой температуре можно использовать светодиодные светильники. Для дома тут проблем нет, можно на этот пункт не обращать внимания, а если выбираете прибор для улицы или не отапливаемого помещения, то посмотрите, что рекомендует производитель.

Результаты тестов светодиодных лампочек известных производителей

Сложнее разобрать с пунктом цветовая температура (ЦТ), который показывает цвет свечения светодиода. Измеряется величина в Кельвинах. Если коротко, то чем больше цветовая температура, тем свет более «холодный» и наоборот.

Пример. ЦТ голубого неба в 12 дня равняется примерно 7000 К, а свет солнца в это же время около 4000 К. Объясняется это просто – небо голубое, в голубой цвет относится к холодным.

Старые лампы имеют ЦТ от 2200 до 2900, у светодиодов этот показатель имеет более широкие границы – это также его достоинства. В жилых комнатах лучше использовать светодиоды теплого света (2600-3500), в кабинете холодного (от 4200), так как он повышает работоспособность. Указана маркировка ЦТ на упаковке.

Напряжение питания и срок службы

Начнём со срока службы (СС), так как на него часто обращают внимание в первую очередь. Первое – не путайте срок службы с гарантийным периодом, второе ─ измеряется он не в днях, месяцах или годах, а в часах работы. У светодиода срок службы 30-50 тысяч часов, отсюда и делайте выводы.

Сравнение экономии ламп накаливания, энергосберегающих и светодиодных

Пример. Лампочка включается на 4 часа в день, значит, в среднем она прослужит 1000 дней или около 3 лет. На СС также влияет количество включений и выключений электроприбора, желательно не включать/выключать его каждые 5 минут – это продлит срок работы светильника. Добиваться у продавца конкретного ответа, сколько лет проработает лампочка не нужно, он его просто физически не сможет дать. Минимальный срок работы по времени можно теоретически узнать, разделив количество часов срока службы на 24. Так получится цифра, соответствующая сроку работы прибора без выключения. Грубо и не нужно.

Напряжение питания в элементах, которые предлагает торговля в РФ, 220 В при частоте 50 Гц. Тут тоже всё понятно и проблем при покупке нет, лампы светодиодные с цоколем E27 и E14 можно использовать в любой домашней электросети. Учтите лишь, что заграницей напряжение питания в сети может быть другим, поэтому наши лампочки для их сети, и их светодиоды для нашей, скорее всего, не подойдут.

Взяв на вооружение эти сравнительные характеристики ламп накаливания и светодиодных элементов, вы купите светодиоды для дома с оптимальными параметрами, а они прослужат долго и позволят в полной мере почувствовать на себе силу электрификации.

где используются, применениедля дома, виды, диапазон рабочих температур, описание, какие применяются

Светодиодные лампы – это самые экономичные, безопасные и долговечные источники света.

По сравнению с люминесцентными лампами и лампами накаливания они потребляют меньше электроэнергии и абсолютно безопасны для здоровья.

Широкий спектр и гамма цветов диодных ламп позволяют создавать эксклюзивные варианты освещения, а цвет свечения комфортно воспринимается человеческим глазом.

Область применения

Сегодня светодиодные лампы применяются во всех сферах нашей жизни:

  • в быту;
  • на работе;
  • на рекламных вывесках;
  • на улице;
  • в электроприборах, в автомобилях и пр.

Для дома

Дизайнеры активно используют светодиодные лампочки для создания ярких и стильных интерьерных решений. Диоды ценят за простоту монтажа, широкий вариативный ряд моделей (различных по форме и цвету), а также длительный срок эксплуатации.

Согласитесь, мало толку от прекрасного интерьерного решения, если им можно любоваться только при дневном свете, а как только наступают сумерки и включается искусственное освещение, то всё очарование вашего дома исчезает под равнодушным светом ламп накаливания.

Другое дело, когда ваш дом днем, вечером и ночью выглядит совершенно по-разному. И этот эффект создают именно светодиодные светильники с их бесконечным разнообразием форм, расцветок и размеров.

Если маленький ребёнок капризничает и засыпает только при включенном свете, тогда лучшим выходом станет обустройство в детской комнате светодиодного светильника с дистанционным радиоуправляемым диммером для ламп. Когда ребенок только засыпает, можно установить максимальную яркость, чтобы ему не было страшно. А когда заснёт, вы сможете убрать яркость до минимума, даже не заходя к нему в комнату.

Фото домашнего интерьера с использованием диодного освещения

В офисах и на промышленных объектах

Западные корпорации уже давно в освещении офисных помещений отдают предпочтение светодиодным лампам дневного света. Да, они стоят дороже традиционных ламп накаливания, но зато

у диодов низкий уровень потребления электричества и ресурс эксплуатации, исчисляющийся 80-100 тыс. часами работы. Лучше один раз переплатить, чтобы потом десять лет подряд экономить – вот главный довод приобретения светодиодных ламп.

Широкое применение светодиодных светильников на производстве обусловлено их высокой надежностью и невосприимчивостью к негативным воздействиям окружающей среды. Лампы со светодиодами не восприимчивы к вибрациям и небольшим динамическим ударам, к резким перепадам температуры, к воздействию пыли и слабоагрессивных химических веществ.

Рекомендуем Вам также более подробно ознакомиться с ультрафиолетовыми лампочками.

Склад, освещенный светодиодными лампами

Диодные лампы активно используют для лабораторий, где свет должен быть стабильным и ярким

Для рекламных вывесок

Рекламщики одни из первых уяснили всю выгодность применения светодиодов для создания световой наружной рекламы и освещения вывесок и логотипов. Длительный срок службы светодиодов, низкий уровень электропотребления и широкая цветовая гамма

позволяли снизить себестоимость эксплуатации наружной рекламы и значительно расширить её визуальные возможности.

Применение точечных и узконаправленных светильников при освещении витрин магазинов позволило концентрировать взгляды прохожих точно на выставленных товарах и манекенах. Это позволило преподносить рекламируемый на витринах товар целевой аудитории максимально эффективно и точно, увеличивая процент отдачи от рекламы.

Так как светодиоды не нагреваются при работе, то их можно использовать при подсветке витрин и лотков с охлажденными и замороженными продуктами.

Этим вы добьётесь двойной экономии электроэнергии: меньше электричества расходуется на освещение и на поддержание низкой температуры в витрине или лотке.

На улице

Последний модный тренд европейских, российских и американских городских муниципалитетов – это применение светодиодных ламп для освещения улиц и площадей.

Выгода очевидна – одна лампа, даже очень яркая, прослужит порядка десяти лет, а расходы на оплату счетов за электричество – снизятся.

Если лампы накаливания при сильных морозах работать отказываются – они попросту из-за разницы температур трескаются, то светодиоды, не выделяющие тепла при работе, могут спокойно работать даже при очень низкой температуре.

Использование датчиков освещения позволяет исключить напрасное расходование электроэнергии на освещение в светлое время суток. Прибор будет включаться и выключаться автоматически, в зависимости от уровня освещенности.

Прожектор светодиодный – это наиболее простой, эффективный и экономичный способ освещения в ночное время, при неблагоприятных погодных условиях производственных, погрузочно-разгрузочных и иных открытых площадках на промышленных объектах.

В технических устройствах

Все световые индикаторы в любой технике бытового и промышленного назначения – это светодиоды. Более того, сегодня светодиодные лампы стали все активнее применять производители автомобилей. Габаритные огни, передняя и задняя оптика – всё это, в первую очередь, на автомобилях премиум-класса, теперь изготавливается из светодиодных ламп.

Технические характеристики

Технические параметры светодиодных ламп оцениваются аналогично, например, с характеристиками энергосберегающих ламп. Свойства и характеристики светодиодов определили основные сферы их использования.

По технико-эксплуатационным критериям светодиоды для бытового и промышленного предназначения серьёзно различаются между собой. Рассмотрим основные технические параметры светодиодных светильников.

Внутреннее устройство LED лампы

Устройство LED ламп малой и высокой мощности

Потребляемая мощность и рабочее напряжение

Потребляемая мощность бытовых светодиодных ламп варьируется от 1 до 10 Вт. А мощность светодиодных лент обычно составляет 12 Вт или 24 Вт, хотя в продаже можно встретить и ленты с другими показателями по мощности. Количество светодиодов в 12-ваттной ленте варьируется от 30 до 120 штук, в 24-ваттной ленте – от 120 до 240 штук.

Потребляемая мощность светодиодных вывесок и наружной рекламы также будет зависеть от количества используемых в них светодиодов. У уличных светодиодных ламп потребляемая мощность варьируется от 80 до 200 Вт, причем, последний показатель характерен для светодиодных прожекторов. Наконец, мощность светодиодных ламп дальнего и ближнего света у автомобилей составляет, как правило, 25 Вт.

Мощность светодиодных ламп вовсе не указывает на яркость их светимости. Величина светимости – это люмен. Ватт – это величина скорости расходования электричества из сети.

Рабочее напряжение светодиодных ламп определяется их предназначением. Бытовые светильники запитываются переменным током из сети 220В, светодиодные промышленные светильники могут подключаться к 380-вольтной трёхфазной сети, наконец, светодиодная лампа с аккумулятором станет незаменимой в автомобиле.

Возможность подключения светодиодной лампы к той или иной сети определяется характеристиками блока питания. Сами светодиоды функционируют от постоянного тока.

Основные характеристики светодиодных ламп, на примере изделия от компании Odeon

Типы цоколей

Е14/Е27 – это наиболее распространённый цоколь, предложенный ещё самим Эдисоном, о чём литера “Е” как бы намекает. Цифры – это диаметр в миллиметрах. Цоколи Е14 устанавливаются в настольных лампах, торшерах и в бра. Лампочки в этом цоколе имеют, как правило, вытянутую форму.

Диодная лампа с цоколем E27 может быть легко вкручена в стандартный патрон

GU10 обладает двухштырьковым разъёмом с утолщением на конце. Ранее он использовался для газоразрядных ламп. Литера “G” в наименовании цоколя свидетельствует о наличие штырьков, а литера “”U – о наличие утолщений на конце, цифра 10 указывает, что штырьки расставлены друг от друга на 10 мм. Чаще всего данный цоколь используется в светодиодных рефлекторных лампах, устанавливаемых встраиваемых в потолок лампах.

Цоколь GU10 считается наиболее безопасным, поэтому именно ему следует отдавать предпочтение, если в вашей сети часто случаются перепады напряжения.

GU5.3 – еще один штырьковый цоколь без утолщения на конце, хотя в его обозначении и имеется литера U. Дело в том, что светильники с данным цоколем пришли на замену галогенных лампам. А вот у их цоколей как раз и были утолщения на концах. Светодиоды с этим цоколем чаще всего используют для точечных светильников в гипсокартоне.

G13 – штырьковый цоколь применяется в линейных светодиодных лампах типа ST8, освещающих большие площади с высокими потолками.

При покупке цоколя G13 обратите внимание на расположение патрона. Если он в светильнике расположен под прямым углом, тогда свет будет распространяться параллельно полу, а не сверху вниз.

Лампу Т10, как и Н4 и Р27 в основном применяют для автомобильного освещения. При подсветке номерного знака, для габаритных, противотуманных и поворотных огней, а также для салона. Т8 предназначена для освещения офисных помещений.

Автомобильная светодиодная лампа h37

Лампа Т8 для использования в коммерческих помещениях

LED лампа с цоколем T10

Цветовая температура

Оптимальным для человека считается освещение, имитирующее дневной свет. Следовательно, для настольных ламп необходимо выбирать светодиоды с температурой свечения 4200-5500 К. Такие светодиоды подойдут практически для любого помещения жилого и производственного назначения. Хотя бывают и исключения

Так, для освещения спален лучше выбирать светодиоды с цветовой температурой 2700-4200 К. Они светят мягким белым светом, который будет способствовать созданию атмосферы уюта в спальне.

Светодиоды с цветовой температурой 5000-6500 К генерируют ярко-белый, «зимний» свет. При таком освещении человек чувствует прилив энергии, и поэтому устанавливают такие светильники в гараж, в ванные комнаты на кухне. Правда, в последнем случае лучше обустроить комбинированное освещение. Ярко-белые светодиодные лампы включать за завтраком для получения дополнительной бодрости, а за ужином включать светодиоды с мягким расслабляющим белым светом, который бы помог снять напряжение прошедшего рабочего дня.

Нельзя использовать светодиодные лампы для чтения с цветовой температурой больше 6500 К. Слишком яркий свет нанесет вред вашему зрению.

Диапазон рабочих температур окружающей среды и световой поток

Полупроводниковая природа светодиодов обуславливает широкий температурный диапазон их работы. Они способны светить и при 50-градусном морозе, и при 60-градусной жаре.

Таблица соответствия яркости освещения
Мощность светодиода, Вт Мощность светового потока, люмен
2-3 ≈ 250
4-5 ≈ 400
8-10 ≈ 700
11-12 ≈ 900
13-15 ≈ 1200
16-20 ≈ 1800
21-30 ≈ 2500

Для сравнения, 60-ваттная лампа накаливания испускает световой поток равный 710 люменам.

Рекомендуем также более подробно ознакомиться с таблицей светового потока светодиодных ламп.

Лампы с диммером

Диммер – это регулятор мощности светодиодных ламп. С их помощью корректируется яркость свечения.

Существуют различные типы диммеров под светодиодные лампы:

  1. Встраиваемые в стену. Достоинства: всегда находятся на одном месте, простота управления. Недостатки: недостаточный функционал, хотя для простых точечных светильников большого разнообразия и не требуется.
  2. Дистанционные. Достоинства: возможность управления освещением из любой комнаты дома (только радиоуправляемые диммеры), широкие функциональные возможности для создания цветовых инсталляций (некоторые модели обладают до 256 уровней регулировки).

Чаще всего диммеры используются для регулировки мощности светодиодных лент, применяемых для подсветки и световых инсталляций. Они и продаются уже с диммерами в комплекте.

Схемы подключения светодиодных ламп

Светодиоды работают только от постоянного тока. Однако, если при покупке бытовой светодиодной лампы, на ней указано рабочее напряжение в 220 В, значит, блок питания уже встроен в светильник, и его можно подключать к сети точно так же, как и обычную люстру.

Схема подключения лампы с диодами, на примере T8

Схема подключения лампы диодной (220В)

Если вы приобрели 12- или 24-вольтную лампу, то для её подключения к сети необходим преобразователь переменного тока в постоянный с уменьшением до необходимой величины. Его можно сделать самостоятельно из диодного мостика, подсоединив к нему емкость и гасящий резистор. Но лучше просто купить заводской блок питания, он и надёжнее, и безопаснее, и долговечнее.

При покупке блока питания, чтобы величина выходного напряжения совпадала с напряжением светодиодной лампы (12 или 24 В). Аналогично и с максимально допустимой величиной тока – 350 или 700 мА.

Светодиодные лампы к одному блоку питания подключаются параллельно.

Суммарная мощность подключённых светодиодных ламп не должна превышать мощность блока питания. Сечение же подключаемой к блоку питания проводки должно быть достаточным про проведения соответствующей силы тока.

Видео

Данное видео подробно расскажет Вам про технические характеристики светодиодных ламп.


Таким образом, светодиодные светильники следует выбирать исходя из их технических характеристик – потребляемая мощность, рабочее напряжение, тип цоколя, цветовая температура и светового потока. Именно эти технические характеристики и определят область применения конкретного светодиодного светильника.

Характеристики светодиодных ламп — основные технические характеристики led ламп.

 

Характеристики светодиодных ламп

Светодиодные лампы — лампочки, источником света в которых выступают светодиодные элементы — LED. Выглядят светодиодные лампы наподобие обычных: имеют колбу-рассеиватель и цоколь, которым лампа вкручивается в патрон. Внутри каждой LED лампы встроен специальный IC-драйвер. Он необходим для преобразования тока в постоянный и защиты LED элементов (светодиодов) от перепадов сетевого напряжения. Драйвер обеспечивает бесперебойную работу светодиодных ламп в пределах от 150В до 265В. Благодаря ему LED лампы дают стабильное свечение без мерцания даже при значительных перепадах напряжения в сети. Чтобы избежать перегрева светодиодов, светодиодные лампы имеют продуманную систему теплоотвода: радиатор, теплорассеивающие материалы корпуса и т. п. Такая конструкция LED ламп обеспечивает их рекордно длительный срок службы — 30-50 тыс. часов.

 

Основные характеристики светодиодных ламп

Правильно понять, какие именно светодиодные лампы оптимально подойдут для задуманного Вами освещения, поможет знание их основных параметров.

  • Мощность — количество Вт электроэнергии, которое потребляет лампа.
  • Световой поток — проще говоря, количество света, которое дает лампа; измеряется в люменах (лм). Важнейшая характеристика светодиодных ламп! Размер светового потока, который дает светодиодная лампа, зависит от количества и качества LED элементов в ней, а также от их расположения.
  • Энергоэффективность — характеризует насколько эффективно используется расходуемая лампой электроэнергия, т. е. сколько люмен светового потока дает LED лампа на 1 Вт потребляемой электроэнергии. Эта характеристика для светодиодных ламп хорошего качества находится на уровне 92-100 лм/Вт.
  • Цветовая температура — отображает спектральный состав света; измеряется в кельвинах (К). По цветовой температуре светодиодные лампы подразделяются на теплые (2700-3500 К), нейтральные (3500-5000 К) и холодные (5000-7000 К). Выбор цветовой температуры определяется функциональным назначением помещения, которое будет освещаться.
  • Цветопередача — определяет насколько естественно будут выглядеть цвета предметов, помещенных в свет LED лампы; измеряется в Ra. Комфортным для человека считается диапазон от 80 до 100 Ra.
  • Угол рассеивания — угол, под которым свет распространяется от лампы. Зависит от формы лампы, используемых в ней светодиодов и вида колбы (матовая, прозрачная). Для равномерного освещения необходим большой угол рассеивания. В акцентном светодиодном освещении и подсветке используют лампы направленного света с малым углом рассеивания.
  • Размер — должен соответствовать плафону, в который планируется вкрутить лампу. Для узких плафонов подходят лампы в виде свечи, для широких можно использовать грушевидные и шаровидные светодиодные лампы.
  • Цоколь — та часть LED лампы, которая вставляется в патрон. В зависимости от своего назначения (основное освещение, направленный свет, мебельная подсветка, свет в холодильнике и т. д.) светильники имеют несколько вариантов патронов, под каждый из которых есть светодиодные лампы с соответствующим цоколем.

 

Преимущества светодиодных ламп

Сложив все выше названные характеристики светодиодных ламп и добавив еще несколько особенностей, получаем следующий список достоинств:

Максимальная экономия электроэнергии. Из всех доступных на сегодняшний день видов лампочек LED лампы самые энергоэффективные. В среднем, лампа со световым потоком в 800 лм (примерно как у 75-ватной лампы накаливания), потребляет всего 10 Вт.

Супер долгий ресурс работы. Расчетный срок свечения — от 30 до 50 тысяч часов, ресурс включений и выключений — в среднем от 15 до 25 тысяч циклов. Следует отметить, что реальное соответствие этих параметров сильно зависит от типа используемых светодиодов и качества изготовления самой LED лампы. Поэтому лучше приобретать светодиодные лампы известных и рекомендуемых производителей.

Моментальное включение. Светодиодные лампы загораются сразу после включения. У них нет типичного для энергосберегающих ламп период «разгорания».

Комфорт для глаз. LED лампы дают равномерный, оптимальный для зрения, мягкий поток света без мерцаний. Это очень важно не только в освещении рабочего места, но и для света в зоне отдыха, а также в повседневном домашнем освещении.

Безопасность. Светодиодные лампы не имеют в своей конструкции ртути и других опасных для человека элементов. Колба рассеивателя в большинстве случаев изготавливается не из стекла, а из пластмассы. Свет LED лампы не несет в своем составе вредных УФ-излучений. Отсутствует и тепловое излучение.

Отсутствие инфракрасного излучения. Является важным моментом при освещении помещений с установленными камерами и инфракрасными датчиками охранных систем. Из-за того, что светодиодные лампы не дают инфракрасного излучения, они не создают помех в работе подобного оборудования.

 

Сравнение мощности светодиодных ламп

с лампами накаливания и люминесцентными лампами

 

Характеристика светодиодных ламп – RozetkaOnline.COM

Если вы решили поменять люминесцентные лампы или лампы накаливания на светодиодные, основные преимущества такой замены мы рассмотрели в предыдущей статье «Замена ламп на светодиодные», вам необходимо знать основные характеристики светодиодных ламп, чтоб максимально точно подобрать необходимый аналог.

К основным характеристикам светодиодных ламп, которые вы можете увидеть на упаковке, относятся:

– Тип используемого цоколя

– Потребляемая мощность

– Световой поток

– Диапазон рабочих температур

– Степень защиты

– Цветовая температура

– Срок службы

– Рабочее напряжение питания

– Габаритные размеры

– Вес

Тип используемого цоколя

В светильниках разных типов, в зависимости от поставленной задачи, используется большое количество разнообразных разъемов и лампы для подключения к ним, имеют соответствующие цоколи. Для ламп накаливания, основных цоколя всего три – E40, E27 и E14. При этом E27 «большой цоколь» – самый распространенный, встречается практически везде и должен быть знаком каждому. У люминесцентных или галогенных ламп, разновидностей цоколей гораздо больше, разобраться и запомнить их все очень тяжело. Поэтому если вы решили заменить лампу другого типа на светодиодную, проще всего, взять с собой в магазин экземпляр и консультанты подберут вам аналог, с нужным цоколем. 

 

 

Потребляемая мощность

 

Мощность – это величина характеризующая скорость потребления или преобразования энергии т.е. сколько лампа потребляет энергии в единицу времени.

У светодиодных ламп очень высокая энергоэффективность, поэтому не пугайтесь, когда встретите на упаковке такие показатели мощности как 3 – 7Вт и т.д. Привыкшие, за долгое время, к лампам накаливания и, соответственно, к их мощности, людям трудно представить, что светодиодная лампа в десять раз меньшей мощности, может давать столько же света, но это правда! Подробнее это описано, в статье «Замена ламп на светодиодные», в разделе «Яркость ламп». Ниже приведена небольшая таблица соответствия ламп разного типа.

 

 

Световой поток

Световой поток – это физическая величина, которая характеризует количество излучаемой световой мощности. Измеряется она в Люменах, обозначатся как «лм» или «lm».

Эта общая характеристика для ламп любых типов, опираясь на нее, легко можно подобрать необходимые аналоги.
В представленной выше таблице, в последнем столбце указана эта характеристика и если вы решили заменить лампы накаливания мощностью 60 Вт, то необходимо приобрести светодиодные лампы, световой поток которых около 700лм, в зависимости от производителя и модели, обычно это светодиодные лампы мощностью 6-10 Вт.

