Характеристики светодиодный светильник: Технические характеристики светодиодных светильников

Содержание

Все про технические характеристики светодиодных ламп и светильников

Уже сегодня светодиодные светильники и лампы широко применяются для искусственного освещения помещений в доме, квартире, офисах и гаражах. За последние годы благодаря развитию технологий значительно снизились цены на светодиоды и продукцию, в которых они применяются. Светодиодные лампы  сегодня лучший вариант для организации освещения,  благодаря высокой экономичности и самым продолжительным срокам службы по сравнению с другими видами ламп.

Да, Вам придется заметно раскошелится и купить дорогостоящую светодиодную лампу и светильник, но за то Вы экономите в будущем при расчетах за потребленную электроэнергию, а так же на отсутствии необходимости в последующем обслуживании  и ремонте, благодаря их высокой надежности работы, в том числе и в жестких условиях их использования (перепадов температур и электрического напряжения, механических воздействий, частого включения- выключения и т. п.).

Светодиодные лампы отличаются по размерам и типам цоколя, температуры свечения и, главное по рабочему напряжению от 12 Вольт до 220 В. Повторятся не буду об этих характеристиках Я подробно рассказывал в своей статье “общие характеристики разных видов ламп”!

Сегодня Я расскажу об технических характеристиках, которые касаются только светодиодной продукции, что поможет Вам сделать правильный выбор при покупке.

Внимание! Аббревиатура LED является сокращением от английских слов «light-emitting diode», которые дословно переводятся на русский язык, как  «светоизлучающий диод», т. е. это второе название светодиода.

Основные технические характеристики светодиодных ламп.

  1. Мощность лампы, которая указывается в Ваттах (W  или Watt).
  2. Тип цоколя. Обращайте внимание при покупке, а иначе лампа не подойдет к вашему светильнику.
  3. Световой оттенок от 2700К (теплый) до 4500К (холодный).
  4. Рабочее напряжение от 12 Вольт постоянного тока (требуется подключение через блок питания) до 220 В переменного тока электросети вашего дома!
  5. Срок службы  в часах , который зависит от типа применяемых светодиодов.

Подробно не буду останавливаться на основных характеристиках- при желании более подробно с ними Вы можете ознакомится на этой странице.
Главное помните, что на первые четыре пункта обязательно следует обращать внимание при покупке.

Второстепенные технические характеристики светодиодных ламп.

  1. Эффективность, которая измеряется в Лм/Вт. Этот параметр показывает уровень светоотдачи на потребляемую мощность, которая благодаря новым технологиям и разработкам сегодня достигает отметки  130 – 160 лм/Вт, но большинство LED продукции все еще производится с более низкой почти на половину эффективностью равной 100 лм/Вт. Давайте сравним этот параметр с таким же, как и у обычной лампы накаливания, у которой он равен в среднем около 15 Лм/Вт. Расчет делается просто делением соответствующих величин. После деления Мы видим десятикратное превосходство новейших светодиодов по экономии электроэнергии при одинаковом световом потоке.
  2. Температура рабочей среды для большинства светодиодов варьируется в широких пределах от — 60 до +40 С°.
  3. Обращайте внимание на направление светового потока. В люстру или светильник покупайте светодиодные лампы, излучающие свет равномерно во все стороны, как и лампочки накаливания и с большим углом излучения, а вот для настольного или настенного- подойдет лампа с узконаправленным световым потоком.
  4. Количество светодиодов. В одной лампе может быть один или десятки светодиодов, которые суммарно и обеспечивают общий световой поток.
  5. Если необходима возможность регулировки уровня яркости для совместной работы со специальным выключателем-регулятором подойдут только специальные диммерные модели.
  6. Они бывают как накладного типа, так и встраиваемые.
  7. Будьте внимательны с моделями светодиодных ламп с радиаторами охлажденияИх следует устанавливать в хорошо вентилируемых местах или светильниках.
  8. Иногда, указывается рабочий диапазон напряжений. Нередко он равняется от 100 до 265 В. Это означает, что скачки напряжения никак не отразятся на работе светоприбора, в отличии от лампы накаливания, которая при это будет то тускнеть, то наоборот ярко светить.

Технические характеристики светодиодных  светильников.

При покупке светодиодных светильников и люстр следует уделять внимание электротехническим характеристикам изложенным выше, а так же непосредственно  особенностям самих конструкций светильников от которых зависит тип установки (накладной или встраиваемый). Еще один важный параметр- это класс защищенности IP: так например, Ip 44- брызгозащищенные, а IP 65-67- можно устанавливать на улице и да же в воде.

Опять же ознакомитесь с инструкцией и соблюдайте рекомендации производителя  по выбору места для установки для обеспечения достаточного уровня отвода тепла!

Светодиодные светильники могут обладать дополнительными функциями такими, как противовандальными, с датчиком движения или звука.

Ну и главное, конечно это выбирайте светильник исходя из его предназначения- для подсветки, декоративного или общего освещения, уличного, ландшафтного или фасадного и т. д.

Характеристики светодиодных прожекторов.

При выборе прожекторов на светодиодах следует руководствоваться рекомендациями выше изложенными, а так же из своего опыта рекомендую для улицы использовать модели с прочными корпусами из алюминия и закаленным стеклом. Рекомендую прочесть нашу статью с рекомендациями по выбору разнотипных прожекторов.

Я постарался доступно изложить все о характеристиках светодиодной продукции. Дополнительно советую прочитать нашу статью об устройстве и подключении  светодиодных светильников.

Промышленный светодиодный светильник LED ЛСП 50 Ватт — цена, отзывы, характеристики с фото, инструкция, видео

Промышленные светильники ip65 относятся к классу функциональных световых приборов для коридоров и складских помещений, технических и ремонтных зон, подземных паркингов. Невысокая стоимость качественных приборов и их долгий срок службы позволяют создавать зоны с основным или вспомогательным освещением с минимальными затратами.


Характеристика Значение
Мощность, Вт 50
Световой поток светодиодного светильника, Лм 6750
Кривые силы света (КСС) Д (120°)
Цветовая температура, К 5000K
Индекс цветопередачи, CRI 80
Коэффициент пульсации, % 0%
Марка светодиода Edison
Ресурс работы, от ч. более 100 000 часов
Количество светодиодов, шт. 80-90 Led
Время включения светильника, с 0,9 сек.
Напряжение питания, В 176-264AC/250-370DC
Частота, Гц 45-65 Гц
Коэффициент мощности ИП, cos φ ~ 0,98
Грозозащита Грозозащита есть
Термозащита Термозащита есть
Защита от 380, В Защита есть
Защита от короткого замыкания Защита от короткого замыкания есть
Защита от перенапряжения сети, В Защита от перенапряжения есть
Электромагнитная совместимость по ГОСТ, IEC
Гальваническая изоляция Гальваническая изоляция есть
Пробивное напряжение, кВ АС более 2 кВ
Сопротивление изоляции, МОм более 200 МОм
Способ крепления светильника Накладной
Степень защиты, IP IP65
Температура эксплуатации, °С от -40° до +40°
Класс защиты от поражения электрическим током 1
Вид климатического исполнения УХЛ1
Индекс энергоэффективности (EEI) А++
Класс опасности утилизации отходов 4
Гарантия, мес Гарантия 60 месяцев
Защита от перенапряжения по сети, В более 290

Комментарии и вопросы:

Комментариев пока нет, но ваш может быть первым.
Разметить комментарий или вопрос

Отзывы о LED ЛСП 50 Ватт:

Отзывов пока нет, но ваш может быть первым.
Оставить отзыв

Как выбрать светодиодный светильник?

Как разобраться в многообразии светодиодных светильников, различающихся по техническим характеристикам, конструкции и цене?

Для этого вначале познакомимся с главными параметрами светодиодного светильника:

1. Световой поток, он измеряется в люменах (Лм) и показывает количество света, которое излучает светодиодный светильник. Чем больше величина светового потока, тем ярче светит потолочный светодиодный светильник.

2. Мощность потребления в ваттах (Вт). Чем меньше потребление электроэнергии светодиодным светильником, тем меньше вы платите за электроэнергию.

3. Светоотдача светильника. Измеряется в люменах на ватт мощности потребления (Лм/Вт). Это основной показатель энергоэффективности светильника. Например, очень распространенный сейчас офисный встраиваемый светильник под потолок типа «Армстронг» с четырьмя люминесцентными лампами по 18 Вт имеет фактическую светоотдачу не более 30 Лм/Вт и его нельзя уже назвать энергосберегающим по сравнению со светодиодным светильником. А цена становится все дешевле и дешевле на последние. И не сомневайтесь — довольно скоро светодиодные светильники окупят себя.

4. Диаграмма направленности светильника (кривая силы света). Она показывает, распределение светового потока светодиодных светильников. Встраиваемые светодиодные светильники должны иметь оптимальную для вашей задачи диаграмму направленности. В офисе, например, потолочные светильники должны обеспечить равномерное освещение на всей площади помещения, т.е. иметь т.н. косинусную диаграмму. При освещении дорог или улиц светильник должен обеспечивать широкую или полуширокую кривую силы света.

5. Цветовая температура (оттенок белого) светодиодного светильника. Она измеряется в градусах Кельвина, обычно цветовая температура лежит в диапазоне 2700–7000К. Наиболее комфортный для глаз «теплый белый» свет имеет цветовую температуру до 4000К. По мере увеличения этой величины, свет становится «холодным» белым. Как правило, «тёплые» светодиодные светильники стоят дороже, чем «холодные», что связано с технологией изготовления светодиодов.

6. Индекс цветопередачи Ra. Эта величина показывает, насколько правильно будет выглядеть цвет предмета, освещаемого светодиодным светильником. Чем выше индекс цветопередачи, тем правильнее отображаются цвета. Индекс Ra должен быть больше 75 при освещении объектов, где важно хорошее различение цвета.

7. Производитель светодиодов. Лучше всего выбирать светодиоды мировых лидеров в этой области CREE, Samsung, Seoul Semiconductor и др., потому что эти компании гарантируют соответствие параметров светодиодов заявленным характеристикам в течение всего срока службы вашего светодиодного светильника, проводят сложнейшие лабораторные тесты в различных температурных режимах светодиодного светильника, публикуют реальные деградационные характеристики светодиодов (постепенное уменьшение светового потока), в общем, вызывают больше доверия к техническим параметрам их продукции. Подпольные китайские светодиоды или No name с течением времени (обычно скоро) теряют первоначальные свойства.

8. Коэффициент полезного действия драйвера должен быть не менее 80%. Светодиодные светильники с менее эффективными блоками питания будут иметь слишком большие потери мощности. Кроме того, у блока питания светильника должна иметься защиту от скачков сетевого напряжения, защита от перегрева, он должен соответствовать требованиям электромагнитной совместимости.

9. Количество и размеры светодиодов в светильнике. Принцип «чем больше – тем лучше» тут не работает. Светильник, содержащий 90 светодиодов, может быть совсем не лучше светильника, содержащего 24 светодиода, если во втором светильнике используются более эффективные светодиоды с большим соотношением Лм/Вт. Также не являются недостатком или достоинством размеры светодиода. Светодиоды могут быть маленькими или большими, это не имеет значения. Важнее параметры светодиодного светильника описанные выше.

Какой рассеиватель для светодиодного светильника выбрать?

Самый «экономичный» тип рассеивателя – это его отсутсвие. Для этого применяются светильники с растровыми светоотражающими решетками. Угол светового потока в таких светильниках составляет 120 градусов. Растровые светильники устанавливаются в помещения с высотой потолка 2,5 метра и выше.
В помещениях с низкими потолками (менее 2,5 метров) целесообразнее использовать светильники с рассеивателем — у него есть краткое название — «призма» или «микропризматический». Выполнен из светотехнического прозрачного органического стекла с призматической структурой. Это наиболее распространенный вид рассеивателя для светодиодных светильников. За счет высокой пропускной способности света (85-90 %), равномерной освещенности на требуемой поверхности из-за качественного распределения света (угол рассеивания составляет до 175 градусов), привлекательного внешнего вида, данная структура очень популярна и востребована.
Рассеиватель из матового стекла (опал) используется крайне редко (в основном для дизайнерских целей).Имея большой угол рассеивания светового потока (до 175 градусов) данный тип рассеивателя способен задерживать до 30% светового потока светильника.

Фото рассеивателя Тип рассеивателя Светопропускание
Матовый 70 % (наихудший показатель)
Призматический до 95 %

Самый наилучший рассеватель для светодиодного светильника Армстронг является призматический или микропризматический рассеиватель, т.к. у него максимальное значение пропускание светового потока.

Как выбрать потолочный светодиодный светильник Армстронг по применимости?

В общем приближении место расположения светильника определяет его основные характеристики: световой поток и потребляемая мощность.

Сфера использования Световой поток (лм) Потребляемая мощность (Вт)
Коридор; складские, подсобные помещения 2850 32
Помещения офисные, административные, торговые; конфенец-зал; учебные учреждения (высота потолка до 3,5м) 3800 40
Помещения с потолками от 3,5 до 7 метров: торговые залы; медицинские, лабораторные помещения 4750 45


Вот, собственно, и все. Теперь вы можете выбрать светодиодный светильник, который подойдет именно вам.

Светильники светодиодные универсальные типа армстронг: виды и характеристики

Используется оборудование в магазинах (от киосков до гипермаркетов), на складах, в детских садах, учебных и медицинских учреждениях всех типов, офисах, аэропортах, вокзалах и т.д.

Характеристики искусственного освещения

  • Общее количество света, излучаемое источником во всех направлениях – ЛМ (люмены).
  • Количество света, подаваемого на м2 площади помещения – ЛК (люксы – люмены/кв. м).
  • Цветовая температура, от которой зависит оттенок светового потока и настроение, создаваемое освещением – К (градусы Кельвина).
  • Индекс цветопередачи – Ra либо CRI, показывающий, насколько цветовая гамма освещенных предметов соответствует действительности. Измеряется в диапазоне от 0 до 100. Для проверки качества прибора нужно обратить внимание на кожу руки или вещи (розовые либо оранжевые), которые подсвечены светом – если они имеют зеленоватый оттенок, то цветопередача низкого качества.

Физиология и свет

Воизбежание дискомфорта для глаз важно обратить внимание на такие характеристики:

  • для помещения в целом – от 2800 до 3200 К и около 200 ЛК;

  • для рабочего места – 500 ЛК;

  • максимальную работоспособность обеспечивает световой поток в 4000 К.

Для сравнения с природными аналогами – восковая свеча выдает 2000 К, а яркий солнечный свет – 6000 К.

Особенности осветительных приборов

Светильники Армстронг – общее название осветительных приборов, предназначенных для потолочной подвесной системы типа Грильято, Armstrong, гипсокартонных конструкций.

Устройства могут быть интегрированные и накладные. Первый вариант утапливается (заменяет собой плитку) в потолок и составляет с ним единую ровную поверхность. Накладные приборы дают большую светоотдачу, но не столь эргономичны.

Оборудование представляет собой металлический каркас, в котором закреплены источники света с мощностью от 32 до 50 Вт. Ячейки потолка имеют стандартный размер 600х600 мм, поэтому устройства выпускаются с габаритами 595х595 мм для возможности внедрения. При монтаже накладным способом плиту можно не убирать, а просто закрепить прибор поверх элемента.

На каждые 4 кв. м площади помещения требуется один осветительный прибор.

Виды осветительного оборудования

Светодиодный. LED-освещение быстро завоевывает популярность, благодаря следующим характеристикам:

 Излучать светодиоды могут все цвета видимого спектра, что дает возможность представлять дизайн любого помещения в выгодном свете.

Люминесцентный. Источником света здесь служит люминесцентная лампа, работа которой основана на способности некоторых газов и паров металлов излучать свет под воздействием электрического поля. Отличаются большей высотой корпуса и энергоемкостью, имеют меньший срок службы, чем  LED-лампы.

Светодиодные светильники для подвесного потолка Армстронг – современная альтернатива люминесцентному освещению. Важным преимуществом является отсутствие замены ламп, а также существенная экономия на оплате услуг за электричество.