 

Диапазон рабочих температур

 

Эта характеристика показывает, стандартные температурные режимы ламп, при которых производитель гарантирует их безотказную работу.
Обращайте внимание на эту характеристику, особенно при покупке светодиодных ламп, предназначенных для работы вне отапливаемых помещений.

 

Степень защиты

 

Характеристика показывающая степень защиты лампы от попадания пыли и влаги. Подробнее можно почитать здесь.

Цветовая температура светодиодных ламп

 

Важной характеристикой светодиодных ламп, как и ламп любого другого типа, является так называемая «цветовая температура». Если сказать просто, эта характеристика показывает какого цвета свечение излучает лампа.

Появление этой характеристики, связано с тем, что при различной степени нагрева, материалы излучают свет разных цветов и оттенков. Так, например, если вольфрамовая спираль лампы накаливания нагревается до 1200 Кельвинов она начинает излучать свет красного спектра и с увеличением температуры, цвет излучения будет меняться.

Для удобства, приведу цветовую температуру некоторых источников света. Так например солнечный свет в 12 часов дня соответствует цветовой температуре примерно 4000К, свет неба, т.к. оно голубое, соответствует температуре около 7000К.
Очень часто, в повседневной жизни, мы встречаемся с понятием «дневной свет», его цветовая температура 5500К, это среднее между солнечным и цветом неба.

Лампы накаливания, в зависимости от мощности, имеют цветовую температуру в диапазоне 2200К – 2800К.
При выборе цветовой температуры светодиодной лампы, учитывайте следующие моменты -лампы тёплого света располагают к релаксации и уюту, а более холодные повышают работоспособность.

В жилых помещениях лучше всего использовать лампы с температурой 2700..3300K — ровный, спокойный, тёплый свет располагает к отдыху и наиболее естественен для  глаз, а на рабочем месте, а так же в ванной комнате лучше повесить лампы дневного света (4200..5400K).

Стандартная цветовая температура светодиодных ламп

 

Срок службы

 

Срок службы – это период, в течение которого производитель светодиодных ламп обязуется обеспечивать потребителю (п. 1 ст. 5 Закона РФ N 2300-1) – возможность использования ламп по назначению и несет ответственность за существенные недостатки, возникшие по его вине. Не путайте этот показатель с гарантийным периодом. Срок службы, это величина характеризующая ресурс изделия. Обычно для светодиодных ламп этот показатель 30000-50000 часов. А вот гарантийный период, производители дают в среднем 2-3 года, что тоже немало.

 

Рабочее напряжение питания

 

Характеристика, показывающая какое напряжение требуется лампе для работы. Чаще всего это 220В при 50Гц. Это стандартный показатель напряжения, принятый в нашей стране. Именно такое напряжение в наших розетках. Чуть подробнее, это описано в статье «Замена ламп на светодиодные» в разделе «Питание светодиодных ламп»

 

Габаритные размеры

 

Габаритные размеры – это размеры ламп, указанные в формате – ДхШхВ (длинна – ширина – высота).
Обращайте внимание на эту характеристику, так как плафоны в светильниках бывают разных размеров и не любого типа светодиодная лампа может подойти.

Вес

 

Характеристика показывающая сколько весит светодиодная лампа.

 

Часто на упаковке, для удобства потребителя, так же указывается соответствие данной светодиодной лампы, лампе накаливания определенной мощности.

Еще несколько лет назад, светодиодные лампы были большой редкостью и не воспринимались потребителями, как достойная замена ламп накаливания. Тем более первые экземпляры были очень дорогими, подходили для замены далеко не всех других типов ламп и имели ограниченную цветовую температуру.

Но это уже в прошлом, развитие светодиодных ламп идет очень динамично, сейчас на рынке присутствуют лампы практически любого формата и вида, широкого диапазона цветовой температуры и по приемлемой цене. Которые подходят для замены большинства ламп другого типа в светильниках любого уровня.

Более того, производители постоянно совершенствуют свои продукты, появляются новые светодиоды, улучшаются драйверы для них и не исключено, что в будущем, светодиодные лампы полностью вытеснят другие типы ламп. 

На свой объекты, я, чаще всего, заказываю светодиодные лампы через интернет – ВОТ ЗДЕСЬ. Эти магазины предлагают большой выбор разнообразных светодиодных ламп, с разными цоколями, разной конфигурации, а главное можно выбрать и недорогие модели и качественные, в зависимости от ситуации. К сожалению, такое разнообразие встречается лишь в крупных сетях, походы в которые съедают слишком много времени. Поэтому я выбираю и заказываю сразу все необходимые позиции через интернет, а затем или просто забираю их в офисе компании, либо заказываю доставку прямо на объект – очень удобно!

 

Преимущества и характеристики светодиодных светильников.

В этой статье мы бы хотели разобрать сходства и отличия светодиодных светильников и светильников под светодиодную лампу. Технически, это два разных вида светильников и их не следует путать. 

 

На фото сверху вы видите светодиодный светильник с SMD Led чипами, которые служат около 30 000 часов. При круглосуточной работе 3 года равняется 27 000 часов. Такие светильники идут в комплекте с источником питания и не требуют покупки лампочек. Это же относится к светодиодным точечным светильникам и спотам этого типа, только в них используется единичный COB-диод. При выборе люди часто сравнивают led светильники и светильники под лампу по одним и тем же критериям, что конечно же не совсем корректно. 

LED чип и светодиодная лампочка

В качестве источника света в обоих типах светильника будет использоваться светодиоды – LED, однако их принцип работы значительно отличается.

Светодиодные светильники. В случае, со светодиодными светильниками желтые светодиоды будут располагаться на монтажной алюминиевой плате (диоды на плате называются чипами), которая стационарно вмонтирована в светильник и «закрыта» оптикой, рассеивателем, отражателем в зависимости от конструкции светильника. Чипы бывают двух видов:


1.       COB LED представляет собой крупный единичный мощный диод. Характерно для точечных светильников.

2.       SMD LED содержит множество маломощных мелких диодиков, равномерно расположенных на диодной плате. Обычно используется в светильниках для рассеянного освещения с большой осветительной поверхностью.


То есть когда вы покупаете светодиодный светильник, вы покупаете цельный конечный продукт, который готов к использованию. Вам не требуется докупать к нему лампочки и источник питания. Подключаете и готово. Если вы выбрали качественный прибор, он прослужит более 30 000 часов без сервисного обслуживания и значительной потери светового потока.


Светильники под LED лампу. В случае со светильниками под светодиодную лампу ситуация несколько иная. Корпус светильника продается отдельно, лампы – отдельно. Это нужно учитывать при сравнении стоимости: нельзя сравнивать цену на готовый светодиодный светильник с ценой на корпус светильника без источника.

Цоколи ламп. В зависимости от модели, вам понадобится лампочка с определенным цоколем, чаще всего лампы E14, E27, Е27, G9, MR16 и GU10. Первые три типа имеют винтовой цоколь знакомый всем по лампам накаливания. Среди миниатюрных капсульных модификаций самый популярный цоколь – это G9 (похож на розетку), широко используется в декоративных целях.

Лампы GU10 имеют штырьковый цоколь (в маркировке буква G означает штырьковый тип, а буква U – определенную модификацию), цифра означает расстояние между штырьками, в данном случае – 10 мм. Именно этот тип чаще всего используется в светильниках коммерческого типа: даунлайтах, карданных и трековых светильниках.


Источник питания

В светодиодных светильниках источником питания служит драйвер, который преобразует напряжение переменного тока в сети 220В в напряжение постоянного тока определенной величины, соответствующей параметрам светодиодов, установленных в светильнике. Стабилизированный ток заданной величины обеспечивает работу светодиодам и их долговечность.


Что касается светодиодных и других видов лампочек, то они работают напрямую от сети 220В. Их можно подключать без дополнительных блоков т.к. драйвер уже встроен в конструкцию лампочки. Бывают низковольтные приборы, например, на 12В или 24В, которые требуют дополнительного трансформатора, который располагается в схеме перед источником света. Эта категория более экономична и пожаробезопасна во влажных помещениях, но это устройство достаточно больших габаритов и не всегда возможно его подключить.




Еще один важный момент – это регулировка яркости (диммирование). Эту опцию обеспечивает диммируемый драйвер. Если источник питания не встроен в корпус светильника, то почти любой светодиодный светильник может быть диммируемый. Если встроен, то с этим могут быть проблемы, т.к. размер диммируемого драйвера больше чем у обычного, и он может просто не влезть в конпус светильника.

Лампы накаливания и галогенные лампы на 220В и 12В диммируются очень просто, люминисцентные редко только если это предусмотрено в конструктиве светильника. Светодиодные лампочки будут диммируемые, если есть соответсвующая маркировка на упаковке: Dimmable.

 

Нюансы применения обоих типов светильников

Стоит начать с того, что светодиодное освещение должно быть либо качественным, либо лучше вообще отказаться от светодиодных технологий в пользу более доступных классических источников света. Каждый случай индивидуален. Далеко не всегда LED-лучшее решение. У ведущих мировых брендов профессионального освещения уровня hi- end до сих пор в продуктовой линейке присутствует не мало светильников с традиционными источниками света из-за их высокой цветопередачи – CRI близится к значению 100. В основном, галогенными. Однако они потребляют больше энергии, щелкают и греются. Их нельзя использовать в натяжных потолках, деревянных перекрытиях и декоративных светильниках, которые могут плавится. Часто в помещении от них становится жарко.

Если вы все-таки решили остановиться на светодиодных источниках света, то здесь выбор зависит от типа светильника. Если вы выбираете декоративный светильник, то более предпочтителен выбор моделей со светодиодными лампочками, нежели со стационарными монтажными светодиодными платами. 

Дело в том, что производители декоративного света редко слишком сильно концентрируются на качестве компонентов, поэтому в случае поломки, такой светильник будет дорого починить, в то время как светодиодную лампочку можно просто поменять и забыть.

Совсем другая история, если светильники используются для базового освещения, особенно на коммерческих объектах. Галогенные светильники энергозатратны, имеют низкую светоотдачу (15-20 Лм/Вт), греются и служат всего 2-4 тыс. часов. Замена ламп при высоких потолках требует вызова и работы мастера, что дорого и не удобно. Для коммерческих объектов мы рекомендуем использовать светодиодные светильники с led чипами.

Преимущества качественных светодиодных светильников со светодиодной платой перед светильниками с лампочками:

  •  Долгий срок службы по сравнению со приборами всех остальных представленных на рынке технологий. Качественный светильник будет светить около 30 000 часов (при круглосуточной работе 3 года равняется 27 000 часов.) при этом под конец этого срока он потеряет не более 30% от первоначальной яркости (стандарт L70 / LM70). Еще 20 000 часов он будет светить до полного затухания.

    Вы скажете, что те же самые показатели можно прочитать на упаковках от светодиодных лампочек, однако это редко бывает правда. Найти хорошие лампочки в России очень сложно. У достойных производителей они никогда не будут дешевыми, потому что там будут установлены качественные чипы, хороший теплоотвод из алюминия и надежный драйвер.

    Рынок настолько захламлен светодиодной некачественной продукцией и подделками, что поставщики в целях выделиться завышают мощность, световой поток, срок службы ламп. На деле они работают максимум 3-5 тыс. часов. (1-2 года). Далее надо будет покупать новые за свой свет и оплачивать монтаж. На плохую продукцию поставщик редко дает гарантию больше года. А чтобы вернуть по гарантии, вам следует сохранить фабричную упаковку и соблюсти прочие совершенно абсурдные формальности. Прочтите условия гарантии.

  •  Возможность создать направленный световой поток под определенным углом для акцентной подсветки при низких энергозатратах. Светодиодные светильники с линзами позволяют сфокусировать луч очень четко и при этом сделать свет мягким и рассеянным за счет сложной оптики и отражателей, что практически невозможно реализовать другими технологиями.
  •  Практически не греются
  •  Имеют небольшие габариты и массу
  •  Прочны. Светильники с маркировкой IP65 герметичны, и могут быть использованы во влажных помещениях.

Как выбрать светодиодную лампу ( Часть 2 )

В этой части мы попытаемся помочь потребителю определиться с выбором конкретной светодиодной лампы исходя из его пожеланий и приоритетов. Если посмотреть на технические характеристики любой светодиодной лампы на сайте поставщика, то можно обнаружить, что выбор осуществляется по многим параметрам. Попробуем разобраться, что означает каждый из них. В первой части мы описали те характеристики, на которые стоит обратить внимание в первую очередь. Это — цоколь, габаритные размеры, питание, рабочая температура. Ведь неправильный выбор этих параметров приведет к тому, что приобретенный товар либо не будет работать, либо быстро выйдет из строя. Также мы обратили Ваше внимание на нюансы, возникающие при использовании «доставшихся по наследству» диммеров и светильников с ПРА. Теперь мы рассмотрим характеристики, грамотный выбор которых сделает освещение в Вашем доме или офисе удобным и комфортным.

— Мощность. У светодиодных ламп значительно выше КПД по сравнению с другими видами ламп и, соответственно, необходима меньшая мощность для получения аналогичной освещенности. Для лучшего понимания введем понятия светового потока и световой отдачи. Световой поток — это величина светового излучения, оцененная среднестатистическим глазом человека. Т.е. простыми словами — та часть спектра, которая лучше всего воспринимается нами (а это зеленый цвет) отражена в этом параметре сильнее всего, тогда как, ультрафиолетовая или инфракрасная составляющая практически не учитываются. Световой поток измеряется в люменах (лм) и является важной характеристикой любой лампы. Световая отдача — это отношение светового потока к потребляемой мощности. Измеряется в люменах/ватт (лм/вт.) и является одним из основных критериев, по которым оценивается эффективность лампы. Так у ламп накаливания световая отдача составляет в среднем 10-13 лм/вт., у галогенок – 15-18лм/вт., компактных люминесцентных ламп ( энергосберегающих ) 40-50 лм/вт., у современных светодиодных 80-110 лм./вт. На момент написания этой статьи имеются данные, что компания CREE создала светодиод со световой отдачей более 200 лм/вт. Также заметим, что до бесконечности этот показатель увеличивать не удастся, есть теоретический предел равный 683лм/вт., при котором вся энергия преобразуется в свет без потерь. Можно воспользоваться таблицей, приведенной ниже, для грубой оценки соответствия ламп разного типа.

лампа накаливания

галогенная лампа

энергосберегающая лампа

светодиодная лампа

световой поток (лм)

25вт

15вт

5вт

3вт

250

40вт

25вт

8вт

4,5вт

400

60вт

35вт

13вт

7вт

650

75вт

50вт

18вт

10вт

900

100вт

75вт

25вт

15вт

1300

Например, если заменить 60 ваттную лампу накаливания на 7 ваттную светодиодную, то светить они будут примерно одинаково. Конечно, не все так однозначно и существует множество тонкостей, описание которых выходит за рамки данной статьи.

— Световой поток. Обычно эта характеристика указывается отдельно на сайте продавца и на упаковке товара. Можно посмотреть таблицу выше, чтобы понять, какому аналогу соответствует выбранная Вами светодиодная лампа. Простое правило – чем выше световой поток – тем ярче светит лампа.

— Цветовая температура. Все мы знаем, что у света существуют оттенки. Например, 25-ваттная лампа накаливания светит тусклым желтым светом, а «энергосберегайка» мертвенно-синим. Цветовая температура измеряется в Кельвинах (К). Чтобы лучше понять что это, проведем некий умозрительный эксперимент. В абсолютно темном помещении возьмем некий абстрактный предмет и начнем постепенно его нагревать. Человеческий глаз уловит первое свечение на границе инфракрасного диапазона при температуре этого тела около 900 К. Если продолжать нагрев, то при 2000К мы увидим свечение аналогичное пламени свечи. Лампы накаливания выдают цветовую температуру 2500-3200К. Если и дальше повышать температуру (надо учесть, что это умозрительный эксперимент, и все известные науке материалы скоро попросту расплавятся и превратятся в газ), то получим свечение аналогичное свету неба сразу после восхода или незадолго перед закатом (3500-4000К), затем цвет солнца (5000- 6000К), облачного неба (6500-7500К), ясного неба (10000-25000К). Человеческий глаз перестанет воспринимать свет в ультрафиолетовом диапазоне. В статье «Виды светодиодных ламп» мы описывали способ получения белого света в светодиодных лампах. Здесь мы лишь отметим, что цветовая температура напрямую зависит от толщины нанесенного люминофора. Обычно по этому параметру лампы подразделяются на «теплые» с цветовой температурой 2700-3500К, «нейтральные» (4000-5000К) и «холодные» (выше 6000К). Надо понимать, что в различных случаях предпочтительно применение ламп с различной цветовой температурой. Так теплый свет лучше подойдет для освещения жилых помещений, подсветки мебели из кожи. Нейтральный свет прекрасно осветит Вашу ванную комнату, подойдет и для акцентной подсветки рабочей зоны кухни. Холодный белый свет незаменим в освещении изделий из хромированного металла, подсветке витрин. В каждом конкретном случае выбор остается за пользователем, главное – это комфорт и удобство. Также стоит отметить несколько важных деталей при выборе цвета светодиодной лампы. «Теплые» лампы всегда обладают меньшим световым потоком при равной мощности. Это связано с тем, что чем «теплее» свет, тем больше люминофора необходимо нанести на линзу светодиода. Кроме того, по мере эксплуатации цвет светодиодных ламп становится «холоднее», т.к. люминофор испаряется со временем. Также случается, что цветовая температура ламп одного производителя из разных партий немного отличается. В данной статье мы не будем углубляться в причины, которые лежат в технологической плоскости, лишь обратим внимание на то, что рекомендуется приобретать лампы из одной партии для освещения каждого помещения.

— CRI (Color Rendering Index) — индекс цветопередачи. Еще один важный параметр. Он показывает, насколько сильно искажается естественный цвет предмета при его освещении искусственным источником света. Измеряется в диапазоне от 0 до 100, где 100 – соответствует освещению солнечным светом. На данный момент наивысшим индексом цветопередачи обладают галогенные лампы (до 95).Большинство современных светодиодных ламп имеют CRI в районе 80-90. Это хороший показатель, при котором предметы практически не меняют своего цвета. Заметим, что 5 пунктов разницы человеческий глаз уловить не в состоянии. Кроме того, обращаем внимание на то, что «теплые» лампы обладают лучшим CRI по сравнению с «холодными» при равной мощности.

— Угол светового пучка. Все ранее используемые искусственные источники светили на 360 градусов. Это полностью подходило для люстр или бра. С другой стороны, если требовалось создать узкий направленный пучок света, то приходилось прибегать к специальным ухищрениям в виде системы отражателей. Все это приводило к частичной потере светового потока, и, соответственно, уменьшению КПД. Светодиод по своей природе выдает узконаправленный свет, поэтому он особенно хорош в различных точечных светильниках. Напротив, при необходимости равномерного освещения требуется искать различные конструктивные решения. Сейчас на рынке предлагается широкий ассортимент светодиодных ламп как с узким световым пучком (15-35 градусов), так и равномерно освещающих пространство вокруг (от 180 до 360 градусов). Последнее время в продаже появились светодиодные лампы filament полностью идентичные по внешнему виду лампе накаливания. Эти лампы светят равномерно на 360 градусов.

— Степень защиты (IP-rating). Этот параметр показывает насколько изделие хорошо защищено от воздействия пыли и влаги. Он состоит из двух цифр, первая указывает на защиту от пыли и грязи, вторая – от попадания воды, причем, чем выше число, тем лучше защита. Стоит обратить на этот показатель особое внимание в случае, если Вы собираетесь использовать лампу, например, в производственных цехах или на улице. Тогда IP – rating должен составлять от 65 и выше. Стандартная светодиодная лампа предназначена для работы в домашних условиях, и этот показатель не является важным при ее выборе.

В заключении обратим внимание на некоторые другие аспекты.

— Производитель. Более 90% продаваемых в России ламп производятся в Китае. Это не удивительно – ведь Китай сейчас является мировым лидером в этом направлении. Большинство отечественных брендов представляют собой так называемый ODM. Этот маркетинговый ход состоит в том, что китайская сторона по заказу наших компаний наносит на свою продукцию их логотип. Сложно судить, оказывает ли этот шаг какое-либо влияние на качество поставляемой продукции.

В производстве светодиодных ламп используются светодиоды различных типов, моделей и производителей. Лампу, начиненную какими чипами выбрать – это тема для отдельного исследования. Отметим только, что единого мнения нет и у экспертов в этой области.

— Чрезвычайно важен не только качественный светодиод, но и источник питания (драйвер). Простому покупателю нелегко разобраться в этом вопросе. Заметим, что если в лампе используется хороший драйвер, то лампа не должна пульсировать при подключении к сети переменного тока, т.е. 50 Гц не будет попадать на светодиод. Это легко определить подручными средствами , например, при помощи камеры сотового телефона — при наведении не будет заметно мерцания. Качественный драйвер должен выдавать на выходе постоянный ток строго ограниченный по величине силы тока.

— Радиатор. В светодиодной лампе обязательно должен осуществляться грамотный теплоотвод. В противном случае происходит быстрая деградация светодиодов, что в свою очередь уменьшает время службы. Чем мощнее лампа, тем это важнее. По европейским стандартам температура корпуса светодиодной лампы не должна превышать 70 градусов. Проверить это можно просто приложив руку через 15-20 мин. после начала ее работы.

Хочется успокоить читателей, все не так сложно, как кажется на первый взгляд. Если возникли какие-то вопросы, наши специалисты всегда рады Вам помочь и проконсультировать в режиме онлайн или по телефону.

Светоизлучающий диод

: основы, типы и характеристики

Светодиод или светоизлучающий диод — это полупроводниковое устройство, излучающее свет за счет эффекта электролюминесценции. Светодиод в основном представляет собой PN-диод, который излучает свет при прямом смещении.

Светодиоды есть почти везде. Вы можете найти светодиоды в автомобилях, велосипедах, уличных фонарях, домашнем освещении, офисном освещении, мобильных телефонах, телевизорах и многом другом.

Причина столь широкого внедрения светодиодов в их преимуществах перед традиционными лампами накаливания и современными компактными люминесцентными лампами (КЛЛ).Ниже приведены некоторые преимущества светодиодов перед источниками света накаливания и КЛЛ:

  • Низкое энергопотребление
  • Малый размер
  • Быстрое переключение
  • Физически прочный
  • Длительный

Благодаря этим преимуществам светодиоды стали довольно популярными среди большого количества людей. Инженеры-электронщики, любители электроники и энтузиасты электроники часто работают со светодиодами для различных проектов.

Следовательно, статья о светоизлучающих диодах, посвященная различным темам, таким как основы светодиодов, типы светодиодов и характеристики светодиода, принесет пользу всем.Итак, давайте начнем с основ светодиодов.

Основы светодиодов (светоизлучающих диодов)

Как упоминалось во введении, светодиод — это полупроводниковый источник света. Он состоит из диода с PN-переходом, и когда на светодиод подается напряжение, электроны и дырки рекомбинируют в PN-переходе и выделяют энергию в виде света (фотонов).

Свет, излучаемый светодиодом, обычно монохроматический, то есть одноцветный, и цвет зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника.

Светоизлучающие диоды

могут быть изготовлены для излучения всех длин волн видимого спектра, то есть от красного (620–750 нм) до сине-фиолетового (380–490 нм).

Электрический символ светодиода аналогичен символу PN-переходного диода. На следующем изображении показан красный светодиод вместе с символами PN-диода и светодиода.

Характеристики светодиода (светоизлучающего диода)

Перед тем, как подключить светодиод и начать его использовать, есть несколько характеристик светодиода, которые стоит знать (на самом деле, они очень важны).Если вы обратитесь к любому из технических паспортов, предоставленных производителем, вы можете найти спецификации партии, соответствующие электрическим характеристикам, абсолютным максимальным номинальным значениям, физическим размерам и т. Д.

Не буду утомлять вас всеми характеристиками, а только тремя важными. Это полярность, прямое напряжение и прямой ток.

Полярность светодиода

Полярность — это показатель симметричности электронного компонента. Светоизлучающий диод, подобный диоду с PN переходом, не является симметричным i.е. он позволяет току течь только в одном направлении.

В светодиодах положительный вывод называется анодом, а отрицательный вывод называется катодом. Для правильной работы светодиода анод светодиода должен иметь более высокий потенциал, чем катод, поскольку ток в светодиодах течет от анода к катоду.

Что произойдет, если мы подключим светодиод в обратном направлении? Что ж, ничего не происходит, так как светодиод не проводит. Вы можете легко идентифицировать анодный вывод светодиода, поскольку они обычно имеют более длинные выводы.

Прямой ток светодиода
Светодиоды

— очень чувствительные устройства, и величина тока, протекающего через светодиод, очень важна. Кроме того, яркость светодиода зависит от силы тока, потребляемого светодиодом.

Каждый светодиод рассчитан на максимальный прямой ток, который может безопасно проходить через него, не перегорая светодиод. да. Если допустить ток, превышающий номинальный, светодиод фактически сгорит.

Например, наиболее часто используемые светодиоды 5 мм имеют номинальный ток от 20 мА до 30 мА, а светодиоды 8 мм имеют номинальный ток 150 мА (точные значения см. В таблице данных).

Как регулировать ток, протекающий через светодиод? Чтобы контролировать ток, протекающий через светодиод, мы используем резисторы, ограничивающие ток.

Дополнительная информация о светодиодах и токоограничивающих резисторах SIMPLE LED CIRCUITS.

прямое напряжение светодиода
Светоизлучающие диоды

также рассчитаны на прямое напряжение, то есть количество напряжения, необходимое для того, чтобы светодиод проводил электричество. Например, все светодиоды диаметром 5 мм имеют номинальный ток 20 мА, но прямое напряжение меняется от одного светодиода к другому.

Красные светодиоды имеют максимальное номинальное напряжение 2,2 В, синие светодиоды — максимальное номинальное напряжение 3,4 В, а белые светодиоды — максимальное номинальное напряжение 3,6 В.

Простая светодиодная схема

На следующем изображении показана схема простой светодиодной схемы, состоящей из 5-миллиметрового белого светодиода с источником питания 5 В.

Поскольку это белый светодиод, номинальные значения тока и напряжения следующие: типичный прямой ток составляет 20 мА, а типичное прямое напряжение — 2 В.

Итак, чтобы регулировать ток и напряжение, мы использовали резистор 180 Ом, рассчитанный на Вт рассеиваемой мощности.

Типы светодиодов

Светодиоды сквозные

Они доступны в различных формах и размерах, наиболее распространенными из которых являются светодиоды 3 мм, 5 мм и 8 мм. Эти светодиоды доступны в разных цветах, таких как красный, синий, желтый, зеленый, белый и т. Д.

Светодиоды SMD (светоизлучающие диоды для поверхностного монтажа)
Светодиоды

для поверхностного монтажа или SMD — это специальные корпуса, которые можно легко установить на печатной плате. Светодиоды SMD обычно различаются по физическим размерам.Например, самые распространенные светодиоды SMD — это 3528 и 5050.

Двухцветные светодиоды

Следующим типом светодиодов являются двухцветные светодиоды, как следует из названия, могут излучать два цвета. Двухцветные светодиоды имеют три вывода, обычно два анода и общий катод. Цвет будет активирован в зависимости от конфигурации проводов.

RGB светодиод (красный — синий — зеленый светодиод)
Светодиоды

RGB — самые любимые и самые популярные светодиоды среди любителей и дизайнеров.Даже компьютерные сборки очень популярны для использования светодиодов RGB в корпусах компьютеров, материнских платах, оперативной памяти и т. Д.

Светодиод

RGB содержит 3 светодиода на одном кристалле, и с помощью технологии, называемой ШИМ (широтно-импульсная модуляция), мы можем управлять выходной мощностью светодиода RGB для получения широкого диапазона цветов.

Светодиоды высокой мощности

Светодиод с номинальной мощностью более или равной 1 Вт называется светодиодом высокой мощности. Это связано с тем, что обычные светодиоды имеют рассеиваемую мощность в несколько милливатт.

Мощные светодиоды очень яркие и часто используются в фонариках, автомобильных фарах, прожекторах и т. Д.

Поскольку рассеиваемая мощность мощных светодиодов высока, требуется надлежащее охлаждение и использование радиаторов. Кроме того, потребляемая мощность для этих светодиодов обычно очень высока.

В этой статье мы рассмотрели основы светодиодов и несколько важных характеристик светодиодов. В следующем уроке мы увидим, как работает светодиод и как устроен светодиод.

Что такое светодиод? — Конструкция, работа, характеристики и применение

LED (светоизлучающий диод) — это оптоэлектронное устройство , которое работает по принципу электросвета. Электро-яркость — это свойство материала преобразовывать электрическую энергию в световую энергию, а затем он излучает эту световую энергию. Таким же образом полупроводник в светодиодах излучает свет под действием электрического поля.

Символ светодиода образован объединением символа диода PN Junction и стрелок, направленных наружу.Эти направленные наружу стрелки символизируют свет, излучаемый светодиодом.

Теперь возникает вопрос, как полупроводниковый материал в светодиодах излучает свет? Ответ на этот вопрос заключается в устройстве и работе светодиода. Символ светодиода описан на схеме ниже, такой же символ используется в электронных схемах.

Конструкция светодиода

Полупроводниковый материал, используемый в светодиодах, — это арсенид галлия (GaAs) , галлий фосфид (GaP) или фосфид арсенида галлия (GaAsP). Для изготовления светодиода можно использовать любой из вышеупомянутых составов, но цвет излучаемого света меняется с изменением материала. Ниже приведены некоторые из материалов и соответствующие им цвета света, который они излучают. В дополнение к этому, ниже также приведены диапазоны типичного прямого напряжения.

Материалы конструкции Цвет Прямое напряжение (в вольтах)
GaP Зеленый / Красный 2.2
GaAsP Желтый 2,2
GaAsP Красный 1,8
GaN Белый 4,1
GaN Синий 5,0
AllnGaP Янтарный 2,1
AllnGaP Желтый 2,1

Внутренняя архитектура светодиода

Полупроводниковый слой P-типа расположен над N-типа , потому что рекомбинация носителей заряда происходит по p-типу.Кроме того, это поверхность устройства, поэтому излучаемый свет хорошо виден на поверхности. Если P-тип будет расположен ниже, свет будет излучаться с поверхности P-типа, но мы не сможем его увидеть. Это причина того, что P-тип размещен выше.

Слой P-типа образован диффузией полупроводникового материала. С другой стороны, в области N-типа эпитаксиальный слой выращивается на подложке N-типа. Металлическая пленка используется на слое P-типа, чтобы обеспечить соединение анода с диодом.Точно так же слой золотой пленки покрыт слоем N-типа, чтобы обеспечить катодное соединение.

Значение слоя золотой пленки

Слой золотой пленки на N-типе также обеспечивает отражение от нижней поверхности диода. Если какая-либо значительная часть излучаемого света имеет тенденцию попадать на нижнюю поверхность, то он будет отражаться от нижней поверхности к верхней поверхности устройства. Это увеличивает эффективность светодиода.

Работа светодиода

Электроны являются основными носителями в N-типе, а дырки являются основными носителями в P-типе.Электроны N-типа находятся в зоне проводимости, а дырки P-типа находятся в валентной зоне. Энергетический уровень зоны проводимости выше, чем энергетический уровень валентной зоны. Таким образом, если электроны стремятся рекомбинировать с дырками, они должны потерять некоторую часть энергии, чтобы попасть в более низкую энергетическую зону.

Электроны могут терять свою энергию в виде тепла или света. Электроны в кремнии и германии теряют свою энергию в виде тепла. Таким образом, они не используются для светодиодов, поскольку нам нужен полупроводник, в котором электроны теряют свою энергию в виде света.

Излучение фотонов

Таким образом, полупроводниковые соединения, такие как фосфид галлия (Gap), арсенид галлия (GaAs), фосфид арсенида галлия (GaAsP) и т. Д., Излучают свет при рекомбинации электронов и дырок. Электроны в этих соединениях теряют свою энергию из-за испускания фотонов.

Если полупроводниковый материал полупрозрачный, , свет будет излучаться из соединения, поскольку соединение действует как источник света. Светодиод работает только в режиме с прямым смещением .Если он будет работать с обратным смещением, он будет поврежден, так как не может выдерживать обратное напряжение.

Вольт-амперные характеристики светодиодов

Кривая характеристик светодиода показывает, что прямого смещения 1 В достаточно для экспоненциального увеличения тока.

Кривая выходной характеристики показывает, что мощность излучения светодиода прямо пропорциональна прямому току светодиода.

Преимущества светодиода

  1. Диапазон температур : Может работать в широком диапазоне температур от 0 0 C -70 0 C
  2. Время переключения: Время переключения светодиодов составляет 1 нс.Таким образом, они полезны в динамических операциях, где используется большое количество массивов.
  3. Низкое энергопотребление: Они потребляют меньше энергии, и их можно использовать даже при низком уровне подаваемого постоянного тока.
  4. Better Controlling: Мощность излучения светодиодов зависит от протекающего в них тока. Таким образом, интенсивность света светодиода можно легко контролировать.
  5. Экономично и надежно: светодиоды дешевы и обладают высокой степенью надежности.
  6. Небольшой размер и портативность: Они имеют небольшой размер и могут складываться вместе для формирования буквенно-цифровых дисплеев.
  7. Более высокий КПД: КПД светодиодов для преобразования энергии в световую энергию в 10-50 раз выше, чем у вольфрамовой лампы. Время отклика светодиода составляет 0,1 мкс, в то время как в случае вольфрамовой лампы оно составляет десятки или сотни миллисекунд.

Недостатки светодиода

  1. Перенапряжение или перегрузка по току: Светодиоды могут быть повреждены, когда ток превышает определенный предел.
  2. Перегрев из-за мощности излучения: Он перегревается из-за чрезмерного увеличения мощности излучения. Это может привести к повреждению светодиода.

Применение светодиодов

  1. Индикатор в цепи переменного тока: Может использоваться как индикатор в цепи переменного тока, но внутреннее сопротивление светодиода довольно мало. Таким образом, резистор последовательно соединен со светодиодом, так что ток перегрузки может протекать через резистор и может защитить светодиод от повреждения.

  1. Индикатор панели дисплея: светодиодов используются для отображения информации, обрабатываемой электронными схемами. Формат отображения светодиода показан на диаграмме ниже.

  1. Цифровые часы, калькуляторы и мультиметры: Светодиоды, излучающие видимый свет, используются в цифровых часах и калькуляторах для индикации.
  2. Системы дистанционного управления и охранной сигнализации: В таких приложениях используются светодиоды, излучающие невидимый инфракрасный свет, такие как светодиоды на основе GaAs.

Это преимущества, недостатки и области применения светодиода. Светодиод — важное оптоэлектронное устройство. Он также используется в волоконно-оптических системах связи.

Интернет-кампус ZEISS Microscopy | Светодиоды

Введение

Среди наиболее перспективных технологий освещения в оптической микроскопии — светоизлучающие диоды ( LED ). Эти универсальные полупроводниковые устройства обладают всеми желательными характеристиками, которых нет у ламп накаливания (галоген вольфрамовые) и дуговых ламп, и теперь они достаточно эффективны, чтобы питаться от низковольтных батарей или относительно недорогих переключаемых источников питания.Разнообразный спектральный выход, обеспечиваемый светодиодами, позволяет выбрать отдельный диодный источник света для обеспечения оптимального диапазона длин волн возбуждения для флуорофоров в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях. Кроме того, более новые мощные светодиоды генерируют достаточную интенсивность, чтобы обеспечить полезный источник освещения для широкого спектра применений в флуоресцентной микроскопии (см. Таблицу 1), включая исследование фиксированных клеток и тканей, а также визуализацию живых клеток в сочетании с Frster. методы резонансной передачи энергии ( FRET ) и измерения срока службы ( FLIM ).Полная ширина на половине высоты ( FWHM ; полоса пропускания) типичного квазимонохроматического светодиода варьируется от 20 до 70 нанометров (см. Рисунок 1), что по размеру аналогично ширине полосы возбуждения многих синтетических флуорофоров и флуоресцентных белков. Как показано в таблице 1, светодиоды с выходными длинами волн в диапазоне 400-465 нанометров демонстрируют уровни мощности, превышающие 20 милливатт / см 2 , тогда как большинство светодиодов с более длинными длинами волн (от зеленого до красного) имеют выходную мощность менее 10 милливатт / см 2 .Широкий спектральный профиль нескольких светодиодов в диапазоне от 535 до 585 нанометров обусловлен тем фактом, что эти диоды содержат вторичный люминофор, который возбуждается фиолетовым или ультрафиолетовым первичным светодиодом, что снижает выходную мощность и расширяет спектральный профиль. Таким образом, область возбуждения от зеленого до желто-оранжевого, одна из наиболее полезных для обычных флуорофоров, таких как TRITC, MitoTrackers и оранжевых или красных флуоресцентных белков, остается обратной стороной для тех приложений (таких как FRAP и фотоактивация), которые требуют высоких уровней света. .

По сравнению с лазерным светом, более широкая полоса пропускания, обеспечиваемая светодиодами, более полезна для возбуждения различных флуоресцентных датчиков, и по сравнению с чрезмерным теплом и непрерывным спектром, излучаемым дуговыми лампами, светодиоды холоднее, меньше по размеру и представляют собой гораздо более удобный механизм. для циклического включения и выключения источника, а также для быстрого выбора определенных длин волн. Коммерческие светодиодные осветительные устройства, предназначенные для флуоресцентной микроскопии, были представлены несколькими производителями, и, несмотря на более низкую интенсивность излучения по сравнению с яркими спектральными линиями ртутных и металлогалогенных дуговых ламп, текущие тенденции в развитии светодиодов указывают на ожидание значительного увеличения яркости. во всех диапазонах длин волн в ближайшие несколько лет.Кроме того, последние достижения в светодиодной технологии, направленные на производство кристаллов кристаллов, геометрия которых снижает потери света из-за внутреннего отражения, должны помочь в создании устройств, которые можно использовать практически во всех приложениях флуоресцентной микроскопии. На рисунке 1 показаны спектральные профили излучения светодиодов для нескольких имеющихся в продаже диодов. Спектры регистрировались в фокальной плоскости объектива микроскопа с помощью широкополосного зеркала, расположенного в оптическом блоке флуоресценции.Уровни мощности для этих светодиодов указаны в таблице 1 с использованием комплектов зеркальных и обычных флуоресцентных фильтров.

В отличие от дуговых ламп, которые демонстрируют высокую степень собственного излучения или яркости, светодиодная технология постепенно эволюционировала от элементарных устройств, которые в конце 1960-х годов были способны обеспечивать только тысячную часть люмена красного света. Однако за последние четыре десятилетия светодиоды развивались темпами, опережающими микропроцессоры. Подобно предсказанию Гордона Э.Мур, что количество транзисторов в компьютерном чипе будет удваиваться каждые два года, ученый Agilent Technologies Роланд Хейтц предсказал, что яркость светодиодов будет увеличиваться в 20 раз каждые 10 лет. Фактически, то, что сейчас называется , Закон Хейтца оказался надежным, потому что светодиоды исторически удваивали яркость каждые два года и, как ожидается, продолжат этот резкий рост производительности. По мере увеличения их яркости и диапазона доступных цветов светодиоды находят применение во множестве новых приложений, включая роль энергоэффективной и долговечной замены ламп накаливания для домашнего и промышленного освещения.Кроме того, высокоэффективные светодиоды в настоящее время используются во множестве других промышленных, медицинских и военных приложений. Среди множества примеров — навигация, робототехника, машинное зрение, эндоскопия и диагностическое оборудование. В будущем должен возрасти спрос на источники света высокой яркости на основе светодиодных устройств в областях экономики, которые имеют значительно большую рыночную силу, чем оптическая микроскопия. Этот спрос, без сомнения, станет движущей силой для разработки мощных светодиодов, излучающих во всех спектральных областях, таким образом, улучшая все способы освещения в оптической микроскопии.

Многие из первоначальных попыток использовать светодиоды в качестве источников света для микроскопии потерпели неудачу отчасти из-за низкой мощности излучения ранних устройств. В целом, ранее запатентованные конструкции освещения микроскопов основывались на большом количестве светодиодов, сгруппированных для создания однородной картины освещения. Такой подход позволил получить относительно высокий уровень лучистого потока, но не смог решить проблему низкой яркости, которая возникает из-за такого большого распределенного источника света (в отличие от характеристик точечного источника дуговой разрядной лампы).Доступные в настоящее время высокоэффективные светодиоды достаточно ярки, чтобы по отдельности функционировать как высокоэффективный источник монохроматического света с низкой пространственной когерентностью для наблюдений при флуоресцентном эпи-освещении или полихроматическом свете в проходящей микроскопии. Хотя их усредненная спектральная освещенность все еще ниже, чем у спектральных пиков мощной дугово-разрядной лампы HBO (ртуть) 100 Вт, она приближается к континууму дуговых ламп XBO (ксенон) 75 Вт во многих видимых областях. части спектра.

Светодиоды

значительно более эффективны, чем дуговые разрядные лампы, при преобразовании электричества в видимый свет, часто достигая выходной мощности до 100 люмен на ватт по сравнению с 22 люменами на ватт для 100-ваттного источника HBO. Эти полупроводниковые устройства прочны и компактны, и часто могут работать до 100 000 часов, что примерно в 500 раз дольше, чем ртутная лампа HBO. Некоторые зеленые светодиоды имеют КПД преобразования до 75 процентов, хотя устройства в этом диапазоне длин волн по-прежнему страдают от пониженной выходной мощности.Напротив, фиолетовые и синие светодиоды, имеющие светоотдачу 250 и 150 милливатт, соответственно, сейчас коммерчески доступны, а аналогичные мощности для других длин волн должны появиться в ближайшем будущем. Выходную мощность светодиодов можно модулировать на высоких частотах (до 5 килогерц), а их выходную яркость можно регулировать, контролируя доступный ток. Эти преимущества устраняют необходимость в механических заслонках, а также в фильтрах нейтральной плотности для управления освещением образца в микроскопии.Хотя светодиоды имеют относительно узкие спектральные профили излучения, в большинстве случаев их все же необходимо использовать с интерференционными тонкопленочными фильтрами возбуждения для удаления остаточных длин волн на крайних участках (на спектральных хвостах).

Оптическая мощность светодиодов

Флуорофор
Возбуждение
Категория
Светодиод
Обозначение
Светодиод FWHM
Полоса пропускания
(нм)
Мощность
мВт / см 2
(LLG) a
Мощность
мВт / см 2
(Зеркало) b
Флуоресценция
Набор фильтров
Возбуждение
Ширина полосы
(нм)
Мощность
мВт / см 2
(Комплект фильтров) b
Ультрафиолет (DAPI, BFP) 400 393-408 748 23.3 DAPI c 365/10 0,09
Голубой (ECFP) 445 433-453 819 24,2 ECFP 114 d 440/20 9,0
Синий (EGFP, Cy2, AF488) 465 449-473 777 21.8 ET-GFP c 470/40 17,5
Сине-зеленый (EYFP) 505 491-520 308 6,4 ET-YFP c 500/20 2,8
Зеленый (AF532) 525 503-539 273 6.6 TRITC HQ c 545/30 1,5
Зеленый (TRITC, Cy3, AF546) 535 503-573 383 9,5 TRITC HQ c 545/30 2,6
Зелено-желтый (TRITC, Cy3) 565 515-594 333 7.3 TRITC HQ c 545/30 1,9
Зелено-желтый (TRITC, Cy3) 565 515-594 333 7,3 TR HQ c 560/55 3,2
Желтый (TR, MitoTracker) 585 547-613 348 5.9 TR HQ c 560/55 2,8
Апельсин (TR, mCherry) 595 587-604 112 2,7 TR HQ c 560/55 0,51
Красный (Cy5, AF635) 635 620-637 370 4.6 Cy5 XF110 d 630/50 3,5

Таблица 1

В таблице 1 представлены значения выходной оптической мощности и спектральная ширина полосы на полувысоте для нескольких светодиодов, излучающих в ближнем ультрафиолетовом и видимом диапазонах, которые в настоящее время используются в флуоресцентной микроскопии.Мощность каждого светодиода указана в милливатт / см. 2 и измерена на выходе из жидкостного световода (столбец LLG в таблице 1), а также в фокальной плоскости объектива микроскопа (40x флюорит сухой, числовой апертура = 0,85) с помощью радиометра на основе фотодиода. Для проецирования света через объектив и в датчик радиометра использовалось либо зеркало с коэффициентом отражения более 95% от 350 до 800 нанометров, либо стандартный набор флуоресцентных фильтров (значения указаны в столбцах, обозначенных Mirror и Filter Set , соответственно, в таблице 1).Потери пропускания света в системе освещения микроскопа могут варьироваться от 95 до 99 процентов входной мощности, в зависимости от количества фильтров, зеркал, призм и линз в оптической системе. Для типичного инвертированного микроскопа исследовательского уровня, подключенного к внешнему светодиодному источнику освещения, менее 3 процентов света, выходящего из жидкого световода, доступно для возбуждения флуорофоров, расположенных в фокальной плоскости объектива. Аналогичная степень потери света происходит с внешними металлогалогенными источниками света, подключенными к микроскопу через жидкостный световод, а также с традиционными ксеноновыми и ртутными дуговыми газоразрядными лампами, прикрепленными непосредственно к осветителю через лампу.