Правильно организованное освещение в офисе увеличивает эффективность бизнеса и снижает расходы. Компания «МИР ПОТОЛКОВ» предлагает широкий ассортимент современных офисных LED-приборов от Эконом до Премиум класса. Определиться с выбором оборудования помогут наши менеджеры.

Типы LED-светильников Армстронг

Встраиваемые

Устанавливаются осветительные устройства в каркас, для чего расстояние между подвесной конструкцией и черновым потолком должно быть не менее 20 см. Выпускаются приборы в разнообразии дизайна – от классических (плоские с ровной поверхностью) до сферических с углублением в корпусе.

Применяются для разных типов потолков:

  • по типу системы Armstrong;

  • приборы в кассетный потолок Армстронг – собираются по аналогии с предыдущим вариантом;

  • металлический потолок – светильники для потолка Грильято вставляются в специально устроенные ячейки и могут иметь несколько отличный вид и габариты.  

Накладные

Отличаются от интегрированных своей величиной – имеет размеры 600х600 мм и эстетичные торцевые стороны. Устанавливаться накладной светильник Армстронг может прямо поверх плиты, а также «в накладку» на основании из бетона, гипсокартона и пр. материалов. Такая особенность обеспечивает важное преимущество – не требуется монтаж каркаса, подвесной и любой другой удерживающей конструкции, при этом закреплять прибор можно даже на стене или иных вертикальных поверхностях.

Универсальные

Довольно востребованы инновационные светильники для потолка Грильято и системы Armstrong, встраиваемые и накладные — это удобно при выборе монтажа. Цены на универсальные устройства идентичны интегрированным и накладным изделиям.

Подвесные

Такие светильники Армстронг отличаются от остальных типов тем, что они крепятся к потолку посредством подвесов. Монтируются приборы путем наложения или подвешивания. Для фиксации оборудования на нужной высоте проводится регулирование длины подвеса.

Светильники Армстронг всех типов могут быть размещены в каком угодно порядке, но наиболее популярный вариант «шахматка», что обеспечивает равномерное распределение света по всей площади помещения.


Как устроен светодиод

Световой диод – полупроводниковое устройство, которое при пропускании через него электрического тока создает оптическое излучение. Производство светодиода выполняется в несколько этапов.

  1. Создание чипа (кристалла, размером с маковое зерно, обеспечивающего уровень эффективности светового потока) посредством разрезания (лазером или механическим способом) специальной пластины. В газовой среде эпитаксиальных установок на пластину насаживаются химические соединения высокой чистоты.

  2. Крепление чипа и пластикового корпуса на специальную подложку. Некоторые производители экономят на качестве подложки, в результате чего диод не получает достаточного тепла и быстро утрачивает свои свойства.

  3. Крепление к чипу проводов и заливка корпуса люминофором, от чего зависит цветовая температура и в большей мере качество светодиода. Поток света, излучаемый любым чипом, выдает свет, близкий к ультрафиолету, но при помощи люминофора он меняет спектр и продуцирует светло-желтый холодный свет или оранжевый теплый свет.

  4. Крепление светодиода к плате, которая установлена в светильник для Грильято или Armstrong. Через плату тепло будет поступать к диоду.

Максимальная температура, которую должен получать светодиод для качественной и долговременной работы – 80 градусов. Правильно изготовленный светодиодный светильник для подвесных потолков Армстронг является теплым на ощупь.

Комфортная для жилого и офисного помещения цветопередача и цветовая температура должна быть несколько меньшей, чем для света в торговом павильоне, больнице и пр. общественных местах.

Осветительные устройства на светодиодах для ЖКХ продуцируют большой световой поток в холодной цветовой гамме и с низкой цветопередачей, отличаются малой стоимостью. Желающим получить приятный для глаз свет достаточной яркости, потребуется установить большее количество оборудования либо приобрести более прогрессивные и дорогие ЛЕД-устройства.

Драйвер (источник питания)

Для возможности подключения накладных и встраиваемых светильников Армстронг к стандартной бытовой розетке в 220V применяется драйвер, который адаптирует характер поступающего тока к приборам, работающим на светодиодах, а также пропускает его только в одном направлении. Драйвер обеспечивает качество подающегося света, продлевает ресурс светового оборудования.

Характеристики драйвера:

  • КПД (стандартные показатели 80 – 90%).

  • Коэффициент мощности (cos φ или λ, либо Pf) показывает соотношение между полной мощностью и той, которая выдается (активной, соответствующей энергопотреблению прибора). При некорректном Pf (до 0,5) из-за перегрузки сети будут выбиваться пробки на счетчике. Правильный вариант Pf – более 0,9. Данный параметр (при покупке ЛЕД-оборудования) рассчитывается при суммировании коэффициента мощности однотипных драйверов, одновременно подключенных к сети, а также, если в электросети имеется ограничение по величине тока.

  • Пиковый пусковой ток. Появляется при первичной зарядке конденсаторов драйвера, может в десятки раз превосходить номинальные параметры, и привести к повреждению сетевой аппаратуры высокой чувствительности. Обычные сетевые автоматы обычно не успевают среагировать на резкое повышение пускового тока. Данная величина в паспорте не указывается, поэтому рекомендуется обсудить возможность возврата прибора, если окажется, что работать он не может из-за уровня пускового тока. Распознать проблему можно по излишне громкому щелчку искры в момент включения LED-лампы.

  • Коэффициент пульсации – определяет стабильность величины тока, который подается драйвером, и светового потока. Частота пульсации последнего в 50 – 100 Гц не воспринимает глазом человека, но оказывает негативное воздействие на организм, показания в 300 Гц и более не вызывают негативной реакции мозга. Чтобы проверить, уровень пульсации того или иного светильника Армстронг, необходимо направить на поток света камеру смартфона – если на экране начнут «бегать» полосы, то пульсация превышает допустимый уровень и покупать такой прибор не рекомендуется. Наша компания реализует оборудование, соответствующее всем нормам СНиПа и СанПиНа.

  • Ресурс (надежность и долговечность драйвера). Показатель зависит от качества компонентов (в частности – конденсаторов), из которых состоит прибор. Качественное устройство будет работать без проблем десятки тысяч часов, тогда как оборудование низкого качества только вначале будет служить исправно, но уже через год выйдет из строя из-за дешевого конденсатора с небольшим ресурсом. Поэтому при выборе драйвера нужно рассматривать гарантийный срок (должен быть более 3-х лет).

Чтобы точно измерить все характеристики светильников для потолка Грильято и Armstrong, применяется гониофотометр. Это громоздкий измерительный комплекс, который стоит дорого, и позволить его себе могут только специализированные лаборатории и крупные производители. Поэтому при покупке осветительных приборов все же нужно довериться нашим профессионалам, которые в курсе характеристик представленного на сайте товара. Мы реализуем оборудование, соответствующее всем нормам СНиПа и СанПиНа. Консультанты помогут выбрать прибор для установки в производственные, медицинские, учебные, жилые и пр. помещения.

Особенности светодиодных светильников для подвесных потолков Армстронг

Немного истории

Впервые светодиоды стали использоваться в 70-х годах прошлого века. Изначально они применялись как индикаторы электронных устройств. Изначально были разработаны красные и зеленые диоды, и лишь затем (когда производители убедились в надежности светодиодов) – белые, которые и стали внедряться в осветительные приборы общего назначения. Массовый выпуск оборудования начала японская компания в 2000-х годах, разработки которой были отмечены в 2014 году Нобелевской премией. Но по-настоящему качественные и доступные устройства появились только в 2010 году, при этом процесс усовершенствования продолжается и по сей день.

Характеристики LED-приборов

Долговечность

Светодиоды могут работать более 50 000 часов, не требуют замены, через 9 лет службы сохраняют яркость более 75%. Для сравнения – люминесцентные устройства имеют потенциал не более 8 000 часов, уже через год активного применения они начинают мерцать и утрачивают до 60% своей мощности, нуждаются в замене ламп раз в два года, а то и чаще.

На долговечность прибора оказывает влияние срок службы светодиода и драйвера, в частности:

  • качество составляющих элементов блока питания, температурный режим окружающей среды;

  • качество чипа диода и температуры, которую он получает, уровня проходящего через него тока.

Такие крупные производители, как Cree, Nichia, Philips, Osram предлагают чипы на должном уровне качества, что подтверждают сертификаты и российские эксперты.

Чтобы продлить период использования светодиода, следует контролировать силу проходящего тока и температуру чипа. Примерно 70% полученной диодом энергии превращается в тепло, значит, чем большей будет величина тока, который поступает на диод, тем меньший срок эксплуатации у светильников Армстронг. Правильный уровень тока и тепловой режим определяется грамотностью монтажа и условиями использования прибора, его умением отводить выделяющееся тепло от диода.

Экономичность

ЛЕД-оборудование имеет в 3 раза меньший расход электроэнергии по сравнению с иными видами ламп освещения. Это происходит потому, что светодиод обладает низкой инерционностью и ему не требуется время на разогрев. Стандартный офисный прибор за год работы может сэкономить более 100 кВт/ч.

Светоотдача

LED-устройство испускает световой поток более 120 ЛМ/Вт (для сравнения люминесцентное – до 70 ЛМ), но постепенно происходит снижение этого показателя (до 75% за 9 лет), что нужно учитывать во время проектирования помещения. Кроме того, на яркость светового потока влияет банальное загрязнение, поэтому периодическая чистка приборов обязательна.

Коэффициент пульсации

Нормами предусмотрено, что в помещении, где работает компьютерная техника, коэффициент пульсации должен быть в пределах 5%, у качественных светодиодов он достигает 4%, у люминесцентных приборов – 15%. Нужно учесть, что данный показатель зависит от драйвера и температуры в комнате.

Стойкость к перепадам напряжения

В отличие от ламп дневного света,  LED-устройства выдерживают без перегорания перепады напряжения до 1000 V.

Безопасность

LED-лампы не имеют в составе вредных веществ и не производят их, что обеспечивает безопасность при использовании и разбивании, позволяет утилизировать приборы обычным образом.

Здоровье

Светильники Армстронг обеспечивают отсутствие мерцания ламп и комфортную для глаза яркость света, благодаря чему не создается излишней нагрузки на зрение людей. Производители предлагают большой выбор цветовой температуры – это может быть дневной свет повышенной яркости либо вечерний – теплый и уютный. Это дает возможность подобрать подходящее оборудования для помещений с жесткими условиями к качеству освещения – для больниц, торговых комплексов, учебных классов, цехов, пр.

Рассеиватель – что это и для чего нужен

Пластина, выполняющая роль плафона – рассеиватель, применяется в приборах для жилых и офисных помещений, обеспечивает световой поток, комфортный для глаз, и равномерное распределение света по всей площади, а также защиту ламп от механических повреждений.

Как недостаток – светоотдача снижается на 20 – 40%, но чем больше эта цифра, тем более комфортным будет освещение.

Предлагаются пластины нескольких типов:

  • опаловый матовый – такие пластины отнимают от яркости светового потока 100 ЛМ, выдают теплый рассеивающий свет, немного повышают температуру в помещении, улучшают рабочую обстановку;

  • «призма» (пластина с мелкими квадратами) – световой поток здесь не будет выглядеть ярко, хотя зона будет освещена должным образом, что важно для офисов и зданий общественного назначения;

  • «колотый лед» – дает яркий мягкий свет, подходящий под неофициальную обстановку, в частности, зон отдыха.

Последние два варианта пластин не оказывают влияния на уровень освещения.

Если яркость светового потока недостаточная, то по периметру потолка (за карнизом) можно проложить LED-ленту.

Полезные сведения о световом потоке и цветовой температуре светильников Армстронг

Немного выше уже упоминалось, насколько важна для комфорта в помещении цветовая температура, так как именно она определяет, будет поток давать нейтральный свет, холодный или теплый.

Немного истории

Уильям Томсон (британский лорд Кельвин) первым (в 1800 г) обнаружил, что разная температура дает отличные оттенки. В процессе проведения исследований он нагревал углероды до той или иной температуры, получая тональность от красного до белого цвета. В результате ученым была создана таблица соотношения цветовых температур, единица измерения которых – Кельвин, была названа в его честь.

Типы световой температуры у светодиодов

  • Теплый белый свет, создающий уют дает 2700К (ВАРТОН офис).

  • Теплый белый поток для комфортной работы – от 2800 до 3200К (GRA 30-15-W-02, GSA 32-01-W-02, OfficeLite, Office).

  • Белое нейтральное освещение для стимуляции продуктивности работы – от 3500 до 4500К (ВАРТОН Премиум, GRA 30-15-C-02, GSA 32-01-C-02, Office, TLC03 CL).

  • Дневной свет с естественной цветопередачей, способствующей концентрации внимания – от 5000 до 5700К (OfficeLite, Polaris R LED, Marenco R LED, OPL/R LED).

  • Яркий холодный белый свет в точности передает цвета – от 6000К (VARTON офис, Премиум, Медицинский).

Для справки

Теплый свет, аналогичный тому, который издает лампа накаливания, равен 2700 – 4200 К и такие осветительные приборы оптимально подходят для установки в гостиных и спальнях, то есть в тех помещениях, где требуется ощущение уюта.

Белый свет большой яркости в 5000 – 6500 К оказывает бодрящий эффект, наполняет энергией и подходит для кухонь, ванных комнат, гаражей и пр. мест, где от человека требуются активные действия.

Холодный свет от 6000 К оптимален для офисов, торговых площадей, выставочных павильонов.

Где применяется LED-освещение

Сфера использования накладных и встраиваемых светильников Армстронг довольно широка – это могут быть офисные, жилые, производственные, хозяйственные и пр. помещения. 

Так, для учебных заведений допускается использование оборудования с уровнем пульсации до 1%, для компьютерных классов, медицинских кабинетов, гостиничных комплексов, оснащения путей эвакуации (в аварийном и диммируемом исполнении) и т. д. необходим свет определенной характеристики.

Монтаж светильников Армстронг

В большинстве своем осветительные приборы монтируются до начала установки плит, что облегчает дальнейшие работы. Но, бывают случаи, когда нужно добавить их в уже готовую конструкцию – встраиваемый вариант устройства просто вставляется вместо плиты, накладной – прикручивается к каркасу саморезами поверх плитки (но можно ее и снять) либо к основанию потолка. Универсальное устройство может монтироваться, как накладной и встраиваемый вариант. Если же применяются точечные приборы, то они врезаются в саму плиту.

В комплектацию каждого устройства входят все необходимые для монтажа элементы. Дополнительно световое оборудование может фиксироваться специальными подвесами.

Чтобы при включении прибора яркий свет резко «не ударял» по глазам человека, рекомендуется устроить возможность плавного набора мощности, то есть уровень яркости светового потока достигнет предела не ранее, чем через секунду. Если помещение отделано в белых цветах, то следует подобрать прибор с минимальной яркостью в 200 ЛМ/м2, для интерьера в темных цветах понадобится яркость большего значения.

Что мы предлагаем

Наша компания  представляет LED-приборы для потолков типа Armstrong с ячейками самых разных размеров – 600х600 мм (наиболее востребованный вариант), 600х1200 мм, 300х1200 мм, 300х600 мм. У нас можно купить оборудование для интегрированного и накладного монтажа, а также универсальные устройства.

В ассортименте имеются осветительные приборы разной мощности и типа акриловых рассеивателей (опал, призма и микропризма, колотый лед). 

Различается оборудование и по производителю. Можно выбрать дорогие приборы Премиум-класса с диодами отличного качества и высоким уровнем цветопередачи, длительным сроком эксплуатации, которые предлагают компании «САМСУНГ», «Ниши», «Филипс», «ОСРАМ». Либо приобрести недорогие китайские устройства, которые также работают качественно, но срок их эксплуатации несколько меньший.

Заключение

При выборе LED-оборудования, необходимо обращать внимание не только на его дизайн, но помнить о здоровье глаз, а значит рассматривать цветопередачу прибора, цветовую температуру, ресурс, наличие рассеивателя и пр. Немаловажным является и определение производителя – крупные известные фирмы держат марку и выпускают только качественные товары. Тогда как компании, только недавно вышедшие на рынок, привлекают покупателей красивыми товарами невысокой стоимости, которые могут быть не слишком хорошего качества, хотя могут выдавать и превосходную продукцию – угадать здесь сложно.