В коммерческих светодиодных лампах можно легко заменить отдельные диодные модули, чтобы получить ширину полосы возбуждения, подходящую для различных флуорофоров, используемых в каждом эксперименте. Интенсивность каждого светодиодного модуля также может быть независимо отрегулирована с точными электрическими шагами (в процентах от максимальной мощности), так что периоды возбуждения освещения могут быть сбалансированы с чувствительностью детектора, чтобы избежать фототоксичности образца. Еще одним преимуществом светодиодов является их способность мгновенно загораться с полной интенсивностью при подаче электрического тока.В отличие от ламп дугового разряда и ламп накаливания, светодиоды можно многократно модулировать, а также включать и выключать, не оказывая отрицательного воздействия на срок их службы. Кроме того, без механических частей полностью электронная диодная система освещения лишена проблемных вибраций, вызываемых движением заслонки и нейтральной плотности фильтра.

Уникальным аспектом светодиодного освещения является выдающаяся пространственная и временная стабильность (по сравнению с традиционными источниками освещения), которая позволяет использовать высокоточные методы количественного анализа в течение продолжительных периодов времени.Светодиоды регулируются полностью обратимым фотоэлектрическим эффектом во время работы. В результате светодиоды имеют самые низкие рабочие температуры среди всех источников света в оптической микроскопии и являются одними из самых стабильных во временном и пространственном отношении, а также в распределении длин волн. Кроме того, при условии, что светодиоды работают при правильном напряжении и токе, они имеют значительно более длительный срок службы, чем любой из других доступных в настоящее время источников света (см. Рисунок 2). Срок службы ртутных и ксеноновых дуговых ламп составляет от 200 до 400 часов (соответственно), тогда как срок службы металлогалогенных источников составляет 2000 часов и более.Срок службы вольфрамово-галогенных ламп накаливания составляет от 500 до 2000 часов, в зависимости от рабочего напряжения. Напротив, многие светодиодные источники демонстрируют срок службы более 10 000 часов без значительной потери интенсивности, а некоторые производители гарантируют срок службы 100 000 часов до того, как интенсивность источника упадет до 70 процентов от начального значения.

Все лампы, излучающие значительный уровень тепла, включая светодиоды, также демонстрируют зависимость мощности излучения от температуры источника.Для ламп накаливания и дуговых ламп требуется период до одного часа, пока источник освещения не станет достаточно стабильным, чтобы обеспечить воспроизводимые измерения или собрать покадровые видеопоследовательности без значительных временных изменений интенсивности. Этот длительный период ожидания не требуется для светодиодов, которые могут реагировать очень быстро (в течение нескольких микросекунд). Однако версии с максимальной мощностью также могут выделять значительное количество тепла (примерно от 60 до 70 процентов своей выходной мощности) во время прогрева и, из-за их высокой скорости, подвержены высокочастотной нестабильности в источнике питания.При работе светодиодов изменение тока может вызвать сдвиг пика излучения, который по величине аналогичен тому, который наблюдается в линиях дуговых ламп. Этот эффект часто возникает, если кристалл светодиода не является идеально однородным, а величина сдвига часто зависит от типа и качества полупроводникового кристалла, используемого при изготовлении устройства. Стабильность длины волны может быть обеспечена при использовании светодиодов путем калибровки спектрального выхода с рабочим током до начала экспериментов.

Кремниевые диоды

излучают свет в ближней инфракрасной области ( IR ), но диоды, изготовленные из других полупроводников, могут излучать в видимой и ближней ультрафиолетовой ( UV ) области спектра.Типичный светодиодный источник состоит из полупроводникового кристалла размером примерно от 0,3 x 0,3 миллиметра до 1-2 квадратных миллиметров. Наиболее распространенные кристаллы, используемые при производстве светодиодов, основаны на смесях элементов периодической таблицы Группы III и Группы V , таких как GaN (нитрид галлия), SiC (карбид кремния), ZnSe ( селенид цинка) и GaAlAsP (смесь галлия, алюминия, мышьяка и фосфора).Каждый из этих кристаллов излучает в своем диапазоне волн (см. Рисунок 1 и таблицу 2). Тщательный контроль относительных пропорций полупроводников, а также добавление легирующих добавок для изменения электронных свойств кристаллической решетки позволяет производителям и исследователям производить диоды, излучающие красный, оранжевый, желтый или зеленый свет. Спектральная полоса этих излучений обычно составляет от 12 до 40 нанометров без значительных внеполосных компонентов в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне длин волн (спектральные области, вредные для визуализации живых клеток).Применение карбида кремния и нитрида галлия в светодиодах привело к появлению устройств, которые излучают в синей области (полезно для возбуждения голубых, зеленых и желтых вариантов флуоресцентных белков), в то время как сочетание нескольких цветов в разных пропорциях может генерировать различные цветовые температуры белого свет для применений в проходящей микроскопии.

В типичной конфигурации для освещения оптической микроскопии одна или несколько матриц встроены в большую светодиодную структуру для защиты и более эффективного сбора света, а также для упрощения электрического подключения и термической обработки.Одним из основных преимуществ светодиодной технологии является то, что небольшие отдельные блоки могут быть объединены для создания источника света, форма которого лучше всего подходит для конкретного применения. Возможная геометрия источника ограничена только тепловыделением и допустимой плотностью корпуса устройства для поверхностного монтажа ( SMD ), используемой для интеграции ряда матриц на печатную плату. Таким образом могут быть изготовлены очень плотные, яркие, специально разработанные источники света, соответствующие входным параметрам сбора целевой оптической системы.В микроскопии несколько светодиодов могут быть упакованы в компактный и эффективный внутренний или внешний источник света, который излучает большой поток квазимонохроматических фотонов с небольшой площади, чтобы полностью заполнить апертуру объектива (или конденсора).

Основные свойства светодиодов

Основные характеристики светодиодов отличаются от характеристик других источников освещения, обычно используемых в оптической микроскопии. Таким образом, светодиоды составляют уникальную категорию некогерентных источников света, которые способны производить непрерывное и эффективное освещение от простого двухэлементного полупроводникового диода (называемого чипом или кристаллом ), заключенным в прозрачный эпоксидный корпус, который: во многих случаях также выполняет двойную функцию проекционного объектива.Общая концепция работы со светодиодами чрезвычайно проста. В одной из двух полупроводниковых областей в микросхеме преобладают отрицательные заряды (область n ), а в другой преобладают положительные заряды (область p ). Когда на электрические выводы подается достаточное напряжение, создается ток, когда электроны переходят через соединение между двумя полупроводниками из области n в область p , где отрицательно заряженные электроны объединяются с положительными зарядами.Промежуточная область или соединение между двумя полупроводниками известна как область истощения (см. Рисунок 3). Каждая рекомбинация зарядов, которая происходит в области обеднения, связана с уменьшением уровня энергии (равного заряду, умноженному на ширину запрещенной зоны, В (г) , полупроводника), что может высвободить квант электромагнитного излучения в форма фотона, имеющего энергию (и длину волны), равную энергии запрещенной зоны. Ширина полосы пропускания излучаемых фотонов является характеристикой полупроводникового материала (см. Таблицу 2), поэтому можно легко получить разные цвета, внося изменения в полупроводниковый состав кристалла.

Вариации цвета светодиода

Название цвета Длина волны
(нанометров)
Полупроводник
Состав
Ультрафиолет 395 InGaN / SiC
Сине-фиолетовый 430 GaN / SiC
Супер синий 470 GaN / SiC
Зеленый 520 InGaN / Сапфир
Чистый зеленый 555 GaP / GaP
Зелено-желтый 567 GaP / GaP
Желтый 585 GaAsP / GaP
Оранжевый 605 GaAsP / GaP
Супер оранжевый 612 АЛГАИНП
Супер красный 633 АЛГАИНП
Ультра красный 660 GaAlAs / GaAs
Ближний инфракрасный диапазон 700 GaP / GaP
Инфракрасный 880 GaAlAs / GaAs
Бледно-белый 6500 К InGaN / SiC
Таблица 2

Как полупроводниковые материалы светодиоды обладают свойствами, общими с элементами кремниевой категории периодической таблицы, и демонстрируют переменные характеристики электропроводности.Типичные полупроводники демонстрируют значения электрического сопротивления, которые являются промежуточными между сопротивлениями проводников и изоляторов, и их поведение моделируется в терминах электронной зонной теории для твердых тел. В кристаллическом твердом теле электроны занимают большое количество энергетических уровней, которые сгруппированы в почти непрерывные энергетические зоны, ширина и расстояние между которыми значительно различаются в зависимости от конкретных свойств материала. На более высоких уровнях энергии две различные полосы, называемые полосами валентности и проводимости , используются для определения ширины запрещенной зоны для конкретного материала.Электроны валентной зоны, которые образуют фиксированные локализованные связи между атомами в твердом теле, имеют более низкую энергию, чем электроны высокомобильной зоны проводимости. Проводники имеют перекрывающиеся валентные зоны и зоны проводимости, которые обеспечивают переход валентных электронов в зону проводимости с образованием дырок, (вакансий с суммарным положительным зарядом) в валентной зоне. Электроны от соседних атомов могут легко мигрировать через решетку в дырки, создавая движение вакансий в противоположном направлении.Напротив, изоляторы имеют полностью занятые валентные зоны и гораздо большую ширину запрещенной зоны, что требует значительных затрат энергии для перемещения валентных электронов в зону проводимости.

Ширина запрещенной зоны в полупроводниках небольшая, но конечная, и при комнатной температуре достаточно простого теплового возбуждения, чтобы переместить часть электронов в зону проводимости. Большинство электронных устройств, содержащих полупроводники (такие как диоды и транзисторы), спроектированы таким образом, что требуется приложение напряжения для создания изменений в распределении электронов между валентной зоной и зоной проводимости, необходимых для протекания тока.Между разными полупроводниками существует большая разница в потенциале запрещенной зоны, хотя расположение зон во всех этих материалах схоже. Кремний, который является простейшим внутренним полупроводником, не имеет соответствующей структуры запрещенной зоны, которая могла бы быть полезной сама по себе в конструкции светодиода (но кремний все еще используется во многих других устройствах, включая интегральные схемы). Однако характеристики проводимости кремния могут быть улучшены путем легирования (рис. 3), которое вводит незначительные количества примесей для генерации дополнительных электронов или вакансий (дырок) в естественной кристаллической структуре.

Процесс легирования лучше всего описать, используя элемент кремний, член группы IV периодической таблицы. Кремний имеет четыре валентных электрона, которые участвуют в связывании с соседними атомами в чистом кристалле, не оставляя дефицита или избытка. Если небольшое количество элемента группы III (имеющего три валентных электрона) смешать с твердым кремнием, то теперь доступно недостаточное количество электронов, чтобы удовлетворить все требования к связыванию, создавая дыры в кристалле и создавая чистый положительный заряд для классификации. легированный кремний как полупроводник типа p .Бор является одним из элементов, которые обычно используются для легирования чистого кремния для достижения характеристик типа p . Напротив, добавление элемента группы V , такого как фосфор (имеющий пять валентных электронов), к чистому кремнию генерирует полупроводник типа n , который имеет чистый отрицательный заряд из-за дополнительных валентных электронов. Два наиболее распространенных полупроводниковых элемента, кремний и германий, обычно не подходят для создания светодиодов из-за значительного количества тепла, выделяемого на переходах, а также из-за низкого уровня излучения видимого и инфракрасного света.

Переходы излучающего фотоны диода p-n обычно основаны на смеси элементов группы III и группы V , таких как галлий, мышьяк, фосфор, индий и алюминий. Относительно недавнее добавление карбида кремния и нитрида галлия к этой палитре полупроводников привело к появлению диодов с синим светом, которые можно комбинировать с другими цветами или вторичными люминофорами для получения светодиодов, излучающих белый свет. Фундаментальным ключом к изменению свойств светодиодов является электронная природа перехода p-n между двумя разными полупроводниковыми материалами.При плавлении разнородных легированных полупроводников поток тока в переход и характеристики длины волны излучаемого света определяются электронным характером каждого материала. В общем, ток будет легко течь в одном направлении через переход, но не в другом, что составляет базовую конфигурацию диода. Этот тип поведения лучше всего понять с точки зрения перехода электронов и дырок в двух материалах и через переход. Электроны из полупроводника типа n перемещаются в положительно легированный полупроводник (тип p ), в котором есть свободные дырки, позволяя электронам «прыгать» от дырки к дырке.Результатом этой миграции является то, что дырки движутся в противоположном направлении или от положительно заряженного полупроводника к отрицательно заряженному полупроводнику. Электроны из области типа n и дырки из области типа p рекомбинируют в непосредственной близости от перехода с образованием обедненной области (рис. 3), в которой не остается носителей заряда. Таким образом, в области истощения устанавливается статический заряд, который препятствует протеканию тока, если не приложено внешнее напряжение.

Чтобы сконфигурировать диод, на противоположных концах полупроводникового устройства p-n помещают электроды для подачи напряжения, которое способно преодолеть влияние области истощения. Обычно область типа n подключается к отрицательному выводу, а область типа p подключается к положительному выводу (известная как , смещающая в прямом направлении переход), так что электроны будут течь из n — наберите материал в сторону типа p , и отверстия будут двигаться в противоположном направлении.В результате зона обеднения исчезает, и электрический заряд перемещается по диоду с электронами, направляемыми к переходу из материала типа n , тогда как дырки перемещаются к переходу из материала типа p . Комбинация дырок и электронов, текущих в переход, позволяет поддерживать постоянный ток через диод. Хотя контроль взаимодействия между электронами и дырками в переходе p-n является фундаментальным элементом конструкции всех полупроводниковых диодов, основной целью светодиодов является эффективное генерирование света.Производство видимого света из-за инжекции носителей заряда через переход pn имеет место только в полупроводниковых диодах с особым составом материалов, что привело к поиску новых комбинаций, обеспечивающих необходимую ширину запрещенной зоны между зоной проводимости и орбиталями валентная зона. Кроме того, продолжаются исследования по разработке светодиодных архитектур, которые минимизируют поглощение света диодными материалами и более надежны при концентрации излучения света в определенном направлении.

Светодиодная конструкция

Среди критических аспектов изготовления светодиодов — природа элементов, используемых для полупроводников типа n и p , а также их физическая геометрия, конструкция корпуса устройства и конфигурация пути выхода света. . Базовая структура типичного светодиода состоит из полупроводникового материала (кристалла или кристалла), рамы, на которой установлен кристалл, и герметизирующего материала, окружающего сборку (см. Рисунок 4).В большинстве случаев полупроводник СИД поддерживается в чашке отражателя, которая прикреплена к электроду (катоду), а верхняя поверхность микросхемы соединяется золотой проволокой со вторым электродом (анодом). Некоторые из более сложных конструкций переходных структур требуют двух соединительных проводов, по одной на каждый электрод. Помимо очевидного различия в длине волны излучения разных светодиодов, существуют также различия в форме, размере и диаграмме направленности. Полупроводниковые светодиодные чипы имеют размер до нескольких квадратных миллиметров, а система корпус / линза варьируется от 2 до 10 миллиметров в диаметре.Чаще всего КОРПУС светодиода имеет полусферическую геометрию, но они также могут быть прямоугольными, квадратными, треугольными или многоугольными.

На рисунке 4 представлены архитектурные детали двух популярных конструкций светодиодных корпусов. Обычный полусферический 5-миллиметровый светодиод с выводной рамкой, показанный на рисунке 4 (а), обычно используется в качестве индикаторной лампы для электронных приборов. Эпоксидные смолы используются для заливки герметизирующей системы в этих светодиодах, которые также имеют цилиндрическую и прямоугольную геометрию линз.Матрица закреплена в конической чашке отражателя, которая припаяна к катодному выводу, а анод соединен с матрицей с помощью соединительной проволоки. Свет, исходящий от боковых сторон светодиода, отражается чашей в эпоксидный КОРПУС. Плоское литье в основании эпоксидного купола служит индикатором полярности свинца. Обычно эти индикаторные светодиоды содержат матрицу размером от 0,25 до 0,3 миллиметра на стороне, а диаметр линзы составляет от 2 до 10 миллиметров. Поперечное сечение мощного перевернутого диода GaInN , показанное на рисунке 4 (b), построено на алюминиевой или медной вставке радиатора, которую можно припаять к печатной плате для более эффективного отвода тепла.Инкапсулирующая матрица представляет собой защитный силиконовый слой, предназначенный для преодоления полного внутреннего отражения излучаемых волновых фронтов и их направления через большую пластиковую линзу. Золотая проволока служит для подключения большого катодного вывода к кристаллу, который установлен на кремниевом кристалле для защиты от электростатического разряда. Анод (не показан) по конфигурации аналогичен катоду, но выступает из упаковки в противоположном направлении. Светодиоды этой конструкции в настоящее время являются предпочтительным выбором для освещения в флуоресцентной микроскопии.

Цвет излучения светодиода определяется комбинацией полупроводников, используемых в процессе производства, тогда как оптические характеристики обычно контролируются переменными в упаковке. Угол луча может варьироваться от узкого до широкого (см. Рисунок 5) и определяется формой чашки отражателя, размером и критериями конструкции полупроводника, расстоянием от поверхности кристалла до верхней части корпуса или системы линз. , и геометрия линзы. Профили излучения светодиодов обычно можно разделить на два класса: краевых излучателей (рис. 4 (а)) и поверхностных излучателей (рис. 4 (б)).Большинство поверхностных излучателей демонстрируют диаграмму излучения Ламберта (см. Рисунок 5 (d)), где профиль интенсивности пропорционален косинусу угла излучения, который измеряется от оси, перпендикулярной поверхности кристалла. Напротив, краевые излучатели обычно излучают свет из небольшой области (размером примерно 50 микрометров) на сторонах кристалла в сложном узоре, зависящем от оси. Свет, выходящий из краевого излучателя, является несимметричным, с быстрой осью , перпендикулярной размеру боковой кромки, и медленной осью , параллельной кристаллу.Чтобы сфокусировать и коллимировать свет со всех четырех сторон светодиода с торцевым излучателем, кристалл обычно помещается внутри отражающей чашки (рис. 4 (а)) за счет увеличения размера источника.

На Рисунке 5 (d) показаны диаграммы излучения в дальней зоне для светодиодов с плоскими (Рисунок 5 (a)), полусферическими (Рисунок 5 (b)) и параболическими (Рисунок 5 (c)) линзами. Три диаграммы излучения на Рисунке 5 (d) нормализованы и наложены друг на друга для сравнения. Обратите внимание, что при F = 60 диаграмма излучения планарного ламбертовского диода уменьшается до 50 процентов от его максимального значения, тогда как полусферический светодиод имеет более симметричное распределение.Тонирование, которое применяется к некоторым линзам из эпоксидной смолы, не определяет цвет излучения светодиода, а скорее используется как удобный индикатор цвета лампы в неактивном состоянии. Конструкции светодиодов, предназначенные для приложений, требующих высокой интенсивности (таких как флуоресцентная микроскопия), обычно имеют прозрачные линзы без оттеночных или диффузионных добавок. Эта конфигурация обеспечивает самый высокий уровень светоотдачи и обычно предназначена для использования луча нестандартной формы для наиболее эффективной передачи света в систему сбора или проекционных линз.В качестве альтернативы светодиодные линзы диффузионного типа содержат встроенные частицы стекла, которые расширяют излучаемый световой конус под большим углом. Этот тип линз обычно используется в приложениях, в которых светодиоды видны напрямую, например, для индикаторных ламп на панелях оборудования.

При выборе материалов и технологий изготовления светодиодов руководствуются двумя основными целями: максимизация генерации света в гибридных полупроводниковых материалах и эффективное извлечение света, создаваемого устройством.В типичных переходах pn электроны и дырки из материалов типа n и p ( большинство носителей ) вводятся через переход, чтобы установить поток тока и произвести свет ( излучательная рекомбинация ) в определенном диапазоне длин волн. Этому процессу часто препятствует безызлучательная рекомбинация неосновных носителей (электроны в материалах типа p и дырки в материалах типа n ) с основными носителями.Кроме того, наличие примесей, структурных дислокаций и других кристаллических дефектов в полупроводниковых материалах может привести к актам безызлучательной рекомбинации, которые не приводят к испусканию фотона. Таким образом, одна из основных целей при разработке светодиодов — максимизировать излучательную рекомбинацию носителей заряда путем тщательного выбора подходящих полупроводниковых материалов для обеспечения соответствующей зонной структуры для получения благоприятных значений квантовой эффективности. Другая важная цель, как более подробно обсуждается ниже, состоит в том, чтобы гарантировать, что максимально возможное количество света, генерируемого светодиодом, может выходить из устройства и использоваться для освещения.

Длина волны (и цвет) света, излучаемого полупроводниковым диодом, определяется разницей в энергии между рекомбинирующими электронно-дырочными парами валентной зоны и зоны проводимости, как описано ранее. Приблизительные энергии носителей соответствуют верхнему энергетическому уровню валентной зоны и наименьшей энергии зоны проводимости. В результате длина волны испускаемого фотона (-1) аппроксимируется следующим выражением:

l =
ч c / E bg

, где h представляет постоянную Планка, c — скорость света и E bg — энергия запрещенной зоны.Чтобы модулировать длину волны испускаемого излучения, необходимо тщательно выбирать ширину запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого для изготовления диода. Арсенид галлия является популярным диодным материалом и служит отличным примером того, как можно изменить структуру полупроводниковой полосы для изменения длины волны излучения светодиода. Ширина запрещенной зоны арсенида галлия составляет примерно 1,4 электрон-вольта, что дает излучение с длиной волны примерно 900 нанометров в ближней инфракрасной области. Чтобы увеличить частоту излучения для достижения длин волн в видимой красной области (650 нанометров), ширина запрещенной зоны должна быть увеличена примерно до 1.9 вольт. Это может быть достигнуто путем смешивания арсенида галлия с совместимым материалом, имеющим большую ширину запрещенной зоны (например, фосфид галлия; ширина запрещенной зоны составляет 2,3 электронвольта). Таким образом, светодиоды, изготовленные с использованием соединения GaAsP (фосфид арсенида галлия), могут быть настроены для создания запрещенной зоны, имеющей любое значение от 1,4 до 2,3 электрон-вольт, путем регулирования соотношения содержания мышьяка и фосфора. Другие комбинации полупроводников могут быть аналогичным образом применены для генерации длин волн излучения, охватывающих ближнюю ультрафиолетовую, видимую и ближнюю инфракрасную области спектра.

Эффективное извлечение света, генерируемого светодиодами, — еще одна важная проблема при производстве этих полупроводниковых устройств. Поскольку область объемного обеднения внутри светодиодного кристалла является изотропным (ламбертовским) излучателем, обычно предполагается, что свет, покидающий переднюю поверхность кристалла, также будет изотропным во всех направлениях. Однако из-за явления полного внутреннего отражения только часть света, изотропно генерируемого в пределах полного объема полупроводникового кристалла, действительно может уйти во внешнюю среду.В большинстве случаев примерно 50 процентов света, генерируемого внутри, теряется из-за отражений и других явлений, и даже меньше света излучается под большими углами.

Согласно закону Снеллиуса свет может перемещаться из среды с более высоким показателем преломления в среду с более низким показателем преломления (фактически, из полупроводника в окружающую атмосферу) только в том случае, если выходящие волновые фронты пересекают границу раздела двух сред под углом меньше чем критический угол для двух сред.В типичном светодиоде с кубической геометрией только около 2 процентов генерируемого света может выходить через верхнюю поверхность (фактическое значение зависит от конкретных полупроводниковых материалов и характеристик перехода p n ). Остальная часть поглощается полупроводником, как описано выше. В качестве примера на рисунке 6 показано ускользание света из слоистого полупроводника с показателем преломления n s в эпоксидную линзу с более низким показателем преломления ( n e ).Угол, образованный конусом эвакуации, определяется критическим углом, q c , для двух материалов. Световые волны, выходящие из светодиода под углами менее q c , уходят в эпоксидную смолу с минимальными потерями на отражение, в то время как волны, распространяющиеся под углами более q c , испытывают полное внутреннее отражение на границе и не уходят. Устройство. Однако из-за кривизны эпоксидного купола для примера на Рисунке 6 большинство световых волн, выходящих из полупроводникового материала, сталкиваются с границей раздела эпоксидная смола / воздух почти под прямым углом и выходят из корпуса с небольшими потерями на отражение.

Количество света, излучаемого светодиодом, зависит от количества поверхностей, через которые может выходить свет, и от того, насколько эффективно это может происходить на каждой поверхности. Почти все светодиодные структуры состоят из слоистой конфигурации, в которой используются процессы эпитаксиального роста кристаллов для последовательного нанесения серии материалов с согласованной решеткой друг на друга для настройки свойств кристалла. Можно использовать самые разные структурные комбинации, при этом каждая система имеет разную архитектуру слоев для оптимизации рабочих характеристик.В большинстве случаев требуется вторичный этап роста для нанесения монокристаллического слоя на поверхность материала подложки, выращенного в объеме. Среди соображений, необходимых для обеспечения высокого уровня производительности, — физические свойства полупроводниковых материалов, расположение перехода p n (где происходит световое излучение) и строгий контроль кристаллических дефектов, все из которых могут повысить или понизить эффективность генерации света.

Эпитаксиальный рост кристаллов включает жидкостное или химическое осаждение из паровой фазы одного материала на другой при попытке уменьшить дефекты в слоистой структуре за счет сохранения близкого соответствия между постоянными атомной решетки и коэффициентом теплового расширения.Для производства эпитаксиальных слоев используется ряд методов, включая жидкофазную эпитаксию ( LPE ), парофазную эпитаксию ( VPE ), металлоорганическое эпитаксиальное химическое осаждение из паровой фазы ( MOCVD ) и молекулярно-лучевую эпитаксию ( MBE). ). Каждая методика имеет определенные преимущества в отношении оптимальных полупроводниковых материалов и условий окружающей среды для производства. Среди множества стратегий, лежащих в основе применения различных конфигураций слоистых полупроводников, являются микроструктурирование областей p и n , параметры перехода, требования к отражающему слою для увеличения внутренней квантовой эффективности, добавление буферных слоев с градиентным составом (предназначенных для преодоления несоответствия решеток). между слоями), и целевые значения ширины запрещенной зоны для управления профилем излучения.

Источники освещения на основе светодиодов

, предназначенные для микроскопии, используют три различных принципа для отражения и сбора света, генерируемого внутри полупроводникового кристалла. В первом и наиболее распространенном подходе используется прозрачный формованный пластик (полимер) для сбора и фокусировки излучаемого света. Хотя этот метод подходит для применений с низким уровнем светлого поля, он не особенно полезен в общей микроскопии из-за ограниченной оптической мощности, доступной от одного диода. Второй подход включает организацию небольшого массива светодиодных кристаллов непосредственно на печатной плате и использование специальной коллекторной оптической системы.Плотность упаковки светодиодов ограничена только необходимостью связывать каждый кристалл с отдельными соединительными проводами и включать механизм для рассеивания тепла. Основным недостатком вложенных светодиодов на печатной плате является потеря света от краев устройств. Третий метод заключается в размещении кристалла светодиода в зеркальном колодце, который служит отражателем, а затем в упаковке этих блоков на печатную плату. Однако, поскольку отражатели больше отдельных матриц, этот метод приводит к более низкой плотности упаковки.

Поскольку каждый светодиодный кристалл представляет собой отдельный источник света, когда большая диодная матрица создается с использованием нескольких устройств, сбор излучаемого света требует другой стратегии, чем используется с обычными лампами. Самый эффективный механизм для сбора света от вложенных светодиодов включает применение матрицы микролинз, которая расположена на надлежащем расстоянии от печатной платы диода. Подходящая матрица линз может быть изготовлена ​​из формованного пластика или стекла и должна быть спроектирована так, чтобы каждый светодиод имел отдельную собирающую линзу.Затем матрица микролинз проецирует свет от отдельных источников в макроскопическую коллекторную линзу оптической системы микроскопа с меньшей числовой апертурой и большим фокусным расстоянием, чем это требовалось бы для традиционной лампы. В качестве дополнительного преимущества этот тип оптической системы демонстрирует более низкую степень хроматической и сферической аберрации. Основная цель конструкции микролинзы-светодиода (как и любого другого источника освещения) состоит в том, чтобы захватить как можно больше света и эффективно доставить его в угол приема оптической системы освещения микроскопа, чтобы полностью и однородно заполнить конденсорная (или объективная) апертурная диафрагма с осевым параллельным светом.

Светодиоды белого света

Наиболее широко используемые светодиоды нынешнего поколения в основном представляют собой монохроматические излучатели высокой яркости, но для все большего числа применений (таких как микроскопия проходящего света) требуется широкий спектр или белый свет. Есть два основных подхода к получению белого света от устройств, которые в основном являются монохроматическими. Один метод основан на объединении трех разных цветов диодов в одной оболочке или различных полупроводниковых материалов в общем кристалле (в такой пропорции, что на выходе получается белый цвет).Другой метод использует фиолетовый или ультрафиолетовый светодиод для выработки энергии, возбуждающей вторичный люминофор, который затем излучает белый свет (см. Рисунок 7 (а)). Светодиоды белого света потенциально очень энергоэффективны по сравнению с лампами накаливания. Например, в то время как обычные источники света демонстрируют среднюю мощность от 15 до 100 люмен на ватт, согласно прогнозам, эффективность белых светодиодов достигнет более 300 люмен на ватт в результате постоянного развития. Возможно, наиболее важным критерием выбора светодиода белого света является средняя цветовая температура профиля излучения, которая колеблется от примерно 4500 K до 8000 K, в зависимости от свойств устройства.Выбор наилучшего соответствия цветов для оптической микроскопии должен основываться на технических характеристиках детектора и возможностях программного обеспечения, но значения, близкие к 5500 K, должны быть оптимальными.

Комбинация красного, зеленого и синего диодов в одном корпусе или в ламповом узле, содержащем кластер диодов, позволяет генерировать белый свет или любой из 256 цветов за счет использования схемы, которая управляет тремя диодами независимо ( Рисунок 7 (б)). В приложениях, где требуется полный спектр цветов от единого точечного источника, этот тип формата диодов RGB является предпочтительным методом.Однако большинство диодов белого света изготавливаются с использованием светодиода, излучающего на короткой длине волны (от 365 до 450 нанометров; от ультрафиолета до синего), и преобразователя длины волны , который поглощает свет из диода и подвергается вторичной эмиссии на более длинных волнах. Такие светодиоды излучают свет с двумя или более длинами волн, которые при объединении выглядят как белый цвет. Качество и спектральные характеристики комбинированного излучения зависят от материалов, из которых изготовлено устройство. Наиболее распространенные материалы с преобразователями длины волны называются люминофорами, которые представляют собой материалы, которые проявляют люминесценцию, когда они поглощают энергию от другого источника излучения.Обычно люминофоры состоят из неорганического субстрата-хозяина, содержащего оптически активную допант. Иттрий-алюминиевый гранат ( YAG ) является обычным материалом-хозяином, который может быть легирован одним из редкоземельных элементов, например церием.

Светодиодные фонари

Одним из преимуществ использования светодиодов для освещения во флуоресцентной микроскопии является то, что каждая разновидность этих полупроводниковых устройств имеет аналогичную эффективность преобразования энергии с излучением, ограниченным узким диапазоном длин волн, а светодиоды работают при гораздо более низкой температуре, чем дуговые лампы или лампы накаливания. .В результате для достижения того же оптического выхода, что и у традиционного источника света, требуется гораздо меньше электроэнергии. Кроме того, светодиоды значительно компактнее, чем дуговые лампы, и их можно прикрепить непосредственно к радиатору, который легко охлаждается с помощью небольшого вентилятора с компьютерным управлением. Такая технология позволяет устанавливать светодиодные источники непосредственно внутри системы микроскопа, ближе к образцу, чтобы потенциально избежать значительной потери интенсивности света (часто превышающей 95 процентов), которая происходит со всеми источниками света, когда они проецируются через оптическую цепь.Несмотря на такой высокий уровень гибкости, следует отметить, что источники на основе светодиодов абсолютно нуждаются в эффективном теплоотводе, поскольку работа при температуре выше комнатной снижает их ожидаемый срок службы и приводит к потере эффективности оптического выхода.

Оптический выход типичного светодиода (измеряемый как полный поток излучения) приблизительно пропорционален уровню тока, подаваемого на устройство. При проектировании источников питания светодиодов необходимо учитывать время отклика (порядка микросекунд), нелинейность зависимости напряжения от излучения и максимальный рекомендуемый ток возбуждения.Еще одна первоочередная задача — это уровень собственного шума светодиодов, хотя эти устройства гораздо более стабильны (по крайней мере, на порядок), чем вольфрамовые галогенные или дуговые лампы. Дальнейшие соображения должны включать возможность быстрого переключения или модуляции светодиодов для приложений в микроскопии. Несмотря на то, что соотношение между входным током и светоотдачей может быть нелинейным, его можно точно измерить и соответствующим образом откалибровать источник питания. В качестве альтернативы линейное управление может быть достигнуто с помощью широтно-импульсной модуляции, которая управляет интенсивностью светодиода, изменяя количество времени, в течение которого диод находится во включенном состоянии по сравнению с выключенным состоянием.Такая конструкция позволяет относительно воспроизводимо изменять интенсивность света, изменяя ток возбуждения, тем самым устраняя необходимость в заслонках или фильтрах нейтральной плотности.

На рисунке 8 (а) представлена ​​типичная электронная схема, предназначенная для управления одним синим светодиодами с поверхностным излучением, который можно использовать для флуоресцентного освещения. Интенсивность выхода светодиода регулируется с помощью потенциометра, а излучение можно включать и выключать с помощью сигнала переключения, полученного от слаботочного 5-вольтового входа TTL (предпочтительно исходящего от главного компьютера).При настройке фонаря для нескольких светодиодов необходимо учитывать безопасный максимальный ток возбуждения для каждого диода. Светодиоды из одной партии (и одного распределителя) могут значительно различаться (до одного вольта) по прямому падению напряжения, а также по другим электрическим свойствам из-за внутренних производственных изменений, возникающих из-за различных источников, включая неоднородности в сырье. Таким образом, чтобы поддерживать согласованные характеристики между диодными блоками, необходимо заранее определить соотношение между удерживающим напряжением и током для каждого светодиода, который будет использоваться в индивидуальной лампе.В качестве примера работы светодиода соотношение между временем отклика светодиода на входной сигнал прямоугольной формы показано на рисунке 8 (b). Обратите внимание на то, насколько интенсивность светодиода соответствует скачку напряжения.

В ситуациях, когда для широкополосного освещения требуются светодиоды белого света, можно использовать одноканальный источник тока, при этом интенсивность и переключение регулируются путем изменения тока, протекающего через один или несколько светодиодов, которые согласованы по рабочим характеристикам.В более сложных сценариях используются сложные конфигурации светодиодов (объединение нескольких матриц с разными профилями излучения) для получения либо узкополосного излучения для флуоресценции, либо белого света для освещения светлого поля. Этими более сложными конструкциями можно управлять с помощью многоканального источника тока, который способен изменять интенсивность или длину волны излучения в микросекундном (или даже наносекундном) масштабе времени. Этот тип источника питания, называемый импульсным режимом , переключение , полезен в технологиях, требующих чрезвычайно коротких световых импульсов, например, при визуализации на протяжении всего срока службы.Схема импульсного режима полезна для преодоления сдвигов в пиковой длине волны излучения из-за неоднородности светодиодов путем предварительной настройки каждого диодного блока на пиковый ток, необходимый для получения желаемой выходной длины волны. Таким образом, средняя яркость источника может регулироваться путем изменения ширины импульса при фиксированном пиковом токе, что обеспечивает контролируемый спектральный выход. Как показано на рисунке 8 (b), оптический выход следует за импульсом тока без значительной задержки, и возможны частоты импульсной модуляции в диапазоне мегагерц.

За последние несколько лет было введено несколько коммерческих светодиодных фонарей для флуоресцентной и широкопольной микроскопии в проходящем свете (белый свет), пример которой показан на рисунке 9. Фонарь на рисунке 9 спроектирован для непосредственного соединения с входным портом осветителя микроскопа. и вмещает до четырех модульных светодиодов с независимым управлением для последовательного или одновременного возбуждения нескольких флуорофоров. Отдельные светодиодные модули можно легко заменить, чтобы обеспечить возбуждение флуоресценции во всем видимом и ультрафиолетовом спектре.Модульная конструкция предназначена для обеспечения того, чтобы будущие светодиоды, независимо от их конфигурации, можно было сделать совместимыми для использования в ламповом домике. Многоцветные флуоресцентные изображения, полученные с помощью этого светильника (получившего название Colibri и производимого ZEISS), отличаются очень высокой контрастностью и большим динамическим диапазоном.

Среди преимуществ встроенного светодиодного фонаря — возможность настраивать интенсивность освещения для каждого диода в соответствии с требуемым временем интеграции камеры, а не использовать несколько настроек камеры.Кроме того, управление яркостью и переключение светодиодов является чисто электронным, что устраняет механические заслонки и колеса фильтров для большей скорости и устойчивости к колебаниям. Низкий напор светодиодов, которые с высокой эффективностью преобразуют электричество в свет, как обсуждалось выше, устраняет необходимость в вентиляторах или вспомогательных охлаждающих устройствах. Кроме того, поскольку светодиоды не находятся под высоким давлением, их режим отказа безвреден (без взрывов) по сравнению с дуговыми лампами.

Преимущества и недостатки светодиодного освещения

Мировой рынок освещения претерпевает радикальные преобразования, вызванные массовым распространением технологии светодиодов (LED).Эта революция в твердотельном освещении (SSL) коренным образом изменила экономику рынка и динамику отрасли. Технология SSL позволила не только повысить производительность труда, но и перейти от традиционных технологий к светодиодному освещению. Обычные технологии освещения были разработаны в первую очередь для удовлетворения визуальных потребностей. Благодаря светодиодному освещению все большее внимание привлекает позитивная стимуляция биологического воздействия света на здоровье и благополучие людей.Появление светодиодных технологий также проложило путь к конвергенции освещения и Интернета вещей (IoT), что открывает совершенно новый мир возможностей. Раньше в отношении светодиодного освещения было много недоразумений. Высокий рост рынка и огромный интерес потребителей вызывают острую необходимость развеять сомнения, связанные с этой технологией, и проинформировать общественность о ее преимуществах и недостатках.

Как работают светодиоды?

Светодиод — это полупроводниковый корпус, содержащий кристалл (чип) светодиода и другие компоненты, которые обеспечивают механическую поддержку, электрическое соединение, теплопроводность, оптическое регулирование и преобразование длины волны.Светодиодный чип представляет собой устройство с p-n-переходом, образованное противоположно легированными композитными полупроводниковыми слоями. Обычно используемый полупроводник представляет собой нитрид галлия (GaN), который имеет прямую запрещенную зону, что обеспечивает более высокую вероятность излучательной рекомбинации, чем полупроводники с непрямой запрещенной зоной. Когда pn-переход смещен в прямом направлении, электроны из зоны проводимости полупроводникового слоя n-типа перемещаются через пограничный слой в p-переход и рекомбинируют с дырками из валентной зоны полупроводникового слоя p-типа в активная область диода.Рекомбинация электронов и дырок заставляет электроны переходить в состояние с более низкой энергией и выделять избыточную энергию в виде фотонов (пакетов света). Этот эффект называется электролюминесценцией. Фотон может переносить электромагнитное излучение всех длин волн. Точные длины волн света, излучаемого диодом, определяются шириной запрещенной зоны полупроводника.

Свет, генерируемый электролюминесценцией в светодиодном чипе, имеет узкое распределение длины волны с типичной полосой пропускания в несколько десятков нанометров.Узкополосное излучение приводит к тому, что свет имеет один цвет, например красный, синий или зеленый. Чтобы обеспечить источник белого света с широким спектром, необходимо расширить спектральное распределение мощности (SPD) светодиодного чипа. Электролюминесценция светодиодного чипа частично или полностью преобразуется посредством фотолюминесценции в люминофорах. Большинство белых светодиодов сочетают в себе коротковолновое излучение голубых фишек InGaN и переизлучение длинноволнового света люминофоров. Порошок люминофора диспергирован в матрице из кремния, эпоксидной смолы или других смол.Матрица, содержащая люминофор, нанесена на светодиодный чип. Белый свет также может быть получен путем накачки красного, зеленого и синего люминофоров с помощью ультрафиолетового (УФ) или фиолетового светодиодного чипа. В этом случае полученный белый цвет может обеспечить превосходную цветопередачу. Но этот подход страдает низкой эффективностью, поскольку большой сдвиг длины волны, связанный с понижающим преобразованием УФ или фиолетового света, сопровождается высокими стоксовыми потерями энергии.

Преимущества светодиодного освещения

Изобретение ламп накаливания более века назад произвело революцию в искусственном освещении.В настоящее время мы являемся свидетелями революции цифрового освещения, осуществленной с помощью SSL. Освещение на основе полупроводников не только обеспечивает беспрецедентный дизайн, производительность и экономические преимущества, но также позволяет использовать множество новых приложений и ценностных предложений, которые ранее считались непрактичными. Возврат от использования этих преимуществ значительно перевесит относительно высокие первоначальные затраты на установку светодиодной системы, по поводу которых на рынке все еще существуют некоторые колебания.

1. Энергоэффективность

Одним из основных аргументов в пользу перехода на светодиодное освещение является энергоэффективность.За последнее десятилетие световая эффективность корпусов белых светодиодов с преобразованием люминофора увеличилась с 85 лм / Вт до более 200 лм / Вт, что представляет собой эффективность преобразования электрической энергии в оптическую (PCE) более 60% при стандартном рабочем токе. плотность 35 А / см2. Несмотря на повышение эффективности синих светодиодов InGaN, люминофоров (эффективность и длина волны соответствуют реакции человеческого глаза) и корпуса (оптическое рассеяние / поглощение), Министерство энергетики США (DOE) заявляет, что остается больше возможностей для ПК-светодиодов. Повышение эффективности и светоотдача примерно 255 лм / Вт должны быть практически возможны для синих светодиодов помпы.Высокая световая отдача, несомненно, является неоспоримым преимуществом светодиодов перед традиционными источниками света — лампами накаливания (до 20 лм / Вт), галогенными (до 22 лм / Вт), линейными люминесцентными (65-104 лм / Вт), компактными люминесцентными (46). -87 лм / Вт), индукционная люминесцентная лампа (70-90 лм / Вт), пары ртути (60-60 лм / Вт), натрий высокого давления (70-140 лм / Вт), галогенид кварца (64-110 лм / Вт). Вт) и металлокерамический галогенид (80-120 лм / Вт).

2. Эффективность оптической доставки

Помимо значительных улучшений в эффективности источников света, возможность достижения высокой оптической эффективности светильников с помощью светодиодного освещения менее известна обычным потребителям, но очень желательна для дизайнеров освещения.Эффективная доставка света, излучаемого источниками света, к цели является серьезной проблемой при проектировании в отрасли. Традиционные лампы в форме колбы излучают свет во всех направлениях. Это приводит к тому, что большая часть светового потока, создаваемого лампой, задерживается внутри светильника (например, отражателями, диффузорами) или выходит из светильника в направлении, которое не подходит для предполагаемого применения или просто неприятно для глаз. Светильники HID, такие как металлогалогенные и натриевые светильники высокого давления, обычно имеют эффективность от 60% до 85% по направлению света, производимого лампой, из светильника.Нередко встраиваемые светильники даунлайта и троферы, использующие флуоресцентные или галогенные источники света, несут 40-50% оптических потерь. Направленность светодиодного освещения обеспечивает эффективную доставку света, а компактный форм-фактор светодиодов позволяет эффективно регулировать световой поток с помощью составных линз. Хорошо спроектированные системы светодиодного освещения могут обеспечить оптическую эффективность более 90%.

3. Равномерность освещения

Равномерное освещение — один из главных приоритетов при проектировании внутреннего освещения и освещения открытых пространств / проезжей части.Равномерность — это мера отношения освещенности по площади. Хорошее освещение должно обеспечивать равномерное распределение люменов, падающих на рабочую поверхность или зону. Сильные различия в яркости, возникающие из-за неравномерного освещения, могут привести к зрительному утомлению, повлиять на выполнение задачи и даже создать угрозу безопасности, поскольку глаз должен адаптироваться между поверхностями с разной яркостью. Переходы из ярко освещенной области в область с очень разной яркостью вызовут временную потерю остроты зрения, что имеет большое значение для безопасности при использовании вне помещений, где задействовано движение транспортных средств.В больших помещениях равномерное освещение способствует высокому визуальному комфорту, позволяет гибко выбирать места для работы и устраняет необходимость в перемещении светильников. Это может быть особенно полезно в многоярусных промышленных и коммерческих помещениях, где перемещение светильников связано со значительными затратами и неудобствами. Светильники, в которых используются HID-лампы, имеют гораздо более высокую освещенность непосредственно под светильником, чем области дальше от светильника. Это приводит к плохой однородности (типичное соотношение макс / мин 6: 1).Дизайнеры по свету должны увеличить плотность светильников, чтобы равномерность освещения соответствовала минимальным проектным требованиям. Напротив, большая светоизлучающая поверхность (LES), созданная из массива светодиодов небольшого размера, обеспечивает распределение света с равномерностью отношения макс / мин менее 3: 1, что приводит к лучшим визуальным условиям, а также к значительно меньшему количеству установок над рабочей областью.