При подборе накладных, встроенных светильников Армстронг или универсальных устройств можно самостоятельно изучать историю компании и характеристики товара, либо довериться профессионалам. Компания «МИР ПОТОЛКОВ» предлагает бесплатные консультации. Менеджер ответит на вопросы, поможет с выбором продукции и оформит заказ.


Производственные и складские светодиодные светильники Elight

О компании

Компания «EFLIGHT» является лидером на рынке производства энергосберегающих светильников уже более трех лет

На данный момент наша компания осуществляет следующие виды работ:

Наши специалисты БЕСПЛАТНО разработают для Вас проект наружного и внутреннего назначения по плану вашего объекта согласно установленным нормам освещенности.
На основании светотехнического расчета мы подготовим экономический расчет, в котором рассчитаем размер экономии, сроки окупаемости вложенных средств и подготовим смету монтажа.

«ЭФЛАЙТ» возьмёт на себя работы по демонтажу и монтажу электрооборудования любой сложности. Важно, что при условии монтажа энергоэффективной системы освещения специалистами компании «ЭФЛАЙТ» Вы получаете расширенную гарантию сроком в 36 месяцев на всю нашу продукцию.

Современное оборудование, контроль качества каждого цикла производственного процесса, использование высококачественных комплектующих оптимизирует технические характеристики и повышает класс энергосбережения, позволяя достигать значительной экономии потребления электроэнергии. Запатентованный отражатель позволяет получить максимальный КПД светильника при применении любых типоразвмеров ламп. Универсальный металлический корпус обеспечит наилучшие показатели в самых тяжелых условиях эксплуатации.

Наша компания проведет аудит системы освещения в Вашей организации, что позволит определить эффективность существующей системы освещения для повседневной деятельности на рабочих площадках, а также спрогнозировать меры по повышению возможностей освещения.

Базовая гарантия сроком на 24 месяца распространяется на всю продукцию, включая расходный материал (лампы). При условии монтажа энергоэффективной системы освещения специалистами компании «ЭФЛАЙТ» Вы получаете расширенную гарантию сроком в 36 месяцев на всю нашу продукцию.

Сравним светильники
для проммышленности разного типа
по техническим характеристикам

Источник света

Чувствительность к низким температурам

Чувствительность к влажности

Циклическое включение/отключение

Быстрое включение/ выключение, может уменьшить срок службы лампочки

Мгновенное включение

Прочность

Тепло- излучение

Светодиодные лампы

нет

нет

не влияет

да

Очень прочные — можно трясти

3.4 БТЕ / час

Лампы накаливания

Некоторые

Некоторые

На некоторые

да

Не очень прочные — стекло или нить могут легко ломаться

85 БТЕ / час

Энергосберегающие лампы

Да, может не работать ниже -23 градусов или выше 49 градусов цельсия

Да

Да, может резко сократить продолжительность службы

Нет — нужно время, чтобы разогреться

Не очень прочные — стекло можно легко сломать

30 БТЕ / час

Каталог нашей продукции

EL-LED STREET 103-13500-5000-IP66

Технические характеристики

Мощность лампы, Вт 40
Напряжение питания, В 170-264
Световой поток, лм 4500
Габариты 170*193*125
  • Скачать тех. информацию в PDF

    Распечатать тех. информацию

  • Узнать подробнее

    Смотреть описание

  • Описание
  • Модификации
  • Схематическое изображение
  • Ксс
  • Дополнительная информация

Описание

Технические характеристики

Индекс Цветопередачи (Ra) 85 Ra
Класс энергопотребления по CELMA A2
Коэффициент мощности, cos 0,98
Пульсация светового потока (%) 2%
Температура эксплуатации -25. ..+55
Тип светильника Подвесной
Цветовая температура (K) 4000, 6500
Энергетическая эффективность (лм/Вт) до 96

Область применения

Конструкция

Цельнометаллический корпус из листовой стали, окрашен порошковой краской белого цвета. В корпусе установлена электронная пускорегулирующая аппаратура.

Установка

Крепление на опорную поверхность потолка или стен, на кабельный лоток или шинопровод. Возможна установка светильников на подвесы. Высота установки светильника 2 м.

Модификации

Модель EL-LUM 01 136-100-IP54 EL-Lum 01 154-100-IP54 EL-LUM 01 158-100-IP54
Мощность, Вт 36 36 36
Фактическое потребление, Вт 35,2 35,2 35,2
Световой поток ламп, лм 3350 3350 3350
Длинна (l), мм 1235 1235 1235
Ширина (b), мм 184
Высота (h), мм 87
Высота (h), мм 1265 1265 1265

Схематическое изображение

КСС

Дополнительная информация

Возможна комплектация защитными решетками, трубками из поликарбоната, системой управления светом.

EL-LED INDUSTRY 40-4500-5000-IP66

Технические характеристики

Мощность лампы, Вт 40
Напряжение питания, В 170-264
Световой поток, лм 4500
Габариты 170*193*125
  • Скачать тех. информацию в PDF

    Распечатать тех. информацию

  • Узнать подробнее

    Смотреть описание

  • Описание
  • Модификации
  • Схематическое изображение
  • Ксс
  • Дополнительная информация

Описание

Технические характеристики

Индекс Цветопередачи (Ra) 85 Ra
Класс энергопотребления по CELMA A2
Коэффициент мощности, cos 0,98
Пульсация светового потока (%) 2%
Температура эксплуатации -25. ..+55
Тип светильника Подвесной
Цветовая температура (K) 4000, 6500
Энергетическая эффективность (лм/Вт) до 96

Область применения

Конструкция

Цельнометаллический корпус из листовой стали, окрашен порошковой краской белого цвета. В корпусе установлена электронная пускорегулирующая аппаратура.

Установка

Крепление на опорную поверхность потолка или стен, на кабельный лоток или шинопровод. Возможна установка светильников на подвесы. Высота установки светильника 2 м.

Модификации

Модель EL-LUM 01 136-100-IP54 EL-Lum 01 154-100-IP54 EL-LUM 01 158-100-IP54
Мощность, Вт 36 36 36
Фактическое потребление, Вт 35,2 35,2 35,2
Световой поток ламп, лм 3350 3350 3350
Длинна (l), мм 1235 1235 1235
Ширина (b), мм 184
Высота (h), мм 87
Высота (h), мм 1265 1265 1265

Схематическое изображение

КСС

Дополнительная информация

Возможна комплектация защитными решетками, трубками из поликарбоната, системой управления светом.

EL-LED STREET 103-13500-5000-IP66

Технические характеристики

Мощность лампы, Вт 40
Напряжение питания, В 170-264
Световой поток, лм 4500
Габариты 170*193*125
  • Скачать тех. информацию в PDF

    Распечатать тех. информацию

  • Узнать подробнее

    Смотреть описание

  • Описание
  • Модификации
  • Схематическое изображение
  • Ксс
  • Дополнительная информация

Описание

Технические характеристики

Индекс Цветопередачи (Ra) 85 Ra
Класс энергопотребления по CELMA A2
Коэффициент мощности, cos 0,98
Пульсация светового потока (%) 2%
Температура эксплуатации -25. ..+55
Тип светильника Подвесной
Цветовая температура (K) 4000, 6500
Энергетическая эффективность (лм/Вт) до 96

Область применения

Конструкция

Цельнометаллический корпус из листовой стали, окрашен порошковой краской белого цвета. В корпусе установлена электронная пускорегулирующая аппаратура.

Установка

Крепление на опорную поверхность потолка или стен, на кабельный лоток или шинопровод. Возможна установка светильников на подвесы. Высота установки светильника 2 м.

Модификации

Модель EL-LUM 01 136-100-IP54 EL-Lum 01 154-100-IP54 EL-LUM 01 158-100-IP54
Мощность, Вт 36 36 36
Фактическое потребление, Вт 35,2 35,2 35,2
Световой поток ламп, лм 3350 3350 3350
Длинна (l), мм 1235 1235 1235
Ширина (b), мм 184
Высота (h), мм 87
Высота (h), мм 1265 1265 1265

Схематическое изображение

КСС

Дополнительная информация

Возможна комплектация защитными решетками, трубками из поликарбоната, системой управления светом.

Наш специалист готов ответить на все Ваши вопросы

Нажимая кнопку «Оставить заявку», я даю свое согласие на обработку моих персональных данных, в соответствии с Федеральным законом от 27.07.2006 года №152-ФЗ «О персональных данных»

О применении характеристики «коэффициент мощности» при техническом описании светодиодных светильников

Our website uses cookies to distinguish you from other users of our website. This helps us to provide you with a good experience when you browse our website and also allows us to improve our site. By continuing to browse the site, you are agreeing to our use of cookies. Read more about the individual cookies we use and how to recognise them by clicking here

Загрузите наше приложение

Скачать Скачать

8-800-333-23-77

11 марта 2020 Автор: Александр Карев

Автор: Александр Карев, к. т.н.
эксперт международного комитета АПСС,
технический директор ООО «МГК «Световые Технологии»

(Статья подготовлена для рубрики Ассоциации Производителей Светодиодов и Систем на их основе (рубрика АПСС «О фотоне и Электроне»)

Современные светодиодные светильники, как и блоки питания компьютеров, и иной IT техники и др. — это нелинейные нагрузки, которые, будучи подключены к общей сети электроснабжения, могут серьезно искажать форму напряжения сети. А это может нарушать нормальную работу электронных устройств: вызывать сбои, сбивать синхронность, создавать помехи в сетях передачи данных. Кроме этого, реактивные токи и мощности в сетях — это потери на нагрев в генераторах, трансформаторах, конденсаторах, проводах.

Как сегодня правильно оценить степень воздействия нелинейных нагрузок на сеть, чем измерить и как сравнивать параметры? Что должен знать проектировщик осветительной сети о светодиодном светильнике для создания безопасного и надежного решения? Какие параметры светильника обязательно должны быть в сопроводительной документации и на этикетке?

При описании электрических характеристик светодиодных светильников, как правило, используют три величины: напряжение питания, потребляемую мощность и коэффициент мощности или cos𝜑.
А как правильно — коэффициент мощности или cos𝜑?

Коэффициент мощности обозначается буквой λ – это комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения формы тока и напряжения в электросети, обусловленные влиянием нагрузки (например, драйвера светодиодного светильника). Линейные искажения характеризуются коэффициентом смещения – k, а нелинейные коэффициент искажения – d.
Тогда коэффициент мощности выражается как:
λ = k×d
Коэффициент смещения – k равен косинусу угла сдвига ( между током и напряжением — cos𝜑) .
k = cos𝜑
Коэффициент искажения (d) сигнала равен отношению действующего значения основной(первой) гармоники к действующему значению всего сигнала и может быть выражен следующей формулой:
d=1/√(1+𝑇𝐻𝐷2)

где THD (Total Harmonic Distorsions) — коэффициент нелинейных искажений (КНИ) – показатель, характеризующий степень отличия формы сигнала от синусоидальной (ГОСТ 13109-97). THD – величина количественной оценки нелинейных искажений периодического сигнала равна отношению среднеквадратичного значения всех высших гармоник сигнала к величине первой гармоники:

в данном случае In – величины гармонических составляющих несинусоидального тока светодиодного светильника, а n – номер гармоники.
В итоге коэффициент мощности описывается так:
λ = cos𝜑/√(1+𝑇𝐻𝐷2)

На практике измеренные значения коэффициента мощности для разных типов нагрузок оказываются в сильной зависимости от КНИ. Из таблицы 1 видно, как изменяется коэффициент мощности при росте нелинейных искажений в нагрузке при практически постоянном значении cos𝜑.

Taблица 1

Тип нагрузки Значение параметра
cos𝜑
Коэффициент смещения
𝑇𝐻𝐷
Коэффициент нелинейных искажений
d
Коэффициент искажения
λ
Коэффициент мощности
Вентилятор 0. 999 1.8 1.000 0.999
Холодильник 0.875 13.4 0.991 0.867
Микроволновая печь 0.998 18.2 0.984 0.982
Пылесос 0.951 26.0 0.968 0.921
Люминесцентный светильник 0.956 39.5 0.930 0.889
Телевизор 0.988 121.0 0.637 0.629
Компьютер и принтер 0.999 140.0 0.581 0.580

 
В случае применения светодиодных светильников с традиционными драйверами, всегда имеют место нелинейные искажения электрических сигналов и пренебрегать их влиянием на потери недопустимо. Как недопустимо и путать проектировщиков и инсталляторов светильников значениями cos𝜑 в технической документации.
Можно сказать, что представление об электрических процессах, как линейных, с идеальными синусоидально изменяемыми величинами, остались в прошлом, так же как остались в прошлом лампы накаливания, уступив место полупроводниковым светодиодным источникам света. Соответственно, приравнивать коэффициент мощности и cos𝜑 при измерении и описании электрических характеристик светодиодных светильников нельзя!

При анализе работы светодиодных светильников в электрической сети для описания искажений электрических сигналов следует применять комплексный показатель
коэффициент мощности /Power factor/, (λ).

Требования именно к этой характеристике нормируется в современных стандартах и технических регламентах, например, ТР ЕАЭС 048/2019 «О требованиях к энергетической эффективности энергопотребляющих устройств», ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств» и др.

____________________________________________

HARMONICS AND HOW THEY RELATE TO POWER FACTOR W. Mack Grady The University of Texas at Austin Austin, Texas 78712 Robert J. Gilleskie San Diego Gas & Electric San Diego, California 92123 http://users.ece.utexas.edu/~grady/POWERFAC.pdf

    Вверх

    Светодиодная лампа, основные характеристики

    Искал в интернете информацию по характеристикам светодиодных ламп, не нашел описания всех характеристик, все дано только основное. В отличие от ламп накаливания уже содержат электронные компоненты, импульсные регуляторы тока, конденсаторы, диодные выпрямители. В некоторых версиях возможна установка датчика движения и управление с помощью пульта дистанционного управления. То есть он стал электронным осветительным прибором, пригодным для ремонта.

    Содержание

    • 1 Основные настройки
    • 2 1. Световой поток
    • 3 2. Потребляемая мощность электроэнергии
    • 4 3. Цветовая температура света
    • 5 4. Тип цоколя
    • 6
    • Диапазон рабочих температур 7 6. Коэффициент пульсации
    • 8 7. Защита
    • 9 8. Срок службы
    • 10 9. Напряжение питания
    • 11 10. Размеры корпуса

    Основные настройки

    1. световой поток;
    2. потребляемая мощность электроэнергии;
    3. цветовая температура света;
    4. тип гнезда
    5. ;
    6. диапазон температур, при которых он может работать;
    7. пульсаций;
    8. степень защиты;
    9. срок службы;
    10. напряжение питания;
    11. размеры.

    Конечно недостаточно знать параметры, есть и другие тонкости. Поэтому вам стоит ознакомиться с моими рекомендациями, как выбрать светодиодные лампы для дома.

    1. Световой поток

    Важнейшей технической характеристикой является световой поток, который он излучает, измеряется в люменах. В эпоху источников света с нитью накала значение светового потока практически не используется, а потребляемая мощность измеряется. В настоящее время средний эквивалентный светодиод потребляет в 10 раз меньше энергии.

    Раньше источники накаливания давали 12-14 люмен на ватт, а сейчас этот показатель составляет 80-190 люмен на ватт. КПД зависит от производителя, есть:

    • неизвестные в Китае диоды, которые выдают 70-80 люмен на Ватт;
    • фирменный китайский, японский, европейский 110-120 люмен на ватт;
    • сверхъяркий, часто изготавливается по технологии COB, что дает 180-190 люмен на ватт.

    Таблица соотношения светодиодных ламп и ламп накаливания

    Мощность, Вт Светодиод, Вт Световой поток, люмен
    40 5 400
    60 8 700
    100 14 1300
    150 22 2100

    2.

    Потребляемая мощность электроэнергии

    Потребляемая мощность складывается из светодиодов и драйверов. На драйвер приходится 1-2 ватта. Если покупать китайского производства или неизвестных отечественных производителей, то зачастую Леда может быть б/у очень плохой, обычно на 3-4 марки слабее.

    Например, 60 дешевых SMD 5730 потребляют столько же, сколько 20 штук таких же, только брендовых CREE, Osram, Samsung.