4. Направленное освещение

Благодаря своей диаграмме направленности излучения и высокой плотности потока светодиоды по своей природе подходят для направленного освещения.Направленный светильник концентрирует свет, излучаемый источником света, в направленный луч, который беспрерывно проходит от светильника к целевой области. Узконаправленные лучи света используются для создания иерархии важности за счет использования контраста, чтобы отдельные элементы выделялись из фона, а также для добавления интереса и эмоциональной привлекательности к объекту. Направленные светильники, в том числе точечные светильники и прожекторы, широко используются в акцентном освещении, чтобы усилить видимость или выделить элемент дизайна.Направленное освещение также используется в приложениях, где интенсивный луч необходим для решения сложных визуальных задач или для обеспечения дальнего освещения. Продукты, которые служат для этой цели, включают фонари, прожекторы, контрольные точки, фары дальнего света автомобилей, прожекторы стадиона и т. Д. Светодиодный светильник обладает достаточной мощностью в своей светоотдаче, независимо от того, создает ли он очень четко очерченный «жесткий» луч для высокой драматичности. COB светодиоды или направить длинный луч далеко вдаль с помощью мощных светодиодов.

5. Спектральная инженерия

Светодиодная технология

предлагает новую возможность управления спектральным распределением мощности источника света (SPD), что означает, что состав света может быть адаптирован для различных приложений. Спектральная управляемость позволяет спроектировать спектр от осветительных приборов, чтобы задействовать определенные человеческие зрительные, физиологические, психологические реакции, реакции фоторецепторов растений или даже полупроводникового детектора (например, HD-камеры) или комбинацию таких реакций.Высокая спектральная эффективность может быть достигнута за счет максимизации желаемых длин волн и удаления или уменьшения повреждающих или ненужных частей спектра для данного приложения. В приложениях с белым светом SPD светодиодов можно оптимизировать для заданной точности цветопередачи и коррелированной цветовой температуры (CCT). Благодаря многоканальной конструкции с несколькими излучателями, цвет, создаваемый светодиодным светильником, можно активно и точно контролировать. Системы смешивания цветов RGB, RGBA или RGBW, которые способны производить полный спектр света, создают бесконечные эстетические возможности для дизайнеров и архитекторов.В динамических белых системах используются светодиоды с несколькими CCT для обеспечения теплого затемнения, имитирующего цветовые характеристики ламп накаливания при затемнении, или для обеспечения настраиваемого белого освещения, которое позволяет независимо контролировать как цветовую температуру, так и интенсивность света. Освещение, ориентированное на человека, основанное на технологии настраиваемых белых светодиодов, является одной из движущих сил многих последних разработок в области светотехники.

6. Включение / выключение

Светодиоды

включаются на полную яркость практически мгновенно (от одной цифры до десятков наносекунд) и имеют время выключения в десятки наносекунд.Напротив, время прогрева или время, необходимое лампе для достижения максимальной светоотдачи, компактных люминесцентных ламп может длиться до 3 минут. Лампы HID требуют периода прогрева в течение нескольких минут, прежде чем они станут пригодным для использования светом. Горячий перезапуск вызывает гораздо большую озабоченность, чем первоначальный запуск металлогалогенных ламп, которые когда-то были основной технологией, используемой для освещения высотных пролетов и мощного прожектора на промышленных объектах, стадионах и аренах. Отключение электроэнергии на предприятии с металлогалогенным освещением может поставить под угрозу безопасность и защищенность, поскольку процесс горячего перезапуска металлогалогенных ламп занимает до 20 минут.Мгновенный запуск и горячий перезапуск дают светодиодам уникальное положение для эффективного выполнения многих задач. Короткое время отклика светодиодов значительно выигрывает не только в области общего освещения, но и в широком спектре специальных приложений. Например, светодиодные фонари могут работать синхронно с камерами движения, обеспечивая прерывистое освещение для съемки движущегося транспортного средства. Светодиоды включаются на 140–200 миллисекунд быстрее, чем лампы накаливания. Преимущество времени реакции предполагает, что светодиодные стоп-сигналы более эффективны, чем лампы накаливания, в предотвращении наезда сзади.Еще одно преимущество светодиодов в режиме переключения — это цикл переключения. На срок службы светодиодов не влияет частое переключение. Типичные драйверы светодиодов для общего освещения рассчитаны на 50 000 циклов переключения, а высокопроизводительные драйверы светодиодов редко выдерживают 100 000, 200 000 или даже 1 миллион циклов переключения. На срок службы светодиода не влияет быстрое переключение (высокочастотное переключение). Эта функция делает светодиодные фонари подходящими для динамического освещения и для использования с элементами управления освещением, такими как датчики присутствия или дневного света.С другой стороны, частое включение / выключение может сократить срок службы ламп накаливания, HID и люминесцентных ламп. Эти источники света обычно имеют всего несколько тысяч циклов переключения за свой номинальный срок службы.

7. Возможность диммирования

Способность производить световой поток очень динамичным образом позволяет светодиодам идеально управлять затемнением, в то время как люминесцентные и HID-лампы плохо реагируют на затемнение. Диммирование люминесцентных ламп требует использования дорогих, больших и сложных схем для поддержания условий возбуждения газа и напряжения.Уменьшение яркости HID-ламп приведет к сокращению срока службы и преждевременному выходу лампы из строя. Затемнение металлогалогенных и натриевых ламп высокого давления не может быть ниже 50% номинальной мощности. Они также реагируют на сигналы затемнения значительно медленнее, чем светодиоды. Регулировка яркости светодиода может быть осуществлена ​​либо путем уменьшения постоянного тока (CCR), которое более известно как аналоговое регулирование яркости, либо путем применения широтно-импульсной модуляции (PWM) к светодиоду, также известного как цифровое регулирование яркости. Аналоговое регулирование яркости контролирует управляющий ток, протекающий через светодиоды. Это наиболее широко используемое решение для диммирования общего освещения, хотя светодиоды могут не работать при очень низких токах (ниже 10%).ШИМ-регулировка яркости изменяет рабочий цикл широтно-импульсной модуляции для создания среднего значения на ее выходе в полном диапазоне от 100% до 0%. Управление затемнением светодиодов позволяет согласовать освещение с потребностями человека, максимизировать экономию энергии, включить смешивание цветов и настройку CCT, а также продлить срок службы светодиодов.

8. Управляемость

Цифровая природа светодиодов облегчает бесшовную интеграцию датчиков, процессоров, контроллера и сетевых интерфейсов в системы освещения для реализации различных стратегий интеллектуального освещения, от динамического освещения и адаптивного освещения до всего, что принесет IoT.Динамический аспект светодиодного освещения варьируется от простого изменения цвета до сложных световых шоу в сотнях или тысячах индивидуально управляемых узлов освещения и сложного преобразования видеоконтента для отображения на светодиодных матричных системах. Технология SSL лежит в основе большой экосистемы подключенных световых решений, которые могут использовать сбор дневного света, определение присутствия, контроль времени, встроенную программируемость и подключенные к сети устройства для управления, автоматизации и оптимизации различных аспектов освещения.Перенос управления освещением в IP-сети позволяет интеллектуальным системам освещения, оснащенным датчиками, взаимодействовать с другими устройствами в сетях IoT. Это открывает возможности для создания широкого спектра новых услуг, преимуществ, функций и потоков доходов, которые повышают ценность светодиодных систем освещения. Управление светодиодными системами освещения может быть реализовано с использованием различных протоколов проводной и беспроводной связи, включая протоколы управления освещением, такие как 0-10 В, DALI, DMX512 и DMX-RDM, протоколы автоматизации зданий, такие как BACnet, LON, KNX и EnOcean, и протоколы, развернутые во все более популярной ячеистой архитектуре (например,грамм. ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Mesh, Thread).

9. Гибкость конструкции

Небольшой размер светодиодов позволяет разработчикам светильников придавать источникам света формы и размеры, подходящие для многих областей применения. Эта физическая характеристика дает дизайнерам больше свободы в выражении своей философии дизайна или создании фирменного стиля. Гибкость, являющаяся результатом прямой интеграции источников света, дает возможность создавать осветительные приборы, в которых идеально сочетаются форма и функции.Светодиодные светильники могут быть созданы, чтобы стереть границы между дизайном и искусством для приложений, где требуется декоративный фокус. Они также могут быть спроектированы так, чтобы поддерживать высокий уровень архитектурной интеграции и вписываться в любую дизайнерскую композицию. Твердотельное освещение стимулирует новые тенденции в дизайне и в других секторах. Уникальные возможности стилизации позволяют производителям автомобилей создавать оригинальные фары и задние фонари, которые придают автомобилям привлекательный вид.

10. Прочность

Светодиод излучает свет от блока полупроводника, а не от стеклянной колбы или трубки, как в случае традиционных ламп накаливания, галогенных, люминесцентных и HID ламп, в которых для генерации света используются нити или газы.Твердотельные устройства обычно устанавливаются на печатной плате с металлическим сердечником (MCPCB), причем соединение обычно обеспечивается припаянными выводами. Благодаря отсутствию хрупкого стекла, движущихся частей и обрыва нити накала светодиодные осветительные системы чрезвычайно устойчивы к ударам, вибрации и износу. Долговечность твердотельных светодиодных систем освещения имеет очевидные значения в различных областях применения. На промышленном объекте есть места, где освещение страдает от чрезмерной вибрации от крупного оборудования.Светильники, установленные вдоль проезжей части и туннелей, должны выдерживать повторяющуюся вибрацию, вызванную движением тяжелых транспортных средств, проезжающих мимо на высокой скорости. Вибрация составляет типичный рабочий день рабочих фар, установленных на строительных, горнодобывающих и сельскохозяйственных машинах, машинах и оборудовании. Переносные светильники, такие как фонарики и кемпинговые фонари, часто подвергаются ударам падений. Во многих случаях разбитые лампы представляют опасность для пассажиров. Все эти проблемы требуют надежного светового решения, а это именно то, что может предложить твердотельное освещение.

11. Срок службы

Длительный срок службы выделяется как одно из главных преимуществ светодиодного освещения, но заявления о длительном сроке службы, основанные исключительно на метрике срока службы светодиодной упаковки (источника света), могут вводить в заблуждение. Срок службы светодиодного корпуса, светодиодной лампы или светодиодного светильника (осветительной арматуры) часто называют моментом времени, когда выходной световой поток снизился до 70% от его первоначального значения, или L70. Обычно светодиоды (светодиодные корпуса) имеют срок службы L70 от 30 000 до 100 000 часов (при Ta = 85 ° C).Однако измерения LM-80, которые используются для прогнозирования срока службы светодиодных корпусов L70 с использованием метода TM-21, выполняются при непрерывной работе светодиодных корпусов в хорошо контролируемых рабочих условиях (например, в среде с регулируемой температурой и постоянным током постоянного тока). ток привода). Напротив, светодиодные системы в реальных приложениях часто сталкиваются с более высокими электрическими перенапряжениями, более высокими температурами перехода и более суровыми условиями окружающей среды. В светодиодных системах может наблюдаться ускоренное поддержание светового потока или полный преждевременный выход из строя.Как правило, срок службы светодиодных ламп (ламп, трубок) составляет от 10 000 до 25 000 часов, а встроенные светодиодные светильники (например, верхние фонари, уличные фонари, потолочные светильники) имеют срок службы от 30 000 до 60 000 часов. По сравнению с традиционными осветительными приборами — лампами накаливания (750-2000 часов), галогенными (3000-4000 часов), компактными люминесцентными (8000-10 000 часов) и металлогалогенными (7500-25000 часов), светодиодными системами, в частности встроенными светильниками, обеспечивают существенно более длительный срок службы.Поскольку светодиодные фонари практически не требуют обслуживания, снижение затрат на техническое обслуживание в сочетании с высокой экономией энергии за счет использования светодиодных фонарей в течение их длительного срока службы обеспечивает основу для высокой окупаемости инвестиций (ROI).

12. Фотобиологическая безопасность

Светодиоды

— это фотобиологически безопасные источники света. Они не производят инфракрасного (ИК) излучения и излучают незначительное количество ультрафиолетового (УФ) света (менее 5 мкВт / лм). Лампы накаливания, люминесцентные и металлогалогенные лампы преобразуют 73%, 37% и 17% потребляемой мощности в энергию инфракрасного излучения соответственно.Они также излучают в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра — лампы накаливания (70-80 мкВт / лм), компактные флуоресцентные лампы (30-100 мкВт / лм) и галогениды металлов (160-700 мкВт / лм). При достаточно высокой интенсивности источники света, излучающие ультрафиолетовый или инфракрасный свет, могут представлять фотобиологическую опасность для кожи и глаз. Воздействие УФ-излучения может вызвать катаракту (помутнение обычно прозрачного хрусталика) или фотокератит (воспаление роговицы). Кратковременное воздействие высоких уровней ИК-излучения может вызвать термическое повреждение сетчатки глаза.Длительное воздействие высоких доз инфракрасного излучения может вызвать катаракту стеклодува. Тепловой дискомфорт, вызванный системой освещения лампами накаливания, долгое время доставлял неудобства в отрасли здравоохранения, поскольку в обычных операционных светильниках для хирургических операций и стоматологических операционных используются источники света накаливания для получения света с высокой цветопередачей. Пучок высокой интенсивности, излучаемый этими светильниками, излучает большое количество тепловой энергии, что может вызвать у пациентов сильное дискомфорт.

Неизбежно, что обсуждение фотобиологической безопасности часто фокусируется на опасности синего света, которая относится к фотохимическому повреждению сетчатки в результате радиационного воздействия на длинах волн, в основном, от 400 до 500 нм.Распространенное заблуждение состоит в том, что светодиоды могут с большей вероятностью вызывать опасность синего света, потому что в большинстве белых светодиодов с преобразованием люминофора используется помпа с синими светодиодами. DOE и IES ясно дали понять, что светодиодные продукты ничем не отличаются от других источников света, которые имеют такую ​​же цветовую температуру в отношении опасности синего света. Светодиоды с преобразованием люминофора не представляют такого риска даже при строгих критериях оценки.

13. Радиационное воздействие

Светодиоды

производят лучистую энергию только в видимой части электромагнитного спектра от примерно 400 до 700 нм.Эта спектральная характеристика дает светодиодным источникам света ценное преимущество по сравнению с источниками света, которые производят лучистую энергию за пределами видимого светового спектра. Ультрафиолетовое и инфракрасное излучение от традиционных источников света не только представляет собой фотобиологическую опасность, но также приводит к деградации материала. УФ-излучение чрезвычайно разрушительно для органических материалов, поскольку энергия фотонов излучения в УФ-спектральном диапазоне достаточно высока для создания путей прямого разрыва связей и фотоокисления. В результате разрушение или разрушение хромофора может привести к порче материала и обесцвечиванию.Для музейных приложений требуется фильтрация всех источников света, которые генерируют ультрафиолетовое излучение более 75 мкВт / лм, чтобы свести к минимуму необратимые повреждения произведений искусства. Инфракрасное излучение не вызывает такого же типа фотохимического повреждения, которое вызвано УФ-излучением, но все же может способствовать повреждению. Повышение температуры поверхности объекта может привести к повышенной химической активности и физическим изменениям. Инфракрасное излучение высокой интенсивности может вызвать затвердевание поверхности, обесцвечивание и растрескивание картин, порчу косметических продуктов, высыхание овощей и фруктов, плавление шоколада и кондитерских изделий и т. Д.

14. Пожарная и взрывобезопасность

Опасность возгорания и экспозиции не характерна для светодиодных систем освещения, поскольку светодиод преобразует электрическую энергию в электромагнитное излучение посредством электролюминесценции внутри полупроводникового корпуса. Это контрастирует с устаревшими технологиями, которые производят свет путем нагрева вольфрамовых нитей или возбуждения газовой среды. Отказ или неправильная работа могут привести к пожару или взрыву. Металлогалогенные лампы особенно подвержены риску взрыва, поскольку кварцевая дуговая трубка работает при высоком давлении (от 520 до 3100 кПа) и очень высокой температуре (от 900 до 1100 ° C).Отказы непассивной дуговой лампы, вызванные окончанием срока службы лампы, отказами балласта или использованием неправильной комбинации лампа-балласт, могут вызвать поломку внешней колбы металлогалогенной лампы. Осколки горячего кварца могут воспламенить горючие материалы, горючую пыль или взрывоопасные газы / пары.

15. Связь в видимом свете (VLC)

светодиода могут включаться и выключаться с частотой, превышающей человеческий глаз. Эта невидимая возможность включения / выключения открывает новое применение для осветительных приборов.Технология LiFi (Light Fidelity) привлекла большое внимание в индустрии беспроводной связи. Он использует последовательности светодиодов «ВКЛ» и «ВЫКЛ» для передачи данных. По сравнению с современными технологиями беспроводной связи, использующими радиоволны (например, Wi-Fi, IrDA и Bluetooth), LiFi обещает в тысячу раз более широкую полосу пропускания и значительно более высокую скорость передачи. LiFi считается привлекательным приложением для Интернета вещей из-за повсеместного распространения освещения. Каждый светодиодный светильник можно использовать в качестве оптической точки доступа для беспроводной передачи данных, если его драйвер способен преобразовывать потоковый контент в цифровые сигналы.

16. Освещение постоянного тока

Светодиоды — это низковольтные токоведущие устройства. Такая природа позволяет светодиодному освещению использовать преимущества распределительных сетей постоянного тока низкого напряжения. Растет интерес к системам микросетей постоянного тока, которые могут работать либо независимо, либо в сочетании со стандартной энергосистемой. Эти маломасштабные электрические сети обеспечивают улучшенное взаимодействие с генераторами возобновляемой энергии (солнечная, ветровая, топливные элементы и т. Д.). Локально доступная мощность постоянного тока устраняет необходимость в преобразовании мощности переменного тока в постоянный на уровне оборудования, что приводит к значительным потерям энергии и является частой точкой отказа в светодиодных системах с питанием от переменного тока.Высокоэффективное светодиодное освещение, в свою очередь, улучшает автономность аккумуляторных батарей или систем хранения энергии. По мере того, как сетевые коммуникации на основе IP набирают обороты, технология Power over Ethernet (PoE) возникла как вариант маломощной микросети, обеспечивающий низковольтное питание постоянного тока по тому же кабелю, по которому передаются данные Ethernet. Светодиодное освещение имеет явные преимущества для использования сильных сторон установки PoE.

17. Работа при низких температурах

Светодиодное освещение отлично работает в условиях низких температур.Светодиод преобразует электрическую энергию в оптическую за счет инжекционной электролюминесценции, которая активируется при электрическом смещении полупроводникового диода. Этот процесс запуска не зависит от температуры. Низкая температура окружающей среды способствует рассеиванию отработанного тепла, выделяемого светодиодами, и, таким образом, освобождает их от теплового спада (снижение оптической мощности при повышенных температурах). Напротив, работа при низких температурах является большой проблемой для люминесцентных ламп. Для запуска люминесцентной лампы в холодной среде необходимо высокое напряжение для зажигания электрической дуги.Люминесцентные лампы также теряют значительную часть своей номинальной светоотдачи при температурах ниже точки замерзания, тогда как светодиодные лампы лучше всего работают в холодных условиях — даже при температуре до -50 ° C. Поэтому светодиодные фонари идеально подходят для использования в морозильных камерах, холодильниках, холодильных камерах и на открытом воздухе.

18. Воздействие на окружающую среду

Светодиодные лампы

оказывают значительно меньшее воздействие на окружающую среду, чем традиционные источники освещения. Низкое потребление энергии означает низкие выбросы углерода.Светодиоды не содержат ртути и, следовательно, меньше вредят окружающей среде в конце срока службы. Для сравнения: утилизация ртутьсодержащих люминесцентных ламп и ламп HID требует строгих правил утилизации отходов.

Недостатки и проблемы светодиодного освещения

Не радуйтесь тому множеству преимуществ, которые дает светодиодное освещение. Хотя эта технология, безусловно, является знаковым достижением в истории электрического освещения, она создает собственные проблемы. Индустрия освещения сталкивается с проблемой масштабов, с которой ей никогда раньше не приходилось сталкиваться.Твердотельное освещение изменило философию дизайна и инженерии. Системы освещения больше не являются тупыми осветительными приборами, они превратились в силовую электронику. Другими словами, конструкция систем освещения беспрецедентно сложна. Светодиоды — это самонагревающиеся, токочувствительные полупроводниковые источники света с интенсивным освещением. Это вызывает наибольшую озабоченность светодиодного освещения — производительность и надежность светодиодной системы во многом зависят от многомерной работы. Показатели светодиодной упаковки — это лишь один из аспектов целостного проектирования и системного проектирования светодиодной системы освещения.В игру вступают многие другие взаимозависимые факторы, в том числе управление температурой, регулирование тока привода и оптическое управление.

Специалисты по креслам часто составляют длинный список недостатков светодиодного освещения. И чтобы сделать историю сенсационной, они никогда не забудут упомянуть, что светодиодное освещение может вызывать опасность синего света. Белый свет в основном представляет собой смесь длин волн из разных цветовых диапазонов. Все белые цвета с одинаковым внешним видом, независимо от источников света, из которых излучается свет, имеют примерно одинаковую долю длин волн синего в видимом спектре.Внешний вид белого света можно охарактеризовать как имеющий коррелированную цветовую температуру (CCT). Содержание синего цвета в источнике света обычно соответствует его CCT. Чем выше CCT, тем выше доля синих длин волн. При одинаковых условиях яркости и освещенности синее излучение от светодиодного изделия 3000 K такое же низкое, как от лампы накаливания 3000 K, а синее излучение от светодиодного изделия 6000 K такое же высокое, как от люминесцентной лампы 6000 K. Как и в случае с другими источниками света, опасность синего света редко вызывает беспокойство у белых светодиодов.Возможность проектирования спектрального состава белого света — огромное преимущество светодиодной технологии. С помощью светодиодного освещения можно получить любой спектральный состав света, который положительно влияет на здоровье и благополучие человека. Освещение, ориентированное на человека, являющееся основной технологической тенденцией, которая стимулирует рост индустрии освещения, использует возможности настройки CCT светодиодных систем для регулировки количества синего излучения для получения здорового спектра белого света.

На самом деле, светодиодное освещение имеет лишь несколько основных недостатков.

Самая известная слабость светодиодного освещения заключается в том, что светодиоды производят побочный продукт — тепло. Светодиоды называются устройствами нагревающего устройства, потому что они генерируют тепло внутри корпуса устройства, а не излучают тепло в виде инфракрасной энергии. Около половины электрической энергии, подаваемой на светодиод, преобразуется в тепло, которое должно проводиться и передаваться через физический тепловой путь. Неспособность поддерживать температуру перехода устройства ниже установленного предела может ускорить кинетику механизмов отказа, таких как образование и рост атомных дефектов в активной области диода, карбонизация и пожелтение герметика, а также обесцвечивание корпуса пластиковой упаковки.За пределами максимальной номинальной температуры перехода срок службы светодиода будет сокращаться на 30–50% на каждые 10 ° C повышения температуры перехода.

Самая неизвестная, а также самая большая слабость светодиодного освещения заключается в том, что светодиоды представляют собой хрупкую силовую электронику. Они чрезвычайно разборчивы в еде — водить ток. Для светодиодов их высокая чувствительность к прямому току — палка о двух концах. Это дает системам освещения превосходную управляемость, но также значительно усложняет регулировку тока привода.Очень небольшое изменение управляющего тока вызовет колебания светового потока. Светодиоды — это устройства с приводом от постоянного тока, однако они часто должны питаться от источника переменного тока. Неполное подавление переменного сигнала после выпрямления может привести к остаточной пульсации (остаточному периодическому изменению) на выходе тока от драйвера к светодиодам. Эта пульсация заставляет светодиоды мигать с частотой, в два раза превышающей частоту входящего линейного напряжения, то есть 100 Гц или 120 Гц. Электрическая и тепловая взаимозависимость светодиодов также усложняет регулирование нагрузки.По мере повышения температуры перехода прямое напряжение уменьшается, также уменьшается электрическая мощность, подаваемая на светодиод. С другой стороны, чем выше ток возбуждения, тем больше тепла выделяется на полупроводниковом кристалле. Перегрузка того, на что рассчитан светодиод, может привести к преждевременному выходу светодиода из строя из-за теплового разгона. Тем не менее, самая серьезная угроза для светодиодов исходит от электрических перенапряжений (EOS). EOS возникает, когда ток или напряжение привода превышают максимальные номинальные значения компонента.Существует множество возможных источников электрических перенапряжений, в том числе электростатический разряд (ESD), пусковой ток или другие типы переходных скачков напряжения. Таким образом, уязвимость светодиодов к различным типам электрических нагрузок требует жесткого регулирования управляющего тока.

Третий недостаток — светодиоды имеют высокую плотность магнитного потока. Концентрированные источники направленного света потенциально могут создавать блики. Высокая яркость в поле зрения мешает видеть (блики для инвалидности) или вызывает ощущение раздражения или боли (дискомфортные блики).Дополнительная оптика для уменьшения бликов может быть включена в конструкцию светильников, но они часто приводят к большим оптическим потерям.

И последнее, но не менее важное: повышенная сложность конструкции системы приводит к более высокой первоначальной стоимости светодиодной продукции по сравнению с устаревшей осветительной продукцией. Это делает оптимизацию затрат важной частью процесса проектирования светильников. Когда давление стоимости перевешивает производительность и надежность продуктов, возникает поток проблем.

Тонкости светодиодного освещения

Поскольку стоимость является постоянной проблемой, сегодня ни одно решение для светодиодного освещения не является бескомпромиссным.Тот факт, что светодиодные продукты построены на целостной структуре, усугубляет сложности на рынке освещения. Проектирование и проектирование светодиодных систем в некотором смысле связано с поиском компромиссов между различными аспектами освещения (например, стоимостью, эффективностью, качеством освещения, сроком службы). В то время как этичные производители освещения решают или сокращают эти компромиссы за счет инновационного дизайна и передовых технологий, существует ряд неэтичных игроков, которые срезают углы и играют в технологии.

КПД системы

При эффективном применении терморегулирования эффективность системы светодиодного осветительного прибора — это совокупная эффективность его светодиодов, драйвера и оптики.Эффективность светодиодных корпусов не следует приравнивать к эффективности светодиодного светильника. Могут быть случаи, когда световая отдача светодиодов составляет 200 лм / Вт, а световая отдача светильника составляет только 100 лм / Вт. Такое несоответствие высокой эффективности между источником света и системой освещения можно отнести к неэффективному преобразованию энергии, неэффективной доставке света или сочетанию того и другого. Следовательно, повышение эффективности преобразования мощности драйвера переменного тока в постоянный и эффективности оптической доставки является еще одним способом повышения эффективности освещения.Использование недорогих схем драйверов — основная причина аномально низкой эффективности системы. Например, линейные блоки питания пользуются огромной популярностью у производителей продуктов начального уровня. Эти схемы драйверов имеют значительно меньшее количество частей схемы и, следовательно, значительно более низкую стоимость по сравнению с импульсными источниками питания. Однако одной из проблем линейного регулятора является его низкая эффективность преобразования мощности, поскольку он работает за счет рассеивания избыточной мощности в виде тепла.

Эффективность светодиодной системы освещения может быстро упасть из-за использования низкоэффективных светодиодов, неадекватного управления температурой, перегрузки или их комбинации.Быстрое снижение яркости часто происходит в системах освещения, в которых используются пластиковые светодиодные корпуса средней мощности. Эти источники света обладают высокой начальной эффективностью благодаря пластиковым полостям с высокой отражательной способностью и металлическому корпусу выводной рамки. Но пластиковый корпус из синтетических смол, таких как PPA и PCT, обесцвечивается при воздействии высоких температур. Эксплуатация этих светодиодов при повышенных температурах перехода из-за перегрузки и / или неэффективного рассеивания тепла ускорит термическую деградацию упаковочных материалов и приведет к необратимому снижению светоотдачи.

Надежность системы

Надежность светодиодной системы будет определяться всеми ее составными частями и их способностью выдерживать экологические или эксплуатационные нагрузки. В то время как большинство параметрических отказов светодиодов, таких как уменьшение светового потока и изменение цвета, зависят от температуры, большинство катастрофических отказов светодиодов зависит от драйвера. Светодиодная система хороша ровно настолько, насколько хорошо ее самое слабое звено, и обычно этим звеном является драйвер. Драйвер — это сердцебиение светодиодной системы, поскольку он выполняет множество подзадач последовательно или параллельно.Среди этих подзадач защита светодиодов от скачков напряжения и низкого качества входящей мощности особенно важна, поскольку катастрофические отказы светодиодов часто вызваны событиями EOS. В драйверах светодиодов обычно используются электролитические конденсаторы для поглощения энергии перенапряжения, сглаживания больших пульсаций выходного тока и фильтрации электромагнитных помех. Срок службы электролитических конденсаторов сильно зависит от рабочей температуры и тока пульсаций, протекающих через них. Это приводит к тому, что сам драйвер часто становится первым компонентом светодиодной системы, который выходит из строя, поскольку в недорогих драйверах редко используются конденсаторы, способные выдерживать высокие рабочие температуры.Линейные источники питания работают без электролитических конденсаторов и, следовательно, имеют более высокую надежность схемы. Однако светодиоды, работающие в этих схемах, подвержены электрическому перенапряжению.

Качество освещения

Среди переменных, которые влияют на качество освещения, контроль мерцания и качество цвета часто используются для разработки более дешевых систем. Как обсуждалось ранее, мерцание возникает, когда есть большие колебания постоянного тока. Недорогие драйверные решения, такие как одноступенчатые SMPS-схемы или линейные регуляторы, как правило, плохо справляются с подавлением пульсаций.Индустрия освещения также предлагает осветительные приборы с низким индексом цветопередачи (CRI) и высокой цветовой температурой. Это связано с наличием компромисса между светоотдачей и спектральным качеством. Чтобы обеспечить освещение с высокой цветопередачей, источник света должен равномерно распределять мощность излучения по всему видимому спектру. Это включает преобразование с понижением частоты большого количества коротковолновых фотонов (например, синих фотонов). Чем больше количество коротковолновых фотонов преобразуется, тем выше стоксовы потери энергии.Это приводит к снижению эффективности светодиодов с более высокой цветопередачей.

Несмотря на дополнительные потери энергии, связанные с преобразованием длины волны, эффективность светодиодов с высоким индексом цветопередачи уже достаточно высока, чтобы обеспечить баланс между энергоэффективностью и цветопередачей. Большинство светодиодных продуктов, предназначенных для внутреннего освещения, по-прежнему предлагаются с низким качеством цветопередачи. Свет, излучаемый этими продуктами, хорошо воспроизводит средне-насыщенные цвета, но не имеет длин волн для воспроизведения насыщенных цветов.

Аналогичным образом, для того, чтобы светодиод генерировал теплый белый свет, значительное количество коротковолнового света, излучаемого светодиодным чипом, необходимо преобразовать с понижением частоты в более длинноволновый свет. Это приводит к тому, что преобразованные в люминофор светодиоды с холодным белым видом обеспечивают более высокую эффективность, чем светодиоды с теплым белым видом. Осветительные приборы с высокой цветовой температурой (например, 6000 K — 6500 K) активно продвигаются на рынках, где потребители менее осведомлены о биологическом эффекте холодного белого света, обогащенного синим цветом.Подавление ночного мелатонина из-за воздействия света с высоким уровнем CCT может нарушить циркадные ритмы и привести к негативным последствиям для здоровья.

Светодиоды: Праймер | источники света | Справочник по фотонике

Светодиоды (светодиоды) — это полупроводники, которые преобразуют электрическую энергию в энергию света. Цвет излучаемого света зависит от материала и состава полупроводника, при этом светодиоды обычно подразделяются на три длины волны: ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный.

Расс Даль, Opto Diode Corporation


Диапазон длин волн серийно выпускаемых светодиодов с одноэлементной выходной мощностью не менее 5 мВт составляет от 275 до 950 нм. Каждый диапазон длин волн сделан из определенного семейства полупроводниковых материалов, независимо от производителя. В этой статье будет представлен обзор работы светодиодов и краткий обзор отрасли. Также будут обсуждаться различные типы светодиодов, соответствующие длины волн, материалы, используемые в их составе, и некоторые применения для конкретных ламп.

Ультрафиолетовые светодиоды (УФ-светодиоды): от 240 до 360 нм

УФ-светодиоды специально используются для промышленного отверждения, дезинфекции воды и медицинских / биомедицинских целей. Уровни выходной мощности более 100 мВт были достигнуты на длинах волн всего 280 нм. Материал, в основном используемый для УФ-светодиодов, — это нитрид галлия / нитрид алюминия-галлия (GaN / AlGaN) с длинами волн 360 нм или более. Для более коротких длин волн используются запатентованные материалы. В то время как рынок длин волн 360 нм и более стабилизируется из-за более низких цен и большого количества поставщиков, более короткие волны производятся всего несколькими поставщиками, и цены на эти светодиоды все еще очень высоки по сравнению с остальными предложениями светодиодной продукции.

Светодиоды от ближнего ультрафиолетового до зеленого: от 395 до 530 нм

Материалом для изделий этого диапазона длин волн является нитрид индия-галлия (InGaN). Хотя технически возможно получить длину волны от 395 до 530 нм, большинство крупных поставщиков концентрируются на создании синих светодиодов (от 450 до 475 нм) для получения белого света с помощью люминофоров и зеленых светодиодов в диапазоне от 520 до 530 нм для светофор зеленый свет. Технология для этих светодиодов обычно считается зрелой.Повышение оптической эффективности замедлилось или прекратилось за последние несколько лет.

Светодиоды от желто-зеленого до красного: 565–645 нм

Фосфид алюминия, индия, галлия (AlInGaP) — это полупроводниковый материал, используемый для этого диапазона длин волн. Он преимущественно выполнен в желтом цвете светофора (590 нм) и красном сигнале светофора (625 нм). Лимонно-зеленый (или желтовато-зеленый 565 нм) и оранжевый (605 нм) также доступны в этой технологии, но имеют ограниченную доступность.

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

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

В этой области существует множество вариантов конструкции устройства, но все они используют арсенид алюминия-галлия (AlGaAs) или арсенид галлия (GaAs) .Применения включают инфракрасное дистанционное управление, освещение ночного видения, промышленное фотоуправление и различные медицинские приложения (на длине волны 660–680 нм).

Теория работы светодиодов

Светодиоды — это полупроводниковые диоды, которые излучают свет, когда электрический ток подается в прямом направлении к устройству — электрическое напряжение, которое достаточно велико для того, чтобы электроны могли перемещаться через область истощения и объединяться с отверстие на другой стороне для создания пары электрон-дырка должно быть применено.Когда это происходит, электрон высвобождает свою энергию в виде света, и в результате получается излучаемый фотон.

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

Доступность длины волны и соображения эффективности

Главный фактор, определяющий, является ли конкретная длина волны, имеющаяся в продаже, связана с рыночным потенциалом, спросом и длинами волн промышленного стандарта.Это особенно заметно в областях от 420 до 460 нм, от 480 до 520 нм и от 680 до 800 нм. Поскольку для этих диапазонов длин волн нет массовых приложений, нет крупных производителей, предлагающих светодиодные продукты для этих диапазонов. Тем не менее, можно найти мелких или средних поставщиков, предлагающих продукцию для этих конкретных длин волн на индивидуальной основе.


Рис. 1. Текущее значение находится с помощью уравнения I = (V куб.см — V F ) / R L .Чтобы быть абсолютно уверенным в протекании тока в цепи, необходимо измерить каждый светодиод V F и указать соответствующий нагрузочный резистор. В практических коммерческих приложениях V cc спроектирован так, чтобы быть намного больше, чем V F , и поэтому небольшие изменения в V F не влияют на общий ток в значительной степени. Отрицательный момент этой схемы — большие потери мощности через R L .

У каждой технологии материалов есть точка в диапазоне длин волн, где она наиболее эффективна, и эта точка находится очень близко к середине каждого диапазона.По мере того, как уровень легирования полупроводника увеличивается или уменьшается от оптимального уровня, страдает эффективность. Вот почему синий светодиод имеет гораздо большую мощность, чем зеленый или ближний УФ, желтый — больше, чем желто-зеленый, а ближний ИК — лучше, чем 660 нм. Когда у вас есть выбор, гораздо лучше проектировать для центра диапазона, чем для краев. Также проще закупить изделия, которые не попадают в технологический край материала.

Подача тока и напряжения на светодиоды

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

В приложениях, где диапазон рабочих температур узкий (менее 30 ° C) или выходная мощность светодиода не критична, может использоваться простая схема, использующая токоограничивающий резистор, как показано на рисунке 1.


Рисунок 2. Пример точной и стабильной схемы. Эту схему обычно называют источником постоянного тока. Обратите внимание, что ток питания определяется напряжением питания ( В куб. См ) минус В в , деленное на R 1 , или ( В В в ) / R 1 .

Лучше управлять светодиодом с помощью источника постоянного тока (рис. 2). Эта схема будет обеспечивать одинаковый ток от устройства к устройству и при перепадах температуры.Он также имеет меньшую рассеиваемую мощность, чем простой токоограничивающий резистор.

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

Импульсные светодиоды в сильноточном и / или высоковольтном режиме для массивов в последовательно-параллельной конфигурации создают уникальный набор проблем. Для начинающего разработчика непрактично разработать импульсный привод с управлением по току, способный выдавать 5 А и 20 В.Есть несколько производителей специального оборудования для импульсных светодиодов.

Светодиоды в приложениях, видимых человеком

В приложениях, где светодиоды просматриваются напрямую или используются в качестве осветителей, точный цвет гораздо важнее, чем точный световой поток в люменах или канделах. Человеческий глаз относительно нечувствителен к изменениям интенсивности света, а мозг достаточно хорошо компенсирует происходящие изменения интенсивности. Например, глядя на светодиодный видеоэкран в здании, средний человек не заметит падения интенсивности на 20%, поскольку части экрана рассматриваются под углом от 10 ° до 20 ° от оси, по сравнению с частью, находящейся непосредственно на- оси, так как это постепенное изменение, приближающееся к краю поля зрения и не воспринимаемое.Напротив, если светодиоды в одном месте отличаются по длине волны на 10 нм от других участков, человеческий глаз легко заметит эту разницу в цвете и найдет ее отвлекающей.

Большинство белых светодиодов, которые используются сегодня, сделаны из синего светодиода, излучающего более длинноволновый видимый люминофор. Индекс цветопередачи (CRI) — это мера спектрального соответствия солнечному свету. 100 считается таким же, как солнечный свет, и большинство светодиодов, используемых в настоящее время для общего освещения, имеют индекс цветопередачи более 80.Улучшения CRI наряду с лучшей оптической эффективностью позиционируют белые светодиоды как наиболее желательный продукт для большинства приложений освещения.

Преимущества и применение светодиодов

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

Светодиоды

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

Светодиоды сейчас используются в большом количестве разнообразных рынков и приложений (Таблица 1). Их высокая надежность, высокая эффективность и более низкая общая стоимость системы по сравнению с лазерами и лампами делают эти устройства очень доступными и привлекательными как для потребительского, так и для промышленного сегментов.Каждая отдельная светодиодная технология и / или цвет были разработаны для решения конкретных задач и требований.


Технические характеристики светодиодных ламп. Характеристики светодиодной лампы

Устройства на основе диодов успешно вытесняют с рынка другие типы товаров для домашнего освещения. А вполне справедливая стоимость и чувствительность устройств к высоким температурам их не останавливает. Причина в отличном качестве ламп.

Технические характеристики светодиодной лампы включают в себя одни из наиболее важных для потребителя параметров.

Световой поток

Основное назначение осветительного прибора — хорошее освещение. Эта цель достигается за счет светового потока различной интенсивности, создаваемого источником. Он измеряется в единицах света — люменах, или, что более показательно, в отношении люмена к единице мощности — ватту.


Чем выше светоотдача источника света, но в то же время, чем меньше потребление тока, тем эффективнее прибор его учесть.Лампы на светодиодах эргономичны, а по светоотдаче уступают только люминесцентным.

Мощность

Фактически, эти параметры следует рассматривать вместе. Ведь мощность указывает количество потребляемой электроэнергии, а световой поток — количество света, которое излучает устройство. Именно это соотношение определяет эффективность и действенность устройства.


При замене обычной лампы на диод или другой источник, обратите внимание на сравнительные характеристики, указанные в таблице, чтобы найти подходящий аналог.

Светодиод
Лампы накаливания, потребляемая мощность, Вт Люминесцентный, потребляемая мощность, Вт , потребляемая мощность, Вт Световой поток, лм
20 5-7 2-3 250
40 10-13 4-5 400
60 15-16 8-10 700
75 18-20 10–12 900
100 25-30 12-15 1200
150 40-50 18-20 1800
200 60-80 25-30 2500

В таблице приведены лишь некоторые сравнительные данные.Однако нетрудно понять, что для замены ламп накаливания мощностью 75 Вт подойдет светодиод мощностью 10–12 Вт, так как он излучает такой же световой поток. При этом освещение ни в коем случае не испортится, а может даже улучшиться.


Цветовая температура

Это значение указывает оттенок излучаемого света. И если для лампы накаливания нет выбора — цвет определяется только светофильтром, как и для люминесцентной лампы, то такая характеристика светодиодных ламп, как цветовая температура света, может варьироваться в очень широких пределах. пределы.

Дело здесь в том, что в основе прибора лежит диод — полупроводниковый кристалл, который генерирует свет при прохождении электрического тока. Цвет излучения зависит от примесей в кристалле и может быть любым — желтым, красным, белым. Причем интенсивность и соответствие тому или иному оттенку солнечного света также определяется степенью цветовой гаммы.


Полупроводник может генерировать белое теплое, белое холодное, белое дневное излучение. Цветовая температура в этом случае колеблется от 3500 до 6500.К, тогда как температура обычного желтого света составляет 2700–3000 К. Любой вариант светодиодной лампы оказывается ярче просто потому, что имеет более высокую цветовую температуру.

При этом белый свет светодиодного устройства имеет отличные характеристики по передаче цвета и совершенно не меняет оттенки.


Базовый тип

Это качество определяет использование устройства. Итак, Е27 указывает на возможность размещения светильника в обычных бытовых светильниках и люстрах разных типов.Например, Е14 — базовый параметр для холодильника или автосалона. А у Е40 самая большая база, она применяется не для дома, а в больших производственных помещениях, для уличного освещения и так далее.

В остальном сравнительные технические характеристики светодиодной лампы Е27 не отличаются от других моделей. E27 разработан специально для замены устаревших осветительных приборов в доме на новые светодиодные. На фото — аппарат с базой Е27.


Рабочее пространство

Лампы на светодиодах отличаются хорошей устойчивостью к низким температурам. Сама природа полупроводника такова, что для его нормальной работы требуется тепло. В результате устройство работает при самых низких температурах — до -40, а по некоторым отзывам и до -55 С. В доме, конечно, нет такой температуры, но на улице в условиях Крайний Север — полностью.

Но верхняя температура моделей ограничена до +40 С.Мощный электронный драйвер лампы, помимо прочего, отводит тепло, но при высокой температуре корпус сам нагревается, что приводит к выходу из строя полупроводника и его разрушению.

Пульсация

Для любого искусственного освещения в некотором роде характерно мерцание. Увы, светодиодные лампы не исключение. На эту характеристику нужно обращать внимание при выборе.

К сожалению, разобраться в этом вопросе непросто. Мерцание определяется драйвером устройства и зависит от его качества.В бюджетных моделях светодиода очень часто можно встретить вместо драйвера конденсатор, и последний, как и положено, не может стабилизировать ток.


Условия труда

В характеристику светодиодных ламп Е27 или автомобильных ламп Е14 входит такой параметр, как напряжение. Все светодиодные устройства потребляют постоянный ток. напряжение 12 В, поэтому напрямую в розетку не подключаются, чего нельзя сказать об автомобильном аккумуляторе. Возможность работы с переменным током напряжением 220 В обуславливает тот же драйвер в лампе или преобразователь, включенный в схему.

Уже более века люди используют лампы накаливания, освещая свои дома, квартиры, рабочие места и т. Д. И только сравнительно недавно, всего несколько десятилетий назад, началась интенсивная разработка альтернативных осветительных приборов. Первые широко распространенные люминесцентные лампы уже спешат заменить на более экономичные и эффективные — светодиодные.

Уменьшение стоимости последних позволило применять со светодиодными лампами как полноценную замену другим типам ламп.

Правильно подобрать светодиодный светильник можно только ознакомившись с его основными техническими характеристиками. Во-первых, это:

Потребляемая мощность. Она может варьироваться от нескольких единиц до десятков ватт. Но по его величине нельзя однозначно судить о яркости или мощности светового потока лампы.

Световой поток. В лампах накаливания яркость света была прямо пропорциональна их мощности. В светодиодных лампах соотношение иное.Чтобы понять, какой светит ярче, обратите внимание на величину светового потока. Он показывает количество света, излучаемого лампой. Измерьте его в люменах (лм).

Световая отдача — главный параметр, характеризующий эффективность и экономичность светодиодного светильника. Это отношение светового потока к энергии, потребляемой лампой, т. Е. К мощности. Он измеряется в люменах на ватт (лм / Вт). У обычных ламп накаливания этот показатель составляет 10–15 Лм / Вт, у светодиодов порядка 70-90 Лм / Вт.На упаковке вместо этих двух параметров может быть указана сравнительная характеристика, эквивалентная нити накала обычной лампочки с аналогичной светосилой.