    3. Цветовая температура света

    Шкала цветовой температуры

    Свет делится на 3 типа:

    • Белый, как обычный дневной свет;
    • теплый белый, как свет от обычной лампы накаливания;
    • холодный белый свет с голубоватым оттенком.

    4. Тип гнезда

    Наиболее распространены E26 и E14. Есть и другие, в основном для точечных светильников и рассчитанные на 12 вольт, это ГУ4, ГУ5.3, ГУ10. В основании номера типа ГУ указано расстояние между контактами в миллиметрах, соответственно ГУ10 это расстояние между контактами 10 мм.

    Патроны для дома

    Отдельную группу составляют Г5, Г13, Г23, Г24, которые применяются в люминесцентных лампах. Для того, чтобы уменьшить инвестиции в реконструкцию освещения, доступны люминесцентные светодиоды. Для этого начинка снимается ПРА, корпус люминесцентного светильника остается прежним.

    Перед покупкой заранее проверьте базу. Даже однажды я смог купить 10 акций с Е27 вместо Е14.

    5. Диапазон рабочих температур

    При покупке обратите внимание на диапазон рабочих температур. Если операция будет проходить в теплых или холодных условиях, например на улице при -35 градусах или в сауне, где плюс 90-100 градусов. Что это должно быть указано в паспорте светильника, и тогда он будет безотказно и гарантированно работать в данных условиях.

    6. Коэффициент пульсации

    Думаю, это вторая по важности техническая характеристика. При нормальной работе этот параметр всегда был одинаковым. Этот показатель большинство производителей не упоминают, потому что у дорогих лампочек с этим все в порядке, и обычно покупают подешевле. О важности и тонкостях я рассказал в статье «Почему мигает светодиодная лампа».

    7. Защита

    Имеется несколько уровней защиты от влажности, сырости, пыли. Обычно он указан на упаковке. Чтобы вы не разбирались в тонкостях маркировки, просто спросите у продавца. Несоответствие уровня защиты и условий эксплуатации приведет к преждевременному выходу из строя.

    8. Срок службы

    Срок службы современных бюджетных светодиодок заявлен в 20 — 50 тыс. часов и зависит от установленных светодиодных компонентов. Современным я думаю о SMD5630, предыдущие имеют худшие характеристики. Последние разработки японских и европейских производителей помогут сохранить до 100 000 часов работы. Но это не значит, что лампа перестанет работать, она потеряет свою яркость примерно на 30-40%.

    9. Напряжение питания

    Напряжение питания обычно составляет 12 и 110 вольт. Если вы покупаете в зарубежном интернет-магазине, например китайском, обязательно укажите тип мощности, которую вы ищете. Продавец видит, что вы из Польши, но часто могут послать вас на напряжение 110 вольт.

    10. Размеры корпуса

    Это не характеристика, а примечание. Здесь действует простое правило, чем ярче свет, тем он должен быть длиннее. Сравните размер, похожий на обычный гектар (100Вт), вы можете увидеть «Лампа светодиодная, аналог 100Вт». Менее мощный, чтобы быть пропорционально меньше. Перед покупкой измерьте свет, в котором были лампы накаливания, иначе многие возмущаются, что большую часть плафона съедает свет или некрасиво торчит из него. Семь раз оцени, один раз купи. В 2015 году были модели 15Вт, у которых размер корпуса как 7-8 ватт, написали письмо производителям, почему они не перегревались. На письмо производителя не ответили, может есть что скрывать, но они ссылаются на использование керамики из нитрида алюминия.

    Характеристики драйверов светодиодов

    Мощные светодиоды становятся все более популярными. После краткого ознакомления с тем, как работают мощные светодиоды и как они используются в конструкции лампы, в статье рассматриваются основные факторы, которые дизайнеры обычно учитывают при разработке драйвера светодиодов.

     

    Мир светодиодов

    Рынок светодиодов развивается каждый день, и светодиоды высокой мощности становятся все более популярными благодаря быстрому повышению эффективности освещения, увеличению срока службы, повышению надежности и общей экономической эффективности. Типичные области применения светодиодов включают освещение улиц, интерьеров, магазинов, бытовое освещение, декоративное освещение, наружное освещение. 9Рис. техническая спецификация).

     

    Но как на самом деле работают светодиоды? Основная концепция заключается в том, что световой поток (люмен) зависит от тока светодиода: чем выше ток, тем выше световой поток.
    Каждое техническое описание включает типовые графики, на которых можно определить световой поток для каждого управляющего тока.

     

    Рис. 2. Типичный график зависимости светового потока от силы тока (из таблицы данных Cree® XLamp® XP-E LEDs).

     

    Внутри лампы светодиоды обычно соединяются в виде параллельных N цепочек, где каждая цепочка состоит из M светодиодов, соединенных последовательно:

     

    Этот тип соединения заключается в том, что нагрузку можно рассматривать в первом приближении как эквивалентный светодиод, где его ток представляет собой сумму токов каждой цепочки, а напряжение представляет собой сумму напряжений на каждом диоде.

     

    Рис. 4. Напряжение представляет собой сумму напряжений на каждом диоде.
     

    Драйверы светодиодов

    Принимая во внимание вышеизложенные основные принципы, очевидно, что разработка драйвера светодиода означает разработку схемы источника тока для управления эквивалентной светодиодной нагрузкой, обеспечивающей полный требуемый световой поток.

    Поскольку наиболее распространенные осветительные приборы находятся в диапазоне от 1 до 100 Вт, драйверы светодиодов спроектированы как схемы с режимом переключения, чтобы уменьшить потери мощности, вызывающие выделение тепла внутри лампы.

    В то время как типичные схемы SMPS (импульсный источник питания) имеют выход постоянного напряжения, драйвер светодиода представляет собой схему импульсного режима с постоянным выходным током.

    Существует две основные категории драйверов светодиодов: драйверы светодиодов постоянного тока и драйверы светодиодов переменного тока.

     

    Рис.
    5а. Драйвер постоянного тока для светодиодов 

    Рис. 5b. Драйвер для светодиодов переменного тока

    • Драйверы светодиодов постоянного тока — Входное напряжение представляет собой источник постоянного тока, обычно аккумулятор в диапазоне 1–40 В. Примером драйвера светодиода постоянного тока является тот, который находится внутри смартфона, который управляет светодиодом фонарика, питающимся от литий-ионной батареи 3,7 В.

    • Драйверы светодиодов переменного тока – Входное напряжение представляет собой источник переменного тока, обычно сеть общего пользования 115–230 В переменного тока. Напряжение переменного тока выходит из моста в виде двухполупериодного выпрямления и может питать драйвер светодиода. Примером драйвера светодиодов переменного тока является тот, который находится внутри обычной светодиодной лампы.

     

    В конструкции драйвера светодиодов основные различия между драйверами постоянного и переменного тока:

    • Уровень входного напряжения – Входное напряжение драйвера переменного тока можно рассматривать как коэффициент 10x по сравнению с входным напряжением драйвера постоянного тока.

    • Форма сигнала входного напряжения – Драйвер постоянного тока работает с постоянным уровнем входного напряжения или, по крайней мере, с напряжением между минимумом и максимумом, в то время как драйвер переменного тока работает с двухполупериодным выпрямленным напряжением, которое в каждом цикле идет от 0В до максимума.

    • Форма выходного тока – Драйвер постоянного тока обеспечивает постоянный выходной ток, в то время как драйвер переменного тока обеспечивает нагрузку светодиода током, выпрямленным по полной волне, как и входное напряжение, и среднее значение которого является значением, необходимым для получения полного световой поток.

     

    Из-за различий, указанных выше, для конструкции драйверов светодиодов существуют разные топологии схемы с преимуществами и недостатками в зависимости от ключевых факторов, которые необходимо учитывать при проектировании. Вот список основных факторов, которые обычно учитываются разработчиками драйверов светодиодов:

    Каждая топология может быть предпочтительной для некоторых из упомянутых факторов, но не для других. Разработчик должен выбрать для каждого проекта топологию, которая наилучшим образом соответствует спецификациям проекта. Часто, если не всегда, выбранная топология является наилучшим компромиссом между рассматриваемыми факторами.

    Более 90 % осветительных приборов основаны на следующих топологиях:

    В следующей статье мы проанализируем каждую топологию светодиодного драйвера, включая топологию buck и обратного buck, топологию boost, топологию buck-boost, обратная топология buck-boost и топология обратного хода.

    Определение светодиодов

    — конструкция, характеристики, применение

    • Задачи проектирования

    Войти

    Добро пожаловать!Войти в свой аккаунт

    ваше имя пользователя

    ваш пароль

    Забыли пароль?

    Создать учетную запись

    Политика конфиденциальности

    Регистрация

    Добро пожаловать!Зарегистрируйте аккаунт

    ваш адрес электронной почты

    ваше имя пользователя

    Пароль будет отправлен вам по электронной почте.

    Политика конфиденциальности

    Восстановление пароля

    Восстановить пароль

    ваш адрес электронной почты

    Поиск

    Изменено:

    Учебник из светодиодного диода

    Статьи

    СОДЕРЖАНИЕ

    Светлый диод (светодиод, светодиодный диод) -тип Semiconductor Diode Diode, HELAD, HELADS -Тип SEMICONDUCTOR DIODE , который также до синмии . категория оптоэлектронных компонентов. Типичная конструкция светодиода основана на «p-n полупроводниковом кристаллическом переходе » (подробнее о «p-n переходе» здесь ) . После поляризации светодиода положительным электрическим напряжением (прямое смещение), превышающим его пороговое значение напряжения, он начнет излучать электромагнитное излучение в видимом и инфракрасном спектре света.

    Рис. 1. Символ светодиода

    Конструкция светодиода

    Цвет и длина волны светового излучения, излучаемого светодиодами, тесно связаны с полупроводниковым материалом, из которого они изготовлены. Обычно их изготавливают из соединений (бикомпонентных и многокомпонентных) химических элементов 3-й и 5-й групп таблицы Менделеева (например, GaAs, – арсенид галлия, GaP, – фосфид галлия, GaAsP).0072 – арсенофосфид галлия с правым легированием). Элементный состав диода подобран таким образом, чтобы полупроводниковая структура, полученная в процессе , позволяла излучать свет в желаемом спектральном диапазоне. «p-n-переходы» светодиодов с GaAs в основном изготавливаются методом диффузии . Это обеспечивает высокую квантовую эффективность. Группа соединенных между собой диодов используется в различных типах дисплеев, например, в семисегментных индикаторах.

    Светодиоды Разделение по цвету светового излучения
    Цвет Длина волны λ [нм]
    Ультрафиолет (УФ) < 380
    Фиолетовый 380 – 435
    Синий 435 – 500
    Сине-зеленый 500 – 520
    Зеленый 520 -565
    Желтый 565 – 590
    Оранжевый 590 – 625
    Красный 625 – 700
    Инфракрасный (ИК) > 700

    Плавное изменение длины волны сопровождается аналогичным изменением цвета. В таблице выше мы разместили диапазоны значений длины волны в порядке длины, чтобы улучшить представление о связи между длиной волны и цветом диода.

    Светодиодные характеристики ток-напряжение

    Характеристики светодиода показывают, что цвет диода влияет на мощность, потребляемую этим светодиодом. Светодиоды , излучающие инфракрасный цвет, потребляют наименьшее количество энергии, тогда как белый цвет потребляет больше всего.  Это связано с тем, что разные диоды имеют разные пороговые напряжения. Вы можете видеть это на характеристиках светодиода  , показанных ниже.

    Рис. 2. Группа вольт-амперных характеристик светодиодов, показывающая различия пороговых напряжений при разных цветах светодиодов

    Прямое напряжение светодиода

    Ассортимент качеств этого семейства светодиодов очень широк, и в настоящее время нет достойного подхода, чтобы сузить их и технологически «привести» к еще более явному и измеримому виду. Тем не менее, они несколько ограничены (сужены) и охватывают обычные значения путем деления светодиодов на классы, выбора цвета света, так как стандарт для вашей отрасли.

    Прямое напряжение светодиода — это минимальное напряжение, при котором светодиод начинает светиться из-за потока тока. Рекомендации по наиболее прямому току, характеризующему подтвержденный диод, видны из примечаний к каталогу, тем не менее, это сложно, особенно если мы не знаем источник диода, так как на светодиоде нет маркировки производителя. В среднем светодиоды будут иметь максимальный прямой ток 20-30 мА, однако многие обычные светодиоды (имеющие линзу) хорошо работают при токе менее 10 мА, многие обычно 2-3 мА. Прямое напряжение светодиода в диоде зависит от тона освещения и, следовательно, от материала, из которого он изготовлен.

    Светодиод Принцип работы

    Принцип работы светодиода основан на явлении электролюминесценции (выработка электромагнитного излучения под действием электрического поля). Электролюминесценция возникает в результате рекомбинации (аннигиляции) пары носителей (электронов и электронных дырок) в области «p-n перехода». В то время как электроны перетекают с более высокого на более низкий энергетический уровень, рассеивание мощности происходит в виде0071 тепло (безызлучательная рекомбинация – у полупроводников с n-косой энергетической щелью) или свет (излучательная рекомбинация – полупроводники с простой энергетической щелью). Во время этого потока энергия электрона преобразуется в квант электромагнитного излучения .

    Гибкие светодиодные дисплеи

    Динамичное развитие электроники, которое мы наблюдаем сегодня, было бы невозможно без одновременных исследований в междисциплинарной науке под названием нанотехнологии . Мы дошли до того, что нас уже не удивляют гибкие светодиодные экраны , используемые в телевизорах, мобильных телефонах, смарт-часах или даже в одежде.

    Рис. 3. Источник: digitaltrends.com

    Устройство в целом (электронная схема и компоненты) заключено в фольгу толщиной с бумагу и даже прозрачную . Быстрый рост технологии OLED также стал одной из причин дальнейшего развития и роста популярности гибкой электроники . Такие решения позволяют пользователям взаимодействовать с такими устройствами на их скручивание , сгибание или складывание в обеих плоскостях . В качестве преимуществ гибкого дисплея мы можем рассмотреть, например. более дешевый производственный процесс, эксплуатация, что может привести к конечной, более низкой цене в магазинах электроники в будущем.

    Примеры разновидностей светодиодов
    • RGB LED (Red Green Blue LED) – имеет три цвета в «одной коробке», что позволяет генерировать любой цвет,
    • IR (Infrared) — излучает инфракрасное излучение, которое используется, например, при передаче данных, а также в старых моделях мобильных телефонов (некоторые из вас могут этого не помнить!),
    • HB LED (High Brightness LED) – диоды с повышенной яркостью. Они используются в автомобилях, светофорах, уличных фонарях или во фронтальных велосипедных фонарях.

    Светодиод – преимущества
    • возможность выбора цвета света (длина волны),
    • низкое рабочее напряжение (для работы одиночных светодиодов требуется от 2 до 4 В),
    • низкое энергопотребление,
    • компонент небольшого размера (по сравнению со стандартной лампой даже очень маленький),
    • высокоэффективный,
    • низкие потери энергии,
    • прочный.

    Михал

    Инженер электроники и телекоммуникаций с дипломом магистра электроэнергетики. Светодизайнер опытный инженер. В настоящее время работает в сфере IT.