Цветовая температура. Абсолютно черное тело — это тело, которое вообще не отражает свет. Один из его ближайших аналогов — сажа. Если такое тело начинает нагреваться, оно сначала начинает светиться красным, при дальнейшем повышении температуры — желтым, синим и так далее до пурпурного. Температура, до которой нагревается абсолютно черное тело и называется цветным.Он измеряется в градусах по шкале Кельвина. Лампа накаливания с желтоватым приятным для глаз цветом имеет цветовую температуру 2700–3500 ° K. Белый цвет дневного света соответствует 4500–6000 ° K. Все, что выше 6500 ° K, относится к голубовато-холодному цвету.

Одним из существенных преимуществ светодиодных ламп является возможность выбора оттенка белого излучаемого света от теплого желтоватого до холодного голубоватого.

Рабочее напряжение. Светодиодные светильники 12 В работают от постоянного тока, который обеспечивает источник питания или драйвер.Они позволяют подключать светодиоды к бытовой электросети с переменным напряжением 220 В. Также можно найти варианты переменного и постоянного напряжения 12–24 В. В зарубежных магазинах наши соотечественники иногда по ошибке покупают лампы на 110 В.

Следовательно, нужно заранее знать, какое напряжение будет использоваться для питания. Если напряжение будет слишком высоким, лампа перегорит.

Светодиодные лампы

с драйвером лучше выдерживают скачки напряжения в сети. В отличие от обычных ламп накаливания, которые либо тускнеют, либо загораются ярче при изменении напряжения, светодиод светится в этих ситуациях одинаково.

Цоколи. Светодиодные лампы комплектуются стандартными цоколями, которые подходят практически ко всем используемым в быту патронам. Две их наиболее распространенные группы — это резьбовые и штифтовые, есть и другие их типы, в частности цоколи автомобильных ламп. Наиболее распространены базы Е27, Е14.

Первый из них — это основание с резьбой, которое подходит для стандартных картриджей, устанавливаемых в любом помещении. Цифра после буквы указывает диаметр соединительной детали в миллиметрах.

С цоколем Е14 обычно встречаются декоративные светильники типа «миньон», «свеча», «свеча на ветру» и т. Д.

Светодиодные лампы со штыревыми цоколями типа G и типа GU (с двумя штырями), используются для замены люминесцентных и галогенных ламп. Цифра после буквы в данном случае означает расстояние между контактами.

Рабочая температура. Диапазон температур, при которых лампа работает стабильно и плавно, должен соответствовать условиям использования. В целом она довольно широкая и колеблется от –60 ° С до + 40 ° С.

Коэффициент пульсации. Мозг не способен полноценно обрабатывать визуальную информацию, изменяющуюся с частотой более нескольких десятков герц.Сознание не воспринимает мерцание ламп с одинаковой частотой, но человек все равно ощущает дискомфорт, переутомление, депрессию и т. Д. Сетчатка глаза не может реагировать на мерцание света с частотой выше 300 Гц, и, следовательно, они не воспринимаются. мозгом.
Характеризуется мерцанием ламп, коэффициент пульсации не должен быть выше 20%. У качественных лампочек с этим проблем не возникает. Про дешевизну не скажешь. Одна из самых частых причин этого явления — нестабильное электроснабжение, которое передает пульсации от сети 220 вольт.

Проверьте пульсацию, направив камеру мобильного телефона на работающую лампу. Из-за ряби изображение будет мигать.

Степень защиты. Чтобы лампа не вышла из строя, тем более не подвергала опасности здоровье находящихся поблизости людей, она должна соответствовать определенным требованиям защиты от влаги и пыли. Его степень должна соответствовать условиям, в которых будет эксплуатироваться изделие. Обычно этот параметр указывается на упаковке.

Система охлаждения. Особенностью светодиодных ламп является распространение тепла в сторону подложки самого диода, а не внешней светящейся поверхности.Поэтому доступность и качество радиатора — одна из важнейших характеристик для ламп мощностью более 2–3 Вт. Наиболее распространены алюминиевые радиаторы с ребрами для увеличения теплоотдачи.

Другие характеристики включают:

Регулировка яркости. Диммер — устройство, с помощью которого можно изменять яркость лампы, ограничивая ток через нее. Стандартные диммеры можно использовать только в том случае, если лампа специально изготовлена ​​с этой функцией. Стоят такие светодиодные лампы, конечно, дороже.

Срок службы. При правильной эксплуатации, приобретенные у надежного поставщика, светодиодные лампы могут непрерывно работать не менее 25000 часов.
Количество светодиодов в лампе. Он может содержать от одного до десятков таких элементов.

В нынешней ситуации все люди пытаются хоть как-то, но экономить на электроэнергии. Раньше для этого использовались ртутные лампы. Но они себя не оправдали: относительно быстро выгорели и не окупили затрат, к тому же цена на такое изделие была совсем не 5 рублей.

Сегодня их везде покупают. Технические характеристики таковы, что при очень небольшом энергопотреблении эти изделия способны ярко светить. Это хорошая возможность сэкономить. Поэтому они стали такими популярными. Но не все они одинаково хороши. Чтобы правильно выбрать лампочку, нужно знать и учитывать некоторые моменты.

Кстати, среди достоинств данной продукции не только высокая эффективность и длительный срок службы, но и различные варианты исполнения и разные цвета свечения.Все это позволяет использовать их как один из элементов дизайна интерьера.

Подробные сведения о преимуществах

Светодиодные лампы 220В заменили традиционные лампы накаливания и демонстрируют отличные характеристики для среднего потребителя. Среди их достоинств — много чего. Это значительно меньшее потребление энергии, более высокое качество, более длительный срок службы. Эти продукты также полностью безопасны для человека и домашних животных. Стоит рассмотреть все эти преимущества более подробно.

Лучший способ сэкономить

Какая экономия? Светодиодные лампы, технические характеристики которых аналогичны лампам накаливания и люминесцентным изделиям, потребляют значительно меньше энергии.

Возьмем, к примеру, обычную лампу накаливания мощностью 65 Вт. Люминесцентный элемент с такими же возможностями (а это создание светового потока 600 лм) имеет мощность 14 Вт. Диодный светильник с такими же характеристиками будет потреблять всего 7 Вт. Здесь результат очевиден. Таким образом, вы можете сэкономить 10 раз, если замените старые лампочки на эти светодиодные новинки. В разных случаях уровень рентабельности может быть больше.

Срок службы

Лучшие могут проработать от 30 до 100 тысяч часов.Обычная лампочка, пусть даже известной марки, проработает всего 4000 часов, и то только в идеальной ситуации. Следовательно, получается, что за время, пока светит светодиодное изделие, необходимо будет закупить и заменить около 40 шт. традиционные аналоги. Если учитывать соотношение цен 1/25 только при приобретении одной светодиодной детали, то вместо 40 экономия составит аж 15%. Это хороший номер. Помимо суммы, также экономится время, затрачиваемое на замену продуктов.


Гарантия

Эти уникальные и экономичные лампы также имеют гарантию производителя. Таким образом, отечественные бренды на свою продукцию гарантируют срок службы от 2 до 3 лет. Иностранные производители прописывают 5 лет непрерывной работы. Если вдруг по каким-то причинам он перегорит до истечения гарантийного срока, компания обязуется бесплатно починить или заменить.

Если учесть, что в большинстве стандартных они используют около 6 часов в день, то даже самый дешевый из всех существующих, с заявленным периодом 30 000 часов, проработает около 13 лет.Это серьезное время. При этом стоимость такого уникального приобретения окупится примерно за 2,5 года. Получается, что в остальное время свет от LED-продукта будет выходить практически бесплатно.

Помимо всего этого, есть и другие преимущества:

Важные технические характеристики

Эти осветительные приборы в последнее время стали чрезвычайно популярными. Поэтому необходимо знать, какими техническими характеристиками должна обладать конкретная лампа.Это значительно облегчит выбор данной продукции для домашнего использования.

Power

Это наверное самое главное. Для домашнего использования достаточно лампы, мощность которой от 1 до 25 Вт. Эта цифра эквивалентна 20-150 Вт для элемента накаливания.

Но в продаже есть более мощные светодиодные лампы. Их технические характеристики, а точнее мощность, могут составлять до 100 Вт. Для домашнего использования возможности этих изделий избыточны — они используются для организации уличного освещения.

Световой поток

Чтобы узнать, насколько ярким будет то или иное изделие, обычно следует обращать внимание на значения светового потока. Этим параметром производители характеризуют яркость свечения. Именно эти данные необходимо запомнить, чтобы найти полноценную замену перегоревшей лампе накаливания.

Многие отечественные производители, а также друзья из Поднебесной указывают на упаковке, какую лампочку может заменить светодиод. Но этот параметр не всегда правильный.Бывают случаи, когда китайские производители увеличивали этот показатель вдвое. Для светового потока 50 лм необходимо приобрести светодиодную лампу мощностью 1Вт. Для потока в 600 лм нужна светодиодная часть мощностью 7 Вт, что эквивалентно лампе накаливания мощностью 65 Вт.


Дополнительные характеристики

Еще среди важных параметров выделяют угол расхождения. Те из лампочек, которые имеют этот угол 90 °, будут наиболее оптимальным решением в качестве основного освещения. Если угол рассеивания света будет 20-30 °, то изделие лучше использовать для точечного освещения.

Не забываем про цветовую температуру. Например, 2700 К — уютный и приятный желтый цвет, чем-то напоминающий советские лампы. 3500 К — свечение белее и ярче, но все же слегка желтоватое. 5000-6000 К уже нейтральный белый. Все, что больше этих цифр, предназначено для уличного освещения.

Еще одно — срок службы. Это стоит увидеть, но полностью доверять индикатору профессионалы не рекомендуют. Часто все, что продается на рынках нашей страны, производится в Китае, и, возможно, качество намного выше, чем раньше, но везде можно купить бракованный товар.

Цоколь для светодиодной лампы

На современном рынке осветительных приборов можно найти изделия с 11 цоколями различных типов. Различия между ними — по форме и размеру, а также по плоскостям контакта. Каждая база имеет свой номер по стандарту. Просто взглянув на лампу, можно увидеть, где подходит устройство.

E27 — самая распространенная база для домашнего использования. Именно он используется в большинстве бытовых люстр, и для него есть соответствующие светодиодные лампы. Лампы, бра, настольные лампы тоже оснащены таким цоколем.Аналог этой шапки — Е14. Он также предназначен для домашнего использования. Это свечная лампа.

В современных люстрах и светильниках используются изделия с тумбами, маркировка которых начинается с буквы G. Модификаций этих деталей огромное количество. При покупке устройств очень важно полностью знать маркировку, даже если основание оснащено контактными поверхностями штифтов.

Производители

Как уже отмечалось ранее, большая часть всех ламп на нашем рынке — это китайские товары.Но в последнее время активизировался отечественный производитель, выпускающий светодиодные лампы, технические характеристики которых даже превышают параметры продукции из Поднебесной. Часто крупные предприятия располагаются в европейской части страны. Эти продукты отлично подходят для домашнего использования. Интернет-издания по информационным технологиям провели тесты отечественного продукта и остались очень довольны результатами.

Среди производителей качественных и надежных ламп можно выделить:

  • Feron.
  • Jazzway
  • Camelon.
  • Гаусс.
  • Навигатор.
  • «Эра».

Стоимость лампочек может сильно варьироваться в зависимости от региона и составляет от 200 до 1300 руб. Недорогое решение покупать не имеет смысла. Специалисты рекомендуют приобретать изделия, оснащенные современными прочными диодами.

Новинка — светодиодный светильник с дистанционным управлением

Среди достоинств таких устройств можно выделить высокий КПД.Светильники оснащены батареей. Поэтому свет в квартире будет всегда. Пульт дистанционного управления позволяет удобно управлять лампой на расстоянии. Изделие удобно в качестве мобильного светильника.


Светодиоды

В настоящее время большая часть электроники китайского производства. К сожалению, это касается и светодиодов. Простой покупатель без квалификации, определенных знаний и специализированного оборудования не в состоянии оценить качество светодиодов. К тому же многие убеждены, что светодиод — самый простой прибор и для получения качественного продукта достаточно припаять его к плате.В том случае, если стоимость товара откровенно низкая, скорее всего, виновата одна из трех причин, о которых пойдет речь ниже.

Большинство светодиодов китайского производства имеют структуру подсветки, рассчитанную на импульсную работу (мониторы ПК, телевизионные экраны, светодиодные модули и т. Д.). Выпуск светодиодов с подсветкой запущен в серийное производство, что позволяет получить низкую стоимость при выпуске. Поначалу они действительно дают хорошие характеристики светового потока, однако спустя полгода постепенно их теряют.

Светодиод

относится к полупроводниковым приборам. Для обеспечения эффективной работы полупроводников светодиодные лампы должны иметь хороший отвод тепла. Использование некачественных теплоотводящих материалов плохо сказывается на световом потоке. В нашем случае качество лампы определяется профессиональной поддержкой производителя матрицы светодиодов.

Поэтому отдавайте предпочтение продукции мировых производителей: Osram, Phillips, Cree, Gauss и др. Продукция бренда отличается хорошим качеством.Поэтому лучше не экономить, особенно если это встраиваемые светодиодные фонари. Деградация на приемлемом уровне и стабильный световой поток обеспечат вам хорошее освещение на долгое время.

Деградация

Несмотря на то, что по нормам допустимая величина деградации должна составлять 20% в год, на практике лучше выбирать значение не более 5% для, так как при высокой скорости деградации цвет может резко измениться: например, отзывы говорят, что может стать розовым или синим.


Блоки питания

Правильное питание влияет на качество света и срок службы светильника. Так что при некачественном блоке питания, цель которого — давать постоянный ток, уровень пульсаций будет минимальным. При этом, согласно СНиП, для офисных помещений он не должен превышать 5%. Коэффициент пульсации увеличивается с увеличением пульсирующего тока. Это значит, что источник света не обеспечит комфортных условий для глаз.

Корпус

Качество светового потока во многом зависит от корпуса осветительного прибора и его компонентов.Использование дешевого пластика для диффузора позволяет снизить световой поток до 70% из-за плохой светопропускания. Корпус из некачественного металла, который не был должным образом обработан, через несколько лет подвергнется коррозии. Именно поэтому серьезные производители проводят контроль качества используемых материалов на всех этапах производства светильников. В качестве рассеивателя часто используется закаленное стекло. Он на 100% отвечает за выполнение самых высоких требований пожарной безопасности. Офисные светодиодные лампы должны давать четкий свет, не мигая, иначе работоспособность персонала снизится.

Гарантийный срок

Большинство компаний предоставляют гарантию на свою продукцию сроком на 5 лет. Смотрится великолепно: вы получаете недорогую светодиодную настольную лампу и получаете на нее длительный гарантийный срок.

На самом деле не все так хорошо и небольшая компания с привлекательно низкими ценами может быстро разориться. Компания может проработать все 5 лет и добросовестно заменить вас некачественной арматурой. В этом случае доставит немало хлопот: необходимость постоянных монтажных и демонтажных работ, трудозатраты и временные затраты.Светильники на замену будут предоставлены (а на самом деле они не всегда доступны, поэтому просят подождать несколько дней), но вам придется снимать и менять их за свой счет (вопрос использования продукции в производственных цехах, где освещение светильники находятся на значительной высоте).


Характеристики светодиодных ламп для дома и офиса
  1. Световой поток. Параметр измеряется в люменах (лм) и отображает количество света, излучаемого светодиодным светильником.Чем больше индикатор, тем ярче светит светодиодный потолочный светильник.
  2. Потребляемая мощность. Измеряется в ваттах (Вт). Чем меньше этот показатель, тем меньше расход электроэнергии.
  3. Световой поток . Измеряется в лм / ватт. Основной показатель энергоэффективности осветительного прибора. Например, сейчас достаточно распространено вмонтированный светильник в потолок Армстронг. В нем 4 люминесцентные лампы, каждая из которых потребляет 18 Вт. Фактическая светоотдача не превышает 30 Лм / Вт.Поэтому по сравнению со светодиодной лампой его нельзя назвать энергосберегающим решением.
  4. Диаграмма направленности — кривая силы света . На нем изображено распределение светового потока, излучаемого светодиодной лампой. Помните, что установленные светодиодные фонари должны иметь оптимальную диаграмму направленности для вашей задачи. Например, в офисе потолочные светильники по всей площади комнаты должны распределять равномерные световые потоки. Следовательно, у них должна быть диаграмма косинусов. Если рассматривать уличное освещение, то у лампы должны быть полуширные или широкие кривые силы света.
  5. Оттенки белой светодиодной лампы (цветовая температура) . Параметр измеряется в градусах Кельвина в диапазоне 2700-7000 Кельвинов. Теплый белый цвет считается самым комфортным для глаз. Имеет цветовую температуру до 4000 К. Все вышеперечисленное считается «холодным белым». Как правило, лампы с оттенками «теплый белый» намного дороже «холодного белого», что связано с технологией производства.
  6. Индекс цветопередачи Ra. Значение указывает, насколько достоверно отображается цвет объекта, который подсвечивается светодиодными лампами.Чем выше оценка, тем надежнее отображаются цвета. Индекс при покрытии тех объектов, у которых важна разница в цвете, должен превышать 75.
  7. Производитель освещения . Лучшим решением будет выбор производителей в этой сфере: Semiconductor, CREE, Samsung, Seoul и др. Эти компании предоставляют гарантию соответствия заявленным характеристикам на протяжении всего срока службы вашего осветительного прибора.
  8. КПД источника питания должен быть 80% или выше.Светодиодные светильники с менее эффективными источниками питания будут иметь значительные потери мощности. Кроме того, блок питания должен обеспечивать защиту от скачков напряжения, перегрева. Устройство должно соответствовать правилам электромагнитной совместимости.
  9. Размер и количество светодиодов в изделии. Принцип «лучше больше» здесь не работает. Таким образом, светильник с 45 светодиодами может быть не лучше светильника с 12 светодиодами, если в нем используются светодиоды более высокого качества с хорошей светоотдачей.Также нельзя судить о достоинствах и недостатках, исходя из размеров осветительного прибора. Неважно маленькие или большие светодиоды.

Цветовые характеристики светодиодов — Цветовая температура

Сегодня на рынке освещения доступно множество различных светодиодов. Разнообразные характеристики светодиода включают, среди прочего, цвет света или длину волны излучения и интенсивность света.

Эти цветовые характеристики являются результатом ряда факторов в процессе производства.Такие факторы, как состав полупроводников, используемая технология изготовления и инкапсуляция, также важны для определения внешнего вида светодиодов.

Цвета светодиодов

Цвет — это основная характеристика светодиодов (LED). Изначально для этих светильников было доступно ограниченное количество цветов. Вы могли найти только красные светодиоды.

Однако по мере развития технологий произошли значительные улучшения в материалах и цветах светодиодов.

Цветовые характеристики светодиодов: цветовая температура

Одним из важных аспектов внешнего вида цвета является цветовая температура, которая демонстрирует, насколько холодный / голубоватый или теплый / желтоватый технически выглядит белый свет. Коррелированная цветовая температура CCT (сокращенно CCT) на самом деле является метрикой, коррелирующей внешний вид источника света с предварительно нагретым теоретическим внешним видом темного / черного тела. По мере того, как черное тело становится горячее, оно становится красным, оранжевым, белым и, наконец, синим.Значение CCT источника света, выраженное в градусах Кельвина (K), представляет собой температуру, при которой горячее черное тело близко соответствует цвету исследуемого источника света. Он символизирует цвет излучаемого света, а не освещенных объектов.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ О ЦВЕТОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

Что такое индекс цветопередачи (CRI)?

Метрики Цветовое представление имеет множество различных форм, включая системы на основе эталонов, системы на основе гаммы и системы, основанные на сложных моделях внешнего вида цвета.

CRI означает меру точности (вот насколько «истинным» является определенный источник света по отношению к эталонному источнику), но он не решает проблему привлекательности цвета и различения.

УЗНАЙТЕ ИНДЕКС ЦВЕТОВОЙ ОТДАЧИ

Цветность и цвета светодиодов

Цветность — это объективная интерпретация качества цвета независимо от его яркости. Он состоит из двух различных параметров, часто описываемых как цветность (и) и оттенок (h).Для указанного CCT источник света с положительным значением Duv имеет цветность, которая падает выше геометрической точки черного тела (выглядит слегка зеленоватой), в то время как источник с отрицательным значением Duv имеет цветность, которая падает ниже геометрической точки черного тела (появляется слегка розоватый).

Влияние падения напряжения на светодиодах

Падение напряжения на светодиодах часто составляет от 2 до 4 вольт. Фактическое напряжение, которое возникает на двух клеммах, сильно зависит от типа используемых светодиодов / материалов и влияет на цвет рассматриваемого светодиода.

Как и ожидалось, кривая напряжения светодиода в целом напоминает характеристику прямого диода. Но как только диод включается, напряжение становится относительно плоским для различных уровней прямого тока.

Характеристики светодиода: сводка

В следующей таблице приведены общие сведения о цветовых характеристиках светодиодов.

Диапазон длин волн в НМ Цвет светодиода Напряжение (В) при 20МА Тип материала
Ниже 400 УФ (ультрафиолетовое излучение) 3.1 до 4,4 AIN, AlGaN, AlGalnP
от 400 до 450 фиолетовый от 2,8 до 4,0 GaP, AlGalnP
от 450 до 500 Синий от 2,5 до 3,7 линГан
от 500 до 570 Зеленый от 1,9 до 4,0 GaP, AlGalnP
570 до 590 Желтый от 2,1 до 2,2 GaAsP, AlGalnP
590 до 610 Оранжевый или Янтарный 2.От 0 до 2,1 GaAsP, AlGalnP
610 до 760 Красный от 1,6 до 2,0 AlGaAs, GaAsP, AlGalnP

Ниже 760 Инфракрасный Ниже 1,9 GaAs, AlGaAs

Помимо цвета светодиода, следующие основные характеристики светодиодов:

  • Значение силы света (обозначается как Iv)
  • Текущий vs.спецификация напряжения
  • Обратное напряжение
  • Угол обзора

Характеристики светодиодов на срок службы

Интенсивность света светодиода

не уменьшается со временем. Это означает, что светодиоды имеют определенный срок службы. Эта спецификация помогает определить применение различных типов светодиодов. Характеристики светодиодов определяются по следующим формулам.

L 70% = время, необходимое для 70-процентного освещения (это также известно как поддержание светового потока)

L 50% = время, затрачиваемое на 50-процентное освещение (также известное как поддержание светового потока)

Примечание.