    Английский

    Онлайн-кампус микроскопии ZEISS | Светоизлучающие диоды

    Введение

    Среди наиболее многообещающих новых технологий освещения в оптической микроскопии есть светоизлучающие диоды ( светодиод ). Эти универсальные полупроводниковые устройства обладают всеми желаемыми характеристиками, которых лишены лампы накаливания (галогенные вольфрамовые) и дуговые лампы, и теперь они достаточно эффективны, чтобы питаться от низковольтных батарей или относительно недорогих переключаемых источников питания. Разнообразный спектральный выход, обеспечиваемый светодиодами, позволяет выбрать индивидуальный диодный источник света для обеспечения оптимальной полосы длин волн возбуждения для флуорофоров, охватывающих ультрафиолетовую, видимую и ближнюю инфракрасную области. Кроме того, новые мощные светодиоды генерируют достаточную интенсивность, чтобы обеспечить полезный источник освещения для широкого спектра применений во флуоресцентной микроскопии (см. Таблицу 1), включая исследование фиксированных клеток и тканей, а также визуализацию живых клеток в сочетании с Frster. резонансный перенос энергии ( FRET ) и методы измерения срока службы ( FLIM ). Полная ширина на полувысоте ( FWHM ; полоса пропускания) типичного квазимонохроматического светодиода варьируется от 20 до 70 нанометров (см. рис. 1), что аналогично по размеру ширине полосы возбуждения многих синтетических флуорофоров и флуоресцентных белков. Как показано в Таблице 1, светодиоды с выходной длиной волны в диапазоне 400–465 нанометров демонстрируют уровни мощности, превышающие 20 мВт/см 2 , в то время как большинство светодиодов с большей длиной волны (от зеленого до красного) имеют выходную мощность менее 10 мВт/см. милливатт/см 2 . Широкий спектральный профиль некоторых светодиодов в диапазоне от 535 до 585 нанометров обусловлен тем, что эти диоды содержат вторичный люминофор, который возбуждается первичным светодиодом фиолетового или ультрафиолетового излучения, что снижает выходную мощность и расширяет спектральный профиль. Таким образом, область возбуждения от зеленого до желто-оранжевого цвета, одна из наиболее полезных для обычных флуорофоров, таких как TRITC, MitoTrackers и оранжевых или красных флуоресцентных белков, остается недостатком для тех приложений (таких как FRAP и фотоактивация), которые требуют высоких уровней освещенности. .

    По сравнению с лазерным светом более широкая полоса пропускания светодиодов более полезна для возбуждения различных флуоресцентных зондов, а по сравнению с чрезмерным теплом и непрерывным спектром, излучаемым дуговыми лампами, светодиоды холоднее, меньше и обеспечивают гораздо более удобное механизм для циклического включения и выключения источника, а также для быстрого выбора определенных длин волн. Несколько производителей представили коммерческие светодиодные осветители, предназначенные для флуоресцентной микроскопии, и, несмотря на их более слабую интенсивность излучения по сравнению с яркими спектральными линиями ртутных и металлогалогенных дуговых ламп, современные тенденции в развитии светодиодов указывают на ожидание значительного увеличения яркости. во всех диапазонах длин волн в ближайшие несколько лет. Кроме того, недавние 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 коммерчески доступных диодов. Спектры регистрировались в фокальной плоскости объектива микроскопа с помощью широкополосного зеркала, расположенного во флуоресцентном оптическом блоке. Уровни мощности для этих светодиодов перечислены в таблице 1 с использованием как зеркала, так и обычных наборов флуоресцентных фильтров.

    В отличие от дуговых ламп, которые демонстрируют высокую степень собственного излучения или яркости, светодиодная технология медленно эволюционировала от рудиментарных устройств, которые в конце 1960-х годов были способны излучать только одну тысячную долю люмена красного света. Однако за последние четыре десятилетия светодиоды развивались такими темпами, что могут соперничать с микропроцессорами. Подобно предсказанию Гордона Э. Мура о том, что количество транзисторов на компьютерном чипе будет удваиваться каждые два года, ученый из Agilent Technologies Роланд Хайц предсказал, что яркость светодиодов будет увеличиваться в 20 раз каждые 10 лет. На самом деле то, что сейчас называется Закон Хейтца оказался надежным, поскольку яркость светодиодов исторически удваивалась каждые два года, и ожидается, что этот резкий рост производительности продолжится. Поскольку их яркость и диапазон доступных цветов увеличились, светодиоды стали использоваться во множестве новых приложений, включая роль энергоэффективной и надежной замены ламп накаливания для домашнего и промышленного освещения. Кроме того, высокопроизводительные светодиоды в настоящее время используются в ряде других промышленных, медицинских и военных приложений. Среди множества примеров — навигация, робототехника, машинное зрение, эндоскопия и диагностическое оборудование. В будущем должен возникнуть растущий спрос на источники света высокой яркости на основе светодиодных устройств в тех областях экономики, которые имеют существенно большую рыночную власть, чем оптическая микроскопия. Этот спрос, несомненно, послужит движущей силой для разработки мощных светодиодов, излучающих во всех спектральных областях, что принесет пользу всем модальностям освещения в оптической микроскопии.

    Многие первоначальные попытки использовать светодиоды в качестве источников света для микроскопии потерпели неудачу частично из-за низкой мощности излучения ранних устройств. Как правило, ранее запатентованные конструкции освещения микроскопов основывались на большом количестве светодиодов, сгруппированных для создания однородной картины освещения. Этот подход обеспечил относительно высокий уровень лучистого потока, но не смог решить проблему низкого излучения, возникающего из-за такого большого распределенного источника света (в отличие от характеристик точечного источника дуговой лампы). Имеющиеся в настоящее время высокоэффективные светодиоды обладают достаточной яркостью, чтобы работать по отдельности в качестве высокоэффективного источника монохроматического света с низкой пространственной когерентностью для наблюдений при флуоресцентном эпи-освещении или с полихроматическим светом в проходящей микроскопии. Хотя их усредненная спектральная освещенность все еще ниже, чем у спектральных пиков мощной 100-ваттной дуговой лампы HBO (ртутная), она приближается к континууму 75-ваттной дуговой лампы XBO (ксенон) во многих видимых областях. части спектра.

    Светодиоды значительно более эффективны, чем дуговые лампы, при преобразовании электричества в видимый свет, часто достигая выходной мощности до 100 люменов на ватт по сравнению с 22 люменами на ватт для 100-ваттного источника HBO. Эти полупроводниковые устройства прочны и компактны и часто могут работать в течение 100 000 часов при использовании, что примерно в 500 раз дольше, чем у ртутной лампы HBO. Некоторые из зеленых светодиодов имеют эффективность преобразования до 75 процентов, хотя устройства в этом диапазоне длин волн по-прежнему страдают от снижения выходной мощности. Напротив, фиолетовые и синие светодиоды, имеющие светоотдачу 250 и 150 мВт соответственно, в настоящее время коммерчески доступны, и в ближайшем будущем должна появиться аналогичная мощность на других длинах волн. Выход светодиодов можно модулировать на высоких частотах (до 5 кГц), 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 они должны использоваться с интерференционными тонкопленочными фильтрами возбуждения для удаления остаточных длин волн на крайних значениях (на хвостах спектра).

    Оптическая мощность светодиодов

    Флуорофор
    Возбуждение
    Категория
    Светодиод
    Обозначение
    Полоса пропускания светодиода на полувысоте

    (нм)
    Мощность
    мВт/см 2
    (LLG) a
    Мощность
    мВт/см 2
    (Зеркало) б
    Флуоресцентный
    Набор фильтров
    Возбуждение
    Полоса пропускания
    (нм)
    Мощность
    мВт/см 2
    (комплект фильтров) b
    Ультрафиолет (DAPI, BFP) 400 393-408 748 23,3 ДАПИ с 365/10 0,09
    Голубой (ECFP) 445 433-453 819 24,2 ECFP 114 д 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 с 500/20 2,8
    Зеленый (AF532) 525 503-539 273 6,6 Штаб-квартира TRITC c 545/30 1,5
    Зеленый (TRITC, Cy3, AF546) 535 503-573 383 9,5 Штаб-квартира TRITC c 545/30 2,6
    Зелено-желтый (TRITC, Cy3) 565 515-594 333 7,3 Штаб-квартира TRITC c 545/30 1,9
    Зелено-желтый (TRITC, Cy3) 565 515-594 333 7,3 Штаб-квартира TR c 560/55 3,2
    Желтый (TR, MitoTracker) 585 547-613 348 5,9 Штаб-квартира TR c 560/55 2,8
    Апельсин (TR, mCherry) 595 587-604 112 2,7 Штаб-квартира TR c 560/55 0,51
    Красный (Cy5, AF635) 635 620-637 370 4,6 Cy5 XF110 д 630/50 3,5

    Таблица 1

    В таблице 1 представлены значения оптической выходной мощности и спектральные полосы на полувысоте для нескольких светодиодов ближнего ультрафиолетового и видимого диапазона, которые в настоящее время используются во флуоресцентной микроскопии. Мощность каждого светодиода указана в милливаттах/см 2 и измерялся на выходе жидкостного световода (столбец LLG в таблице 1), а также в фокальной плоскости объектива микроскопа (40-кратный сухой флюорит, числовая апертура = 0,85) с использованием радиометра на основе фотодиодов. Для проецирования света через объектив 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 как Зеркало и Набор фильтров соответственно в таблице 1). Потери светопропускной способности в системе освещения микроскопа могут варьироваться от 95 до 99 процентов входной мощности в зависимости от количества фильтров, зеркал, призм и линз в оптической цепи. Для типичного инвертированного микроскопа исследовательского класса, подключенного к внешнему источнику светодиодного освещения, менее 3 процентов света, выходящего из жидкостного световода, доступно для возбуждения флуорофоров, расположенных в фокальной плоскости объектива. Аналогичная степень потерь света происходит с внешними металлогалогенными источниками света, подключенными к микроскопу через жидкостный световод, а также с традиционными ксеноновыми и ртутными дуговыми лампами, прикрепленными непосредственно к осветителю через ламповый корпус.

    В коммерческих светодиодных фонарях отдельные диодные модули могут быть легко заменены для достижения ширины полосы возбуждения, подходящей для различных флуорофоров, используемых в каждом эксперименте. Интенсивность каждого светодиодного модуля также можно независимо отрегулировать с точными электрическими шагами (в процентах от максимальной мощности), чтобы периоды возбуждения освещения можно было сбалансировать 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, включать и выключать без вредного воздействия на их срок службы. Кроме того, полностью электронная система освещения на диодах лишена механических частей и не вызывает проблемных вибраций, создаваемых движением затвора и фильтра нейтральной плотности.

    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 управляются 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. рис. 2). Ртутные и ксеноновые дуговые лампы имеют срок службы от 200 до 400 часов (соответственно), тогда как металлогалогенные источники работают 2000 часов и более. Вольфрамово-галогенные лампы накаливания имеют срок службы от 500 до 2000 часов в зависимости от рабочего напряжения. Напротив, многие светодиодные источники имеют срок службы более 10 000 часов без существенной потери интенсивности, а некоторые производители гарантируют срок службы 100 000 часов до того, как интенсивность источника упадет до 70 процентов от первоначального значения.

    Все лампы, выделяющие значительное количество тепла, включая светодиоды, также демонстрируют зависимость мощности излучения от температуры источника. Для ламп накаливания и дуговых ламп требуется период времени до одного часа, пока источник освещения не станет достаточно стабильным, чтобы можно было производить воспроизводимые измерения или собирать цейтраферные видеопоследовательности без значительных изменений интенсивности во времени. Этот длительный период ожидания не требуется для светодиодов, которые способны реагировать очень быстро (в течение нескольких микросекунд). Тем не менее, версии с самой высокой мощностью также могут выделять значительное количество тепла (приблизительно от 60 до 70 процентов своей мощности) во время прогрева и из-за их высокой скорости подвержены нестабильности на высоких частотах в источнике питания. При работе светодиодов изменение тока может привести к смещению пика излучения, аналогичному по величине наблюдаемому 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 перед началом экспериментов.

    Кремниевые диоды излучают свет в ближней инфракрасной ( ИК ) области, но диоды из других полупроводников могут излучать в видимой и ближней ультрафиолетовой ( УФ ) длинах волн. Типичный светодиодный источник состоит из полупроводникового кристалла размером примерно от 0,3 x 0,3 миллиметра до 1 или 2 квадратных миллиметров. Наиболее распространенные кристаллы, используемые при изготовлении 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 разных диапазонах волн (см. рис. 1 и табл. 2). Тщательный контроль относительных пропорций полупроводников, а также добавление примесей для изменения электронных свойств кристаллической решетки позволяет производителям и исследователям производить диоды, излучающие красный, оранжевый, желтый или зеленый свет. Спектральная полоса этих излучений обычно находится в диапазоне от 12 до 40 нанометров без значительных внеполосных компонентов в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне (спектральные области, вредные для визуализации живых клеток). Применение карбида кремния и нитрида галлия в светодиодах привело к созданию устройств, которые излучают в синей области (полезно для возбуждения вариантов голубого, зеленого и желтого флуоресцентных белков), а сочетание нескольких цветов в разных пропорциях может генерировать различные цветовые температуры белого. света для применения в проходящей микроскопии.

    В типичной конфигурации для освещения оптической микроскопии один или несколько кристаллов встроены в более крупную светодиодную структуру для защиты и более эффективного сбора света, а также для простоты электрического подключения и термообработки. Одним из основных преимуществ светодиодной технологии является то, что небольшие отдельные блоки могут быть объединены для создания источника света, имеющего форму, наиболее подходящую для конкретного применения. Возможные геометрии источника ограничены только тепловыделением и допустимой плотностью корпуса устройства для поверхностного монтажа ( SMD ) технология, используемая для интеграции нескольких кристаллов на печатную плату. Таким образом, можно изготовить очень плотные, яркие, специально разработанные источники света, чтобы они соответствовали параметрам сбора входных данных 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 обеспечивать непрерывное и эффективное освещение от простого двухэлементного полупроводникового диода (называемого чипом или кристаллом ), заключенным в прозрачный корпус из эпоксидной смолы, который, во многих случаях также выполняет двойную функцию проекционного объектива. Общая концепция работы светодиодов чрезвычайно проста. В одной из двух полупроводниковых областей чипа преобладают отрицательные заряды ( n область ), а в другой преобладают положительные заряды (область p ). Когда к электрическим выводам приложено достаточное напряжение, создается ток, поскольку 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 обедненная область (см. рис. 3). Каждая рекомбинация зарядов, происходящая в обедненной области, связана с уменьшением уровня энергии (равного заряду, умноженному на ширину запрещенной зоны, V(g) , полупроводника), который может испускать квант электромагнитного излучения в виде фотона, имеющего энергию (и длину волны), равную энергии ширины запрещенной зоны. Полоса пропускания длин волн излучаемых фотонов является характеристикой полупроводникового материала (см. Таблицу 2), поэтому различные цвета могут быть легко получены путем внесения изменений в полупроводниковый состав чипа.

    Варианты цвета светодиодов

    Название цвета Длина волны
    (нанометры)
    Полупроводник
    Состав
    Ультрафиолет 395 InGaN/SiC
    Сине-фиолетовый 430 GaN/SiC
    Супер синий 470 GaN/SiC
    Зеленый 520 InGaN/сапфир
    Чисто-зеленый 555 GaP/GaP
    зелено-желтый 567 GaP/GaP
    Желтый 585 GaAsP/GaP
    Оранжевый 605 GaAsP/GaP
    Супер оранжевый 612 AlGaInP
    Супер красный 633 AlGaInP
    Ультракрасный 660 GaAlAs/GaAs
    Ближний инфракрасный 700 GaP/GaP
    Инфракрасный 880 GaAlAs/GaAs
    Бледно-белый 6500К InGaN/SiC
    Таблица 2

    В качестве полупроводниковых материалов светодиоды обладают свойствами, общими для элементов из категории кремния периодической таблицы, и демонстрируют переменные характеристики электропроводности. Типичные полупроводники имеют значения электрического сопротивления, промежуточные между проводниками и изоляторами, и их поведение моделируется с точки зрения электронного зонная теория 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 энергетических уровнях для определения ширины запрещенной зоны для конкретного материала используются две отдельные полосы, называемые валентной полосой и полосой проводимости . Электроны валентной зоны, которые образуют фиксированные локализованные связи между атомами в твердом теле, имеют меньшую энергию, чем высокоподвижные электроны зоны проводимости. Проводники имеют перекрывающиеся валентную зону и зону проводимости, что позволяет валентным электронам переходить в зону проводимости с образованием дырки (вакансии с суммарным положительным зарядом) в валентной зоне. Электроны от соседних атомов могут легко мигрировать через решетку в дырки, создавая тем самым движение вакансий в обратном направлении. Напротив, изоляторы имеют полностью занятые валентные зоны и гораздо большую ширину запрещенной зоны, что требует значительных затрат энергии для вытеснения валентных электронов в зону проводимости.

    Ширина запрещенной зоны в полупроводниках мала, но конечна, и при комнатной температуре простого теплового возбуждения достаточно, чтобы часть электронов переместилась в зону проводимости. Большинство электронных устройств, включающих полупроводники (такие как диоды и транзисторы), сконструированы таким образом, что требуется приложение напряжения, чтобы вызвать изменения в распределении электронов между валентной зоной и зоной проводимости, необходимые для обеспечения протекания тока. Существуют большие различия в потенциале запрещенной зоны между различными полупроводниками, хотя расположение зон во всех этих материалах одинаково. Кремний, который является простейшим собственным полупроводником, не имеет подходящей структуры запрещенной зоны, чтобы его можно было использовать в конструкции светодиодов (но кремний по-прежнему используется во многих других устройствах, включая интегральные схемы). Однако характеристики проводимости кремния можно улучшить на , легирующий (рис. 3), который вводит незначительные количества примесей для создания дополнительных электронов или вакансий (дырок) в природной кристаллической структуре.

    Процесс легирования лучше всего описывается с помощью элемента кремния, члена 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, теперь будет доступно недостаточное количество электронов для удовлетворения всех требований к связыванию, что приведет к образованию дыр в кристалле и созданию общего положительного заряда для классификации. легированный кремний как р — полупроводниковый тип. Бор является одним из элементов, который обычно используется для легирования чистого кремния для достижения характеристик типа p . Напротив, добавление элемента группы V , такого как фосфор (имеющий пять валентных электронов), к чистому кремнию создает полупроводник типа n , который имеет чистый отрицательный заряд из-за дополнительных валентных электронов. Два наиболее распространенных полупроводниковых элемента, кремний и германий, как правило, непригодны для изготовления светодиодов из-за значительного количества тепла, выделяемого в местах соединения, а также из-за низкого уровня излучения видимого и инфракрасного света.

    Фотонно-излучающий диод p-n переходы 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 полупроводниковой палитре привело к появлению синих диодов, которые можно комбинировать с другими цветами или вторичными люминофорами для получения светодиодов, излучающих белый свет. Фундаментальным ключом к управлению свойствами светодиодов является электронная природа p-n переход между двумя различными полупроводниковыми материалами. Когда сплавляются разнородные легированные полупроводники, протекание тока в переходе и характеристики длины волны излучаемого света определяются электронным характером каждого материала. Как правило, ток легко течет 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 соединение. Электроны из 9Полупроводники типа 0583 n переходят в положительно легированные (типа p ) полупроводники, которые имеют вакантные дырки, позволяющие электронам «прыгать» с дырки на дырку. Результатом этой миграции является то, что дырки кажутся движущимися в противоположном направлении или от положительно заряженного полупроводника к отрицательно заряженному полупроводнику. Электроны из области типа n и дырки из области p рекомбинируют вблизи перехода, образуя обедненную область (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.

    Для настройки диода электроды размещаются на противоположных концах полупроводникового устройства p-n для подачи напряжения, способного преодолеть эффекты обедненной области. Как правило, область типа n соединяется с отрицательной клеммой, а область p соединяется с положительной клеммой (известной как прямое смещение перехода), так что электроны будут течь от n — тип материала к p — типа и отверстия будут двигаться в обратном направлении. Чистый эффект заключается в том, что зона истощения исчезает, и электрический заряд перемещается по диоду, при этом электроны направляются к переходу из материала типа n , тогда как дырки направляются к переходу из материала типа p . Комбинация дырок и электронов, втекающих в переход, позволяет поддерживать непрерывный ток через диод. Хотя управление взаимодействием между электронами и дырками на уровне 9Переход 0583 p-n является фундаментальным элементом в конструкции всех полупроводниковых диодов, основной задачей светодиодов является эффективная генерация света. Производство видимого света за счет инжекции носителей заряда через p-n-переход имеет место только в полупроводниковых диодах, имеющих определенный состав материалов, что привело к поиску новых комбинаций, обладающих необходимой шириной запрещенной зоны между зоной проводимости и орбиталями валентная полоса. Кроме того, продолжаются исследования по разработке архитектуры светодиодов, которые минимизируют поглощение света диодными материалами и более устойчивы при концентрации излучения света в определенном направлении.

    Конструкция светодиода

    К числу критических аспектов производства светодиодов относятся природа элементов, используемых в полупроводниках типа n и p , а также их физическая геометрия, конструкция корпуса устройства и конфигурация. легкого пути эвакуации. Базовая структура типичного светодиода состоит из полупроводникового материала (кристалла или микросхемы), каркаса, на котором установлен кристалл, и герметизирующего материала, окружающего сборку (см. рис. 4). В большинстве случаев светодиодный полупроводник поддерживается в чашке отражателя, которая прикреплена к электроду (катоду), а верхняя поверхность чипа соединена золотым проводом со вторым электродом (анодом). Некоторые из более сложных конструкций соединительной структуры требуют двух соединительных проводов, по одному на каждый электрод. В дополнение к очевидным различиям в длине волны излучения различных светодиодов существуют также различия в форме, размере и диаграмме направленности. Полупроводниковые светодиодные чипы имеют размер до нескольких квадратных миллиметров, а диаметр системы корпус/линза варьируется от 2 до 10 миллиметров. 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. Кристалл закреплен в конической чашке отражателя, которая припаяна к выводу катода, а анод соединен с кристаллом соединительной проволокой. Свет, исходящий от боковых сторон светодиода, отражается чашкой в ​​эпоксидный КОРПУС. Плоский отлив в основании купола из эпоксидной смолы служит индикатором полярности свинца. Как правило, эти индикаторные светодиоды содержат кристалл размером от 0,25 до 0,3 миллиметра сбоку, а диаметр линзы составляет от 2 до 10 миллиметров. Мощный 9Поперечное сечение диода GaInN 0583 GaInN , показанное на рис. 4(b), построено на алюминиевой или медной пластине радиатора, которую можно припаять к печатной плате для более эффективного отвода тепла. Инкапсуляция кристалла представляет собой защитный силиконовый слой, предназначенный для преодоления полного внутреннего отражения излучаемых волновых фронтов и направления их через большую пластиковую линзу. Золотая проволока служит для соединения большого катодного вывода с матрицей, которая закреплена на кремниевой микросхеме для защиты от электростатического разряда. Анод (не показан) аналогичен по конфигурации катоду, но выступает от корпуса 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. рис. 5) и определяется формой чашки отражателя, размером и конструктивными критериями полупроводника, расстоянием от поверхности чипа до верхней части корпуса или системы линз. и геометрия объектива. Профили излучения светодиодов в целом можно разделить на два класса: краевые излучатели (рис. 4(а)) и поверхностные излучатели (рис. 4(б)). Большинство поверхностных излучателей имеют диаграмму излучения Lambertian (см. рис. 5(d)), где профиль интенсивности пропорционален косинусу угла излучения, который отсчитывается от оси, перпендикулярной поверхности кристалла. Напротив, краевые излучатели обычно излучают свет из небольшой области (размером примерно 50 микрометров) по бокам кристалла в виде сложной схемы, зависящей от оси. Свет, выходящий из краевого излучателя, несимметричен, с быстрая ось перпендикулярна размеру боковой кромки, а медленная ось параллельна матрице. Чтобы сфокусировать и коллимировать свет со всех четырех сторон светодиода с торцевым излучателем, кристалл обычно размещают внутри отражающего колпачка (рис. 4(а)) за счет увеличения размера источника.

    На Рисунке 5(d) показаны диаграммы направленности излучения в дальней зоне для светодиодов с плоскими (Рисунок 5(a)), полусферическими (Рисунок 5(b)) и параболическими (Рисунок 5(c)) линзами. Три модели выбросов на рисунке 5(d) нормализованы и наложены друг на друга для целей сравнения. Обратите внимание, что при F=60 диаграмма излучения планарного ламбертовского диода снижается до 50 процентов от максимального значения, тогда как полусферический светодиод имеет более симметричное распределение. Тонирование, применяемое к некоторым эпоксидным линзам, не определяет цвет излучения светодиода, а скорее используется в качестве удобного индикатора цвета лампы, когда она неактивна. Конструкции светодиодов, предназначенные для приложений, требующих высокой интенсивности (таких как флуоресцентная микроскопия), обычно имеют прозрачные линзы без оттеночных или диффузионных добавок. Эта конфигурация обеспечивает максимальный уровень светоотдачи и обычно предназначена для использования луча нестандартной формы для наиболее эффективной передачи света в систему собирающих 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 светодиод просматривается напрямую, например, для индикаторных ламп на панелях оборудования.

    Выбор материалов и технологий изготовления светодиодов определяется двумя основными целями: максимизация генерации света в гибридных полупроводниковых материалах и эффективное извлечение света, создаваемого устройством. В типичных p-n-переходах электроны и дырки из материалов типа n и p (основные носители ) инжектируются через переход, чтобы установить протекание тока и произвести свет (9).0583 излучательная рекомбинация ) в определенном диапазоне длин волн. Этому процессу часто препятствует безызлучательная рекомбинация неосновных носителей (электронов в материалах типа p и дырок в материалах типа n ) с основными носителями. Кроме того, наличие примесей, структурных дислокаций и других кристаллических дефектов в полупроводниковых материалах может привести к безызлучательной рекомбинации, не приводящей к излучению фотона. Таким образом, одной из основных целей при разработке светодиодов является максимизация излучательной рекомбинации носителей заряда за счет 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 выйти 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 уровню энергии валентной зоны и самой низкой энергии зоны проводимости. В результате длина волны ( l ) излучаемого фотона аппроксимируется следующим выражением:

    л =
    ч с/Е бг

    , где h — постоянная Планка, c — скорость света, а E bg — ширина запрещенной зоны. Чтобы модулировать длину волны испускаемого излучения, необходимо тщательно выбирать полосу пропускания полупроводникового материала, используемого для изготовления диода. Арсенид галлия является популярным диодным материалом и служит прекрасным примером того, как можно изменить зонную структуру полупроводника, чтобы изменить длину волны излучения светодиода. Ширина запрещенной зоны арсенида галлия составляет примерно 1,4 электрон-вольта, что дает излучение примерно на 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. Этого можно добиться путем смешивания арсенида галлия с совместимым материалом, имеющим большую ширину запрещенной зоны (например, фосфид галлия; ширина запрещенной зоны 2,3 электрон-вольта). Таким образом, светодиоды, изготовленные из соединения GaAsP (фосфид арсенида галлия), могут быть адаптированы для получения ширины запрещенной зоны с любым значением между 1,4 и 2,3 электрон-вольта путем регулирования соотношения содержания мышьяка и фосфора. Другие комбинации полупроводников могут аналогичным образом применяться для генерации длин волн излучения, охватывающих ближний ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра.

    Эффективное извлечение света, генерируемого светодиодом, является еще одной важной проблемой при производстве этих полупроводниковых устройств. Поскольку объемная обедненная область внутри светодиодного кристалла представляет собой изотропный (ламбертовский) излучатель, 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 полном объеме полупроводникового чипа, действительно может выйти во внешнюю среду. В большинстве случаев примерно 50 процентов света, генерируемого внутри, теряется из-за отражений и других явлений, и еще меньше света излучается под большими углами.

    Согласно закону Снеллиуса, свет может переходить из среды с более высоким показателем преломления в среду с более низким показателем преломления (по сути, из полупроводника в окружающую атмосферу) только в том случае, если выходящие волновые фронты пересекают границу раздела двух сред под углом меньше критического угла для двух сред. В типичном светодиоде, имеющем кубическую геометрию, только около 2 процентов генерируемого света могут выйти через верхнюю поверхность (фактическое значение зависит от конкретных полупроводниковых материалов и р п характеристики узлов). Остаток поглощается внутри полупроводника, как описано выше. В качестве примера на рис. 6 показано прохождение света из слоистого полупроводника с показателем преломления n s в эпоксидную линзу с меньшим показателем преломления ( n e ). Угол, образуемый выходным конусом, 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 больше q c , испытывают полное внутреннее отражение на границе и не покидают устройство. Однако из-за кривизны купола из эпоксидной смолы в примере на рис. 6 большинство световых волн, выходящих из полупроводникового материала, сталкиваются с поверхностью 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 свет может выходить, и от того, насколько эффективно это может происходить на каждой поверхности. Почти все светодиодные структуры состоят из многослойной конфигурации, в которой процессы эпитаксиального роста кристаллов используются для последовательного осаждения ряда материалов с согласованной решеткой друг на друга для настройки свойств чипа. Можно использовать широкий спектр структурных комбинаций, при этом каждая система имеет различную многоуровневую архитектуру для оптимизации характеристик производительности. В большинстве случаев требуется вторичный этап роста для нанесения монокристаллического слоя на поверхность материала подложки, выращенного в объеме. К числу соображений, необходимых для обеспечения высокого уровня производительности, относятся физические свойства полупроводниковых материалов, расположение p n переход (где происходит излучение света) 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 количество дефектов в слоистой структуре за счет сохранения точного соответствия постоянных атомной решетки и коэффициента теплового расширения. Для создания эпитаксиальных слоев используется ряд методов, в том числе жидкофазная эпитаксия (9).0583 LPE ), парофазная эпитаксия ( VPE ), металлоорганическое эпитаксиальное химическое осаждение из паровой фазы ( MOCVD ) и молекулярно-лучевая эпитаксия ( MBE ). Каждая методология имеет определенные преимущества в отношении оптимальных полупроводниковых материалов и условий производства. Среди множества стратегий, лежащих в основе применения различных многослойных полупроводниковых конфигураций, можно назвать микроструктурирование областей p и n , параметры перехода, требования к отражающему слою для повышения внутренней квантовой эффективности, добавление буферных слоев с градиентным составом (предназначенных для преодоления несоответствия решеток). между слоями) и цели ширины запрещенной зоны для управления профилем излучения.

    Источники освещения на основе светодиодов, предназначенные для микроскопии, используют три разных 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 приложений с низким уровнем светлого поля, он не особенно полезен в общей микроскопии из-за ограниченной оптической мощности, доступной от одного диода. Второй подход предполагает организацию небольшого массива светодиодных кристаллов непосредственно на печатной плате и использование специализированной оптической системы коллектора. Плотность упаковки светодиодов ограничена только необходимостью соединять каждый кристалл отдельными соединительными проводами и включать механизм рассеивания тепла. Основным недостатком вложенных печатных светодиодов является потеря света, происходящая с краев устройств. Третий метод заключается в размещении кристалла светодиода в зеркальном углублении, которое служит отражателем, а затем в размещении этих блоков на печатной плате. Однако, поскольку отражатели больше, чем отдельные кристаллы, этот метод приводит к меньшей плотности упаковки.

    Поскольку каждый кристалл светодиода представляет собой отдельный источник света, при построении большой диодной матрицы с использованием нескольких устройств сбор излучаемого света требует стратегии, отличной от той, которая используется с обычными лампами. Наиболее эффективный механизм сбора света от вложенных друг в друга светодиодов включает в себя применение матрицы микролинз, расположенной на надлежащем расстоянии от печатной платы диодов. Подходящая матрица линз может быть изготовлена ​​из формованного пластика или стекла и должна быть сконструирована таким образом, чтобы каждый светодиод имел отдельную собирающую линзу. Затем массив микролинз проецирует свет от отдельных источников на макроскопическую собирающую линзу оптической системы микроскопа с меньшей числовой апертурой и большим фокусным расстоянием, чем это требуется для традиционной лампы. Дополнительным преимуществом этого типа оптической системы является более низкая степень хроматической и сферической аберраций. Основная цель проектирования конфигурации микролинза-светодиод (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 аксиальным, параллельным светом.

    Светодиоды белого света

    Наиболее широко используемые светодиоды текущего поколения в основном представляют собой монохроматические излучатели высокой яркости, но все большее число приложений (например, микроскопия в проходящем свете) требуют широкого спектра или белого света . Существует два основных подхода к получению белого света от устройств, которые в основном являются монохроматическими. Один метод основан на объединении диодов трех разных цветов в одной оболочке или различных полупроводниковых материалах в общем кристалле (в такой пропорции, чтобы выходной сигнал казался белым). В другом методе используется фиолетовый или ультрафиолетовый светодиод для получения энергии, возбуждающей вторичный люминофор, который затем излучает белый свет (см. рис. 7 (а)). Светодиоды белого света потенциально очень энергоэффективны по сравнению с лампами накаливания. Например, в то время как обычные источники света имеют среднюю мощность от 15 до 100 люмен на ватт, эффективность белых светодиодов, по прогнозам, достигнет более 300 люмен на ватт в результате постоянного развития. Возможно, наиболее важным критерием выбора светодиодов белого света является средняя цветовая температура профиля излучения, которая колеблется примерно от 4500 К до 8000 К, в зависимости от свойств устройства. Выбор наилучшего совпадения цветов для оптической микроскопии должен основываться на характеристиках детектора и возможностях программного обеспечения, но оптимальными должны быть значения, близкие к 5500 К.

    Комбинация красных, зеленых и синих диодных кристаллов в одном корпусе или в ламповом узле, содержащем группу диодов, позволяет генерировать белый свет или любой из 256 цветов за счет использования схемы, которая управляет тремя диодами независимо (Рисунок 7(б)). В приложениях, требующих полного спектра цветов от одного точечного источника, этот тип диодного формата RGB является предпочтительным методом. Однако большинство диодов белого света изготавливаются с использованием светодиода, излучающего на короткой длине волны (от 365 до 450 нанометров; от ультрафиолетового до синего) и преобразователь длины волны , который поглощает свет от диода и подвергается вторичному излучению на большей длине волны. Такие светодиоды излучают свет с двумя или более длинами волн, которые при объединении выглядят как белые. Качество и спектральные характеристики комбинированного излучения зависят от материалов, из которых изготовлено устройство. Наиболее распространенные материалы преобразователя длины волны называются люминофорами, которые представляют собой материалы, которые проявляют люминесценцию, когда они поглощают энергию от другого источника излучения. Обычно люминофоры состоят из неорганической подложки-хозяина, содержащей оптически активную легирующую добавку. Иттрий-алюминиевый гранат ( YAG ) является распространенным исходным материалом, который может быть легирован одним из редкоземельных элементов, например церием.

    Светодиодные лампы

    Среди преимуществ использования светодиодов для освещения во флуоресцентной микроскопии является то, что каждая разновидность этих полупроводниковых устройств имеет одинаковую эффективность преобразования энергии с ограничением излучения в узком диапазоне 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 более компактны, чем дуговые лампы, и их можно подключать непосредственно к радиатору, который легко охлаждается с помощью небольшого вентилятора с компьютерным управлением. Такая технология позволяет монтировать светодиодные источники непосредственно внутри системы микроскопа, ближе к образцу, чтобы потенциально избежать значительной потери интенсивности света (часто превышающей 95 процентов), что происходит со всеми источниками света, когда они проецируются через оптическую цепь. Несмотря на такой высокий уровень гибкости, следует отметить, что источникам на основе светодиодов абсолютно необходим эффективный теплоотвод, поскольку работа при температуре выше комнатной сокращает их ожидаемый срок службы и приводит к потере эффективности оптического выхода.

    Оптический выход типичного светодиода (измеряемый как общий поток излучения) приблизительно пропорционален уровню тока, подаваемого на питание устройства. Конструкции источников питания светодиодов должны учитывать время отклика (порядка микросекунд), нелинейность зависимости напряжения от эмиссии и максимальный рекомендованный управляющий ток. Еще одна первоочередная проблема связана с внутренним уровнем 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 регулирует интенсивность светодиода, изменяя количество времени, которое диод проводит во включенном состоянии по сравнению с выключенным состоянием. Такая конструкция позволяет модулировать интенсивность света относительно воспроизводимым образом, изменяя управляющий ток, что устраняет необходимость в шторках или фильтрах нейтральной плотности.

    На рис. 8(a) представлена ​​типичная электронная схема, предназначенная для управления одним синим светодиодом поверхностного излучения, 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 TTL-входа (предпочтительно исходящего от главного компьютера). При настройке фонаря для нескольких светодиодов необходимо учитывать безопасный максимальный ток возбуждения для каждого диода. Светодиоды из одной и той же партии (и дистрибьютора) могут значительно различаться (до вольта) по прямому падению напряжения, а также другим электрическим свойствам из-за присущих им производственных различий, возникающих из различных источников, включая неоднородность исходных материалов. Таким образом, чтобы поддерживать постоянную производительность между диодными блоками, необходимо заранее определить соотношение между удерживающим напряжением и током для каждого светодиода, который будет использоваться в индивидуальном фонаре. В качестве примера производительности светодиода взаимосвязь между временем отклика светодиода на вход прямоугольной формы показана на рисунке 8(b). Обратите внимание, как точно интенсивность выходного сигнала светодиода соответствует шагу напряжения.

    В ситуациях, когда для широкополосного освещения требуются светодиоды белого света, можно использовать одноканальный источник тока, интенсивность и переключение которого регулируются путем изменения тока, протекающего через один или несколько светодиодов, соответствующих рабочим характеристикам. В более сложных сценариях используются сложные конфигурации светодиодов (сочетающие несколько кристаллов с разными профилями излучения) для получения либо узкополосного излучения для флуоресценции, либо белого света для яркого освещения. Этими более сложными конструкциями можно управлять с помощью многоканального источника тока, способного изменять интенсивность или длину волны излучения в микросекундном (или даже наносекундном) временном масштабе. Срок импульсный режим переключение, этот тип источника питания полезен в технологиях, которые требуют чрезвычайно коротких световых вспышек, таких как визуализация в течение всего срока службы. Схема импульсного режима полезна для преодоления сдвигов пиковой длины волны излучения из-за неоднородности светодиодов путем предварительной настройки каждого диодного блока на пиковый ток, необходимый для получения желаемой выходной длины волны. Таким образом, среднюю яркость источника можно регулировать, изменяя ширину импульса при фиксированном пиковом токе, что обеспечивает управляемый спектральный выход. Как показано на рис. 8(b), оптический выход следует за текущим импульсом без значительной задержки, а частоты импульсной модуляции возможны в диапазоне мегагерц.

    За последние несколько лет было представлено несколько коммерческих светодиодных ламп для флуоресцентной и широкопольной микроскопии в проходящем (белом свете), пример которых показан на рис. 9. Лампа на рис. 9 предназначена для прямого подключения к входу осветителя микроскопа. порта и содержит до четырех независимо управляемых модульных светодиодов 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 того, чтобы будущие светодиоды, независимо от их конфигурации, можно было сделать совместимыми для использования в фонаре. Многоцветные флуоресцентные изображения, полученные с помощью этой лампы (называемой Colibri производства ZEISS) отличаются очень высокой контрастностью и широким динамическим диапазоном.

    Одним из преимуществ встроенного светодиодного фонаря является возможность установки интенсивности освещения для каждого диода в соответствии с требуемым временем интеграции камеры вместо использования нескольких настроек камеры. Кроме того, управление яркостью и переключение светодиодов полностью электронное, что исключает необходимость в механических заслонках и колесах фильтров для большей скорости и виброустойчивости. Низкая выходная мощность светодиодов, которые преобразуют электричество в свет с высокой эффективностью, 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.


    Соавтор

    Michael W. Davidson — Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.

    Меры предосторожности при использовании светодиодных ламп

    Назад к примечаниям по применению

    Изменения характеристик в зависимости от температуры (яркость, длина волны, прямое напряжение) Характеристики светодиодной лампы изменяются в зависимости от температуры кристалла (Tj: температура перехода, излучающего свет). Температура чипа включает в себя как температуру окружающей среды, так и тепло, излучаемое самим светодиодом. Следующий текст описывает типичные изменения характеристик. Светимость Количество света, излучаемого светодиодной лампой, уменьшается по мере увеличения Tj. Это связано с усилением рекомбинации дырок и электронов, которые не вносят вклада в излучение света. В технических характеристиках светодиодных ламп Toshiba представлены графики зависимости силы света от температуры корпуса (где сила света стандартизирована до 1,0 при 25°C — см. Приложение 1). В пределах гарантированного диапазона рабочих температур сила света Варьируется от 0,7 до 1,2 (из расчета силы света 1,0 при 25°C) Длина волны Как и сила света, излучаемая длина волны также изменяется, в основном из-за изменений энергетической щели полупроводника, вызванных изменениями температуры. Степень изменения длины волны зависит от полупроводникового материала; в светодиодах типа InGaAlP повышение температуры приводит к изменению d примерно на 0,1 нм/°C. Для приложений, где требуются строгие стандарты длины волны, необходимо учитывать любое изменение длины волны в пределах гарантированного диапазона рабочих температур оборудования. Прямое напряжение (Vf) За исключением особых случаев, изменения Vf, как и изменения длины волны излучения, обусловлены изменением ширины запрещенной зоны полупроводника. При повышении температуры Vf падает примерно на 2 мВ/°C. Изменение Vf является важным фактором при проектировании схем. Там, где светодиодная лампа работает от постоянного тока, изменения Vf не влияют на константы цепи. Однако там, где светодиодная лампа работает при примерно постоянном напряжении, Vf падает по мере повышения температуры и увеличения тока. Увеличение тока вызывает дальнейшее повышение Tj и дальнейшее падение Vf. Ток продолжает увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнут баланс. Наоборот, при низких температурах Vf возрастает, а ток падает. Требуемая сила света не может быть достигнута, когда цепь работает при постоянном напряжении. Колебания характеристик Различия в значениях характеристик между разными светодиодами возникают на этапе производства. Toshiba указывает минимальное значение яркости и минимальное или максимальное значение для каждого из параметров электрических характеристик. Следовательно, оптические схемы должны проектироваться с учетом этих флуктуаций. Например, помимо изменения температуры Vf также имеет определенное распределение. Когда цепь не имеет заложенного расчетного запаса, необходимо проверить устройства с большими колебаниями Vf, чтобы убедиться, что желаемые характеристики все еще могут быть получены при изменении температуры. В зависимости от характеристик цепи или оборудования может потребоваться ограничить количество колебаний значений характеристик светодиодной лампы. В таких случаях Toshiba исследует необходимость специального стандарта и решает, можно ли применять специальный стандарт. Различия между видимыми светодиодами и сенсорными источниками света Светодиодные лампы являются излучателями видимого света. Следовательно, стандарты светодиодов основаны на свете, видимом человеку. Соответственно, Marktech не рекомендует использовать светодиод видимого диапазона в качестве источника света для оптического датчика. Относительная эффективность На рис. 6 показана кривая световой эффективности, показывающая характеристики длины волны света, к которому чувствителен человеческий глаз. Человеческий глаз наиболее чувствителен к свету с длиной волны примерно 555 нм. При измерении светимости светодиода значение светимости на каждой длине волны должно быть скорректировано в соответствии с кривой светоотдачи, показанной на рисунке 6.

    Рисунок 6 – Кривая светоотдачи

    Либо используйте кривую светоотдачи, чтобы скорректировать выходную мощность светодиодов для каждой измеряемой длины волны, либо пропустите измеряемую выходную мощность светодиодов через оптический фильтр с теми же характеристиками передачи, что и кривая световой эффективности. Естественно, необходимо учитывать и волновые характеристики фотоприемника. Фотодиоды или ПЗС-датчики изображения иногда используются в фотодетекторах для проверки яркости. В этих случаях разница между светимостью видимых светодиодов обусловлена ​​не только разницей в чувствительности их фотоприемников. Например, простое сравнение силы света GaA-As-светодиода с длиной волны 660 нм и InGaAlP-светодиода с длиной волны 570 нм показывает, что последний имеет большую силу света, чем первый. Однако, принимая во внимание характеристики длины волны приемной чувствительности фотоприемников с фотодиодами или ПЗС-датчиков изображения, GaAlAs-светодиод с длиной волны 660 нм имеет более высокий выходной сигнал. Кроме того, диаграмма характеристик длины волны в технических данных показывает только спектр видимого света и не указывает на то, что светодиод не излучает никакого другого света. В частности, в зависимости от типа светодиода излучение может иметь большой пик в ближней инфракрасной области. При использовании фотодиодов для измерения светимости не забывайте учитывать инфракрасный свет.

    Просмотр продуктов

    Нашли то, что искали? Получите бесплатное предложение без обязательств сегодня.

    Запросить цену

    Связанные ресурсы

    Светодиод

    : конструкция, типы и применение Светодиод

    или светоизлучающий диод является наиболее часто используемым электронным компонентом в нашей повседневной жизни. Это источник света в виде маленькой лампочки, которую можно установить внутри цепи. Это особый тип диода, который преобразует электрическую энергию в энергию света. В отличие от лампы накаливания не нагревается, поэтому является энергосберегающим источником света. Он доступен в любом размере, форме и цвете.

    Диоды с PN-переходом были изобретены задолго до появления светодиодов, и только в 1962 году Ник Холоньяк придумал специальный тип диода, который преобразует электрическую энергию в энергию света. Светодиод может генерировать как видимый, так и невидимый свет. Невидимый свет (инфракрасный) используется в пульте дистанционного управления. Он используется в каждом электронном оборудовании, которое используется для отображения любой информации. Он используется для освещения улиц, жилых домов и промышленных предприятий. В этой статье подробно объясняется принцип работы светодиода, его конструкция и т. д.

    • Похожие сообщения: Что такое диод? Конструкция и работа диода PN-перехода

    Содержание

    Что такое светодиод – светоизлучающий диод?

    Светодиод — это сокращенная форма слова «Светоизлучающий диод». Это тип диода, который излучает свет, когда через него проходит ток. Другими словами, светодиод — это особый тип диода, который преобразует электрическую энергию в световую. Это простой диод с PN-переходом, который излучает свет при прямом смещении. Соединение покрыто прозрачной эпоксидной смолой, чтобы направлять свет, исходящий от соединения, во всех направлениях.

    Энергия света генерируется, когда электрон из более высокой энергетической зоны попадает в низкоэнергетическую зону и высвобождает энергию. Другими словами, когда носители заряда электроны и дырки объединяются, они выделяют световую энергию. Не каждый материал способен обладать таким свойством. Свойство материала преобразовывать электрическую энергию в энергию света называется электролюминанс. Вместо кремния и германия используются соединения арсенида галлия, фосфида галлия и фосфида индия в зависимости от цвета излучаемого света.

    Символ и обозначения светодиодов

     

    Символ светодиода

    Символ светодиода напоминает любой обычный диод с PN-переходом, за исключением того, что он имеет стрелки, направленные наружу. рисунок ниже.

    • Связанный пост: Различные типы символов диодов
    Клеммы светодиода
    9Светодиод 0002 представляет собой диод, поэтому он имеет две клеммы: анод (+) и катод (-). Две клеммы можно идентифицировать следующими способами.

    • Более длинная ветвь — это анод, а более короткая ветвь — это катод.
    • В случае прозрачного светодиода внутренняя меньшая пластина является анодом, а большая пластина — катодом.
    • На катоде есть плоское пятно.
    • С помощью мультиметра используется режим прозвонки. При прямом смещении светодиод будет светиться и запускать зуммер, а при обратном смещении — нет.

    Конструкция светодиода

    Щелкните изображение, чтобы увеличить его

    Светодиод состоит из трех слоев: слоя полупроводника P-типа, слоя полупроводника N-типа и активной области. В N-слое больше всего электронов, а в P-слое больше дырок. Активная область имеет равное количество электронов и дырок, поэтому в ней нет основных носителей заряда. Активная область также известна как область истощения. Электроны и дырки рекомбинируют в этой области. Как мы знаем, свет излучается, когда электрон и дырка объединяются. Дырки — это отсутствие электронов. Они не двигаются. Электроны движутся и соединяются с дырками в р-слое. Следовательно, p-слой предназначен для удержания в верхней части светодиода.

    Слой материала P-типа и материала N-типа накладывается друг на друга с активной областью между ними. Поскольку электронно-дырочная рекомбинация происходит в p-области, p-слой остается наверху, а анод осаждается на краю p-слоя, чтобы обеспечить максимальное излучение света. В то время как для катода золотая пленка осаждается на дне слоя N-типа, как показано на рисунке.

    Физически светодиод рассчитан на максимальное излучение света. Поэтому место соединения покрыто прозрачной эпоксидной смолой с куполообразным верхом. Это помогает концентрировать свет, излучаемый соединением, в восходящем направлении. Тонкая золотая пленка в нижней части специально используется для отражения света назад в направлении вверх для повышения эффективности светодиодов. Поскольку большая часть света излучается из p-области, увеличение ее площади увеличивает интенсивность света. Форма эпоксидной смолы не обязательно должна быть полусферической. Он может быть треугольным или прямоугольным, в зависимости от применения.

    Примечание: светодиод может излучать как видимый, так и невидимый свет. Невидимый свет в основном используется для связи в удаленных устройствах, таких как телевизоры, кондиционеры и т. д.

    Что касается материала, используемого для светодиодов, в нем не используется кремний или германий. Полупроводники, такие как арсенид галлия (GaAs), фосфид арсенида галлия (GaAsP) или фосфид галлия (GaP), используются в светодиодах из-за их свойства излучать энергию в виде излучения, в то время как кремний и германий выделяют в виде тепла.

    Похожие сообщения:

    • Фотодиод: типы, конструкция, работа и применение
    • Разница между фотодиодом и фототранзистором
    • Разница между светодиодом и фотодиодом

    Работа светодиода

    Как и любой обычный диод, светодиод или светоизлучающий диод работает только при прямом смещении, т.е. анод находится под более высоким напряжением по сравнению с катодом, или анод подключен к положительной клемме и катод соединен с отрицательной клеммой батареи. В n-области преобладают электроны, а в p-области преобладают дырки. Кроме того, слой n-типа сильно легирован по сравнению со слоем p-типа 9.0003

    Когда светодиод смещен в прямом направлении, приложенный потенциал начинает воздействовать на P-слой и N-слой. В результате область истощения или активный слой начинает сжиматься. Поэтому электроны из n-области и дырки из p-области начинают проходить через переход. Он начинает рекомбинировать в активной области или области истощения. При его рекомбинации электроны из верхней зоны (зоны проводимости) попадают в нижнюю энергетическую зону (валентную зону) за счет рекомбинации с дырками (отсутствие электрона в валентной зоне) и выделяют энергию в виде света. После нескольких рекомбинаций ширина обедненной области еще больше уменьшается, а интенсивность света увеличивается

    Свойство преобразования электричества в энергию света называется электролюминанс. Такое свойство проявляют некоторые полупроводники, такие как GaAs, GaAsP, GaP. Кремний и германий не могут излучать свет, а только тепло. Почему эти материалы обладают таким свойством, можно понять, используя теорию энергетических зон твердых тел.

    Как известно, электрон может приобретать энергию в дискретной форме. Энергию электрона можно определить по его положению в энергетических зонах. Когда электрон получает энергию, он переходит в более высокую энергетическую зону, а когда он возвращается в более низкую энергетическую зону, он высвобождает энергию. Валансная зона имеет меньшую энергию, чем зона проводимости. Разница между зоной проводимости и валентной зоной называется энергетической щелью. Согласно теории энергетических зон твердых тел, существует два типа полупроводниковых материалов, обладающих либо прямой запрещенной зоной, либо непрямой запрещенной зоной.

    Похожие сообщения:

    • Стабилитрон – символ, конструкция, схема, работа и применение
    • Туннельный диод: конструкция, работа, преимущества и применение
    Прямозонная зона

    Полупроводниковый материал с прямой запрещенной зоной излучает фотоны или световую энергию, когда высвобождает энергию. Две энергетические зоны, то есть зона проводимости и валентная зона, находятся прямо друг над другом вместе с импульсом «k» и графиком энергии. Когда электрон и дырка объединяются, они излучают энергию, равную энергетической щели между зоной проводимости и валентной зоной. Поэтому полупроводники, имеющие большую энергетическую щель, излучают свет высокой интенсивности. Различные материалы излучают разную длину волны, поэтому цвет света зависит от типа материала.

    Такие полупроводниковые материалы используются в конструкции светодиодов. Примером полупроводников с прямой зоной является арсенид алюминия-галлия (AlGaAs), фосфид мышьяка галлия (GaAsP), фосфид алюминия-галлия (AlGaP), нитрид индия-галлия (InGaN) и селенид цинка (ZnSe) и т. д.

    Непрямая запрещенная зона

    Полупроводниковые материалы с непрямой запрещенной зоной не излучают фотоны, когда электрон высвобождает энергию, а выделяет ее в виде тепла. В таких материалах зона проводимости не совпадает напрямую с валентной зоной, как показано на рисунке. Из-за разницы в импульсе «k» комбинация электрона и дырки высвобождает энергию только в виде тепла. Примерами таких материалов являются кремний, германий и др.

    Цвет светодиода

    Как мы знаем, на рынке доступны светодиоды разных цветов. А вот что собственно определяет цвет излучаемого света. Поскольку каждый цвет имеет разную длину волны, а полупроводниковый материал, который используется в светодиодах, излучает разные длины волн, они отвечают за генерацию разных цветов света. Каждый полупроводниковый материал имел разную область обеднения, имеющую разное прямое напряжение. Вот таблица для разных цветов светодиода

    Похожие сообщения:

    • Транзистор PNP – конструкция, работа и применение
    • Транзистор NPN – конструкция, работа и применение
    Цвет Длина волны Прямое напряжение Полупроводниковый материал
    Белый 395 – 530 нм 3 В – 5 В
    • Нитрид галлия-индия (GaInN)
    • Селенид цинка (ZnSe)
    Ультрафиолет < 400 нм 3,1–4,4 В
    • Нитрид алюминия (AlN)
    • Нитрид алюминия-галлия (AlGaN)
    • Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN)
    Фиолетовый 400 – 450 нм 2,8 – 4,0 В
    • нитрид индия-галлия (InGaN)
    Синий 450 – 500 нм 2,5–3,7 В
    • нитрид индия-галлия (InGaN)
    • Карбид кремния (SiC)
    Зеленый 500 – 570 нм 1,9–4,0 В
    • Фосфид галлия (GaP)
    • Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP)
    • Фосфид алюминия-галлия (AlGaP)
    Желтый 570 – 590 нм 2,1–2,2 В
    • Фосфид арсенида галлия (GaAsP)
    • Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP)
    • Фосфид галлия (GaP)
    Оранжевый 590 – 610 нм 2,0–2,1 В
    • Фосфид арсенида галлия (GaAsP)
    • Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP)
    • Фосфид галлия (GaP)
    Красный 610 – 760 нм 1,6–2,0 В
    • Алюминий арсенид галлия (AlGaAs)
    • Фосфид арсенида галлия (GaAsP)
    • Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP)
    • Фосфид галлия (GaP)
    Инфракрасный > 760 нм < 1,9 В
    • Арсенид галлия (GaAs)
    • Алюминий арсенид галлия (AlGaAs)

    В следующей таблице показаны различные цвета свечения светодиодов, длина волны в нанометрах и прямое напряжение для смещения (падение напряжения).

    Щелкните изображение, чтобы увеличить его0192

  • Схема светодиодной рулетки с использованием таймера 555 и счетчика 4017

Здесь вы можете ознакомиться с другими интересными проектами и забавными уроками, основанными на светодиодах.

Смещение светоизлучающего диода

Подобно диоду с PN-переходом, светодиод работает при прямом смещении, но имеет относительно более высокое прямое напряжение. Анод в светодиоде подключен к положительному, а катод подключен к отрицательному выводу источника питания.

Если напряжение питания выше, чем прямое напряжение светодиода, переход светодиода пропускает ток и начинает излучать свет. Поскольку мы знаем, что прямой ток диода увеличивается экспоненциально, когда переход смещен в прямом направлении, этот огромный ток может необратимо повредить светодиод. Поэтому последовательно со светодиодом используется токоограничивающий резистор для ограничения тока. Повредить светодиод может не только ток, но и напряжение. Напряжение питания не должно быть выше прямого рабочего напряжения. В противном случае можно повредить соединение. Обычный светодиод имеет номинальное напряжение до 4,0 В и номинальный ток до 30 мА.

Похожие сообщения:

  • Как рассчитать номинал резистора для светодиодов и различных типов светодиодных цепей
  • Калькулятор резисторов для светодиодов – необходимое значение резистора для цепи светодиодов

Типы светодиодов

Светодиоды в основном делятся на два типа, т.е.

  • Светодиоды видимого диапазона
  • Невидимый светодиод
Светодиод видимого диапазона

Такие светодиоды излучают свет, видимый невооруженным глазом. Излучаемый свет имел длину волны в видимом спектре, то есть от 380 до 750 нм. Такие светодиоды используются для подсветки, оформления, индикации, индикации в цифровых устройствах и т. д.

Невидимый светодиод

Такой светодиод излучает свет с длиной волны в инфракрасном спектре, т.е. от 700 нм до 1 мм. Это невидимо невооруженным глазом. Поэтому он используется в охранной сигнализации, оптронах, пультах дистанционного управления и т. д.

RGB-светодиоды

Красно-зелено-синий светодиод представляет собой тип светодиода, состоящий не из одного, а из трех светодиодов. Его выходной цвет представляет собой комбинацию трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Он дает не три разных цвета, а один цвет. Это позволяет ему генерировать свет разного цвета.

RGB LED имеет четыре клеммы, т.е. три из них используются для управления тремя цветами: красным, зеленым и синим, а четвертая клемма является общей клеммой, либо анодом, либо катодом.

Светодиод с интегральной схемой

Светодиоды такого типа имеют внутри интегральные схемы. Это интеллектуальные светодиоды, для которых не требуется отдельный контроллер. Он может менять цвет и мигать без внешнего контроллера. Кроме того, он занимает очень мало места, что позволяет сделать его более компактным.

Миниатюрные светодиоды

Миниатюрные или мини-светодиоды представляют собой светодиоды небольшого размера, используемые для украшения и в качестве индикаторов во многих повседневных приложениях. Они изготавливаются различной формы и со встроенными проводами, подключенными к их клеммам. Они доступны в SMD (устройство для поверхностного монтажа) и сквозной технологии.

Мини-светодиоды не рассеивают тепло, поэтому не требуют радиаторов.

Похожие сообщения:

  • Биполярный переходной транзистор (BJT) | Строительство, работа, типы и применение
  • Типы транзисторов – BJT, FET, JFET, MOSFET, IGBT и специальные транзисторы
Светодиоды повышенной мощности

Такие светодиоды имеют очень мощный и яркий свет. Эти светодиоды доступны в различных размерах и выходной мощности. Используются для освещения в фонарике, факеле, уличном фонаре и т. д.

Рассеивают тепло благодаря своим большим размерам и мощности. Поэтому требуются большие радиаторы

Светодиодная лента

Как следует из названия, эти светодиоды сконструированы на гибкой полосе печатной платы. На оборотной стороне полоски был клей для приклеивания к любой поверхности. У него были разноцветные светодиоды, и при освещении они излучали разноцветные огни. Современные ленточные светодиоды поставляются с RGB-светодиодами, управляемыми с помощью беспроводного пульта дистанционного управления.

Адресный светодиод

Адресные светодиоды имеют встроенную микросхему, которая используется для управления отдельным светодиодом, подключенным к полосе светодиодов.

Светодиод со встроенным резистором

Эти светодиоды имеют встроенный токоограничивающий резистор. Поэтому его можно безопасно использовать, не беспокоясь о необходимых расчетах и ​​необходимости использования отдельного резистора. Он также занимает меньше места.

Инфракрасный светодиод

Такой светодиод излучает свет за пределами видимого спектра. Он невидим невооруженным глазом, но может быть обнаружен другими фотодиодами. Поэтому они используются в пульте дистанционного управления.

Ультрафиолетовый светодиод

Ультрафиолетовый или УФ-светодиод излучает ультрафиолетовый свет. УФ-излучение используется для специальных применений в научных, судебных и медицинских целях.

Выходные характеристики светоизлучающего диода

Выходная характеристика светодиода показывает взаимосвязь между выходной силой света и входным прямым током I F светодиода. Интенсивность света представлена ​​вертикальной осью, а прямой ток представлен горизонтальной осью.

Интенсивность света прямо пропорциональна прямому току, проходящему через светодиод. Интенсивность или мощность излучения линейно зависит от прямого тока. Интенсивность света также зависит от температуры. Увеличение температуры уменьшает интенсивность света светодиода, как показано на графике.

  • Похожие сообщения: Типы диодов и их применение — 24 типа диодов

VI Характеристики светоизлучающего диода

Кривая характеристик VI показывает соотношение между напряжением и током через устройство. Горизонтальная ось или ось X представляет напряжение, а вертикальная ось или ось Y представляет ток.

Светодиод в основном работает как обычный диод, т.е. пропускает ток в прямом направлении, поэтому на графике показаны только прямое напряжение и прямой ток. Прямое напряжение светодиода больше, чем у обычного диода из-за наличия активного слоя. Сначала светодиод не пропускает ток и не излучает свет, пока прямое напряжение не превысит напряжение колена. Разный цвет светодиода имеет разное напряжение колена. Как только светодиод начинает проводить ток, ток начинает экспоненциально увеличиваться, что прямо пропорционально интенсивности излучаемого света.

Для изготовления светодиодов используются различные полупроводниковые материалы. Различные материалы излучают свет с различной длиной волны и интенсивностью. Длина волны излучения определяет прямое напряжение или напряжение колена светодиода. Инфракрасный (невидимый свет) имеет самую высокую длину волны, за которой следуют красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый и ультрафиолетовый цвета. Уменьшение длины волны увеличивает прямое напряжение указанного светодиода, как показано на графике.

Похожие сообщения:

  • Туннельный диод: конструкция, работа, преимущества и применение
  • Диод Шоттки: обозначение, конструкция, работа и применение

Преимущества и недостатки светодиодов

Преимущества

Вот некоторые преимущества светодиодов

  • Рабочая температура светодиодов колеблется от 0°C до 70°C.
  • Он очень жесткий и выдерживает любые механические удары и вибрации.
  • Имеет более длительный срок службы.
  • Требует очень малого напряжения и потребляет очень мало энергии.
  • Могут быть изготовлены любой формы и размера. Таким образом, крошечные светодиоды можно использовать для создания цифровых и буквенно-цифровых дисплеев на дисплее с высокой плотностью.
  • Оптопары, изготовленные из светодиодов, изолируют цепь электрически и соединяют ее оптически.
  • Светодиоды
  • дешевле, экономичнее и очень надежны.
  • Низкая температура не влияет на его работу.
  • Время переключения светодиода очень быстрое в диапазоне 1 нс. Поэтому они подходят для динамической работы.
  • Не нужно разогревать. Он мгновенно загорается.
  • Он может излучать различные цвета света, такие как красный, зеленый, желтый, оранжевый, белый и т. д.
  • Интенсивность или яркость светодиода можно легко контролировать, изменяя ток, протекающий через него.
  • По сравнению с лампой накаливания светодиоды в 10-50 раз эффективнее.
  • Не требует токсичных газов, вредных для окружающей среды.

Недостатки

Вот некоторые недостатки светодиода

  • По сути это диод, т.е. однонаправленный. Подключение его с обратным смещением к источнику высокого напряжения может привести к его необратимому повреждению.
  • При подключении к цепи необходимо учитывать полярность.
  • Светодиоды
  • не так энергоэффективны, как ЖК-дисплеи. Поэтому его нельзя превратить в большой дисплей.
  • Это дорого по сравнению с большим LCD.
  • Он имеет более высокое рабочее напряжение и потребляет больше энергии по сравнению с обычным диодом с PN-переходом.
  • Не допускает скачков тока и напряжения. Это может привести к необратимому повреждению светодиода.
  • Он также может перегреваться из-за мощности излучения. Это сокращает срок службы светодиода.
  • Его эффективность падает из-за большого тока или тепла. Это явление также известно как падение эффективности.
  • Его светлый цвет может меняться в течение срока службы.
  • Имеет более высокую начальную стоимость по сравнению с лампой накаливания

Связанный пост: Применение диодов

Применение светодиодов

Светодиод имеет множество применений. , промышленные и издательские) из-за его высокой светосилы и низкого энергопотребления. Светодиоды

  • используются в дорожных знаках и сигнальных огнях на каждом перекрестке и в уличных фонарях.
  • Используются в качестве дисплея в цифровых часах, калькуляторах, цифровых мультиметрах и т. д.
  • Они также используются в качестве индикатора в электрических и электронных схемах и устройствах для индикации подачи питания.
  • В автомобилях они используются для освещения, а также индикаторов.
  • Это действительно во вспышках цифровых камер и фонариках.
  • Светодиоды
  • используются в медицинском оборудовании.